0 前言
齒輪減速器是最常見的一種傳動裝置，其功用是將電動機輸出的轉速降至工作機械所需要的轉速，同時將電動機的功率傳遞給工作機械。減速器由許多零件組成，如軸上傳動零件、軸承、聯軸器、軸承蓋和箱體等。通常的減速器設計是根據減速器的主參數（如輸入功率與轉速、輸出功率與轉速等）對每個零件進行設計或選用。這種設計方法的缺點是設計和制造的工作量大、重復勞動、生產率低和生產周期長，且零件的加工質量難以一致，因此減速器的性能差別很大。可以運用NX軟件，對減速器的零件進行參數化設計，同時運用NX軟件的虛擬裝配功能實現減速器的參數化裝配，實現計算機虛擬環境下的減速器參數化設計。對于不同主參數的減速器，可以通過編輯零件參數獲得新的減速器，從而減少了重復勞動，縮短了產品開發周期，減低了設計成本。
1 齒輪的參數化設計
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計難點在于輪齒的生成，設計時應首先分析輪齒曲線，用數學方程描述輪齒曲線。根據數學方程建立起一個輪齒或輪槽，通過環形陣列即可創建整個齒輪模型。
利用NX軟件進行齒輪造型設計的一般步驟如下：
(1)根據設計要求確定齒輪的基本參數，包括模數、齒數、壓力角、軸孔徑和齒輪厚度等，如圖1所示；
圖1 通過表達式確定齒輪的主要參數
(2)依據齒頂圓直徑和齒輪厚度等參數以及選定的齒輪形式，創建齒輪齒胚；
(3)根據齒輪的基本參數，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)執行拉伸或掃描命令，從齒輪齒胚上切除材料，形成齒槽；
(5)執行圓周陣列命令，形成所有齒槽，相應也就創建了所有輪齒；
(6)對模型進行細化，如圓角、倒角等，完成整個齒輪的造型，如圖3所示。
圖3 參數化齒輪模型
根據設計要求，可以通過編輯齒輪的齒數、模數和壓力角等主要參數來獲得新的齒輪模型。
2 軸的參數化設計
軸是減速器中的重要零件做回轉運動的傳動零件，如齒輪和帶輪，必須安裝在軸上進行運動及動力的傳遞。軸的主要功能是支撐回轉零件、傳遞運動和動力。根據設計及工藝要求，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構。軸的參數化設計比較簡單，僅需要運用NX軟件中基本的體素特征、成型特征，根據階梯軸的直徑、高度來創建階梯軸的毛坯，工藝結構可以運用NX軟件中的細節特征來創建鍵槽、螺紋退刀槽、越程槽、圓角和倒角等，從而獲得參數化階梯軸。
3 箱體的參數化設計
減速器箱體的主要作用是支承轉軸和容納軸上齒輪，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密封和潤滑要求。箱體內部需要安裝各種零件，因此，內、外部結構形狀隨其作用和周圍與之連接、配合的零件形狀而定，殼體上設計有凸臺、軸孔和螺孔等結構，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系屬于疊加。在建模過程中，利用草圖構建箱體的參數化輪廓，如圖4所示。先執行添加材料的命令，如凸臺和凸墊等，后執行除去材料的命令，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 上箱體的參數化輪廓
4 其他標準件、通用件的參數化設計
減速器中包含螺栓、螺母、軸承等標準件，可以直接使用NX標準件庫，根據設計需要輸入標準件的主參數，即可獲得參數化的模型。
如果要創建本企業內部的模型庫，以六角頭螺母為例說明三維零件的模型庫創建方法。首先利用NX提供的Part families工具定義六角頭螺母主要參數生成系列化零件的數據庫，如圖5所示，同時創建帶數據庫的六角頭螺母模板。調用日寸，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數據庫中包含的所有規格，選擇需要的規格加入，生成需要的六角頭螺母，如圖6所示。
圖5 控制參數
圖6 根據模板生成的系列零件
5 參數化裝配
裝配模型能完整地表達產品裝配信息。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系及拓撲結構，裝配模型不但完整地表達了產品的信息，而且還描述了產品設計參數的繼承關系和其變化約束機制，這樣保證了設計參數的一致性，從而支持產品的并行設計。
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 結語
(1)參數化設計零件可以大大提高模型的生成和修改的速度，在產品的系列設計、相似設計及專用CAD系統開發方面都具有較大的應用價值。
(2)利用NX提供的Part families工具，在相關參數化模型基礎上，借助零件族的Excel工作表，可以快速準確地創建標準件、通用零件及產品系列化設計的三維模型庫。
(3)運用虛擬裝配功能實現了減速器參數化裝配，當產品需求發生變化時，通過裝配模型可以方便地修改產品的設計以適應新的產品需求。
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本文標題：基于NX的減速器三維參數化設計
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