減速機(jī)箱體造型美學(xué)設(shè)計(jì)論文范文
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1特征造型技術(shù)
特征造型技術(shù)是近年來一種發(fā)展迅速的新興設(shè)計(jì)技術(shù)，還沒有統(tǒng)一的概念，在不同的領(lǐng)域，特征的概念也各不相同。從建模的角度來看，特征的概念是指組成零件實(shí)體模型并具有某種特定屬性的基本元素，它可以分為形狀特征和功能特征兩種類型。形狀特征是建模過程中最基礎(chǔ)的特征，是其它特征（精度特征、材料特征、加工特征等）信息的載體[2]。根據(jù)形狀特征在建模過程中所起的作用不同，可分為主形狀特征和輔形狀特征兩大類；主形狀特征大致包括：回轉(zhuǎn)體（圓柱體，球體）和非回轉(zhuǎn)體（長方體，殼體）等；輔形狀特征大致分為：面（普通平面、弧形面、導(dǎo)軌面）、孔（螺紋孔、通孔、盲孔、階梯孔）、槽（矩形槽、球形槽、U形溝槽）等。功能特征是為實(shí)現(xiàn)零件的一系列功能（連接、定位、支撐、傳動(dòng)）而設(shè)計(jì)出相應(yīng)的基本功能單元。設(shè)計(jì)人員可以依據(jù)設(shè)計(jì)目標(biāo)所滿足的功能需要，直接定義產(chǎn)品的功能結(jié)構(gòu)，其操作對象不再是基本的形狀特征，而是產(chǎn)品的功能要素，例如鍵槽、倒角、倒圓、連接孔、定位孔、凸臺等。特征建模技術(shù)是對參數(shù)化建模技術(shù)的延伸，在參數(shù)化技術(shù)的基礎(chǔ)上，對產(chǎn)品的造型特征進(jìn)行劃分、提取，并把同一類的特征儲存在同一特征庫中，在類似的產(chǎn)品建模時(shí)，直接從特征庫中調(diào)取所需的特征，利用布爾運(yùn)算原理進(jìn)行特征間的快速拼合、粘貼和刪減，從而更進(jìn)一步縮短了產(chǎn)品研發(fā)周期。
2減速機(jī)箱體結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及特征劃分
2.1減速機(jī)箱體結(jié)構(gòu)特點(diǎn)減速機(jī)箱體做為減速機(jī)重要的組成零件起著支撐、容納、固定、連接的功用，減速機(jī)箱體類零件為具有內(nèi)腔和壁的殼體，此外還常具有附著在箱體上的軸承座孔、凸臺和筋板等結(jié)構(gòu)，并且箱體壁厚度不均。為方便電機(jī)的安裝或固定箱體，還常設(shè)計(jì)有法蘭、安裝底板、定位孔、安裝孔等結(jié)構(gòu)。為了防止雜質(zhì)進(jìn)入箱體，箱體需要有良好的密封性，因此箱體上設(shè)計(jì)有用于安裝密封墊片和氈圈的環(huán)槽。箱體內(nèi)通常盛有潤滑油，是對箱體內(nèi)部零件起到潤滑、密封、防腐蝕、冷卻和清潔的作用，因此箱體上通常設(shè)計(jì)有供軸承蓋、安裝箱蓋、油塞、油標(biāo)、透氣塞等零件的凸臺、凹槽、螺紋孔等結(jié)構(gòu)。減速機(jī)箱體結(jié)構(gòu)復(fù)雜，且型號規(guī)格較多，不同系列的箱體結(jié)構(gòu)差異性大。傳統(tǒng)的減速機(jī)箱體設(shè)計(jì)方法，對設(shè)計(jì)者而言設(shè)計(jì)周期長且不能很好的進(jìn)行箱體的多樣性設(shè)計(jì)。參數(shù)化設(shè)計(jì)方法是將產(chǎn)品模型中的尺寸信息定量化，使之成為可以調(diào)整的參數(shù)，通過改變參數(shù)的數(shù)值，即可得到結(jié)構(gòu)類型相同，而尺寸大小不同的產(chǎn)品模型[3]。參數(shù)化設(shè)計(jì)針對的是相同系列的產(chǎn)品設(shè)計(jì)，而不同系列的減速機(jī)箱體包含大量功能相同的特征，只是系列之間結(jié)構(gòu)布局不同。基于參數(shù)化特征建模技術(shù)的引入，能很好的解決在進(jìn)行系列間箱體設(shè)計(jì)時(shí)對相同功能特征的重復(fù)設(shè)計(jì)問題。
