0 前言

    齒輪減速器是最常見的一種傳動裝置，其功用是將電動機(jī)輸出的轉(zhuǎn)速降至工作機(jī)械所需要的轉(zhuǎn)速，同時將電動機(jī)的功率傳遞給工作機(jī)械。減速器由許多零件組成，如軸上傳動零件、軸承、聯(lián)軸器、軸承蓋和箱體等。通常的減速器設(shè)計是根據(jù)減速器的主參數(shù)（如輸入功率與轉(zhuǎn)速、輸出功率與轉(zhuǎn)速等）對每個零件進(jìn)行設(shè)計或選用。這種設(shè)計方法的缺點是設(shè)計和制造的工作量大、重復(fù)勞動、生產(chǎn)率低和生產(chǎn)周期長，且零件的加工質(zhì)量難以一致，因此減速器的性能差別很大。可以運用NX軟件，對減速器的零件進(jìn)行參數(shù)化設(shè)計，同時運用NX軟件的虛擬裝配功能實現(xiàn)減速器的參數(shù)化裝配，實現(xiàn)計算機(jī)虛擬環(huán)境下的減速器參數(shù)化設(shè)計。對于不同主參數(shù)的減速器，可以通過編輯零件參數(shù)獲得新的減速器，從而減少了重復(fù)勞動，縮短了產(chǎn)品開發(fā)周期，減低了設(shè)計成本。

1 齒輪的參數(shù)化設(shè)計

    齒輪是減速器中的主要傳動件，它的主要作用是傳遞動力、改變運動方向和速度等。齒輪一般由輪胚、輪齒、輻板和輪轂等組成。齒輪類零件的造型設(shè)計難點在于輪齒的生成，設(shè)計時應(yīng)首先分析輪齒曲線，用數(shù)學(xué)方程描述輪齒曲線。根據(jù)數(shù)學(xué)方程建立起一個輪齒或輪槽，通過環(huán)形陣列即可創(chuàng)建整個齒輪模型。

    利用NX軟件進(jìn)行齒輪造型設(shè)計的一般步驟如下：

    (1)根據(jù)設(shè)計要求確定齒輪的基本參數(shù)，包括模數(shù)、齒數(shù)、壓力角、軸孔徑和齒輪厚度等，如圖1所示；

圖1 通過表達(dá)式確定齒輪的主要參數(shù)

    (2)依據(jù)齒頂圓直徑和齒輪厚度等參數(shù)以及選定的齒輪形式，創(chuàng)建齒輪齒胚；

    (3)根據(jù)齒輪的基本參數(shù)，繪制齒輪廓曲線，生成齒槽曲面如圖2所示；

圖2 齒輪的漸開線曲面

    (4)執(zhí)行拉伸或掃描命令，從齒輪齒胚上切除材料，形成齒槽；

    (5)執(zhí)行圓周陣列命令，形成所有齒槽，相應(yīng)也就創(chuàng)建了所有輪齒；

    (6)對模型進(jìn)行細(xì)化，如圓角、倒角等，完成整個齒輪的造型，如圖3所示。

圖3 參數(shù)化齒輪模型

    根據(jù)設(shè)計要求，可以通過編輯齒輪的齒數(shù)、模數(shù)和壓力角等主要參數(shù)來獲得新的齒輪模型。

2 軸的參數(shù)化設(shè)計

    軸是減速器中的重要零件做回轉(zhuǎn)運動的傳動零件，如齒輪和帶輪，必須安裝在軸上進(jìn)行運動及動力的傳遞。軸的主要功能是支撐回轉(zhuǎn)零件、傳遞運動和動力。根據(jù)設(shè)計及工藝要求，這類零件常有軸肩、鍵槽、螺紋退刀槽、越程槽、圓角和倒角、軸端螺孔、中心孔和螺紋等工藝結(jié)構(gòu)。軸的參數(shù)化設(shè)計比較簡單，僅需要運用NX軟件中基本的體素特征、成型特征，根據(jù)階梯軸的直徑、高度來創(chuàng)建階梯軸的毛坯，工藝結(jié)構(gòu)可以運用NX軟件中的細(xì)節(jié)特征來創(chuàng)建鍵槽、螺紋退刀槽、越程槽、圓角和倒角等，從而獲得參數(shù)化階梯軸。

