虛擬制造技術(shù)是產(chǎn)品制造的重要環(huán)節(jié)，對(duì)產(chǎn)品的成本、質(zhì)量以及制造周期有著重大影響。本文研究圓柱齒輪減速器的虛擬裝配技術(shù)，對(duì)虛擬制造技術(shù)具有極其廣泛的應(yīng)用推廣價(jià)值。

　　摘要：文章基于虛擬裝配技術(shù)，對(duì)齒輪減速器進(jìn)行了虛擬裝配。采用CATIA三維繪圖軟件實(shí)現(xiàn)了對(duì)減速器的虛擬裝配，采用SolidWorks運(yùn)用零件庫(kù)對(duì)軸承等零部件進(jìn)行參數(shù)化設(shè)計(jì)。

　　關(guān)鍵詞：機(jī)電類畢業(yè)論文,虛擬裝配,虛擬制造,參數(shù)化設(shè)計(jì),齒輪減速器

　　1虛擬裝配的一般方法和步驟

　　本文以齒輪減速器為基本模型，討論虛擬裝配的有關(guān)技術(shù)方法，包括箱體類零件的創(chuàng)建方法、齒輪的參數(shù)化設(shè)計(jì)方法、軸承的裝配方法、大型組件的裝配方法、裝配時(shí)各個(gè)元件間的體積干涉檢驗(yàn)方法等，基本涵蓋了機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)的全過程。

　　1.1減速器零部件實(shí)體建模

　　圖1和圖2表示出了箱座、箱蓋、軸系、端蓋等的配合關(guān)系，圖1中箱座、箱蓋部分采用半透明化處理，圖2隱藏箱蓋、軸承座孔連接螺栓、箱體連接螺栓，這兩種方法都能夠表達(dá)清楚內(nèi)部結(jié)構(gòu)。模擬裝配的第一步是進(jìn)行零件的實(shí)體建模，或者利用已有的實(shí)體零件庫(kù)，本文從零件的實(shí)體建模開始討論，減速器零件的三維實(shí)體建模首先進(jìn)行箱體、箱蓋、兩對(duì)齒輪傳動(dòng)副、三根傳動(dòng)軸和三對(duì)軸承設(shè)計(jì)。

　　1.2減速器零部件實(shí)體建模

　　箱蓋和箱座是減速器裝配的兩個(gè)大部件，在這兩部分的實(shí)體造型完成后，可以先進(jìn)行一次裝配，檢查是否有不合理或者是漏創(chuàng)建的部分。減速器箱座和箱座三維模型分別如圖3和圖4所示。

　　高速軸為齒輪軸，齒輪的建模過程包括繪制草圖、拉伸、旋轉(zhuǎn)、切除、挖槽、倒角，考慮到小齒輪尺寸與該軸段尺寸相差不多，所以將小齒輪與軸制成一體，成型后的高速軸見圖5。

　　低速軸部分：由于是回轉(zhuǎn)體，未切鍵槽時(shí)是軸對(duì)稱圖形，在草圖繪制平面上繪制對(duì)稱圖形的一半，標(biāo)注尺寸（添加約束）通過旋轉(zhuǎn)即可生成模型。至于鍵槽部分：通過建立兩個(gè)參考平面，在參考平面上繪制鍵槽孔草圖，再拉伸切除即可。草圖→旋轉(zhuǎn)體→平面→開槽腔→倒棱→邊倒角，成型后的高速軸見圖6。

　　中間軸同高速軸的造型方法相同，也是齒輪軸，創(chuàng)建過程同高速軸。齒輪是一種參數(shù)化的零件，一個(gè)齒輪的形狀，可以由它的模數(shù)、齒數(shù)、壓力角、齒頂高系數(shù)、頂隙系數(shù)以及齒寬完全確定，只要修改這些參數(shù)的數(shù)值，就可以改變齒輪的形狀。根據(jù)斜齒輪特征，建立模型的關(guān)鍵在于確定螺旋線、漸開線、齒根過渡曲線和齒厚。

　　1.3軸承實(shí)體的參數(shù)化設(shè)計(jì)

　　本研究中參數(shù)化設(shè)計(jì)選擇標(biāo)準(zhǔn)件類型為圓錐滾子軸承30000，公稱直徑30208，（30210同30208只是參數(shù)不同）。按照所需的軸承代號(hào)，選擇好類型及參數(shù)，點(diǎn)擊確定按鈕后，即可得到減速器所需的軸承型號(hào)的三維模型，添加到裝配模型中，如圖7所示。

