減速器設(shè)計(jì)中虛擬樣機(jī)技術(shù)的應(yīng)用探討

孫 維（臨沂大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院,山東 臨沂 276000）

減速器設(shè)計(jì)中虛擬樣機(jī)技術(shù)的應(yīng)用探討

孫 維
（臨沂大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院,山東 臨沂 276000）

摘 要：減速器設(shè)計(jì)是眾多機(jī)械工業(yè)中必不可少的程序流程，而虛擬樣機(jī)技術(shù)恰恰可以為減速器設(shè)計(jì)提供幫助，讓減速器的設(shè)計(jì)更加容易，更加高效。本文重點(diǎn)分析如何應(yīng)用虛擬樣機(jī)技術(shù)設(shè)計(jì)減速器，以期對眾多機(jī)械工業(yè)設(shè)計(jì)部門有所幫助。

關(guān)鍵詞：減速器設(shè)計(jì)；虛擬樣機(jī)技術(shù)；應(yīng)用

減速器的原理是將工作機(jī)作用在原動機(jī)上，使機(jī)械降低本身的轉(zhuǎn)動速度，達(dá)到控制的目的，目前，在眾多機(jī)械工業(yè)中使用減速器，大到航空航天，小到我們的自行車，都離不開減速器的作用。在傳統(tǒng)的減速器設(shè)計(jì)中，往往技術(shù)人員需要事先制作需要試驗(yàn)的減速器，然后再將這些減速器用作設(shè)計(jì)研究，在這過程中，會浪費(fèi)很多制作原件的時間，讓設(shè)計(jì)過程放慢腳步，這不利于企業(yè)的發(fā)展。所以，采用虛擬樣機(jī)技術(shù)就成為了必然，它能減少設(shè)計(jì)研發(fā)的時間，增加設(shè)計(jì)的效率，為企業(yè)創(chuàng)造更多的價值，還能降低設(shè)計(jì)成本，對企業(yè)來說是非常值得推廣的技術(shù)。

1 虛擬樣機(jī)技術(shù)

虛擬樣機(jī)技術(shù)，最早誕生于上世紀(jì)80年代，它是一種以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)手段，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)研發(fā)的過程中，它能把零散的、甚至是不存在的零件組合成一個設(shè)計(jì)人員想要的完成品，在計(jì)算機(jī)中建立一個模型，以方便設(shè)計(jì)人員的分析、整理，還能將這個虛擬的完成品進(jìn)行試驗(yàn)，以此檢驗(yàn)它的性能，為以后的改進(jìn)設(shè)計(jì)打下基礎(chǔ)。虛擬樣機(jī)技術(shù)采用專業(yè)的設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行工作，這些專業(yè)的軟件非常適合設(shè)計(jì)人員的需求，上面有數(shù)不盡的零件信息，想要什么零件，都能在上面找到，如果實(shí)在找不到，還可以自己進(jìn)行設(shè)計(jì)，用參數(shù)和幾何模型就能實(shí)現(xiàn)。設(shè)計(jì)人員通過在軟件上，建立產(chǎn)品的模型、虛擬調(diào)配以及后期的仿真試驗(yàn)，就能對產(chǎn)品的設(shè)計(jì)有一個完整的認(rèn)識，不需要再浪費(fèi)時間制作原件，只需要動動手指，就能把設(shè)計(jì)搞定，這是多么高效率的工作方法。

目前，我國也設(shè)計(jì)出了自主知識產(chǎn)權(quán)的虛擬設(shè)計(jì)軟件，名字叫做CAXA。它的功能非常多，包括多角度的模型設(shè)計(jì)、虛擬模型材料庫、虛擬原件庫等多種功能，在設(shè)計(jì)好之后，還能對完成品進(jìn)行測試，根據(jù)測試結(jié)果，指出產(chǎn)品的不足，設(shè)計(jì)人員就能根據(jù)這些提示，改進(jìn)自己的設(shè)計(jì)，以使效果達(dá)到最好。

2 虛擬樣機(jī)技術(shù)在減速器設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

2.1 對零件進(jìn)行數(shù)字化建模

在這里，我們主要介紹CAXA軟件在減速器設(shè)計(jì)中的應(yīng)用情況。在確定好減速器的設(shè)計(jì)方案之后，我們使用CAXA軟件進(jìn)行數(shù)字化建模，就是需要的零件的三維模型，這些模型可能在零件庫中不能找到，就需要設(shè)計(jì)人員自己進(jìn)行設(shè)計(jì)，根據(jù)參數(shù)的調(diào)整，零件模型能夠展現(xiàn)出來，想要什么樣的零件，就輸入什么數(shù)值，軟件會自動調(diào)整，使結(jié)果達(dá)到設(shè)計(jì)人員的需求。例如，設(shè)計(jì)人員需要軸承的模型，而此時零件庫中有一個模型和設(shè)計(jì)人員的需求有所出入，那就需要對這個零件進(jìn)行調(diào)整，這時，設(shè)計(jì)人員就可以把這個零件拖到參數(shù)改值的項(xiàng)目中，改變參數(shù)的數(shù)值，因?yàn)槭欠浅８呒壍能浖?，?shù)值可以精確到小數(shù)點(diǎn)后四位，軟件就會根據(jù)數(shù)值的變化，進(jìn)行調(diào)整，使零件的樣式達(dá)到數(shù)值的要求，同時，也使設(shè)計(jì)人員滿意。這對設(shè)計(jì)人員來說非常方便，有時在現(xiàn)實(shí)中往往花費(fèi)大量的時間來制作原件，現(xiàn)在只需要改變數(shù)值就可以，大大提高了他們的工作效率。

