【摘要】: 介紹了基于Por/Engineer的蝸輪蝸桿三維參數(shù)化設(shè)計思路和方法,設(shè)計結(jié)果具有沿續(xù)性和重用,減少了設(shè)計人員的重復(fù)勞動,提高了設(shè)計效率,設(shè)計應(yīng)用于實際工程取得了較好的效果。
         關(guān)鍵詞: 枷/Engineer;蝸輪蝸桿;參數(shù)化設(shè)計

1     前言  
         枷/Engineer(簡稱Por/E)是由美國PTC公司推出的目前世界上廣泛使用的CAD/CAM軟件之其應(yīng)用范圍橫跨許多行業(yè).尤其在機械工程中應(yīng)用相當(dāng)廣泛,Por/E體現(xiàn)了機械設(shè)計自動化(Mechani。日。.ignAuotmatoin,MDA)應(yīng)用軟件發(fā)展的最新理念一柔性工程(”已d城E硒~)的思想精妞,其單一的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實現(xiàn)了機械工程中零部件三維模型及二維工程圖的尺寸驅(qū)動。
        蝸輪蝸桿是機械工程中的一常用件之一,其輪齒部分的結(jié)構(gòu)形狀已標準化了,因輪齒部分結(jié)構(gòu)形狀較復(fù)雜,若按某一給定的結(jié)構(gòu)尺寸進行設(shè)計,設(shè)計的結(jié)果沒有沿續(xù)性和繼承性,每次設(shè)什都要進行重復(fù)設(shè)計,大大影響了設(shè)計的效率和準確性,延長了零件的設(shè)計周期,從而增加了零件的設(shè)計成本。這里在大t實踐經(jīng)驗的基礎(chǔ)上,通過Por/E可程序化的工具一P價鄉(xiāng)舊.、關(guān)系式(目`on)與高級特征建模方法相結(jié)合,構(gòu)建了一由蝸輪蝸桿特征參數(shù)驅(qū)動的基本模型,使用中用戶只需物人有關(guān)蝸輪蝸桿的特征參數(shù),即可實現(xiàn)尺寸驅(qū)動模型,其余非標準結(jié)構(gòu)部分在使用中可根據(jù)具體要求在基本模型的基礎(chǔ)上作一些簡單的修改即可,從而減少了設(shè)計人員的重復(fù)勞動,提高了設(shè)計的效率。
       
2    分析特征,建立數(shù)學(xué)模型
        根據(jù)蝸輪蝸桿齒形的不同,蝸輪蝸桿傳動有多種類型,下面以工程中常用的圓柱蝸桿一球面蝸輪傳動為例進行分析。
        由傳動零件的設(shè)計學(xué)知識可知,蝸輪蝸桿基本特征參數(shù)如下:蝸桿直徑系數(shù)q,蝸桿軸向模數(shù)、二蝸輪端面模數(shù)、,在此以。來代表,蝸輪齒數(shù)。,蝸桿頭數(shù):1,蝸輪壓力角a(龍pha),蝸輪寬度B,蝸輪變位系數(shù)匆,蝸輪螺旋角p,蝸桿導(dǎo)程角7,蝸桿螺旋部分長度Lo
       為保證蝸輪蝸桿正確嚙合,應(yīng)滿足如下幾何關(guān)系,蝸輪螺旋角戶(Beta)二蝸桿導(dǎo)程角7,中心距a二。/2(q+。);齒廓形狀由如下漸開線的方程來確定:
                                  
        其中r為蝸輪基圓半徑.Pi二H,山吧恤二`x45。(:是腸/E的一系統(tǒng)變t,其變化范圍為0一1。
      通過以上分析,確定出驅(qū)動蝸輪蝸桿棋型的特征參數(shù)和齒廓漸開線方程,并通過有關(guān)設(shè)計學(xué)中的計算公式,使模型其余部分的尺寸與特征參數(shù)相關(guān)聯(lián),建立數(shù)學(xué)模型,為后面參數(shù)化模型的正確建立莫定良好的理論基礎(chǔ)。

