李堃 張博旸 墨林

首都航天機(jī)械有限公司 北京 100076

前言

當(dāng)前，我國工業(yè)速度日新月異，傳統(tǒng)的機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)理念已經(jīng)無法跟上時(shí)代的腳步，弊端越來越多。將三維模型技術(shù)與機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)相結(jié)合才能保障其科技型與整體品質(zhì)，從而使我國的工業(yè)發(fā)展更進(jìn)一步，邁向更加廣袤的發(fā)展空間，得到更加理想的后續(xù)發(fā)展。

1 機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)中三維建模技術(shù)的重要性

在傳統(tǒng)的機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)中，主要應(yīng)用的技術(shù)手段為二維技術(shù)，使用二維技術(shù)所設(shè)計(jì)出來的機(jī)械設(shè)備一般功能單一，并不能滿足當(dāng)前環(huán)境下的市場(chǎng)需求。目前我國的機(jī)械行業(yè)正在蓬勃發(fā)展，對(duì)機(jī)械商品的需求不斷增大，對(duì)其質(zhì)量要求也不斷提升，只有品質(zhì)高、運(yùn)行效率高的優(yōu)秀機(jī)械產(chǎn)品才能夠在殘酷的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中脫穎而出，而在機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)中運(yùn)用三維建模技術(shù)則可以完全滿足這一需求。

將三維建模技術(shù)應(yīng)用于機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計(jì)中不僅可以改良傳統(tǒng)的二維機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)，還可以推動(dòng)整個(gè)機(jī)械設(shè)計(jì)行業(yè)的改革。在機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)中使用三維建模技術(shù)還可以有效地提升工作效率，縮短工作時(shí)間，大大節(jié)省了時(shí)間成本，可以更加高效為市場(chǎng)持續(xù)輸出產(chǎn)品。因此，在機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)中使用三維建模技術(shù)是十分重要的，推動(dòng)了建設(shè)工程技術(shù)的革新，對(duì)我國工業(yè)的發(fā)展也起到了重要的作用。

2 機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)中三維建模技術(shù)的應(yīng)用

在機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)中應(yīng)用三維建模技術(shù)時(shí)，要注意其工作流程，除了提升機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計(jì)技術(shù)外，同時(shí)也需要結(jié)合實(shí)際情況，根據(jù)機(jī)械產(chǎn)品部件的運(yùn)行模式不斷做出設(shè)計(jì)方案上的優(yōu)化，讓機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)與三維建模技術(shù)有效結(jié)合。首先要改革圖紙的設(shè)計(jì)模式，全面開展并實(shí)現(xiàn)機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計(jì)工作，并時(shí)刻注意使用三維建模技術(shù)時(shí)的科學(xué)性。在理論上不斷完善設(shè)計(jì)方案，利用三維建模技術(shù)的特點(diǎn)提升機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)的仿真性，并應(yīng)用新型的技術(shù)與材料進(jìn)行安裝與調(diào)配，進(jìn)行全方位的改善。三維建模技術(shù)將傳統(tǒng)的二維設(shè)計(jì)空間增加了一個(gè)維度，實(shí)現(xiàn)了機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)的革新，與二維CAD技術(shù)相比，三維建模技術(shù)擁有更好的性能。根據(jù)三維建模技術(shù)的特性，將研究方案擬定在UG功能技術(shù)與斜面齒輪建模技術(shù)的應(yīng)用上。

2.1 UG功能技術(shù)

UG軟件是著名的三維建模產(chǎn)品開發(fā)軟件，其功能強(qiáng)大，可以為用戶的產(chǎn)品設(shè)計(jì)與加工過程提供數(shù)字化造型與驗(yàn)證手段，為虛擬產(chǎn)品設(shè)計(jì)與工藝設(shè)計(jì)的需求提供了完善的解決方案。它擁有強(qiáng)大的功能，可以輕松完成各種復(fù)雜的建構(gòu)與造型。隨著電子計(jì)算機(jī)硬件的發(fā)展與市場(chǎng)的需求不斷增加，現(xiàn)在已經(jīng)成為當(dāng)今技術(shù)領(lǐng)域使用數(shù)量最大的主流設(shè)計(jì)軟件之一。UG軟件憑借其強(qiáng)大的信息處理功能，在航天與機(jī)械領(lǐng)域都占有一席之地，發(fā)揮了很大的作用[1]。

