运用UG进行减速器设计的探讨

运用UG进行减速器设计的探讨

作者：王运峰

来源：《职业·中旬》2011年第01期

一、减速器设计的一般方法与步骤

减速器是原动机和工作机之间的独立的闭式传动装置，用来降低转速和增大转矩，以满足工作需要，在某些场合也用来增速，称为增速器。

减速器的种类很多，按照传动类型可分为齿轮减速器、蜗杆减速器和行星减速器以及它们互相组合起来的减速器；按照传动的级数可分为单级和多级减速器；按照齿轮形状可分为圆柱齿轮减速器、圆锥齿轮减器和圆锥——圆柱齿轮减速器；按照传动的布置形式又可分为展开式、分流式和同轴式减速器。

减速器设计步骤如下：电动机的选择与运动参数计算；齿轮等传动零件设计计算；轴的设计；滚动轴承的选择；键和连轴器的选择与校核；箱体零件的设计；附件零件的设计；装配图、零件图的绘制；设计计算说明书的编写。

传统设计方法在设计机械产品时，以经验总结为基础，运用力学和数学或实验而形成的经验、公式、图表、设计手册等作为设计依据，通过经验公式、简化模型或类比改造等方法进行设计。具有很大的局限性，主要表现在：一是方案的拟定很大程度上取决于设计者的个人经验，难以获得最佳方案。二是设计与制造过程不并行、在装配过程中，当一个零部件与另一个零部件装配失败后，只能返回装配结果重新设计，重新生产样品，重新用真实装配来检验。三是产品开发周期长、成本高、市场投放评估困难。

近些年以来，随着科技发展，使机械设计跨入了现代设计阶段。目前，采用较多的现代设计方法有：优化设计、可靠性设计、计算机辅助设计、动态设计、虚拟设计等。现代设计方法充分利用快速发展的计算机技术，可以提高产品的信息技术含量和创新能力，使产品越来越多样化、柔性化和个性化，最终提高企业的竞争力。在机械制造领域中，零部件如何装配、加工、各零部件是否发生干涉等都能在虚拟装配环境中实现。同时，借助虚拟装配技术，在产品设计阶段就能了解设计结果的装配性。

UG软件是目前国际、国内应用最为广泛的大型CAD/CA E/CAM集成化软件之一，其功能强大，内容丰富，涵盖了设计、分析、加工、管理等各个领域。是当今世界最先进的计算机辅助设计、分析和制造软件，广泛应用于航空、航天、汽车、造船、通用机械和电子等工业领域。

基于UG的减速器设计，根据装配体与零件之间的引用关系，可以有3种创建装配体的方法，即自顶向下装配、自底向上装配。对于减速器的造型设计，既可以采用“自底向上”方式，

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又可以采取“自底向下”方式，还可以采用“混合”模式。在实际应用设计过程中，大多采用的都是“混合”模式。

二、减速器的参数化设计

参数化设计也称为尺寸驱动设计，通过对设计对象的实际尺寸的局部驱动来实现对象的柔性设计，是机械零件设计的一个重要方法。与传统的造型设计相比，参数化设计是将产品的设计要求、设计方法、设计原则等用灵活可变的参数来表示，通过参数来描述零件的几何信息，建立起几何图形与尺寸数据之间的密切关联，通过尺寸驱动就可以实现几何模型的变化。 在产品设计的初始阶段或设计系列产品时，产品的结构形状和尺寸不可避免地要反复修改、协调和优化，可以考虑进行参数化设计。用一组参数约束几何图形的一组尺寸序列，当赋予不同的参数序列时，就可驱动原有几何模型更新，完成模型的修改，从而提高产品设计效率，减轻设计人员的工作强度，有效保证产品模型的可靠性。创建相关参数化模型时，关键在于要将设计意图反应在模型的创建与修改过程中，从而减少对模型编辑所需的时间。大项目的设计往往是集体协作完成的，而且周期比较长。将设计意图规范、准确地存储在模型中，对于规范企业的虚拟并行开发环境、团队协同工作、电子图档管理、共享数字化工程具有重要意义。

利用UG 的参数化建模功能，建立一级圆柱齿轮减速器关键零部件的三维模型。（过程略）

三、虚拟装配技术的内涵及设计流程 1.虚拟装配技术

虚拟装配技术是在虚拟设计环境下，完成对产品的总体设计进程控制并进行具体模型定义与分析的过程。它可有效支持自顶向下的并行产品设计以缩短产品开发周期。使用UG 软件对减速器进行仿真能够模拟真实环境中的工作状况。通过UG 提供的零件功能可以装配出机械系统。可以在产品的设计阶段直接检查机械系统中各个零部件在空间的装配和干涉情况，最终实现可视化的设计。虚拟装配技术在机械设计中的应用，由于没有制造真实的产品，大大减少开发成本，并且在虚拟装配时可以尽可能地解决大部分生产、装配及优化等问题，这就使新产品开发的周期大为缩短，使企业的产品能够尽早占领市场。因此，虚拟装配技术正得到越来越广泛的应用。

2.虚拟装配建模的过程

产品的设计过程可分为产品初步设计、装配建模及运动分析三个阶段。产品研制的初级阶段完成初步的总体布局；产品开发的主要阶段完成产品所有零部件的模型设计；产品的完善阶段完成产品模型的最终设计，进行产品的虚拟装配，装配的仿真，对产品进行静、动态干涉检查，也可根据需要进行运动分析及优化处理。

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三、虚拟装配技术在一级圆柱齿轮减速器设计中的应用

UG 的装配功能能使部件之间建立链接功能，通过关联条件在部件之间建立约束关系来确定部件在装配中的位置。在虚拟装配中，零部件是被装配利用的，而不是被复制到装配中。不管是在零件设计模块还是在装配模块中修改零件的几何参数，整个装配模型中的零部件都保持着关联性，比如修改了零件的几何参数，引用它的装配件也自动更新相应的参数；反之亦然。在UG 环境下，零件装配的主要操作是对零部件进行配对。对组件的面、边、点等几何对象建立配对关系，约束组件的自由度，并确定组件在装配体中的相对位置。配对约束可以是一个也可以有多个，约束结果可以是欠约束也可以是完全约束。 四、静态干涉检验

在装配过程中，由于零件的设计尺寸问题，在装配后很可能发生干涉。而齿轮安装存在啮合问题，在以上的装配方式中比较容易出现干涉现象，所以需进行干涉检验。大致操作方法如下：在UG工作界面中，点击“装配导航器”，隐藏在减速器装配体中干涉检验不涉及到的部件，再点击“分析”到“简单干涉”对话框。对于齿轮的干涉问题，可通过对齿轮组件进行反复微调，直到消除干涉现象。本例中选择大直齿轮和小直齿轮。如图1 所示。 图1 直齿轮啮合干涉检验

通过运用UG 对减速器进行参数化设计，从而提高产品设计效率，减轻设计人员的工作强度，有效保证产品模型的可靠性。通过运用UG 对减速器进行虚拟装配，可以实现在减速器的设计阶段可视化地对减速器进行干涉检测以及各部件之间的间隙调整。采用这种虚拟装配的方法，可以在产品的设计阶段就可直接检查机械系统各个零部件在空间的装配情况并能及时发现是否发生干涉。这种可视化设计和分析，不但减少了设计成本，而且提高了设计质量。 （作者单位：江苏省盐城技师学院）