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高等学校应用型特色规划教材
计算机辅助设计——UG NX
于文强 彭 勃 主 编
王 英 王利利 张俊玲 副主编
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624509 计算机辅助设计—UG NX-于文强
内 容 简 介本书是根据中共中央、国务院印发的《中国教育现代化 2035》和中央政治局审议通过的《国家“十四五”期间人才发展规划》的改革精神，为适应具有国际竞争能力的工程人才培养的需要而编写。本书侧重于软件操作和机械设计过程的训练，选用较新的 UG NX 12.0 版本，力求满足现代机械工业对人才设计能力培养要求的需要，系统详尽地介绍了 UG NX 建模知识，并通过实例介绍了产品零件有限元分析以及运动仿真的基础知识。针对机械设计教学的需要，最后一章系统阐述了一级圆柱齿轮减速器的设计过程，使学生能系统地掌握机械设计过程和软件使用技巧。本书可作为高等学校机械类及相关专业“机械三维设计”课程教材，也可作为 UG NX 爱好者自学和工程技术人员参考用书。 本书封面贴有清华大学出版社防伪标签，无标签者不得销售。版权所有，侵权必究。举报：010-62782989，beiqinquan@tup.tsinghua.edu.cn。图书在版编目(CIP)数据计算机辅助设计：UG NX/于文强，彭勃主编. —北京：清华大学出版社，2023.4 ISBN 978-7-302-62450-9 Ⅰ. ①计… Ⅱ....
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文本内容
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内 容 简 介
本书是根据中共中央、国务院印发的《中国教育现代化 2035》和中央政治局审议通过的《国家“十
四五”期间人才发展规划》的改革精神，为适应具有国际竞争能力的工程人才培养的需要而编写。本书
侧重于软件操作和机械设计过程的训练，选用较新的 UG NX 12.0 版本，力求满足现代机械工业对人才设
计能力培养要求的需要，系统详尽地介绍了 UG NX 建模知识，并通过实例介绍了产品零件有限元分析以
及运动仿真的基础知识。针对机械设计教学的需要，最后一章系统阐述了一级圆柱齿轮减速器的设计过
程，使学生能系统地掌握机械设计过程和软件使用技巧。
本书可作为高等学校机械类及相关专业“机械三维设计”课程教材，也可作为 UG NX 爱好者自学和
工程技术人员参考用书。
本书封面贴有清华大学出版社防伪标签，无标签者不得销售。
版权所有，侵权必究。举报：010-62782989，beiqinquan@tup.tsinghua.edu.cn。
图书在版编目(CIP)数据
计算机辅助设计：UG NX/于文强，彭勃主编. —北京：清华大学出版社，2023.4
ISBN 978-7-302-62450-9
Ⅰ. ①计… Ⅱ. ①于… ②彭… Ⅲ. ①计算机辅助设计—应用软件 Ⅳ. ①TP391.72
中国国家版本馆 CIP 数据核字(2023)第 016984 号
责任编辑：陈冬梅 桑任松
封面设计：李 坤
责任校对：徐彩虹
责任印制：宋 林
出版发行：清华大学出版社
网 址：http://www.tup.com.cn, http://www.wqbook.com
地 址：北京清华大学学研大厦 A 座 邮 编：100084
社 总 机：010-83470000 邮 购：010-62786544
投稿与读者服务：010-62776969, c-service@tup.tsinghua.edu.cn
质量反馈：010-62772015, zhiliang@tup.tsinghua.edu.cn
课件下载：http://www.tup.com.cn, 010-62791865
印 装 者：三河市铭诚印务有限公司
经 销：全国新华书店
开 本：185mm×260mm 印 张：16.25 字 数：387 千字
版 次：2023 年 4 月第 1 版 印 次：2023 年 4 月第 1 次印刷
定 价：49.80 元
——————————————————————————————————————————————
产品编号：073263-01
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前 言
为满足机械工程人才培养的要求和现代工业企业对工程师素质能力的需要，本书系统
介绍了 UG NX 12.0 的内容体系，适时恰当地加入现代工业设计的案例，同时融入与工程
实践相关的设计性问题，并提供优化设计的全部过程，使学生不仅可以学到机械三维软件
工具的基础应用，同时训练其具有从事现代机械工业设计的基本能力，成为名副其实的机
械设计专业人才。
本书详细介绍了 UG NX 12.0 的常用功能，注重实际应用和技巧训练相结合。本书共
分为 12 章，第 1～10 章详细介绍了 UG NX 基本的建模功能，第 11 章通过实例介绍了 UG
NX 有限元分析以及运动仿真功能，第 12 章系统阐述了最基本的一级圆柱齿轮减速器的设
计过程。各章主要内容如下。
第 1 章介绍了 UG NX 的界面内容和视图的运用，为设计的入门内容。
第 2 章介绍基本实体的构建，内容包括基本特征的构建、基本体素建模和布尔运算等。
第 3 章介绍参数化草图建模，详细讲解了 UG NX 中草图的应用。
第 4 章介绍扫描特征的创建，内容包括拉伸、回转和扫掠的使用。
第 5 章介绍创建设计特征，内容包括创建孔特征和建立凸台、腔体、键槽等。
第 6 章讲解基准的创建，展示了基准面和基准轴的各种创建方式。
第 7 章介绍创建细节特征，表现了倒角、倒圆的设置，还有抽壳、拔模的应用，以及镜
像特征和阵列特征的使用。
第 8 章介绍表达式与部件族，内容包括创建和编辑表达式、创建抑制表达式和部件族。
第 9 章介绍装配建模，内容包括建立装配体模型、从底向上设计方法和装配上下文设计。
第 10 章介绍创建工程图，主要讲解了工程图的管理、剖视图的创建、工程图的标注
与编辑等内容。
第 11 章介绍 CAE 分析，通过静态分析、疲劳分析、运动仿真等方面的实例来讲解 UG
NX 的高级仿真模块内容，也是使读者对 UG NX 有一个全方位的认识和理解。
第 12 章则是通过以工业生产中常见的减速箱为例，展示了从设计零部件到装配体，再
到力学分析和运动仿真，讲解了工业生产中常用的设计流程，可使读者感受到作为现代工
业产品设计人员工作的基本内容。
本书是根据中共中央、国务院印发的《中国教育现代化 2035》和中央政治局审议通过
的《国家“十四五”期间人才发展规划》的改革精神，为适应具有国际竞争能力的工程人
才培养需要而编写的。
本书由山东理工大学于文强、彭勃，青海大学机械工程学院王英，内蒙古工业大学王