2.2減速機(jī)箱體特征劃分箱體零件無論何種類型，其形狀一般都由腔體、軸承孔、安裝板、筋板、凸臺，各種連接和定位的孔和槽等結(jié)構(gòu)組成。根據(jù)箱體形狀特征和其功能元素與對箱體零件特征劃分成主要特征（簡稱主特征）和輔助特征（簡稱輔特征）兩大類。主特征主要包括：箱體的基本形體、底座、連接法蘭和軸承座等四大類；輔特征主要包括：依附在箱體主特征上的面、孔、槽、筋板和其他特征等五大類。工程設(shè)計(jì)人員經(jīng)常要對減速機(jī)產(chǎn)品的各個(gè)零部件進(jìn)行建模，常用到一些大同小異的特征，例如帶安裝孔的凸臺、帶凹槽的法蘭安裝系、軸承座等，它們的形狀基本固定，拓?fù)潢P(guān)系基本不變，在利用它們進(jìn)行特征造型時(shí)，只是大小和位置在基體特征上的改變和其他特征進(jìn)行聯(lián)系，如果每個(gè)類似特征都依次進(jìn)行建模，就會(huì)浪費(fèi)設(shè)計(jì)者大量的時(shí)間，導(dǎo)致設(shè)計(jì)效率較低，因此在將這些特征分類建庫時(shí)，采用參數(shù)化設(shè)計(jì)方法非常合適。
3減速機(jī)箱體的基于參數(shù)化的特征造型設(shè)計(jì)
3.1箱體特征造型系統(tǒng)的組成箱體基于參數(shù)化的特征造型區(qū)別于其他CAD造型方法的主要特點(diǎn)是不再用簡單幾何的方法去設(shè)計(jì)構(gòu)造零件,而是引入箱體特征單元作為造型的操作對象,來滿足后續(xù)變型設(shè)計(jì)的目的。本文開發(fā)的減速機(jī)箱體三維特征造型系統(tǒng)，其組成與功能如下：（1）特征單元造型：建立特征單元庫，構(gòu)造主特征單元和輔助特征單元，通過用戶交互式界面，輸入特征的形狀種類和幾何參數(shù)對箱體進(jìn)行造型設(shè)計(jì)，最終得到用戶滿意的箱體。（2）特征單元編輯：對已設(shè)計(jì)好的特征單元進(jìn)行動(dòng)態(tài)的編輯、修改、添加和刪除等操作，并與特征庫實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)連接，隨時(shí)更新特征單元庫。基于特征單元的造型設(shè)計(jì)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見圖1。圖1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)總圖每一個(gè)箱體特征元素可以用參數(shù)化方式來實(shí)現(xiàn)，形成功能特征元素庫設(shè)計(jì)時(shí)，通過輸入適當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)參數(shù)形成具體的功能特征子圖，再由各個(gè)功能特征子圖的特定位置和順序組成零件工作圖（以交互方式實(shí)現(xiàn)）。