　　2減速器的虛擬裝配

　　作為虛擬制造技術(shù)的重要部分，虛擬裝配是在計(jì)算機(jī)上的產(chǎn)品仿真過程。用戶根據(jù)需要能進(jìn)行下述工作：裝配工藝的規(guī)劃與設(shè)計(jì)；在屏幕上實(shí)現(xiàn)零件到產(chǎn)品的預(yù)裝配；裝配過程的碰撞、干涉檢查：可裝配性評(píng)估；裝配過程的優(yōu)化分析：裝配經(jīng)濟(jì)指標(biāo)評(píng)價(jià)；裝配可靠性評(píng)估。

　　齒輪軸、齒輪、鍵裝配完成后的實(shí)體模型，如圖8和9所示。

　　三根齒輪軸、齒輪等主要零部件完成虛擬裝配后的三維圖如圖10所示：裝配是對(duì)幾何體的集合進(jìn)行管理，而不是生成新幾何體。如果組成裝配的零件發(fā)生改變，裝配中會(huì)自動(dòng)更新。利用虛擬裝配技術(shù)，在計(jì)算機(jī)上完成零部件的實(shí)體造型、裝配、檢查。為新產(chǎn)品研制提供了一種新的設(shè)計(jì)方法和實(shí)施途徑。

　　3零部件參數(shù)化設(shè)計(jì)

　　參數(shù)化設(shè)計(jì)是指在構(gòu)造產(chǎn)品模型時(shí)，模型結(jié)構(gòu)在保持模型拓?fù)潢P(guān)系不變的前提下，可隨尺寸參數(shù)或改成參數(shù)的具體數(shù)值變化而自動(dòng)改變，形成新的產(chǎn)品模型。參數(shù)化設(shè)計(jì)師使用約束來實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)與修改產(chǎn)品的一種方法，約束可以理解為若干個(gè)對(duì)象之間的相互關(guān)系，即限制一個(gè)或多個(gè)對(duì)象滿足一定得關(guān)系、條件。

　　減速器參數(shù)化設(shè)計(jì)系統(tǒng)由常用件設(shè)計(jì)、附件設(shè)計(jì)、標(biāo)準(zhǔn)件庫(kù)、減速器設(shè)計(jì)、系統(tǒng)幫助五大模塊組成。減速器零件很多，下面就以減速器的代表性零件軸承為例，演示一下系統(tǒng)中常用的標(biāo)準(zhǔn)件調(diào)用過程。通過參數(shù)化設(shè)計(jì)減速器各個(gè)零部件，最后參數(shù)化生成圓柱齒輪減速器三維實(shí)體模型，從而大大提高了減速器的設(shè)計(jì)效率。

　　系統(tǒng)中標(biāo)準(zhǔn)件的調(diào)用過程：選擇標(biāo)準(zhǔn)件類型為圓錐滾子軸承30000，公稱直徑30208，（30210同30208只是參數(shù)不同）。按照所需的軸承代號(hào)，選擇好類型及參數(shù)，點(diǎn)擊確定按鈕后，即可得到減速器所需的軸承型號(hào)的三維模型，添加到裝配模型中。單從對(duì)軸承的調(diào)用，足以見得參數(shù)化設(shè)計(jì)的便捷優(yōu)勢(shì)，用戶不僅可以享受到個(gè)性化的界面，還可以拋開厚厚的手冊(cè)，將建模由幾個(gè)小時(shí)縮短了幾秒鐘，設(shè)計(jì)的過程簡(jiǎn)化了，設(shè)計(jì)的效率也大大提高了。

　　4結(jié)語

　　本文對(duì)虛擬裝配系統(tǒng)的若干理論和關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了研究和探討，先運(yùn)用CATIA對(duì)每個(gè)零部件進(jìn)行三維實(shí)體造型，再利用CATIA的裝配模塊，完成減速器的虛擬裝配。通過齒輪減速器零件的參數(shù)化設(shè)計(jì)和虛擬裝配完成了減速器總成的快速虛擬制造過程，虛擬裝配過程發(fā)現(xiàn)的問題，在設(shè)計(jì)階段就及時(shí)發(fā)現(xiàn)并進(jìn)行了修改，大大縮短了產(chǎn)品的研發(fā)周期。

　　參考文獻(xiàn)：

　　[1]孫桓，陳作模.機(jī)械原理[M].北京：高等教育出版社，2002.

　　[2]張建平.基于VRML的減速器虛擬裝配技術(shù)研究[D].西安：西北工業(yè)大學(xué)，2003.