利利，淄博市技师学院张俊玲等多位高校一线教师合作编写，其他兄弟院校的部分同人也
为教材的出版做了大量的工作，在此表示衷心的感谢！
由于编者水平有限，书中难免存在一些缺点和不足之处，恳请读者多提宝贵意见。
编 者
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目 录
第 1 章 UG NX 12.0 设计基础 .................... 1
1.1 UG NX 应用初探 .................................... 1
1.1.1 UG NX 操作界面简介 ................ 1
1.1.2 实例：启动 UG NX .................... 2
1.1.3 实例：UG NX 的文件操作 ........ 4
1.1.4 鼠标与键盘的使用 ...................... 6
1.2 视图的运用 .............................................. 7
1.2.1 观察模型的方法 .......................... 7
1.2.2 模型的显示方式 .......................... 8
1.2.3 模型的查看方向 .......................... 8
1.2.4 模型视图的新建布局 .................. 9
1.3 图素的选择方式 ...................................... 9
1.3.1 利用【类选择】对话框进行
选择 ............................................ 10
1.3.2 利用【选择】工具栏 ................ 11
1.4 使用角色 ................................................ 11
1.4.1 默认角色 .................................... 12
1.4.2 角色的创建、修改与保存 ........ 12
1.5 层的操作 ................................................ 13
1.5.1 层的设置 .................................... 14
1.5.2 层的分类 .................................... 14
1.5.3 移动至层 .................................... 15
练习题 ............................................................. 15
第 2 章 基本实体的构建 ............................... 17
2.1 基于特征的建模 .................................... 17
2.1.1 基于特征的实体建模过程 ........ 17
2.1.2 部件导航器的功能 .................... 18
2.2 UG NX 的常用工具 .............................. 20
2.2.1 点构造器 .................................... 20
2.2.2 实例：以捕捉方式创建点 ........ 21
2.2.3 实例：以两点之间位置的方式
创建点 ........................................ 22
2.2.4 矢量构造器 ................................ 23
2.2.5 工作坐标系 ............................... 24
2.2.6 实例：操纵工作坐标系 ........... 25
2.3 基本体素特征 ....................................... 27
2.3.1 长方体 ....................................... 27
2.3.2 圆柱 ........................................... 28
2.3.3 圆锥 ........................................... 29
2.3.4 球 ............................................... 30
2.4 布尔操作 ............................................... 30
2.4.1 实例：合并 ............................... 30
2.4.2 实例：减去 ............................... 31
2.4.3 实例：相交 ............................... 32
2.4.4 布尔错误报告 ........................... 33
2.4.5 实例：建立基本体素，练习
放置、旋转工作坐标 ............... 33
练习题 ............................................................ 36
第 3 章 参数化草图建模 .............................. 38
3.1 草图概述 ............................................... 38
3.1.1 草图与层 ................................... 38
3.1.2 使用草图的目的和时间 ........... 38
3.1.3 草图创建步骤 ........................... 38
3.2 创建和进入草图 ................................... 39
3.2.1 创建草图 ................................... 39
3.2.2 进入现有草图 ........................... 40
3.2.3 退出草图 ................................... 41
3.3 绘制基本几何图形 ............................... 41
3.3.1 创建轮廓曲线 ........................... 41
3.3.2 辅助线 ....................................... 42
3.3.3 实例：创建基本草图 ............... 42
3.3.4 创建直线 ................................... 44
