基于品牌特征的减速器箱体建模研究

付晓莉， 李　勇， 姜二彪， 陈　芳， 吕亚磊， 胡文生

(中原工学院， 郑州 450007)



基于品牌特征的减速器箱体建模研究

付晓莉， 李勇， 姜二彪， 陈芳， 吕亚磊， 胡文生

(中原工学院， 郑州 450007)

摘要：在减速器设计中如何有效建立具有企业品牌特征的箱体是箱体建模研究中需要解决的问题。本文在减速器箱体特征划分的基础上阐述了基于减速器箱体品牌特征的组建方法和遗传变形原理，并构建了减速器箱体特征的遗传和变异模型，给出了R系列减速器箱体实例建模过程。

关键词：品牌特征；减速器；参数化设计；箱体

产品外观造型是企业塑造品牌形象的载体，消费者通过产品的造型、功能、材质、色彩等方面构建对产品潜在的视觉识别意识，从而准确理解该企业的品牌理念和文化[1]。品牌基因包括品牌核心价值和品牌个性，是与其他品牌形成差异化的根本因素。产品品牌基因往往是由一系列产品共同形成的。通过对品牌基因的遗传和变异，利用基于品牌风格的参数化建模方法能够快速地设计出具有自身品牌特征的新产品。在汽车、手机、工程设备等产品设计中，产品特征造型设计、家族化设计等方法已经得到广泛应用。面对竞争日益激烈的减速器市场，将这些理念和方法很好地运用到减速器箱体造型设计中，对正面临全面提升企业品牌形象和产品形象问题的减速器生产企业具有重要的现实意义。

近年来，国内外学者对产品外观家族化设计的研究主要包括两方面：一是传承品牌理念和文化，进行产品识别设计，使消费者对产品统一的品质形象和视觉形象进行充分的认知，提高对产品品牌的认同感[2]；二是通过细分出不同系列产品间形态的差异，规划产品的整体形象，形成风格一致的产品[3]。

目前，国内外对圆柱齿轮传动参数化建模的研究较为成熟。但是，针对减速器箱体特征建模方法的研究较少[4]，且提供的建库方法存在一些不足，大多只是对开发建库理论进行分析，对箱体类零件特征的分析不透彻，建库工具具有很大的局限性。

本文在减速器箱体特征划分的基础上阐述了基于减速器箱体品牌特征的组建方法和遗传变形原理，并构建了减速器箱体特征的遗传和变异模型，给出了R系列减速器箱体实例建模过程。

1箱体特征的划分

考虑到品牌因素对箱体外观的影响，本文将减速器箱体特征划分为基本特征、功能特征、附加特征和品牌特征，以便于箱体的家族化设计。

1.1基本特征

基本特征描述箱体外部的几何轮廓，是传递和表达零件外形信息的主要载体。基本特征是通过面或线来表达的，大多以矩形为基础，可以演变出不同的造型风格(见图1)。

图1　箱体基本特征线

1.2功能特征

减速器的功能取决于其中包含的齿轮机构类型，而齿轮机构的类型决定了减速器输入轴和输出轴的空间位置关系，进而影响到减速器的分类和装配形式。减速器箱体系列间的差异源于其传动方式的差异，在对某一系列减速器箱体进行造型设计时，无论箱体造型风格怎样变化，其输入轴和输出轴的空间位置关系是不能改变的。图2为不同系列减速器传动轴的装配形式。

图2　不同系列减速器传动轴的装配形式

1.3附加特征

依据箱体的工作特点，把减速器箱体的附加特征分为支撑、密封、散热、装配、润滑、起吊、窥视、通气和放油等。

支撑特征：用来支撑和固定轴承及齿轮轴等零件，并保证传动零件相对位置的准确性。

密封特征：主要是防止箱体外部的灰尘、水分等杂质侵入箱体内部及阻止箱体内部冷却油的泄漏和蒸发，密封性的好坏也与噪音的大小有重要关系。

散热特征：主要是防止箱体内部温度过高、传动部件受热变形失效、润滑油油温升高、黏度降低等危害。

安装特征：主要是使传动零件能方便地安装到箱体内部，便于箱体定位，便于检修且达到要求的装配精度。

润滑特征：主要是满足箱体内部结构的润滑要求，如能润滑内部传动零件的注油孔、油道等。

起吊特征：主要是箱体应有方便吊起、搬运等形状结构。

通气特征：传动零件在相对运动时会产生大量的热能，如果没有通气特征，会使润滑油温度和壳体内气体压力升高，易使油封和端盖等密封零件损坏，导致漏油。

放油特征：减速器在工作一段时间后，由于传动零件的磨损会产生碎屑等杂质，箱体内的润滑油会变质失效，需要定期更换。因此，箱体要具有放油功能的孔形结构。

窥视特征：检查其内部传动零件的工作状态，检查油面高度等。

1.4品牌特征

品牌特征是企业实施品牌战略时，为了达到产品形象与企业品牌形象相统一，以便于消费者辨识的目的，将一些个性化元素运用到产品造型中形成的能反映企业特有文化和产品设计风格的特征。品牌特征可以由基本特征和附加特征的点、线、面演变。

