基于特征建模技术的双级减速箱的虚拟设计

    虚拟设计方法中的特征建模技术由于其众多优点越来越多地被人们所应用.近年来，商业CAD软件及工具基本都融人了特征建模的思想和方法，例如:PTC公司的产品, Pro/Engineer, SDRC的产品I-DEAS Master Series ,UGS公司的产品Unigraphics等，也推动了特征建模技术的发展.本文正是基于这种特征建模的设计方法的双级减速箱的虚拟设计.

   

    1 双级减速箱的方案设计

    减速器是一种用途十分广泛的机械装置.设计要求用于码头运型砂、单班制工作、有轻微振动、使用年限为10。基本数据为输送带拉力2 060 N，运输带速1. 2 m/s，卷筒直径300 mm.由于圆锥圆柱齿轮减速箱十分适合输人轴和输出轴位置布置成相交的场合，且圆锥齿轮的精加工比较困难，允许圆周速度较低Cz7考虑到传动比要求，采用圆锥圆柱齿轮双级减速箱设计方案，并选用作为三维设计平台.

    2基于特征建模的虚拟设计过程

    产品的总体虚拟设计过程包含总体方案设计、性能优化与仿真、结构特征建模、分析评价四个部分.其中性能优化与仿真分为运动和干涉检查、整机运动分析、零部件设计优化等，结构特征建模分为零件特征建模、装配体建模等.

    2.1相似零件的参数化设计

    零部件的参数化设计使得许多尺寸不同、形状相似零部件的设计更为方便，设计效率大大提高.可以应用参数化设计建模的零件有:轴端挡肩、轴套、各种垫片、闷盖、轴承、齿轮、键、透盖、螺钉、螺母、轴承油毡、挡油盘等.通过修改零部件的外观颜色、透明度、光泽度、散射度、环境光源等得到更加美观诱人的视景，通过修改零部件的纹理、材质等使其达到更加真实的效果(如图1中齿轮和轴承).

    应用2007设计出了m=5,x=34的锥齿轮，m=4,x=44的直齿轮，直径分别为45,35,25 mm的滚动轴承以及上述可以参数化的零件.部分零部件三维视觉效果见图1.

   

    2.2基于齿轮轴的特征建模

    齿轮轴是支撑零件、传递运动的关键性部件，它的设计好坏对减速器的寿命、性能等声生很大的影响.因此，设计者应该借助于虚拟设计软件对轴进行优化和仿真分析，使轴具有良好的制造加工工艺性能，减少轴的应力集中，增加轴的质量和使用寿命.

    按轴的设计理论得到的高速轴和中间轴上安装齿轮的轴段尺寸与该处需要安装的齿轮直径尺寸非常接近，因此为保证轴和齿轮二者的强度和刚度，此轴段将齿轮和轴设计成一体，即所谓的齿轮轴(图2)，这样设计后无论按强度理论计算还是对齿轮轴进行Ansys分析，强度均满足要求.这种齿轮轴的设计方法在实际设计中最为常用.