减速器设计中虚拟样机技术的应用探讨

孙 维（临沂大学机械工程学院,山东 临沂 276000）

减速器设计中虚拟样机技术的应用探讨

孙 维
（临沂大学机械工程学院,山东 临沂 276000）

摘 要：减速器设计是众多机械工业中必不可少的程序流程，而虚拟样机技术恰恰可以为减速器设计提供帮助，让减速器的设计更加容易，更加高效。本文重点分析如何应用虚拟样机技术设计减速器，以期对众多机械工业设计部门有所帮助。

关键词：减速器设计；虚拟样机技术；应用

减速器的原理是将工作机作用在原动机上，使机械降低本身的转动速度，达到控制的目的，目前，在众多机械工业中使用减速器，大到航空航天，小到我们的自行车，都离不开减速器的作用。在传统的减速器设计中，往往技术人员需要事先制作需要试验的减速器，然后再将这些减速器用作设计研究，在这过程中，会浪费很多制作原件的时间，让设计过程放慢脚步，这不利于企业的发展。所以，采用虚拟样机技术就成为了必然，它能减少设计研发的时间，增加设计的效率，为企业创造更多的价值，还能降低设计成本，对企业来说是非常值得推广的技术。

1 虚拟样机技术

虚拟样机技术，最早诞生于上世纪80年代，它是一种以计算机技术为基础的设计手段，在产品设计研发的过程中，它能把零散的、甚至是不存在的零件组合成一个设计人员想要的完成品，在计算机中建立一个模型，以方便设计人员的分析、整理，还能将这个虚拟的完成品进行试验，以此检验它的性能，为以后的改进设计打下基础。虚拟样机技术采用专业的设计软件进行工作，这些专业的软件非常适合设计人员的需求，上面有数不尽的零件信息，想要什么零件，都能在上面找到，如果实在找不到，还可以自己进行设计，用参数和几何模型就能实现。设计人员通过在软件上，建立产品的模型、虚拟调配以及后期的仿真试验，就能对产品的设计有一个完整的认识，不需要再浪费时间制作原件，只需要动动手指，就能把设计搞定，这是多么高效率的工作方法。

目前，我国也设计出了自主知识产权的虚拟设计软件，名字叫做CAXA。它的功能非常多，包括多角度的模型设计、虚拟模型材料库、虚拟原件库等多种功能，在设计好之后，还能对完成品进行测试，根据测试结果，指出产品的不足，设计人员就能根据这些提示，改进自己的设计，以使效果达到最好。

2 虚拟样机技术在减速器设计中的应用

2.1 对零件进行数字化建模

在这里，我们主要介绍CAXA软件在减速器设计中的应用情况。在确定好减速器的设计方案之后，我们使用CAXA软件进行数字化建模，就是需要的零件的三维模型，这些模型可能在零件库中不能找到，就需要设计人员自己进行设计，根据参数的调整，零件模型能够展现出来，想要什么样的零件，就输入什么数值，软件会自动调整，使结果达到设计人员的需求。例如，设计人员需要轴承的模型，而此时零件库中有一个模型和设计人员的需求有所出入，那就需要对这个零件进行调整，这时，设计人员就可以把这个零件拖到参数改值的项目中，改变参数的数值，因为是非常高级的软件，数值可以精确到小数点后四位，软件就会根据数值的变化，进行调整，使零件的样式达到数值的要求，同时，也使设计人员满意。这对设计人员来说非常方便，有时在现实中往往花费大量的时间来制作原件，现在只需要改变数值就可以，大大提高了他们的工作效率。

2.2 减速器零件模型的虚拟组合

在得到设计人员想要的零件模型之后，就需要对零件进行虚拟组合。此时，设计人员已经获得了很多零件，这些零件有的是现成的，有的是根据自己的要求改的，一个减速器中需要多种多样的零件，光有零件也不能完成设计的任务，此时，就需要对这些零件进行组合，软件可以根据设计人员的指示，将零件模型调到适合的位置，例如轴承在哪、齿轮在哪、箱体在哪等等，设计人员可以把这些零件模型编上号码，在零件模型进行虚拟组合的时候，不至于产生混乱，而且让设计人员能够一目了然，哪个零件在哪，能够清楚地看到，不需要再重新分解开来查找，为设计人员节省了不少时间，同时也提高了效率。

3 减速器虚拟样机的仿真测试

在这里，设计人员应经得到了一个完整的设计模型，也就是减速器虚拟样机。这时候的减速器已经有了非常好的设计方案，就需要对方案进行检验了。在CAXA软件中的减速器虚拟样机，要放到ADAMS软件中进行仿真测试，ADAMS软件能够记录减速器虚拟样机的参数值和属性，并把仿真测试的环境记录下来，包括环境中的虚拟时间、虚拟温度、虚拟湿度等等，同时，它还能为设计人员提供非常精确地测试条件，例如，在1秒之内，可以使转速在0至1420之间随意调节，它都能满足设计人员的要求，还可以对虚拟温度、虚拟湿度进行调节，以达到充分测试的目的。

4 减速器虚拟样机的分析

此时，减速器虚拟样机已经完成了测试，这时候就该进行测试分析了。我们都知道，分析往往是一个非常繁琐的过程，要分析大量的数据，得出各个阶段的结论，然后再对这些结论进行归纳整理，得出最后总的结论，一个分析往往要用掉很长的时间，这对设计成本来说，又是一个挑战。虚拟样机技术就能很好地解决这个问题，它能指出哪里的设计存在问题，在测试中，会对零件进行评分，哪个零件测试结果不佳，就会得很少的分，并且得出各个零件的分数，以便设计人员后期分析时使用。

5 减速器虚拟设计的优化

优化是设计中必不可少的环节，设计人员在运用虚拟样机技术进行测试之后，往往不会得出最完美的设计，这时，就需要对原来的设计进行优化，在前面的几个环节中，设计人员已经达到了设计的建模、组合、测试等目的，接下来，就要根据上述环节进行改进，改进过程中，要充分结合以上的几个环节，不能贸然做出改变，哪个零件的得分不高，就该哪个零件，然后把改过的零件进行组合，再做出虚拟样机，然后在进行测试，测试结束之后在进行分析，如此重复，以达到最佳的设计效果。

6 总结

通过虚拟样机技术，设计人员能够更好地完成设计任务。在传统的减速器设计中，往往技术人员需要事先制作需要试验的减速器，然后再将这些减速器用作设计研究，在这过程中，会浪费很多制作原件的时间，让设计过程放慢脚步，这不利于企业的发展。所以，采用虚拟样机技术就成为了必然，它能减少设计研发的时间，增加设计的效率，为企业创造更多的价值，还能降低设计成本，对企业来说是非常值得推广的技术。

参考文献：

[1]张鸣,任建平,毛鸿伟.基于虚拟样机的机械设计方法[J].机械设计,2006(11).

[2]万加桔,李旸.工程机械设计中虚拟样机技术的应用[J].江西建材,2006(04).