2基于品牌特征的箱体建模

这里将品牌因素驱动下的家族化设计方法引入到减速器箱体产品族的设计中[5]。由于功能设计是自顶向下的过程，通过对箱体功能的分析和归纳，可从抽象的功能描述转化为具体的形状结构描述。为了简化箱体功能与结构之间的映射关系，本文建立了附加特征—品牌约束—结构映射的关系网络(见图3)。

图3　附加特征—品牌—结构的映射关系

2.1品牌特征组建

图4反映了产品族特征的映射逻辑和层次关系。由图4可知,箱体产品族特征的继承、交叉、变异是蕴含在企业产品更新换代过程中的。在图4中，kij是箱体最基本的特征单元；fi表示具有某一类基本特征单元的集合；F是品牌特征的影响因子；ai是基本特征单元在一定约束条件下(如性能约束、结构约束等)通过交叉组合形成的箱体特征集；Pi表示减速器箱体系列产品中的个别产品。则

式中，PA表示由n个产品子集组合而成的产品族。这些箱体产品特征不是单独出现的。它们在造型、色彩、局部结构和材质上有很强的相似性，这些具有很强相似性的产品设计思路和模式就属于家族化产品设计的范畴。

图4　家族化特征与产品族的逻辑关系

2.2品牌特征遗传

特征遗传保证了产品品牌的延续性，对产品族的稳定发展起到至关重要的作用[6-7]。对于减速器箱体而言，横向子产品间存在差异化，纵向子产品间存在统一性。减速器箱体家族化特征遗传[8]和变异模型如图5所示。

图5　减速器箱体家族化特征的遗传与变异模型

2.3特征变异

以减速器箱体起吊特征为例，如图6所示，在满足

基本功能要求的基础上，引入品牌特征因子—圆弧，通过交叉、变异，构造出能体现品牌形象的箱体造型。

图6　箱体起吊特征的变异过程

3应用实例

以R系列减速器箱体中的R1型基体为例，根据上述建模方法通过改变基本的设计参数，对其进行参数化模型改变设计。图7、图8分别为R1型基体变异模型过程、 箱体特征模型改变实例。

图7　R1型基体变异模型的变异过程

图8　箱体特征变型实例

4结语

(1)以减速器箱体为研究对象，考虑到品牌因素对箱体外观的影响，提出将减速器箱体特征划分为基本特征、功能特征、附加特征和品牌特征。

(2)将品牌因素驱动下的家族化设计方法引入到减速器箱体产品族的设计中。构建了减速器箱体家族化特征的遗传与变异模型。

(3)为便于箱体品牌特征的造型设计，提高三维造型效率，以Pro/E为平台、Pro/Toolkit为工具，构建面向品牌特征的减速器箱体造型系统，是以后箱体特征造型系统开发的重点。

参考文献：

[1]Fa S, Fa R H. A Study on the Construction Method of Product Image of the Brand Enterprises[J]. Applied Mechanics and Materials, 2011, 101-102:178-181.

[2] 付晓莉，孙许方，陈芳. 工业通用减速机造型设计研究[J]. 机械设计，2014,31(4):108-110.

[3]Arslan F M, Altuna O K. The Effect ofBrand Extensions

on Product Brand Image[J].Journal of Product & Amp Brand Management, 2010,19(3):170-180.

[4]李勇，韩超，付晓莉，等.基于Pro/E的减速机箱体参数化设计研究[J].中原工学院学报，2012，23(6)：22-25.

[5]胡伟峰，赵江洪.用户期望意向驱动的汽车造型基因进化[J]. 机械工程学报，2011,47(16):176-181.

[6]Janssen P. A Generative Evolutionary Design Method[J].Digital Creativity, 2006, 17(1): 49-63.

[7]罗仕鉴, 朱上上, 冯聘. 面向工业设计的产品族设计DNA[J]. 机械工程学报, 2008,44(7):123-12.

[8]王爱民，孟明辰，黄靖远. 聚类分析法在产品族设计中的应用研究[J]. 计算机辅助设计与图形学学报，2003,15(3):343-347.

(责任编辑：姜海芹)

Modeling Study for Gear Reducer Box Based on Brand Identity

FU Xiao-Li， LI Yong， JIANG Er-biao， CHEN Fang， LV Ya-lei， HU Wen-sheng

(Zhongyuan University of Technology， Zhengzhou 450007, China)

Abstract:How to build an effective gear unit housing which have brand identity of enterprise is an urgent problem in gear unit housing building. The gear reducer box features are devided into the basic features, functional features, additional features and brand identity. Brand feature building and genetic principles of the gear reducer box are described. And the heredity and variation model of the gear reducer box are builded. A three-dimensional parametric model based on R series gear unit housing is designed with the restraint of brand identity.

Key words:brand identity； gear reducer； parametric design； gear unit housing

中图分类号：TH122

文献标志码：A

DOI:10.3969/j.issn.1671-6906.2016.01.007

文章编号：1671-6906(2016)01-0029-04

作者简介：付晓莉(1962—)，女，河南信阳人，教授，主要研究方向为工业设计、机械设计。

基金项目：河南省高等学校重点科研项目(16A410006);郑州市科技计划项目(20150481)

收稿日期：2015-06-25