石化机械：Catia减速机箱体结构参数化设计

程　科，陈寿起，崔冠东
(中国矿业大学 机电学院，江苏 徐州 221116)

摘　要：减速机箱体具有复杂的结构和形式，为了提高产品设计的通用性，提高产品设计的效率，增加企业的经济效益，介绍了基于Catia的减速机箱体结构参数化设计的原理和步骤，提高了减速机设计的效率，增强了减速机箱体设计的灵活性。

关键词：减速机；Catia；参数化设计

doi:10.13436/j.mkjx.201606001

随着计算机技术的发展，很多软件应用在减速器箱体的参数化设计方面，如在SolidWorks环境下进行鼓形齿轮参数化设计，考虑到加工刀具对鼓形齿渐开线齿廓和过渡曲线形成的机理的影响，可以利用Solidworks参数化设计方法，提出了合理的建模思路，并结合实例，运用Solidworks内嵌VBA实现鼓形齿轮的精确造型；也有的利用Pro/E进行参数化设计，其中一种思想是采用三维模型与程序控制相结合的方式,用交互方式创建三维原始模型,并建立一组能控制三维模型形状和拓扑关系的设计参数,然后在SQL Server数据库中建立相应的表格。通过VC++映射一个CRecordset类对象,用于交互,参数化程序通过对模型的设计参数编程,来实现设计参数的检索、修改以及三维模型的再生。总之，参数化设计已经是一种趋势，是当前CAD技术中的一个研究热点。

本文基于Catia对减速机箱体进行参数化设计，利用Catia内部的数据库，只需创建约束，建立约束关系，无需其他繁琐的操作就可实现对减速机箱体的参数化设计。简化了减速机箱体的设计过程，促进了减速机箱体的标准化、系列化。

在参数化设计系统中，设计人员根据工程约束和几何约束来实现参数可调的设计要求，工程约束是指尺寸与尺寸之间的相互约束关系，需要定义尺寸变量和它们之间的约束关系来表示，才能达到所需的模块图形。几何约束包括结构约束和尺寸约束。结构约束是指几何元素之间的位置约束关系，如垂直、平行、偏移、对称等；尺寸约束是利用标注尺寸表示的约束，如线段长度、角度大小、直径大小等。为了达到参数可调的设计要求，需要考虑包括2个方面：①尺寸参数的初值；②当这些参数的值发生改变时，要保证各个设计参数之间的关系不要发生改变。这里将参数归纳为2种：①变动的参数；②不变的约束关系。参数化的实质是在变动可变参数，保护不变的约束关系。所以参数化设计在产品的系列设计、相似设计及专用CAD系统开发方面都具有较大的应用价值。

减速机箱体结构参数化设计内容:①绘制减速机箱座、箱盖的基本模型；②设置基本的变量参数（高速级齿轮m1、z11、z12，低速级齿轮m2、z21、z22等），并赋予合理初值，可在Catia知识工程的公式中建立变量参数的数据库；③标注约束尺寸，建立约束关系，双击需要建立约束的模型的草图，进入该模型的草图，插入需要的约束，并利用公式对约束进行编辑，来建立约束关系；④变化基本的变量参数，观察减速机箱体结构是否达到理想的变化，如若没有达到理想的变化，检查原因（可能由于约束没建全、约束建的不合理、约束关系错误等），并修改错误，继续改变基本的变量参数并不断完善。

运用Catia的公式这一功能，可将高速级齿轮m1、z11、z12，低速级齿轮m2、z21、z22，底座高度，凸缘厚度，选用的轴承外径等设置为基本变量参数，建立基本模型与合理的约束关系，在公式这一功能中改变变量参数即可实现了减速器箱体结构的参数化设计。这种方法免去了重新设计零件，重新装配等麻烦，提高产品设计的效率，缩短设计时间，增加企业的经济效益。

减速机箱体结构主要由箱盖、箱座2部分组成，本文中，主要以减速机箱座为示范来展示减速机箱体结构参数化设计的方法。

（1）绘制箱座的基本模型

利用Catia进行箱座模型设计时，首先，在菜单栏中点击【开始】/【机械设计】/【零件设计】，进入零件设计操作界面，然后，选定基准面，并在基准面绘制草图，通过凸台、凹槽、孔等命令得到箱座的大概模型，最后通过肋、倒圆角等命令建立箱座的基本模型如图1所示。

图1　基本模型

（2）设置基本的变量参数

首先点击【知识工程】中的f（x）图标，出来公式的界面如图2所示，然后在【过滤器类型】选择用户参数，新类型参数选择所需添加的基本参数的类型，并起名称，设初值，最后点击【应用】并【确定】即可完成基本变量参数的设置。

图2　公式界面

（3）建立约束关系

进入所需约束的零件的草图，首先，选中要被约束的两元素，点击菜单栏中【插入】/【约束】/【确定】，就可以选择约束类型，点击确定，约束就被创立，如图3所示。然后单击选中约束，再单击【知识工程】中的f（x）图标，就会出现对此约束进行编辑的公式界面如图4所示，可以修改所加参数的名称，单击【应用】就修改成功。最后点击【添加公式】，即可出现图5添加公式的界面，用基本参数参数表示出约束关系，单击【确定】进入建立约束关系的公式界面，单击【应用】然后单击【确定】，约束关系就被建立。重复上述步骤建立其他约束关系。

图3　建立约束

图4　建立约束关系的公式界面(www.xing528.com)

图5　添加公式界面

（4）变化基本参数

进入图2所示的公式界面，每一次改变1个基本参数数值，观察减速机箱体结构外形变化是否达到理想的所需要的变化。如果没有达到，检查是否有约束建立错误等方面的原因，修改错误，不断完善，直到达到所需要的状态。此时变化基本参数，就可得到不同参数的箱体结构，最终实现箱体的参数化设计。

把Catia应用在减速机箱体参数化设计当中，使得减速机箱体的设计更加灵活，高效。设计人员不需要再重新绘图就可得到各种型号的减速机箱体，这对减速机箱体的标准化、系列化有着很大的促进作用，同时对其他复杂设备零件的设计有着一定的启示和参考作用，希望本文介绍的方法能够为设计人员带来帮助。

参考文献：

［1］张杰，柳忠彬.Solidworks环境下鼓形齿轮参数化设计［J］.煤矿机械，2009，30（1）：232-234.

［2］沈斌，麻连荣，宫大.基于Pro/E二次开发的零件参数化设计技术［J］.机械设计与制造，2007（1）：40-42.

［3］金建国，周明华，邬学军.参数化设计综述［J］.计算机工程与应用，2003（7）：16-18.

［4］梁丽芬，王宗彦，吴淑芳，等.基于SolidWorks配置技术的减速机箱体结构参数化设计［J］.机械传动，2015（6）：80-82.

Parametric Design of Reducer Box Body Structure Based on Catia

CHENG Ke，CHEN Shou-qi,CUI Guan-dong
（College of Mechanical Engineering，China University of Mining and Technology，Xuzhou 221116,China）

Abstract：Reducer box body has complicated structure and form.In order to improve the versatility and the efficiency of product design and increase economic benefits of enterprise，will introduce the principle and steps about the parametric design of application of reducer box body structure based on Catia.These greatly improve the speed of the reducer design and enhance the flexibility of the reducer design.

Key words：reducer；Catia；parametric design

中图分类号：TH132.46

文献标志码：A

文章编号：1003－0794（2016）06－0001－03

作者简介：程科（1993-），江苏淮安人，在读本科生，研究方向：机电一体化，电子信箱：ckandwyr@126.com.

收稿日期：责任编辑：王海英2016－04－18