蜗轮蜗杆三维参数化CAD

【摘要】: 介绍了基于Por/Engineer的蜗轮蜗杆三维参数化设计思路和方法,设计结果具有沿续性和重用,减少了设计人员的重复劳动,提高了设计效率,设计应用于实际工程取得了较好的效果。
         关键词: 枷/Engineer;蜗轮蜗杆;参数化设计

1     前言  
         枷/Engineer(简称Por/E)是由美国PTC公司推出的目前世界上广泛使用的CAD/CAM软件之其应用范围横跨许多行业.尤其在机械工程中应用相当广泛,Por/E体现了机械设计自动化(Mechani。日。.ignAuotmatoin,MDA)应用软件发展的最新理念一柔性工程(”已d城E硒~)的思想精妞,其单一的数据结构实现了机械工程中零部件三维模型及二维工程图的尺寸驱动。
        蜗轮蜗杆是机械工程中的一常用件之一,其轮齿部分的结构形状已标准化了,因轮齿部分结构形状较复杂,若按某一给定的结构尺寸进行设计,设计的结果没有沿续性和继承性,每次设什都要进行重复设计,大大影响了设计的效率和准确性,延长了零件的设计周期,从而增加了零件的设计成本。这里在大t实践经验的基础上,通过Por/E可程序化的工具一P价乡旧.、关系式(目`on)与高级特征建模方法相结合,构建了一由蜗轮蜗杆特征参数驱动的基本模型,使用中用户只需物人有关蜗轮蜗杆的特征参数,即可实现尺寸驱动模型,其余非标准结构部分在使用中可根据具体要求在基本模型的基础上作一些简单的修改即可,从而减少了设计人员的重复劳动,提高了设计的效率。
       
2    分析特征,建立数学模型
        根据蜗轮蜗杆齿形的不同,蜗轮蜗杆传动有多种类型,下面以工程中常用的圆柱蜗杆一球面蜗轮传动为例进行分析。
        由传动零件的设计学知识可知,蜗轮蜗杆基本特征参数如下:蜗杆直径系数q,蜗杆轴向模数、二蜗轮端面模数、,在此以。来代表,蜗轮齿数。,蜗杆头数:1,蜗轮压力角a(龙pha),蜗轮宽度B,蜗轮变位系数匆,蜗轮螺旋角p,蜗杆导程角7,蜗杆螺旋部分长度Lo
       为保证蜗轮蜗杆正确啮合,应满足如下几何关系,蜗轮螺旋角户(Beta)二蜗杆导程角7,中心距a二。/2(q+。);齿廓形状由如下渐开线的方程来确定:
                                  
        其中r为蜗轮基圆半径.Pi二H,山吧恤二`x45。(:是肠/E的一系统变t,其变化范围为0一1。
      通过以上分析,确定出驱动蜗轮蜗杆棋型的特征参数和齿廓渐开线方程,并通过有关设计学中的计算公式,使模型其余部分的尺寸与特征参数相关联,建立数学模型,为后面参数化模型的正确建立莫定良好的理论基础。

3     基本参数化模型的建立
3.1  蜗轮参数化模型
       蜗轮参数化模型建立的关键是蜗轮第一个轮齿的生成(如图l所示),其基本设计思路如下:
       模拟蜗轮蜗杆的拟合.采用扫描混合(swePtBelnd)的高级建模方法,通过由曲线2和齿根回组成的截面1及曲线3和齿根圆组成的截面2以曲线l为扫描轨迹(如图1、2所示),用切齿(Cut)的方法得到第一个齿,其余齿通过特征的陈列得到,切齿时为保证蜗轮蜗杆的正确啮合,曲线l的中心至轴A,的距离为中心距a,山二蜗杆分度圆半径(如图1所示)。
        具体设计过程如下:首先由山二蜗杆分度圆半径(如图l所示),得到轴A、,以A:为中心,绘制出蜗轮的齿顶圆、齿根圆、分度圆和基圆,其大小分别由设计学中的有关计算公式通过枷E/可程序化工具一prgoar口、关系式(目atino)将设计意图转化成尺寸符号、数值参数及其它语法(如图3所示),保证经设计变更后模型仍然保持应有的关联性。并在此基础上应用设计学中渐开线的方程及R。/E中的镜像和复制等设计方法生成齿廓渐开线2、3,在截面设计中与齿根圆相结合,得到截面1和截面2(如图2所示)。其次是扫描轨迹线的确定,扫描轨迹线应满足如下几何条件:保证蜗轮蜗杆的正确啮合并得到正确的螺旋角。设计过程中先生成一曲面M如图1、4所示),再将直线1利用投影的方法投影至曲面M上(如图5所示),得到扫描轨迹线,如图6所示为设计结果。
                             
                        
  3.2    蜗杆参数化模型
           基本设计思路如下:模拟蜗轮蜗杆的啮合,采用扫描混合(swePtBlend)的高级建模方法,通过由曲线1和齿根回、齿顶圆组成的截面1及曲线2和齿根国、齿顶圈组成的截面2以螺旋线为扫描轨迹(如图7、8所示),用加材料(Prtorusino)的方法得到蜗杆的齿。
                    
           具体设计过程如下:首先绘制出蜗轮的齿顶圆山、齿根圆
公、分度圆d3和基圆诱,山、成、山、山分别由如图3所示的关系式来控制,从而实现最终由蜗轮蜗杆基本特征参数驱动这几条曲线,其次取乙.二。x。/2一nIxq/2(如图1所示),得到轴A,,以A:为中心,应用设计学中螺旋线的方程得到螺旋线,并在此基础上应用设计学中渐开线的方程及Por/E中的镜像和复制),再将直线1利用投影的方法投影至曲面M上(如图5所示),得到扫描轨迹线,如图6所示为设计结果。等设计方法生成齿廓渐开线l、2,在截面设计中与齿根回、齿顶圆结合,得到截面1和截面2(如图8所示)。其中蜗轮的四个圆复制前后的中心距肠由如下关系式来控制,与二Txox为x柳T二CE几(L/5)5二户xoxzlL为蜗杆螺旋部分长度。最后对蜗杆螺旋起始部分进行修改至与实际相符,完成设计。
                
                         
     
4    设计结果验证及应用
        在蜗轮蜗杆的设计过程中,始终体现了所有设计数据的全关联,使设计结果具有延续性和继承性,体现了柔性工程的设计理念,使产品的设计更具有弹性,并将设计结果应用于机械产品的设计中,取得了较好的效果。图9、图10是在基本模型的基础上通过蜗轮蜗杆的几个基本几何参数驱动后加上设计所要求的其它结构得到的模型。