3.2箱體特征造型系統(tǒng)具體操作利用PRO/E自帶的PROTOOLKIT開發(fā)包和VC6.0程序設(shè)計(jì)語言在三維設(shè)計(jì)軟件PRO/E中建立減速器箱體CAD特征建模系統(tǒng)。通過對減速器特征造型系統(tǒng)進(jìn)行總體整體規(guī)劃，完成系統(tǒng)菜單和人性化的對話框設(shè)計(jì)，先啟動(dòng)減速器箱體設(shè)計(jì)系統(tǒng)界面，選擇需要設(shè)計(jì)的減速器箱體類型，再按照設(shè)計(jì)者的要求和意圖，通過選擇需要修改的箱體特征單元的尺寸和形狀參數(shù)，然后將已經(jīng)按要求修改好的各個(gè)特征單元進(jìn)行布爾運(yùn)算，得出減速器箱體雛形。箱體的特征單元的總體形狀是比較復(fù)雜，因此，總結(jié)歸納一些主要的輪廓形狀作為基本的特征單元。輔助特征單元是具有許多相似的結(jié)構(gòu)，因此，可以在不同箱體之間通用，保證設(shè)計(jì)的合理性，減少工作量，提高設(shè)計(jì)效率。箱體零件特征單元的造型步驟如下：以R系列減速器箱體為例，基于特征建模原理，針對某箱體零件建模過程，輸入減速器箱體的基本設(shè)計(jì)參數(shù)、選擇結(jié)構(gòu)形式和所應(yīng)用行業(yè)，以確定箱體的基本形體尺寸。在pro/e三維設(shè)計(jì)環(huán)境中繪制所需箱體主體和輔助特征，通過使用菜單系統(tǒng)和工具條逐步完成主、輔特征的造型并引入設(shè)計(jì)環(huán)境中。選擇箱體總體的外輪廓主特征單元的圖標(biāo)，輸入所需的風(fēng)格類型和設(shè)計(jì)參數(shù)，先新建一個(gè)箱體,然后調(diào)整需要修改的點(diǎn)、線、面達(dá)到設(shè)計(jì)要求在導(dǎo)入單元特征前，添加特征所需要約束的形狀類型和尺寸參數(shù)，如圖2（a）一圖2（c）所示。系統(tǒng)引入主特征單元。然后依次添加軸承座孔、凸臺和筋板等各個(gè)特征單元，形成箱體零件的三維模型，如圖5（d）一圖5（g）所示。在基于特征的箱體建模過程中，如圖3所示，設(shè)計(jì)者往往需要對其特征單元進(jìn)行修改，已達(dá)到滿足設(shè)計(jì)者所要求的形狀要求。對已經(jīng)建好的箱體模型，對其輸出端軸承座和底座進(jìn)行特征變型，其設(shè)計(jì)修改過程是如下：STEP1：對已建立好的或正在建模的箱體，選擇其上需要修改的特征。STEP2：從特征單元庫中選擇需要修改箱體特征的種類，在其對話框上，選擇需要的該特征形狀，例如，軸承座有圓柱形、圓錐形、矩形等。STEP3：在參數(shù)對話框中輸入相應(yīng)的設(shè)計(jì)參數(shù)，例如，軸承座需要輸入軸承座孔直徑，徑向厚度和外輪廓尺寸等。STEP4：已經(jīng)定義好的替換特征，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)生成新的模型。若不滿意可以按上述步驟重新操作，直到達(dá)到設(shè)計(jì)要求為止。
4結(jié)論
特征造型技術(shù)作為當(dāng)代產(chǎn)品設(shè)計(jì)技術(shù)一個(gè)研究熱點(diǎn)越來越引起人們的重視。本文在深入研究了箱體特征造型理論、實(shí)體造型技術(shù)和產(chǎn)品參數(shù)化的基礎(chǔ)上，致力于創(chuàng)建一個(gè)智能化的箱體特征造型CAD系統(tǒng)的研究和應(yīng)用。在產(chǎn)品思想下，引入特征造型技術(shù)，從箱體特征分解入手，運(yùn)用三維實(shí)體造型的理論和方法，結(jié)合產(chǎn)品造型參數(shù)化技術(shù)，對箱體零件特征造型CAD系統(tǒng)理論進(jìn)行研究，并在PRO/E的平臺上二次開發(fā)了一個(gè)規(guī)則的箱體特征造型系統(tǒng)的實(shí)例。由于特征技術(shù)基本上處于理論探討階段，特別是專門用于減速機(jī)箱體特征造型系統(tǒng)尚未有研究者研究，因此本文所做的工作在理論上和實(shí)際應(yīng)用上均具有一定價(jià)值。
作者：李勇陳濤付小莉單位：河南機(jī)電高等專科學(xué)校中原工學(xué)院