机械产品设计中三维建模技术的应用分析

李堃 张博旸 墨林

首都航天机械有限公司 北京 100076

前言

当前，我国工业速度日新月异，传统的机械产品设计理念已经无法跟上时代的脚步，弊端越来越多。将三维模型技术与机械产品设计相结合才能保障其科技型与整体品质，从而使我国的工业发展更进一步，迈向更加广袤的发展空间，得到更加理想的后续发展。

1 机械产品设计中三维建模技术的重要性

在传统的机械产品设计中，主要应用的技术手段为二维技术，使用二维技术所设计出来的机械设备一般功能单一，并不能满足当前环境下的市场需求。目前我国的机械行业正在蓬勃发展，对机械商品的需求不断增大，对其质量要求也不断提升，只有品质高、运行效率高的优秀机械产品才能够在残酷的市场竞争中脱颖而出，而在机械产品设计中运用三维建模技术则可以完全满足这一需求。

将三维建模技术应用于机械产品的设计中不仅可以改良传统的二维机械产品设计，还可以推动整个机械设计行业的改革。在机械产品设计中使用三维建模技术还可以有效地提升工作效率，缩短工作时间，大大节省了时间成本，可以更加高效为市场持续输出产品。因此，在机械产品设计中使用三维建模技术是十分重要的，推动了建设工程技术的革新，对我国工业的发展也起到了重要的作用。

2 机械产品设计中三维建模技术的应用

在机械产品设计中应用三维建模技术时，要注意其工作流程，除了提升机械产品的设计技术外，同时也需要结合实际情况，根据机械产品部件的运行模式不断做出设计方案上的优化，让机械产品设计与三维建模技术有效结合。首先要改革图纸的设计模式，全面开展并实现机械产品的设计工作，并时刻注意使用三维建模技术时的科学性。在理论上不断完善设计方案，利用三维建模技术的特点提升机械产品设计的仿真性，并应用新型的技术与材料进行安装与调配，进行全方位的改善。三维建模技术将传统的二维设计空间增加了一个维度，实现了机械产品设计的革新，与二维CAD技术相比，三维建模技术拥有更好的性能。根据三维建模技术的特性，将研究方案拟定在UG功能技术与斜面齿轮建模技术的应用上。

2.1 UG功能技术

UG软件是著名的三维建模产品开发软件，其功能强大，可以为用户的产品设计与加工过程提供数字化造型与验证手段，为虚拟产品设计与工艺设计的需求提供了完善的解决方案。它拥有强大的功能，可以轻松完成各种复杂的建构与造型。随着电子计算机硬件的发展与市场的需求不断增加，现在已经成为当今技术领域使用数量最大的主流设计软件之一。UG软件凭借其强大的信息处理功能，在航天与机械领域都占有一席之地，发挥了很大的作用[1]。

2.2 斜齿轮建模技术的应用思考

（1）斜齿轮三维建模技术分析。斜齿轮的关键结构是齿廓，本文将在UG中对其进行精细的分析与研究，确保其精度与准确性。使用UG进行斜齿轮的建模时，可以更进一步提升其精准程度。由于斜齿轮的端面齿廓曲线的特点，所以在使用UG对其进行精确化建模时不能直接使用样条曲线来进行建模，此时应该根据实际情况与斜齿轮实际应用时的功能进行软件工具的选择，根据其特点应选择标准的渐开线来代替样条曲线进行端面齿廓建模。我们要先将渐开线的标准方程进行转化，经过转化后，方程式会成为UG的表达式，随后需要驱动公式曲线来获得结果，得到标准的渐开线。然后利用UG软件的其他工具，将斜齿轮齿廓的外形曲线逐渐实现。由于UG中的公式曲线绘制方式特殊，需要在直角坐标系中才能成功绘制，所以，我们需要先把之前得到的渐开线拆解，将其极坐标的参数化方程进行转换，在转换成直角坐标系方程后才可以进行绘制。

（2）斜齿轮的精确建模。以机械产品中的动轴齿轮作为例子。首先需要确定的是表达式，要将所有参数的表达式建立完成，然后要选择菜单，在菜单的表达式对话框中找到关键选项，添加各类参数，比如压力角的参数，每个圆圈的直径数值，齿轮齿的实体在轴上的长度，圆柱螺旋线的切线与通过其切点的直母线所形成的螺旋角，螺与螺之间的距离，倒角的半径，齿数，和曲面渐开线的轴坐标。要想做出渐开线与分度圆，就要利用UG本身所具备的基础功能设置好与之对应的正确数值，这样才能得到渐开线与分度圆。在得到需要的图形与数据后，接下来我们需要绘制的便是原点与二者交点处的直线，同时需要变换窗口中的操作，把绘制出的直线顺时针旋转90°，最后将其进行镜像处理。做出齿根圆与齿顶圆，并将齿顶圆的半径参数增加0.1，这样做是为了提高容错率，保证其在之后的布尔操作中增加成功率，不至于出现精准度要求过高而失败的情况。螺旋线的绘制需要先测量每个直线之间的角度，并使用UG平台的特征命令得出结果，从而完成耽搁齿廓。在进行此命令时需要先行备份，并谨慎进行操作，以防止出现错误，难以修改。使用倒斜角，选择齿根边缘曲线与齿顶，经过操作后得到单个斜齿，再通过圆形阵列的命令得到全部齿廓。最后进入草图设计环节，完成相关设计，通过拉伸等工具对其相关部位进行最后的优化，将倒斜角与倒圆角进行处理，最终完成三维建模，得到斜齿轮。在斜齿轮的三维建模设计过程中，需要运用现有的模型，然后在其基础上进行参数的调整与修改，以此来根据需求获得不同规格的斜齿轮模型，其三维模型可以自动进行计算与运作，从而生成新的斜齿轮。将斜齿轮的各结构部位进行参数化处理，这样在有需求时，只需要根据要求调整参数即可，大大节约了时间成本，省时省力[2]。

3 结束语

随着时代的不断发展，在机械产品设计中使用三维建模技术已经是大势所趋，三维建模技术所设计出的图纸更加直观立体，只要找到合适的软件，掌握并使用正确的方法进行机械产品的设计，就能产生最大的效果，为我国的工业行业带来全新的道路。