3.3.5 创建圆弧 ................................... 44
3.3.6 创建圆 ....................................... 45
3.3.7 创建派生线条 ........................... 45
3.3.8 快速裁剪 ................................... 46
3.3.9 快速延伸 ................................... 46
第7页
IV
计算机辅助设计——UG NX
3.3.10 制作拐角 .................................. 47
3.3.11 圆角 .......................................... 47
3.3.12 矩形 .......................................... 48
3.3.13 正多边形 .................................. 49
3.3.14 艺术样条 .................................. 49
3.4 草图约束 ................................................ 49
3.4.1 几何约束 .................................... 50
3.4.2 实例：添加约束 ........................ 52
3.4.3 显示所有约束 ............................ 54
3.4.4 尺寸约束 .................................... 54
3.4.5 转换为参考的/激活的 ............... 56
3.4.6 智能约束设置 ............................ 57
3.4.7 实例：绘制定位板草图 ............ 58
3.5 草图操作 ................................................ 59
3.5.1 镜像曲线 .................................... 60
3.5.2 实例：绘制槽轮零件图 ............ 60
3.5.3 实例：添加现有曲线到草图 .... 62
3.5.4 实例：投影曲线——绘制
加强筋 ........................................ 63
3.5.5 偏置曲线 .................................... 64
3.6 草图管理 ................................................ 65
3.6.1 定向视图到草图 ........................ 65
3.6.2 定向视图到模型 ........................ 66
3.6.3 实例：重新附着草图 ................ 66
3.7 草图预设置 ............................................ 67
3.7.1 【草图样式】选项卡设置 ........ 67
3.7.2 【会话设置】选项卡设置 ........ 68
练习题 ............................................................. 69
第 4 章 创建扫描特征 ................................... 72
4.1 扫描特征概述 ........................................ 72
4.1.1 扫描特征的类型 ........................ 72
4.1.2 选择线串 .................................... 73
4.1.3 实例：定义扫描区域 ................ 73
4.2 拉伸 ........................................................ 75
4.2.1 拉伸概述 .................................... 75
4.2.2 实例：使用选择意图完成
拉伸 ............................................ 76
4.2.3 实例：带拔模的拉伸 ................ 77
4.2.4 实例：非正交的拉伸 ................ 78
4.2.5 实例：带偏置的拉伸 ............... 79
4.3 回转 ....................................................... 81
4.3.1 回转概述 ................................... 81
4.3.2 实例：建立回转体 ................... 81
4.4 沿引导线扫掠 ....................................... 82
4.4.1 沿引导线扫掠概述 ................... 82
4.4.2 实例：沿引导线扫掠 ............... 82
4.5 扫掠 ....................................................... 84
4.5.1 扫掠概述 ................................... 84
4.5.2 实例：扫掠 ............................... 84
练习题 ............................................................ 85
第 5 章 仿真粗加工的设计特征 ................ 88
5.1 创建孔特征 ........................................... 88
5.1.1 实例：创建通用孔 ................... 88
5.1.2 实例：创建螺钉间隙孔 ........... 89
5.2 有预定义的设计特征 ........................... 90
5.2.1 选择放置面 ............................... 90
5.2.2 选择水平参考 ........................... 91
5.2.3 定位成形特征 ........................... 91
5.2.4 凸台的创建 ............................... 94
