基于NX參數化自頂向下的設計方法及其在減速器中的應用

常 娟，劉德仿，王 斌，胡志斌

(1.鹽城工學院優集學院，江蘇鹽城 224051；2.安徽理工大學機械工程學院，安徽淮南 232001；3. 濟南時代新紀元科技有限公司，山東濟南 250022)

基于NX參數化自頂向下的設計方法及其在減速器中的應用

常 娟1,2，劉德仿1，王 斌1，胡志斌3

(1.鹽城工學院優集學院，江蘇鹽城 224051；2.安徽理工大學機械工程學院，安徽淮南 232001；3. 濟南時代新紀元科技有限公司，山東濟南 250022)

介紹了自頂向下的設計方法，并且在NX中利用自頂向下的方法對減速器進行了設計，將自頂向下方法和NX參數化相結合，通過建立減速器的控制結構，實現了減速器的整體結構控制；利用NX的wave功能和“表達式”功能實現了參數的逐級傳遞、各零件參數之間的關聯、零部件的并行設計和自動化裝配。

自頂向下；參數化；控制結構；并行設計；自動化裝配

為了適應迅速變化的市場需求，提高市場競爭能力，實現產品的快速設計一直是設計行業的研究焦點，設計過程智能化是國家科技部智能制造科技發展“十二五”規劃中重點研究的領域之一。

傳統的自底向上設計方法零件之間沒有數據聯系和約束，其裝配過程是通過坐標變換將設計好的零件拼湊在一起的過程，零件不會因為其他數據的改變而改變，主要適用于裝配無關聯的結構，逐漸不能適應現在產品的更新速度。而自頂向下的設計方法可以實現設計數據從原理布局向裝配結構傳遞，零件與零件之間也能進行數據傳遞，可以保證裝配結構整體的數據關聯性及約束信息，更好地實現產品的快速設計[1-2]。

本文利用NX的“表達式”功能和wave功能，很好地解決了參數傳遞和尺寸關聯的問題，將自頂向下的設計方法和NX的參數化完美結合，在后期修改時可實現關聯性修改，使產品的設計周期進一步縮短。

1 NX參數化技術和自頂向下的設計

NX是一套集成CAD/CAM/CAE等一系列模塊的系統軟件，提供了一個基于過程的產品設計環境，使產品開發從設計到加工實現了數據的無縫集成，從而優化了企業的產品設計與制造。而且，在設計過程中可進行有限元分析、機構運動分析、動力學分析和仿真模擬，提高設計的可靠性和實用性[3]。

通常，參數化設計是指零件或部件的形狀比較定型，用一組參數約束該幾何圖形的一組結構尺寸序列，參數與設計對象的控制尺寸有顯式對應，當賦予不同的參數序列值時，就可驅動達到新的目標幾何圖形，其設計結果是包含設計信息的模型。參數化設計可以方便設計者根據實際情況對零件或部件的特定參數進行修改，進而實現模型的更改[4]。

實現參數化的方法比較成熟的有以下4種，其優缺點如表1所示[5]。

表1 實現參數化的方法優缺點對照表

實現參數化設計不同的軟件有不同的方法，對于Pro/E可利用模型系統[6],在NX中實現參數化設計有3種方式：1)使用草圖對零件進行參數化設計；2)使用表達式對零件進行參數化設計[7]；3)利用形狀約束條件建立截面之間的相關對應關系來對零件進行參數化設計。本文利用的是第2種方法實現零部件的參數化設計[8]。 產品的自頂向下設計過程一般包括：功能概念分析、結構裝配設計、零部件的詳細設計。功能概念分析是指根據產品的功能要求分析得出產品的組成方案、總體驅動參數、產品的參數總體驅動路線圖的過程；結構裝配設計是根據產品的外形要求進行零部件的位置分配得出產品的總體控制結構圖的過程；零部件的詳細設計是指在總體控制結構的約束下進行零部件的細節設計[9-14]。

2 基于NX參數化自頂向下的設計方法在減速器上的應用

2.1基本思路

本文利用基于NX參數化自頂向下的設計方法對直齒輪二級減速器進行了設計，可實現參數的有效傳遞和零部件的自動化裝配。基本思路如圖1所示：在NX環境下首先建立一個“裝配體”文件，在該文件內建立減速器的控制結構，其主要元素為關鍵的點、線、面，然后利用NX的wave功能將控制結構的點、線、面分別分配給下一級具體的部件，在每一個部件內再次利用NX的wave功能將部件內的點、線、面分配給具體的零件，從而進行具體零件的建模，最后將所有零件模型采用絕對原點的方法進行裝配，得到最后的產品模型。

