减速机箱体造型美学设计论文范文

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1特征造型技术

特征造型技术是近年来一种发展迅速的新兴设计技术，还没有统一的概念，在不同的领域，特征的概念也各不相同。从建模的角度来看，特征的概念是指组成零件实体模型并具有某种特定属性的基本元素，它可以分为形状特征和功能特征两种类型。形状特征是建模过程中最基础的特征，是其它特征（精度特征、材料特征、加工特征等）信息的载体[2]。根据形状特征在建模过程中所起的作用不同，可分为主形状特征和辅形状特征两大类；主形状特征大致包括：回转体（圆柱体，球体）和非回转体（长方体，壳体）等；辅形状特征大致分为：面（普通平面、弧形面、导轨面）、孔（螺纹孔、通孔、盲孔、阶梯孔）、槽（矩形槽、球形槽、U形沟槽）等。功能特征是为实现零件的一系列功能（连接、定位、支撑、传动）而设计出相应的基本功能单元。设计人员可以依据设计目标所满足的功能需要，直接定义产品的功能结构，其操作对象不再是基本的形状特征，而是产品的功能要素，例如键槽、倒角、倒圆、连接孔、定位孔、凸台等。特征建模技术是对参数化建模技术的延伸，在参数化技术的基础上，对产品的造型特征进行划分、提取，并把同一类的特征储存在同一特征库中，在类似的产品建模时，直接从特征库中调取所需的特征，利用布尔运算原理进行特征间的快速拼合、粘贴和删减，从而更进一步缩短了产品研发周期。

2减速机箱体结构特点及特征划分

2.1减速机箱体结构特点减速机箱体做为减速机重要的组成零件起着支撑、容纳、固定、连接的功用，减速机箱体类零件为具有内腔和壁的壳体，此外还常具有附着在箱体上的轴承座孔、凸台和筋板等结构，并且箱体壁厚度不均。为方便电机的安装或固定箱体，还常设计有法兰、安装底板、定位孔、安装孔等结构。为了防止杂质进入箱体，箱体需要有良好的密封性，因此箱体上设计有用于安装密封垫片和毡圈的环槽。箱体内通常盛有润滑油，是对箱体内部零件起到润滑、密封、防腐蚀、冷却和清洁的作用，因此箱体上通常设计有供轴承盖、安装箱盖、油塞、油标、透气塞等零件的凸台、凹槽、螺纹孔等结构。减速机箱体结构复杂，且型号规格较多，不同系列的箱体结构差异性大。传统的减速机箱体设计方法，对设计者而言设计周期长且不能很好的进行箱体的多样性设计。参数化设计方法是将产品模型中的尺寸信息定量化，使之成为可以调整的参数，通过改变参数的数值，即可得到结构类型相同，而尺寸大小不同的产品模型[3]。参数化设计针对的是相同系列的产品设计，而不同系列的减速机箱体包含大量功能相同的特征，只是系列之间结构布局不同。基于参数化特征建模技术的引入，能很好的解决在进行系列间箱体设计时对相同功能特征的重复设计问题。

2.2减速机箱体特征划分箱体零件无论何种类型，其形状一般都由腔体、轴承孔、安装板、筋板、凸台，各种连接和定位的孔和槽等结构组成。根据箱体形状特征和其功能元素与对箱体零件特征划分成主要特征（简称主特征）和辅助特征（简称辅特征）两大类。主特征主要包括：箱体的基本形体、底座、连接法兰和轴承座等四大类；辅特征主要包括：依附在箱体主特征上的面、孔、槽、筋板和其他特征等五大类。工程设计人员经常要对减速机产品的各个零部件进行建模，常用到一些大同小异的特征，例如带安装孔的凸台、带凹槽的法兰安装系、轴承座等，它们的形状基本固定，拓扑关系基本不变，在利用它们进行特征造型时，只是大小和位置在基体特征上的改变和其他特征进行联系，如果每个类似特征都依次进行建模，就会浪费设计者大量的时间，导致设计效率较低，因此在将这些特征分类建库时，采用参数化设计方法非常合适。