5.2.5 腔的创建 ................................... 94
5.2.6 垫块的创建 ............................... 95
5.2.7 槽的创建(1) .............................. 95
5.2.8 槽的创建(2) .............................. 97
5.2.9 实例：创建连接件 ................... 99
练习题 .......................................................... 102
第 6 章 创建基准特征 ................................. 104
6.1 创建基准平面 ..................................... 104
6.1.1 实例：创建固定基准平面 ..... 104
6.1.2 实例：创建相对基准平面 ..... 105
6.2 创建基准轴 ......................................... 108
6.2.1 固定基准轴 ............................. 108
6.2.2 实例：创建相对基准轴 ......... 108
6.2.3 实例：通过基准特征建模 ..... 110
练习题 .......................................................... 112
第 7 章 仿真精加工过程的特征 .............. 113
7.1 边缘操作 ............................................. 113
第8页
V
目录
7.1.1 边倒圆概述 .............................. 113
7.1.2 实例：恒定半径倒圆 .............. 114
7.1.3 实例：变半径倒圆 .................. 115
7.1.4 实例：拐角回切 ...................... 116
7.1.5 实例：拐角突然停止 .............. 118
7.1.6 倒斜角概述 .............................. 119
7.1.7 实例：创建倒斜角 .................. 120
7.2 面操作 .................................................. 121
7.2.1 拔模概述 .................................. 121
7.2.2 实例：创建从平面拔模 .......... 121
7.2.3 实例：创建边拔模 .................. 123
7.2.4 实例：创建与面相切拔模 ...... 123
7.2.5 实例：为分型边缘创建
拔模 .......................................... 124
7.2.6 实例：创建基本双侧拔
模体 .......................................... 125
7.2.7 实例：创建底切拔模 .............. 127
7.3 体操作 .................................................. 128
7.3.1 实例：抽壳 .............................. 128
7.3.2 实例：创建缩放体 .................. 130
7.3.3 创建修剪体特征 ...................... 132
7.3.4 实例：创建矩形阵列 .............. 133
7.3.5 实例：圆形阵列 ...................... 134
7.3.6 实例：创建镜像特征 .............. 135
练习题 ........................................................... 136
第 8 章 表达式与部件族 ............................. 138
8.1 表达式概述及实例 .............................. 138
8.1.1 表达式的概念 .......................... 138
8.1.2 表达式的类型 .......................... 138
8.1.3 实例：创建和编辑表达式 ...... 139
8.1.4 实例：创建抑制表达式 .......... 141
8.2 部件族概述及实例 .............................. 143
8.2.1 实例：创建部件族 .................. 143
8.2.2 实例：为装配添加一个标准
零件 .......................................... 144
练习题 ........................................................... 145
第 9 章 装配建模 ........................................... 147
9.1 装配概念 .............................................. 147
9.1.1 术语定义 ................................. 147
9.1.2 创建装配体的方法 ................. 148
9.1.3 装配主菜单、工具栏与快捷
菜单 ......................................... 149
9.1.4 装配导航器 ............................. 149
9.1.5 载入选项 ................................. 150
9.1.6 引用集的概念 ......................... 151
9.1.7 实例：建立新的引用集 ......... 151
9.2 从底向上设计方法 ............................. 153
9.2.1 添加已存零部件到装配中 ..... 153
9.2.2 在装配中定位组件 ................. 154
9.2.3 实例：从底向上设计装配
组件 ......................................... 157
9.2.4 组件阵列概述 ......................... 160
9.2.5 实例：创建组件阵列 ............. 161