2.2 減速器零件模型的虛擬組合

在得到設(shè)計(jì)人員想要的零件模型之后，就需要對零件進(jìn)行虛擬組合。此時，設(shè)計(jì)人員已經(jīng)獲得了很多零件，這些零件有的是現(xiàn)成的，有的是根據(jù)自己的要求改的，一個減速器中需要多種多樣的零件，光有零件也不能完成設(shè)計(jì)的任務(wù)，此時，就需要對這些零件進(jìn)行組合，軟件可以根據(jù)設(shè)計(jì)人員的指示，將零件模型調(diào)到適合的位置，例如軸承在哪、齒輪在哪、箱體在哪等等，設(shè)計(jì)人員可以把這些零件模型編上號碼，在零件模型進(jìn)行虛擬組合的時候，不至于產(chǎn)生混亂，而且讓設(shè)計(jì)人員能夠一目了然，哪個零件在哪，能夠清楚地看到，不需要再重新分解開來查找，為設(shè)計(jì)人員節(jié)省了不少時間，同時也提高了效率。

3 減速器虛擬樣機(jī)的仿真測試

在這里，設(shè)計(jì)人員應(yīng)經(jīng)得到了一個完整的設(shè)計(jì)模型，也就是減速器虛擬樣機(jī)。這時候的減速器已經(jīng)有了非常好的設(shè)計(jì)方案，就需要對方案進(jìn)行檢驗(yàn)了。在CAXA軟件中的減速器虛擬樣機(jī)，要放到ADAMS軟件中進(jìn)行仿真測試，ADAMS軟件能夠記錄減速器虛擬樣機(jī)的參數(shù)值和屬性，并把仿真測試的環(huán)境記錄下來，包括環(huán)境中的虛擬時間、虛擬溫度、虛擬濕度等等，同時，它還能為設(shè)計(jì)人員提供非常精確地測試條件，例如，在1秒之內(nèi)，可以使轉(zhuǎn)速在0至1420之間隨意調(diào)節(jié)，它都能滿足設(shè)計(jì)人員的要求，還可以對虛擬溫度、虛擬濕度進(jìn)行調(diào)節(jié)，以達(dá)到充分測試的目的。

4 減速器虛擬樣機(jī)的分析

此時，減速器虛擬樣機(jī)已經(jīng)完成了測試，這時候就該進(jìn)行測試分析了。我們都知道，分析往往是一個非常繁瑣的過程，要分析大量的數(shù)據(jù)，得出各個階段的結(jié)論，然后再對這些結(jié)論進(jìn)行歸納整理，得出最后總的結(jié)論，一個分析往往要用掉很長的時間，這對設(shè)計(jì)成本來說，又是一個挑戰(zhàn)。虛擬樣機(jī)技術(shù)就能很好地解決這個問題，它能指出哪里的設(shè)計(jì)存在問題，在測試中，會對零件進(jìn)行評分，哪個零件測試結(jié)果不佳，就會得很少的分，并且得出各個零件的分?jǐn)?shù)，以便設(shè)計(jì)人員后期分析時使用。

5 減速器虛擬設(shè)計(jì)的優(yōu)化

優(yōu)化是設(shè)計(jì)中必不可少的環(huán)節(jié)，設(shè)計(jì)人員在運(yùn)用虛擬樣機(jī)技術(shù)進(jìn)行測試之后，往往不會得出最完美的設(shè)計(jì)，這時，就需要對原來的設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化，在前面的幾個環(huán)節(jié)中，設(shè)計(jì)人員已經(jīng)達(dá)到了設(shè)計(jì)的建模、組合、測試等目的，接下來，就要根據(jù)上述環(huán)節(jié)進(jìn)行改進(jìn)，改進(jìn)過程中，要充分結(jié)合以上的幾個環(huán)節(jié)，不能貿(mào)然做出改變，哪個零件的得分不高，就該哪個零件，然后把改過的零件進(jìn)行組合，再做出虛擬樣機(jī)，然后在進(jìn)行測試，測試結(jié)束之后在進(jìn)行分析，如此重復(fù)，以達(dá)到最佳的設(shè)計(jì)效果。

6 總結(jié)

通過虛擬樣機(jī)技術(shù)，設(shè)計(jì)人員能夠更好地完成設(shè)計(jì)任務(wù)。在傳統(tǒng)的減速器設(shè)計(jì)中，往往技術(shù)人員需要事先制作需要試驗(yàn)的減速器，然后再將這些減速器用作設(shè)計(jì)研究，在這過程中，會浪費(fèi)很多制作原件的時間，讓設(shè)計(jì)過程放慢腳步，這不利于企業(yè)的發(fā)展。所以，采用虛擬樣機(jī)技術(shù)就成為了必然，它能減少設(shè)計(jì)研發(fā)的時間，增加設(shè)計(jì)的效率，為企業(yè)創(chuàng)造更多的價值，還能降低設(shè)計(jì)成本，對企業(yè)來說是非常值得推廣的技術(shù)。

參考文獻(xiàn)：

[1]張鳴,任建平,毛鴻偉.基于虛擬樣機(jī)的機(jī)械設(shè)計(jì)方法[J].機(jī)械設(shè)計(jì),2006(11).

[2]萬加桔,李旸.工程機(jī)械設(shè)計(jì)中虛擬樣機(jī)技術(shù)的應(yīng)用[J].江西建材,2006(04).