减速器的可视化虚拟设计

减速器的可视化虚拟设计及数字化样机模型作者:段成燕单位：黑龙江工程学院机电工程系主要内容一、机械产品的设计和开发方向。二、虚拟设计简介三、减速器的可视化虚拟设计四、渐开线齿轮的参数化设计五、结论一、机械产品的设计和开发方向随着PC机3D设计软件在产品设计中的推广应用，机械产品的设计和开发正向着3D化和虚拟化方向发展。采用3D设计软件，如PRO/E、UG、KATIA、SolidWorks等进行产品开发设计的主要优点：1、能够实时地评价零件的结构工艺性，可装配性和可制造性等；2、3D设计软件一般都采用基于特征的参数化造型方法，因此，特别容易对3维虚拟实体零部件的结构特征进行修改，以满足可装配性、可制造性等方面的要求；3、利用装配技术，得到3维虚拟样机，通过运动仿真和干涉检验，修改和完善设计方案；4、一些3D软件提供了基于Web的数据共享技术和直接转换CAM/CAE数据的接口，使CAD/CAM/CAE甚至CAPP等能够集成在一个平台上。符合机械产品全生命周期的设计要求。※3维产品设计技术的发展，推动了机械产品创新设计的进步。特别是基于3维设计技术的虚拟样机和仿真技术的发展，为机械产品创新设计的自动化提供了一种理想的技术支撑平台。二、虚拟设计简介1、虚拟设计的含义：⑴、虚拟设计（VirtualDesign简称VR）技术的概念，最早是由美国科学家拉厄尔于80年代提出的，现在它已被广泛应用于设计领域中。⑵、虚拟设计是一种新兴的多学科交叉技术，它涉及多方面的学科与专业技术，它以机械产品为对象，把设计人员从传统的键盘和鼠标中解脱出来，使他们可以通过多维信息环境进行交互，利用这项技术还可以大大减少实物模型和样机的制造。⑶、虚拟设计是基于自然方式的人机交互系统利用计算机生成一个虚拟环境，并通过多种传感设备，有身临其境的感觉。⑷、在分布式计算环境下进行协同构思、设计、制造、测试和分析产品，从而解决在激烈市场竞争中对产品开发时间、质量、成本方面的巨大压力问题。⑸、采用虚拟设计的方法是设计人员对虚拟的产品进行分析、研究、检查而不需先制造一个模型或样机，这样不但省力、省时、省钱而且能够把产品设计的更好。2、虚拟设计的主要特点：⑴、沉浸性.集成三维图形、声音等多媒体的现代设计方法，用户能身临其境地感受设计过程和性能，从仿真的旁观者成为虚拟环境的组成部分。⑵、设计简单性。自然的人机交互方式，所见即所得，用逼真的临场感，支持不同的用户背景，支持并行工程。⑶、多信息通道。用户感受视觉、听觉、触觉和嗅觉等多种信息，发挥人的多种潜能，增加设计的成功性。⑷、多交互手段。摆脱传统的鼠标键盘输入方式。运用多种交互手段，支持更多的设计行为（建模、仿真、评价、预测等）。⑸、实时性。实时的参与、交互和显示，把人在CAD环境下的活动提升到人机融为一体的积极参与的主动活动，构成融入性的智能化开发系统。3、虚拟产品开发技术：⑴、虚拟产品开发是建立在利用计算机完成产品开发过程构思基础之上的；⑵、虚拟产品开发是以计算机仿真技术和产品全生命周期建模为基础，集计算机图形学、人工智能、并行工程、网络技术、多媒体为一体，在虚拟的条件下，对产品进行构思、设计、制造、测试和分析。⑶、虚拟产品设计是利用存储在计算机内部的数字化模型－－虚拟产品来代替实物模型进行仿真、分析，从而提高产品在时间、质量、成本、服务和环境等对目标中的决策水平，达到全局优化和一次性开发成功的目的。三、减速器的可视化虚拟设计减速器是工业动力传动系统中最重要的机械设备，组成减速器的零件众多，利用传统的设计方法，设计工作量很大，而且也难以保证一次性设计的正确性，往往需要试制样机，且设计周期比较长。现在使用基于PRO/E软件进行三维设计和工程计算，大大缩短了减速器设计周期，而且同时完成了产品的功能设计和造型设计。•减速器的整个设计过程都是在PRO/E软件平台下完成的，包括零件造型设计、零件装配、运动检查和强度分析，而且还可以快速生成工程图，从而大大的方便了生产和设计。•PRO/E不仅是一种作图工具更是一套功能强大简单易学易用的三维造型和分析软件，非常适用于产品的现代工业设计。在PRO/E的使用中，能将设计者的设计思路尽量体现在作图过程中，使各零件、特征、图元成为一个有机的整体，而不是一个个孤立的、不相关的信息孤岛。随着PRO/E软件功能的不断完善和发展，必将会在工业设计领域发挥越来越重要的作用。四、渐开线齿轮的参数化设计1、渐开线齿轮由于能保持定传动比传动、受力方向不变等优点，是减速器的重要组成部分。2、渐开线齿轮齿形比较复杂，目前大多数三维建模系统都不能直接生成齿轮的三维齿廓，一些低端的CAD软件在生成齿形齿廓这一关键步骤时都是根据给定的齿轮参数通过B样条曲线等来拟合渐开线的方法。我们知道B样条曲线等是由一系列型值点来控制的，这样的样条曲线只是近似的渐开线。这里提出的利用PRO/E可精确建立齿轮的三维模型，从而实现齿轮机构虚拟设计、虚拟装配、运动仿真等。3、用PRO/E设计的每一个实体模型均有对应的主要设计步骤及尺寸参数列表，通过修改此列表可根据需要对设计内容进行全面修改，而该列表的修改可通过运行PRO/E中的PROGRAM程序来实现，即通过对PROGRAM程序的二次开发可实现零件的参数化设计。一个或一类零件可用一些概念化的特征参数来控制零件的结构尺寸，从而实现精确、快速的设计。※利用PRO/E软件设计渐开线齿轮渐开线齿轮造型设计比较复杂，一直都是三维CAD设计的难点，这里所论述的利用PRO/E来完成渐开线齿轮造型的设计方法有以下优势：⑴能保证齿轮造型的精确性，可以使齿轮对正确啮合。⑵齿轮轮齿精确的三维造型是齿轮机构动态仿真，NC加工、干涉检验以及有限元分析的前提。⑶利用VB建立的符合设计者习惯的人机交互式的参数输入界面，操作方便。⑷可大大的提高齿轮设计的生产率。五、结论1、综上所述，利用可视化虚拟设计对减速器进行设计在理论上是可行的。2、减速器的可视化虚拟设计在实践教学中也是必然要解决的问题，是理论教学和实际应用相结合的最好的一个实例典范。3、通过对整机模型反复进行仿真、分析和优化，并经实验局部修改后，最终得出产品级的数字化样机模型，从而极大地提高设计开发的效率和成功率，缩短了产品的生产周期。