9.2.6 装配爆炸视图概述 ................. 165
9.2.7 实例：创建爆炸视图 ............. 166
9.3 装配上下文设计与 WAVE 技术 ....... 167
9.3.1 自顶向下设计方法 ................. 167
9.3.2 WAVE 几何链接技术 ............ 168
9.3.3 链接几何对象类型 ................. 169
9.3.4 时间标记设置 ......................... 169
9.3.5 实例：WAVE 技术及装配
上下文设计 ............................. 169
练习题 .......................................................... 171
第 10 章 工程图的构建 .............................. 172
10.1 工程图概述 ....................................... 172
10.1.1 主模型的概念 ....................... 172
10.1.2 UG NX 工程制图流程 ......... 173
10.2 工程图的管理 ................................... 173
10.2.1 新建图纸页 ........................... 173
10.2.2 打开图纸页 ........................... 173
10.2.3 删除图纸页 ........................... 174
10.2.4 编辑图纸页 ........................... 174
10.3 视图操作 ........................................... 174
10.3.1 实例：添加基本视图、
投影视图 ............................... 175
10.3.2 实例：创建局部放大视图 ... 176
第9页
VI
计算机辅助设计——UG NX
10.3.3 实例：创建断开视图 ............ 177
10.3.4 实例：定义视图边界——
创建局部视图 ........................ 178
10.3.5 移动/复制视图 ....................... 179
10.3.6 视图对齐 ................................ 180
10.3.7 实例：视图相关编辑 ............ 180
10.4 创建剖视图 ........................................ 182
10.4.1 实例：创建全剖视图 ............ 182
10.4.2 实例：创建阶梯剖视图、
阶梯轴测剖视图 ................... 183
10.4.3 实例：创建半剖视图 ............ 185
10.4.4 实例：创建旋转剖视图 ........ 186
10.4.5 实例：创建展开剖视图 ........ 187
10.4.6 实例：创建局部剖视图 ........ 188
10.4.7 实例：创建装配图剖视图 .... 190
10.5 工程图的标注与编辑 ........................ 192
10.5.1 实例：创建中心线 ................ 192
10.5.2 实例：创建尺寸标注 ............ 194
10.5.3 实例：创建文本注释 ............ 196
10.5.4 实例：创建形位公差标注 .... 197
10.5.5 实例：标注表面粗糙度
符号 ........................................ 199
10.6 制图模块参数预设置 ........................ 200
10.6.1 制图标准的概念 .................... 200
10.6.2 制图参数预设置 .................... 201
10.6.3 注释参数预设置 .................... 201
10.6.4 剖切线样式设置 .................... 203
练习题 .......................................................... 204
第 11 章 CAE 模型分析 .................... 205
11.1 模型分析概述 ................................... 205
11.1.1 高级仿真介绍 ....................... 205
11.1.2 高级仿真文件结构 ............... 206
11.1.3 高级仿真工作流程 ............... 208
11.2 实例：连杆的线性静态分析 ........... 208
11.3 实例：螺旋桨的疲劳分析 ............... 211
11.4 实例：四连杆机构运动仿真 ........... 217
11.5 实例：挖掘机模型运动仿真 ........... 221
练习题 .......................................................... 230
第 12 章 工业设计实例——减速器
设计 ............................................... 231
12.1 减速器零部件建模设计 ................... 231
12.1.1 箱体造型设计 ....................... 231
12.1.2 主动轴造型设计 ................. 238
12.1.3 从动轴齿轮造型设计 ........... 239
12.2 减速器虚拟装配设计 ....................... 241
12.3 减速器关键零部件力学性能
分析与结构优化 ............................... 244
12.3.1 箱体的力学分析 ................... 244
12.3.2 从动轴的力学分析 ............... 245
12.4 减速器运动仿真 ............................... 248
参考文献 ............................................................. 250
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