3 箱體的參數(shù)化設(shè)計

    減速器箱體的主要作用是支承轉(zhuǎn)軸和容納軸上齒輪，從而確保傳動齒輪的正確嚙合運動，同時它還與箱蓋一起組成包容空腔以實現(xiàn)密封和潤滑要求。箱體內(nèi)部需要安裝各種零件，因此，內(nèi)、外部結(jié)構(gòu)形狀隨其作用和周圍與之連接、配合的零件形狀而定，殼體上設(shè)計有凸臺、軸孔和螺孔等結(jié)構(gòu)，通常有安裝用的底板。

    以一級圓柱齒輪減速器上箱體為例，利用NX軟件設(shè)計上箱體。減速器上箱體按照其功能特性即各部分所起的作用、用途可分解為工作腔、底板兩部分，這兩部分之間的相對位置關(guān)系屬于疊加。在建模過程中，利用草圖構(gòu)建箱體的參數(shù)化輪廓，如圖4所示。先執(zhí)行添加材料的命令，如凸臺和凸墊等，后執(zhí)行除去材料的命令，如孔和腔體，最終通過鏡像、修剪等特征操作形成上箱體三維模型。

圖4 上箱體的參數(shù)化輪廓

4 其他標(biāo)準(zhǔn)件、通用件的參數(shù)化設(shè)計

    減速器中包含螺栓、螺母、軸承等標(biāo)準(zhǔn)件，可以直接使用NX標(biāo)準(zhǔn)件庫，根據(jù)設(shè)計需要輸入標(biāo)準(zhǔn)件的主參數(shù)，即可獲得參數(shù)化的模型。

    如果要創(chuàng)建本企業(yè)內(nèi)部的模型庫，以六角頭螺母為例說明三維零件的模型庫創(chuàng)建方法。首先利用NX提供的Part families工具定義六角頭螺母主要參數(shù)生成系列化零件的數(shù)據(jù)庫，如圖5所示，同時創(chuàng)建帶數(shù)據(jù)庫的六角頭螺母模板。調(diào)用日寸，六角頭螺母模板作為裝配件引入主模型，在匹配成員列表里面會出現(xiàn)數(shù)據(jù)庫中包含的所有規(guī)格，選擇需要的規(guī)格加入，生成需要的六角頭螺母，如圖6所示。

圖5 控制參數(shù)

圖6 根據(jù)模板生成的系列零件

5 參數(shù)化裝配

    裝配模型能完整地表達(dá)產(chǎn)品裝配信息。減速器的裝配模型不僅描述了齒輪、軸系等零、部件本身的信息，而且還描述了齒輪和軸零部件之間的裝配關(guān)系及拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，裝配模型不但完整地表達(dá)了產(chǎn)品的信息，而且還描述了產(chǎn)品設(shè)計參數(shù)的繼承關(guān)系和其變化約束機(jī)制，這樣保證了設(shè)計參數(shù)的一致性，從而支持產(chǎn)品的并行設(shè)計。

    減速器由傳動零件（齒輪等）、軸、軸承、箱體及其附件裝配而成。裝配時，先將齒輪、軸承、軸承端蓋以及軸上的定位件等按照各自的位置裝在軸上，形成軸系部件，如圖7所示。把軸系部件按照位置要求裝入箱體，最后裝入螺栓、螺塞等附件，形成單級圓柱齒輪減速器，如圖8所示。

圖7 軸系部件

圖8 軸系部件等裝入箱體

6 結(jié)語

    (1)參數(shù)化設(shè)計零件可以大大提高模型的生成和修改的速度，在產(chǎn)品的系列設(shè)計、相似設(shè)計及專用CAD系統(tǒng)開發(fā)方面都具有較大的應(yīng)用價值。

    (2)利用NX提供的Part families工具，在相關(guān)參數(shù)化模型基礎(chǔ)上，借助零件族的Excel工作表，可以快速準(zhǔn)確地創(chuàng)建標(biāo)準(zhǔn)件、通用零件及產(chǎn)品系列化設(shè)計的三維模型庫。

    (3)運用虛擬裝配功能實現(xiàn)了減速器參數(shù)化裝配，當(dāng)產(chǎn)品需求發(fā)生變化時，通過裝配模型可以方便地修改產(chǎn)品的設(shè)計以適應(yīng)新的產(chǎn)品需求。 

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本文標(biāo)題：基于NX的減速器三維參數(shù)化設(shè)計

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