減速器設計中虛擬樣機技術的應用探討

孫 維（臨沂大學機械工程學院,山東 臨沂 276000）

減速器設計中虛擬樣機技術的應用探討

孫 維
（臨沂大學機械工程學院,山東 臨沂 276000）

摘 要：減速器設計是眾多機械工業(yè)中必不可少的程序流程，而虛擬樣機技術恰恰可以為減速器設計提供幫助，讓減速器的設計更加容易，更加高效。本文重點分析如何應用虛擬樣機技術設計減速器，以期對眾多機械工業(yè)設計部門有所幫助。

關鍵詞：減速器設計；虛擬樣機技術；應用

減速器的原理是將工作機作用在原動機上，使機械降低本身的轉動速度，達到控制的目的，目前，在眾多機械工業(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)的減速器設計中，往往技術人員需要事先制作需要試驗的減速器，然后再將這些減速器用作設計研究，在這過程中，會浪費很多制作原件的時間，讓設計過程放慢腳步，這不利于企業(yè)的發(fā)展。所以，采用虛擬樣機技術就成為了必然，它能減少設計研發(fā)的時間，增加設計的效率，為企業(yè)創(chuàng)造更多的價值，還能降低設計成本，對企業(yè)來說是非常值得推廣的技術。

1 虛擬樣機技術

虛擬樣機技術，最早誕生于上世紀80年代，它是一種以計算機技術為基礎的設計手段，在產品設計研發(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計人員想要的完成品，在計算機中建立一個模型，以方便設計人員的分析、整理，還能將這個虛擬的完成品進行試驗，以此檢驗它的性能，為以后的改進設計打下基礎。虛擬樣機技術采用專業(yè)的設計軟件進行工作，這些專業(yè)的軟件非常適合設計人員的需求，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，如果實在找不到，還可以自己進行設計，用參數(shù)和幾何模型就能實現(xiàn)。設計人員通過在軟件上，建立產品的模型、虛擬調配以及后期的仿真試驗，就能對產品的設計有一個完整的認識，不需要再浪費時間制作原件，只需要動動手指，就能把設計搞定，這是多么高效率的工作方法。

目前，我國也設計出了自主知識產權的虛擬設計軟件，名字叫做CAXA。它的功能非常多，包括多角度的模型設計、虛擬模型材料庫、虛擬原件庫等多種功能，在設計好之后，還能對完成品進行測試，根據(jù)測試結果，指出產品的不足，設計人員就能根據(jù)這些提示，改進自己的設計，以使效果達到最好。

2 虛擬樣機技術在減速器設計中的應用

2.1 對零件進行數(shù)字化建模

在這里，我們主要介紹CAXA軟件在減速器設計中的應用情況。在確定好減速器的設計方案之后，我們使用CAXA軟件進行數(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，就需要設計人員自己進行設計，根據(jù)參數(shù)的調整，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，軟件會自動調整，使結果達到設計人員的需求。例如，設計人員需要軸承的模型，而此時零件庫中有一個模型和設計人員的需求有所出入，那就需要對這個零件進行調整，這時，設計人員就可以把這個零件拖到參數(shù)改值的項目中，改變參數(shù)的數(shù)值，因為是非常高級的軟件，數(shù)值可以精確到小數(shù)點后四位，軟件就會根據(jù)數(shù)值的變化，進行調整，使零件的樣式達到數(shù)值的要求，同時，也使設計人員滿意。這對設計人員來說非常方便，有時在現(xiàn)實中往往花費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

在得到設計人員想要的零件模型之后，就需要對零件進行虛擬組合。此時，設計人員已經獲得了很多零件，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計的任務，此時，就需要對這些零件進行組合，軟件可以根據(jù)設計人員的指示，將零件模型調到適合的位置，例如軸承在哪、齒輪在哪、箱體在哪等等，設計人員可以把這些零件模型編上號碼，在零件模型進行虛擬組合的時候，不至于產生混亂，而且讓設計人員能夠一目了然，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，為設計人員節(jié)省了不少時間，同時也提高了效率。

3 減速器虛擬樣機的仿真測試

在這里，設計人員應經得到了一個完整的設計模型，也就是減速器虛擬樣機。這時候的減速器已經有了非常好的設計方案，就需要對方案進行檢驗了。在CAXA軟件中的減速器虛擬樣機，要放到ADAMS軟件中進行仿真測試，ADAMS軟件能夠記錄減速器虛擬樣機的參數(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，它還能為設計人員提供非常精確地測試條件，例如，在1秒之內，可以使轉速在0至1420之間隨意調節(jié)，它都能滿足設計人員的要求，還可以對虛擬溫度、虛擬濕度進行調節(jié)，以達到充分測試的目的。

4 減速器虛擬樣機的分析

此時，減速器虛擬樣機已經完成了測試，這時候就該進行測試分析了。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)，得出各個階段的結論，然后再對這些結論進行歸納整理，得出最后總的結論，一個分析往往要用掉很長的時間，這對設計成本來說，又是一個挑戰(zhàn)。虛擬樣機技術就能很好地解決這個問題，它能指出哪里的設計存在問題，在測試中，會對零件進行評分，哪個零件測試結果不佳，就會得很少的分，并且得出各個零件的分數(shù)，以便設計人員后期分析時使用。

5 減速器虛擬設計的優(yōu)化

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

6 總結

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

參考文獻：

[1]張鳴,任建平,毛鴻偉.基于虛擬樣機的機械設計方法[J].機械設計,2006(11).

[2]萬加桔,李旸.工程機械設計中虛擬樣機技術的應用[J].江西建材,2006(04).