2.2 斜齒輪建模技術(shù)的應(yīng)用思考

（1）斜齒輪三維建模技術(shù)分析。斜齒輪的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)是齒廓，本文將在UG中對(duì)其進(jìn)行精細(xì)的分析與研究，確保其精度與準(zhǔn)確性。使用UG進(jìn)行斜齒輪的建模時(shí)，可以更進(jìn)一步提升其精準(zhǔn)程度。由于斜齒輪的端面齒廓曲線的特點(diǎn)，所以在使用UG對(duì)其進(jìn)行精確化建模時(shí)不能直接使用樣條曲線來進(jìn)行建模，此時(shí)應(yīng)該根據(jù)實(shí)際情況與斜齒輪實(shí)際應(yīng)用時(shí)的功能進(jìn)行軟件工具的選擇，根據(jù)其特點(diǎn)應(yīng)選擇標(biāo)準(zhǔn)的漸開線來代替樣條曲線進(jìn)行端面齒廓建模。我們要先將漸開線的標(biāo)準(zhǔn)方程進(jìn)行轉(zhuǎn)化，經(jīng)過轉(zhuǎn)化后，方程式會(huì)成為UG的表達(dá)式，隨后需要驅(qū)動(dòng)公式曲線來獲得結(jié)果，得到標(biāo)準(zhǔn)的漸開線。然后利用UG軟件的其他工具，將斜齒輪齒廓的外形曲線逐漸實(shí)現(xiàn)。由于UG中的公式曲線繪制方式特殊，需要在直角坐標(biāo)系中才能成功繪制，所以，我們需要先把之前得到的漸開線拆解，將其極坐標(biāo)的參數(shù)化方程進(jìn)行轉(zhuǎn)換，在轉(zhuǎn)換成直角坐標(biāo)系方程后才可以進(jìn)行繪制。

（2）斜齒輪的精確建模。以機(jī)械產(chǎn)品中的動(dòng)軸齒輪作為例子。首先需要確定的是表達(dá)式，要將所有參數(shù)的表達(dá)式建立完成，然后要選擇菜單，在菜單的表達(dá)式對(duì)話框中找到關(guān)鍵選項(xiàng)，添加各類參數(shù)，比如壓力角的參數(shù)，每個(gè)圓圈的直徑數(shù)值，齒輪齒的實(shí)體在軸上的長度，圓柱螺旋線的切線與通過其切點(diǎn)的直母線所形成的螺旋角，螺與螺之間的距離，倒角的半徑，齒數(shù)，和曲面漸開線的軸坐標(biāo)。要想做出漸開線與分度圓，就要利用UG本身所具備的基礎(chǔ)功能設(shè)置好與之對(duì)應(yīng)的正確數(shù)值，這樣才能得到漸開線與分度圓。在得到需要的圖形與數(shù)據(jù)后，接下來我們需要繪制的便是原點(diǎn)與二者交點(diǎn)處的直線，同時(shí)需要變換窗口中的操作，把繪制出的直線順時(shí)針旋轉(zhuǎn)90°，最后將其進(jìn)行鏡像處理。做出齒根圓與齒頂圓，并將齒頂圓的半徑參數(shù)增加0.1，這樣做是為了提高容錯(cuò)率，保證其在之后的布爾操作中增加成功率，不至于出現(xiàn)精準(zhǔn)度要求過高而失敗的情況。螺旋線的繪制需要先測(cè)量每個(gè)直線之間的角度，并使用UG平臺(tái)的特征命令得出結(jié)果，從而完成耽擱齒廓。在進(jìn)行此命令時(shí)需要先行備份，并謹(jǐn)慎進(jìn)行操作，以防止出現(xiàn)錯(cuò)誤，難以修改。使用倒斜角，選擇齒根邊緣曲線與齒頂，經(jīng)過操作后得到單個(gè)斜齒，再通過圓形陣列的命令得到全部齒廓。最后進(jìn)入草圖設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，完成相關(guān)設(shè)計(jì)，通過拉伸等工具對(duì)其相關(guān)部位進(jìn)行最后的優(yōu)化，將倒斜角與倒圓角進(jìn)行處理，最終完成三維建模，得到斜齒輪。在斜齒輪的三維建模設(shè)計(jì)過程中，需要運(yùn)用現(xiàn)有的模型，然后在其基礎(chǔ)上進(jìn)行參數(shù)的調(diào)整與修改，以此來根據(jù)需求獲得不同規(guī)格的斜齒輪模型，其三維模型可以自動(dòng)進(jìn)行計(jì)算與運(yùn)作，從而生成新的斜齒輪。將斜齒輪的各結(jié)構(gòu)部位進(jìn)行參數(shù)化處理，這樣在有需求時(shí)，只需要根據(jù)要求調(diào)整參數(shù)即可，大大節(jié)約了時(shí)間成本，省時(shí)省力[2]。

3 結(jié)束語

隨著時(shí)代的不斷發(fā)展，在機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)中使用三維建模技術(shù)已經(jīng)是大勢(shì)所趨，三維建模技術(shù)所設(shè)計(jì)出的圖紙更加直觀立體，只要找到合適的軟件，掌握并使用正確的方法進(jìn)行機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計(jì)，就能產(chǎn)生最大的效果，為我國的工業(yè)行業(yè)帶來全新的道路。