3     基本參數(shù)化模型的建立
3.1  蝸輪參數(shù)化模型
       蝸輪參數(shù)化模型建立的關(guān)鍵是蝸輪第一個輪齒的生成(如圖l所示),其基本設(shè)計思路如下:
       模擬蝸輪蝸桿的擬合.采用掃描混合(swePtBelnd)的高級建模方法,通過由曲線2和齒根回組成的截面1及曲線3和齒根圓組成的截面2以曲線l為掃描軌跡(如圖1、2所示),用切齒(Cut)的方法得到第一個齒,其余齒通過特征的陳列得到,切齒時為保證蝸輪蝸桿的正確嚙合,曲線l的中心至軸A,的距離為中心距a,山二蝸桿分度圓半徑(如圖1所示)。
        具體設(shè)計過程如下:首先由山二蝸桿分度圓半徑(如圖l所示),得到軸A、,以A:為中心,繪制出蝸輪的齒頂圓、齒根圓、分度圓和基圓,其大小分別由設(shè)計學(xué)中的有關(guān)計算公式通過枷E/可程序化工具一prgoar口、關(guān)系式(目atino)將設(shè)計意圖轉(zhuǎn)化成尺寸符號、數(shù)值參數(shù)及其它語法(如圖3所示),保證經(jīng)設(shè)計變更后模型仍然保持應(yīng)有的關(guān)聯(lián)性。并在此基礎(chǔ)上應(yīng)用設(shè)計學(xué)中漸開線的方程及R。/E中的鏡像和復(fù)制等設(shè)計方法生成齒廓漸開線2、3,在截面設(shè)計中與齒根圓相結(jié)合,得到截面1和截面2(如圖2所示)。其次是掃描軌跡線的確定,掃描軌跡線應(yīng)滿足如下幾何條件:保證蝸輪蝸桿的正確嚙合并得到正確的螺旋角。設(shè)計過程中先生成一曲面M如圖1、4所示),再將直線1利用投影的方法投影至曲面M上(如圖5所示),得到掃描軌跡線,如圖6所示為設(shè)計結(jié)果。
                             
                        
  3.2    蝸桿參數(shù)化模型
           基本設(shè)計思路如下:模擬蝸輪蝸桿的嚙合,采用掃描混合(swePtBlend)的高級建模方法,通過由曲線1和齒根回、齒頂圓組成的截面1及曲線2和齒根國、齒頂圈組成的截面2以螺旋線為掃描軌跡(如圖7、8所示),用加材料(Prtorusino)的方法得到蝸桿的齒。
                    
           具體設(shè)計過程如下:首先繪制出蝸輪的齒頂圓山、齒根圓
公、分度圓d3和基圓誘,山、成、山、山分別由如圖3所示的關(guān)系式來控制,從而實現(xiàn)最終由蝸輪蝸桿基本特征參數(shù)驅(qū)動這幾條曲線,其次取乙.二。x。/2一nIxq/2(如圖1所示),得到軸A,,以A:為中心,應(yīng)用設(shè)計學(xué)中螺旋線的方程得到螺旋線,并在此基礎(chǔ)上應(yīng)用設(shè)計學(xué)中漸開線的方程及Por/E中的鏡像和復(fù)制),再將直線1利用投影的方法投影至曲面M上(如圖5所示),得到掃描軌跡線,如圖6所示為設(shè)計結(jié)果。等設(shè)計方法生成齒廓漸開線l、2,在截面設(shè)計中與齒根回、齒頂圓結(jié)合,得到截面1和截面2(如圖8所示)。其中蝸輪的四個圓復(fù)制前后的中心距腸由如下關(guān)系式來控制,與二Txox為x柳T二CE幾(L/5)5二戶xoxzlL為蝸桿螺旋部分長度。最后對蝸桿螺旋起始部分進行修改至與實際相符,完成設(shè)計。
                
                         
     
4    設(shè)計結(jié)果驗證及應(yīng)用
        在蝸輪蝸桿的設(shè)計過程中,始終體現(xiàn)了所有設(shè)計數(shù)據(jù)的全關(guān)聯(lián),使設(shè)計結(jié)果具有延續(xù)性和繼承性,體現(xiàn)了柔性工程的設(shè)計理念,使產(chǎn)品的設(shè)計更具有彈性,并將設(shè)計結(jié)果應(yīng)用于機械產(chǎn)品的設(shè)計中,取得了較好的效果。圖9、圖10是在基本模型的基礎(chǔ)上通過蝸輪蝸桿的幾個基本幾何參數(shù)驅(qū)動后加上設(shè)計所要求的其它結(jié)構(gòu)得到的模型。