機械產(chǎn)品設計中三維建模技術的應用分析

李堃 張博旸 墨林

首都航天機械有限公司 北京 100076

前言

當前，我國工業(yè)速度日新月異，傳統(tǒng)的機械產(chǎn)品設計理念已經(jīng)無法跟上時代的腳步，弊端越來越多。將三維模型技術與機械產(chǎn)品設計相結合才能保障其科技型與整體品質(zhì)，從而使我國的工業(yè)發(fā)展更進一步，邁向更加廣袤的發(fā)展空間，得到更加理想的后續(xù)發(fā)展。

1 機械產(chǎn)品設計中三維建模技術的重要性

在傳統(tǒng)的機械產(chǎn)品設計中，主要應用的技術手段為二維技術，使用二維技術所設計出來的機械設備一般功能單一，并不能滿足當前環(huán)境下的市場需求。目前我國的機械行業(yè)正在蓬勃發(fā)展，對機械商品的需求不斷增大，對其質(zhì)量要求也不斷提升，只有品質(zhì)高、運行效率高的優(yōu)秀機械產(chǎn)品才能夠在殘酷的市場競爭中脫穎而出，而在機械產(chǎn)品設計中運用三維建模技術則可以完全滿足這一需求。

將三維建模技術應用于機械產(chǎn)品的設計中不僅可以改良傳統(tǒng)的二維機械產(chǎn)品設計，還可以推動整個機械設計行業(yè)的改革。在機械產(chǎn)品設計中使用三維建模技術還可以有效地提升工作效率，縮短工作時間，大大節(jié)省了時間成本，可以更加高效為市場持續(xù)輸出產(chǎn)品。因此，在機械產(chǎn)品設計中使用三維建模技術是十分重要的，推動了建設工程技術的革新，對我國工業(yè)的發(fā)展也起到了重要的作用。

2 機械產(chǎn)品設計中三維建模技術的應用

在機械產(chǎn)品設計中應用三維建模技術時，要注意其工作流程，除了提升機械產(chǎn)品的設計技術外，同時也需要結合實際情況，根據(jù)機械產(chǎn)品部件的運行模式不斷做出設計方案上的優(yōu)化，讓機械產(chǎn)品設計與三維建模技術有效結合。首先要改革圖紙的設計模式，全面開展并實現(xiàn)機械產(chǎn)品的設計工作，并時刻注意使用三維建模技術時的科學性。在理論上不斷完善設計方案，利用三維建模技術的特點提升機械產(chǎn)品設計的仿真性，并應用新型的技術與材料進行安裝與調(diào)配，進行全方位的改善。三維建模技術將傳統(tǒng)的二維設計空間增加了一個維度，實現(xiàn)了機械產(chǎn)品設計的革新，與二維CAD技術相比，三維建模技術擁有更好的性能。根據(jù)三維建模技術的特性，將研究方案擬定在UG功能技術與斜面齒輪建模技術的應用上。

2.1 UG功能技術

UG軟件是著名的三維建模產(chǎn)品開發(fā)軟件，其功能強大，可以為用戶的產(chǎn)品設計與加工過程提供數(shù)字化造型與驗證手段，為虛擬產(chǎn)品設計與工藝設計的需求提供了完善的解決方案。它擁有強大的功能，可以輕松完成各種復雜的建構與造型。隨著電子計算機硬件的發(fā)展與市場的需求不斷增加，現(xiàn)在已經(jīng)成為當今技術領域使用數(shù)量最大的主流設計軟件之一。UG軟件憑借其強大的信息處理功能，在航天與機械領域都占有一席之地，發(fā)揮了很大的作用[1]。

2.2 斜齒輪建模技術的應用思考

（1）斜齒輪三維建模技術分析。斜齒輪的關鍵結構是齒廓，本文將在UG中對其進行精細的分析與研究，確保其精度與準確性。使用UG進行斜齒輪的建模時，可以更進一步提升其精準程度。由于斜齒輪的端面齒廓曲線的特點，所以在使用UG對其進行精確化建模時不能直接使用樣條曲線來進行建模，此時應該根據(jù)實際情況與斜齒輪實際應用時的功能進行軟件工具的選擇，根據(jù)其特點應選擇標準的漸開線來代替樣條曲線進行端面齒廓建模。我們要先將漸開線的標準方程進行轉化，經(jīng)過轉化后，方程式會成為UG的表達式，隨后需要驅動公式曲線來獲得結果，得到標準的漸開線。然后利用UG軟件的其他工具，將斜齒輪齒廓的外形曲線逐漸實現(xiàn)。由于UG中的公式曲線繪制方式特殊，需要在直角坐標系中才能成功繪制，所以，我們需要先把之前得到的漸開線拆解，將其極坐標的參數(shù)化方程進行轉換，在轉換成直角坐標系方程后才可以進行繪制。

（2）斜齒輪的精確建模。以機械產(chǎn)品中的動軸齒輪作為例子。首先需要確定的是表達式，要將所有參數(shù)的表達式建立完成，然后要選擇菜單，在菜單的表達式對話框中找到關鍵選項，添加各類參數(shù)，比如壓力角的參數(shù)，每個圓圈的直徑數(shù)值，齒輪齒的實體在軸上的長度，圓柱螺旋線的切線與通過其切點的直母線所形成的螺旋角，螺與螺之間的距離，倒角的半徑，齒數(shù)，和曲面漸開線的軸坐標。要想做出漸開線與分度圓，就要利用UG本身所具備的基礎功能設置好與之對應的正確數(shù)值，這樣才能得到漸開線與分度圓。在得到需要的圖形與數(shù)據(jù)后，接下來我們需要繪制的便是原點與二者交點處的直線，同時需要變換窗口中的操作，把繪制出的直線順時針旋轉90°，最后將其進行鏡像處理。做出齒根圓與齒頂圓，并將齒頂圓的半徑參數(shù)增加0.1，這樣做是為了提高容錯率，保證其在之后的布爾操作中增加成功率，不至于出現(xiàn)精準度要求過高而失敗的情況。螺旋線的繪制需要先測量每個直線之間的角度，并使用UG平臺的特征命令得出結果，從而完成耽擱齒廓。在進行此命令時需要先行備份，并謹慎進行操作，以防止出現(xiàn)錯誤，難以修改。使用倒斜角，選擇齒根邊緣曲線與齒頂，經(jīng)過操作后得到單個斜齒，再通過圓形陣列的命令得到全部齒廓。最后進入草圖設計環(huán)節(jié)，完成相關設計，通過拉伸等工具對其相關部位進行最后的優(yōu)化，將倒斜角與倒圓角進行處理，最終完成三維建模，得到斜齒輪。在斜齒輪的三維建模設計過程中，需要運用現(xiàn)有的模型，然后在其基礎上進行參數(shù)的調(diào)整與修改，以此來根據(jù)需求獲得不同規(guī)格的斜齒輪模型，其三維模型可以自動進行計算與運作，從而生成新的斜齒輪。將斜齒輪的各結構部位進行參數(shù)化處理，這樣在有需求時，只需要根據(jù)要求調(diào)整參數(shù)即可，大大節(jié)約了時間成本，省時省力[2]。

3 結束語

隨著時代的不斷發(fā)展，在機械產(chǎn)品設計中使用三維建模技術已經(jīng)是大勢所趨，三維建模技術所設計出的圖紙更加直觀立體，只要找到合適的軟件，掌握并使用正確的方法進行機械產(chǎn)品的設計，就能產(chǎn)生最大的效果，為我國的工業(yè)行業(yè)帶來全新的道路。