圖1 基本思路流程圖Fig.1 Flow chart of basic ideas

2.2實施步驟

2.2.1 確定傳動方案、驅動參數，并得出參數驅動路線

根據減速器的傳動功率、傳動比等功能要求進行分析，得出減速器的傳動方案、驅動參數以及表示驅動參數和自定義參數之間的傳遞驅動關系的具體參數驅動路線圖，如圖2所示。

2.2.2 建立控制結構

根據圖2中的參數驅動路線，以步驟2.2.1確定的驅動參數和自定義參數為已知數據，計算出零部件的形狀參數和位置關系參數，并建立了表示各參數之間關系的公式，將零部件的形狀參數、位置關系參數以及各參數之間關系的公式利用NX的“表達式”功能輸入NX的表達式表格中，如圖3所示。利用上述表達式約束減速器的控制結構圖中各元素的關系，如圖4所示。在控制結構圖中包含了減速器所用到的一切表達式和信息，同時可利用NX中的PMI功能對控制結構圖進行必要的尺寸標注，在對減速器進行修改時只需在控制結構中對其進行修改即可。

圖2 參數驅動路線圖 Fig.2 Parameter-driven roadmap

圖3 NX參數表達式表Fig.3 Parameter expression table of NX

圖4 控制結構圖Fig.4 Control structure

2.2.3 對減速器進行分級

根據減速器的傳動方案，對減速器進行逐級劃分，采用整體—部件—零件的形式。減速器的零部件分級如圖5所示。

圖5 減速器的零部件分級圖Fig.5 Reducer parts grading chart

根據減速器的零部件劃分，分別將第一級部件的控制結構圖利用NX的wave功能從總體控制結構圖中復制出來，從而建立第一級部件的控制結構圖，同樣具體零件的控制結構也是利用NX的wave功能從第一級部件的控制結構圖中復制出來，這個過程在NX中即為建立如圖6所示的裝配導航圖。

圖6 裝配導航圖Fig.6 Assembly guiding map

2.2.4 并行設計

從裝配導航器的最低一級開始對零件逐一進行建模，此時，可將零件分發給不同的工作人員進行建模，實現不同零件的并行設計，縮短產品設計周期。

2.2.5 裝配

具體零件建模完成后，進行裝配。在裝配時將裝配導航圖所示的所有零件進行裝配，此時可使用絕對原點裝配，不必使用約束，摒除了傳統自底向上設計裝配時所要進行的復雜的各個零件之間的配合，實現裝配的自動化，如圖7所示，簡單準確快捷。

圖7 減速器模型Fig.7 Reducer model

3 結 語

根據以上減速器的設計實例可以看出，將NX參數化和自頂向下設計的設計方法相結合，通過建立控制結構和使用wave功能，可以實現不同零件的并行設計，而且自頂向下設計的設計方法符合產品設計人員的思維過程，將其應用在NX里，可以方便產品設計人員將思維過程反映在電腦里，并且NX參數化可以很方便地對產品的參數進行修改，避免了傳統修改過程的繁瑣，更好地實現產品的快速設計。

基于NX參數化自頂向下設計的設計方法能夠滿足產品功能和結構要求，能及時準確地向下傳遞設計信息，是一種高效率的方法，可以為企業縮短產品設計周期，使產品更新速度越來越快，提高企業競爭力，給企業帶來更大的效益，在當今這個“時間就是金錢”的時代一定會發揮巨大的作用。

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Top-down design method and its application in reducer based on NX parametric

CHANG Juan1,2, LIU Defang1, WANG Bin1, HU Zhibin3

(1.UGS College, Yancheng Technology University, Yancheng Jiangsu 224051, China;2.College of Mechanical Engineering, Anhui University of Science and Technology, Huainan Anhui 232001, China;3.Jinan Times New Era Technology Company Limited, Jinan Shandong 250022, China)

This paper introduces top-down design method, and uses this method to design reducer in NX. By combining top-down design method and NX parametric, and through the establishment of reducer control structure, the overall structure control is achieved. The wave function and "expression" function of NX is used to achieve a gradual transfer of parameters, the link of parameters between each part, concurrent design of the parts and automated assembly.

top-down; parametric; control structure; concurrent design; automated assembly

1008-1534(2014)04-0316-05

2014-03-06;

2014-03-26；責任編輯：李 穆

第九批江蘇省“六大人才高峰”資助項目(ZBZZ-043)；江蘇省教育廳省屬高校自然科學研究面上自籌經費項目(12KJD520010)

常 娟(1988-)，女，山東鄒城人，碩士研究生，主要從事機械制造及其自動化方面的研究。

王 斌副教授。E-mail: wangbin@ycit.cn

TH122

A

10.7535/hbgykj.2014yx04010

常 娟，劉德仿，王 斌，等.基于NX參數化自頂向下的設計方法及其在減速器中的應用[J].河北工業科技,2014,31(4):316-320. CHANG Juan, LIU Defang, WANG Bin, et al.Top-down design method and its application in reducer based on NX parametric[J].Hebei Journal of Industrial Science and Technology,2014,31(4):316-320.