3减速机箱体的基于参数化的特征造型设计

3.1箱体特征造型系统的组成箱体基于参数化的特征造型区别于其他CAD造型方法的主要特点是不再用简单几何的方法去设计构造零件,而是引入箱体特征单元作为造型的操作对象,来满足后续变型设计的目的。本文开发的减速机箱体三维特征造型系统，其组成与功能如下：（1）特征单元造型：建立特征单元库，构造主特征单元和辅助特征单元，通过用户交互式界面，输入特征的形状种类和几何参数对箱体进行造型设计，最终得到用户满意的箱体。（2）特征单元编辑：对已设计好的特征单元进行动态的编辑、修改、添加和删除等操作，并与特征库实现动态连接，随时更新特征单元库。基于特征单元的造型设计的系统结构见图1。图1系统结构总图每一个箱体特征元素可以用参数化方式来实现，形成功能特征元素库设计时，通过输入适当的结构参数形成具体的功能特征子图，再由各个功能特征子图的特定位置和顺序组成零件工作图（以交互方式实现）。

3.2箱体特征造型系统具体操作利用PRO/E自带的PROTOOLKIT开发包和VC6.0程序设计语言在三维设计软件PRO/E中建立减速器箱体CAD特征建模系统。通过对减速器特征造型系统进行总体整体规划，完成系统菜单和人性化的对话框设计，先启动减速器箱体设计系统界面，选择需要设计的减速器箱体类型，再按照设计者的要求和意图，通过选择需要修改的箱体特征单元的尺寸和形状参数，然后将已经按要求修改好的各个特征单元进行布尔运算，得出减速器箱体雏形。箱体的特征单元的总体形状是比较复杂，因此，总结归纳一些主要的轮廓形状作为基本的特征单元。辅助特征单元是具有许多相似的结构，因此，可以在不同箱体之间通用，保证设计的合理性，减少工作量，提高设计效率。箱体零件特征单元的造型步骤如下：以R系列减速器箱体为例，基于特征建模原理，针对某箱体零件建模过程，输入减速器箱体的基本设计参数、选择结构形式和所应用行业，以确定箱体的基本形体尺寸。在pro/e三维设计环境中绘制所需箱体主体和辅助特征，通过使用菜单系统和工具条逐步完成主、辅特征的造型并引入设计环境中。选择箱体总体的外轮廓主特征单元的图标，输入所需的风格类型和设计参数，先新建一个箱体,然后调整需要修改的点、线、面达到设计要求在导入单元特征前，添加特征所需要约束的形状类型和尺寸参数，如图2（a）一图2（c）所示。系统引入主特征单元。然后依次添加轴承座孔、凸台和筋板等各个特征单元，形成箱体零件的三维模型，如图5（d）一图5（g）所示。在基于特征的箱体建模过程中，如图3所示，设计者往往需要对其特征单元进行修改，已达到满足设计者所要求的形状要求。对已经建好的箱体模型，对其输出端轴承座和底座进行特征变型，其设计修改过程是如下：STEP1：对已建立好的或正在建模的箱体，选择其上需要修改的特征。STEP2：从特征单元库中选择需要修改箱体特征的种类，在其对话框上，选择需要的该特征形状，例如，轴承座有圆柱形、圆锥形、矩形等。STEP3：在参数对话框中输入相应的设计参数，例如，轴承座需要输入轴承座孔直径，径向厚度和外轮廓尺寸等。STEP4：已经定义好的替换特征，系统会自动生成新的模型。若不满意可以按上述步骤重新操作，直到达到设计要求为止。

4结论

特征造型技术作为当代产品设计技术一个研究热点越来越引起人们的重视。本文在深入研究了箱体特征造型理论、实体造型技术和产品参数化的基础上，致力于创建一个智能化的箱体特征造型CAD系统的研究和应用。在产品思想下，引入特征造型技术，从箱体特征分解入手，运用三维实体造型的理论和方法，结合产品造型参数化技术，对箱体零件特征造型CAD系统理论进行研究，并在PRO/E的平台上二次开发了一个规则的箱体特征造型系统的实例。由于特征技术基本上处于理论探讨阶段，特别是专门用于减速机箱体特征造型系统尚未有研究者研究，因此本文所做的工作在理论上和实际应用上均具有一定价值。

作者：李勇陈涛付小莉单位：河南机电高等专科学校中原工学院