機械產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，我國工業速度日新月異，傳統的機械產品設計理念已經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品設計相結合才能保障其科技型與整體品質，從而使我國的工業發展更進一步，邁向更加廣袤的發展空間，得到更加理想的后續發展。

1 機械產品設計中三維建模技術的重要性

在傳統的機械產品設計中，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，并不能滿足當前環境下的市場需求。目前我國的機械行業正在蓬勃發展，對機械商品的需求不斷增大，對其質量要求也不斷提升，只有品質高、運行效率高的優秀機械產品才能夠在殘酷的市場競爭中脫穎而出，而在機械產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品的設計中不僅可以改良傳統的二維機械產品設計，還可以推動整個機械設計行業的改革。在機械產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，大大節省了時間成本，可以更加高效為市場持續輸出產品。因此，在機械產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，對我國工業的發展也起到了重要的作用。

2 機械產品設計中三維建模技術的應用

在機械產品設計中應用三維建模技術時，要注意其工作流程，除了提升機械產品的設計技術外，同時也需要結合實際情況，根據機械產品部件的運行模式不斷做出設計方案上的優化，讓機械產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，全面開展并實現機械產品的設計工作，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品設計的仿真性，并應用新型的技術與材料進行安裝與調配，進行全方位的改善。三維建模技術將傳統的二維設計空間增加了一個維度，實現了機械產品設計的革新，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品開發軟件，其功能強大，可以為用戶的產品設計與加工過程提供數字化造型與驗證手段，為虛擬產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展與市場的需求不斷增加，現在已經成為當今技術領域使用數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。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，比如壓力角的參數，每個圓圈的直徑數值，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，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值，這樣才能得到漸開線與分度圓。在得到需要的圖形與數據后，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，以防止出現錯誤，難以修改。使用倒斜角，選擇齒根邊緣曲線與齒頂，經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節，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，需要運用現有的模型，然后在其基礎上進行參數的調整與修改，以此來根據需求獲得不同規格的斜齒輪模型，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化處理，這樣在有需求時，只需要根據要求調整參數即可，大大節約了時間成本，省時省力[2]。

3 結束語

隨著時代的不斷發展，在機械產品設計中使用三維建模技術已經是大勢所趨，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品的設計，就能產生最大的效果，為我國的工業行業帶來全新的道路。