0 前言
齿轮减速器是最常见的一种传动装置，其功用是将电动机输出的转速降至工作机械所需要的转速，同时将电动机的功率传递给工作机械。减速器由许多零件组成，如轴上传动零件、轴承、联轴器、轴承盖和箱体等。通常的减速器设计是根据减速器的主参数（如输入功率与转速、输出功率与转速等）对每个零件进行设计或选用。这种设计方法的缺点是设计和制造的工作量大、重复劳动、生产率低和生产周期长，且零件的加工质量难以一致，因此减速器的性能差别很大。可以运用NX软件，对减速器的零件进行参数化设计，同时运用NX软件的虚拟装配功能实现减速器的参数化装配，实现计算机虚拟环境下的减速器参数化设计。对于不同主参数的减速器，可以通过编辑零件参数获得新的减速器，从而减少了重复劳动，缩短了产品开发周期，减低了设计成本。
1 齿轮的参数化设计
齿轮是减速器中的主要传动件，它的主要作用是传递动力、改变运动方向和速度等。齿轮一般由轮胚、轮齿、辐板和轮毂等组成。齿轮类零件的造型设计难点在于轮齿的生成，设计时应首先分析轮齿曲线，用数学方程描述轮齿曲线。根据数学方程建立起一个轮齿或轮槽，通过环形阵列即可创建整个齿轮模型。
利用NX软件进行齿轮造型设计的一般步骤如下：
(1)根据设计要求确定齿轮的基本参数，包括模数、齿数、压力角、轴孔径和齿轮厚度等，如图1所示；
图1 通过表达式确定齿轮的主要参数
(2)依据齿顶圆直径和齿轮厚度等参数以及选定的齿轮形式，创建齿轮齿胚；
(3)根据齿轮的基本参数，绘制齿轮廓曲线，生成齿槽曲面如图2所示；
图2 齿轮的渐开线曲面
(4)执行拉伸或扫描命令，从齿轮齿胚上切除材料，形成齿槽；
(5)执行圆周阵列命令，形成所有齿槽，相应也就创建了所有轮齿；
(6)对模型进行细化，如圆角、倒角等，完成整个齿轮的造型，如图3所示。
图3 参数化齿轮模型
根据设计要求，可以通过编辑齿轮的齿数、模数和压力角等主要参数来获得新的齿轮模型。
2 轴的参数化设计
轴是减速器中的重要零件做回转运动的传动零件，如齿轮和带轮，必须安装在轴上进行运动及动力的传递。轴的主要功能是支撑回转零件、传递运动和动力。根据设计及工艺要求，这类零件常有轴肩、键槽、螺纹退刀槽、越程槽、圆角和倒角、轴端螺孔、中心孔和螺纹等工艺结构。轴的参数化设计比较简单，仅需要运用NX软件中基本的体素特征、成型特征，根据阶梯轴的直径、高度来创建阶梯轴的毛坯，工艺结构可以运用NX软件中的细节特征来创建键槽、螺纹退刀槽、越程槽、圆角和倒角等，从而获得参数化阶梯轴。
3 箱体的参数化设计
减速器箱体的主要作用是支承转轴和容纳轴上齿轮，从而确保传动齿轮的正确啮合运动，同时它还与箱盖一起组成包容空腔以实现密封和润滑要求。箱体内部需要安装各种零件，因此，内、外部结构形状随其作用和周围与之连接、配合的零件形状而定，壳体上设计有凸台、轴孔和螺孔等结构，通常有安装用的底板。
以一级圆柱齿轮减速器上箱体为例，利用NX软件设计上箱体。减速器上箱体按照其功能特性即各部分所起的作用、用途可分解为工作腔、底板两部分，这两部分之间的相对位置关系属于叠加。在建模过程中，利用草图构建箱体的参数化轮廓，如图4所示。先执行添加材料的命令，如凸台和凸垫等，后执行除去材料的命令，如孔和腔体，最终通过镜像、修剪等特征操作形成上箱体三维模型。
图4 上箱体的参数化轮廓
4 其他标准件、通用件的参数化设计
减速器中包含螺栓、螺母、轴承等标准件，可以直接使用NX标准件库，根据设计需要输入标准件的主参数，即可获得参数化的模型。
如果要创建本企业内部的模型库，以六角头螺母为例说明三维零件的模型库创建方法。首先利用NX提供的Part families工具定义六角头螺母主要参数生成系列化零件的数据库，如图5所示，同时创建带数据库的六角头螺母模板。调用日寸，六角头螺母模板作为装配件引入主模型，在匹配成员列表里面会出现数据库中包含的所有规格，选择需要的规格加入，生成需要的六角头螺母，如图6所示。
图5 控制参数
图6 根据模板生成的系列零件
5 参数化装配
装配模型能完整地表达产品装配信息。减速器的装配模型不仅描述了齿轮、轴系等零、部件本身的信息，而且还描述了齿轮和轴零部件之间的装配关系及拓扑结构，装配模型不但完整地表达了产品的信息，而且还描述了产品设计参数的继承关系和其变化约束机制，这样保证了设计参数的一致性，从而支持产品的并行设计。
减速器由传动零件（齿轮等）、轴、轴承、箱体及其附件装配而成。装配时，先将齿轮、轴承、轴承端盖以及轴上的定位件等按照各自的位置装在轴上，形成轴系部件，如图7所示。把轴系部件按照位置要求装入箱体，最后装入螺栓、螺塞等附件，形成单级圆柱齿轮减速器，如图8所示。
图7 轴系部件
图8 轴系部件等装入箱体
6 结语
(1)参数化设计零件可以大大提高模型的生成和修改的速度，在产品的系列设计、相似设计及专用CAD系统开发方面都具有较大的应用价值。
(2)利用NX提供的Part families工具，在相关参数化模型基础上，借助零件族的Excel工作表，可以快速准确地创建标准件、通用零件及产品系列化设计的三维模型库。
(3)运用虚拟装配功能实现了减速器参数化装配，当产品需求发生变化时，通过装配模型可以方便地修改产品的设计以适应新的产品需求。
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本文标题：基于NX的减速器三维参数化设计
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