基于ProE的蝸桿蝸輪參數(shù)化造型及運動仿真

1、2005年第5期文章編號:1001-2265(2005)05-0041-02設(shè)計與研究基于Pro/E的蝸桿蝸輪參數(shù)化造型及運動仿真譚加才,朱理(湖南工程學(xué)院機(jī)電工程系,湖南湘潭411101)摘要:介紹了蝸桿蝸輪形狀的數(shù)學(xué)描述,實現(xiàn)蝸桿蝸輪精確三維實體造型的方法。在Pro/E環(huán)境下,學(xué)模型。介紹了基于Mechanism的機(jī)構(gòu)運動仿真的基本工作流程,對Pro/E實體設(shè)計,通過機(jī)構(gòu)的運動仿真,動態(tài)觀看機(jī)構(gòu)的嚙合和運動情況,高設(shè)計效率,可以構(gòu)成機(jī)構(gòu)的虛擬設(shè)計、制造及仿真分析的平臺關(guān)鍵詞:蝸桿蝸輪;參數(shù)化設(shè)計;仿真;優(yōu)化中圖分類號:TP391.72文獻(xiàn)標(biāo)識碼forWormandWormGearBased

2、onPro/ETANJia2cai,ZHULi(ofMech.Eng.,HunanInstitateofEngineering,HunanXiangtan411101,China)Abstract:MathematicaldescriptionsofwormandwormgearandthemeansofaccurateaccomplishbasedonPro/Eareintroduced,para2metricdesignisaccomplishedbytheseconddevelopment,mechanicalsimulationiscarriedout,theworkingcaseis

3、dynamicobservated.Itcanoptimizemachineandimprovetheworkingefficiency,further,itcanbemadedtobetheplatformofvirtualdesignandmanufactureandemulationanalysis.Keywords:wormandwormgear;parametric;simulation;optimization0前言蝸桿蝸輪傳動用于傳遞交錯軸之間的運動和動力,在工程中應(yīng)用十分廣泛,由于其外形曲面比較復(fù)雜,應(yīng)用傳統(tǒng)方法對其進(jìn)行繪制時,不僅過程繁瑣、效率低,而且容易出錯。隨著CAD技術(shù)

4、、虛擬制造技術(shù)、虛擬現(xiàn)實技術(shù)的迅速發(fā)展,三維參數(shù)化造型的應(yīng)用已日趨廣泛,應(yīng)用先進(jìn)的三維CAD軟件可以實現(xiàn)復(fù)雜零件的精確造型。本文以Pro/E為平臺,不僅實現(xiàn)了蝸桿、蝸輪零件的三維參數(shù)化造型,而且實現(xiàn)了蝸桿蝸輪傳動機(jī)構(gòu)的運動仿真,具有如下意義:保證了造型的精確性;造型速度快,避免了取點造型的復(fù)雜過程;完成的三維實體零件模型是進(jìn)行后續(xù)的有限元分析、機(jī)構(gòu)仿真和數(shù)控加工等的必要條件;實現(xiàn)了機(jī)構(gòu)的運動仿真,更進(jìn)一步地,通過測試其運動學(xué)、動力學(xué)性能指標(biāo),實現(xiàn)機(jī)構(gòu)參數(shù)的優(yōu)化。;Y1=mq/2-1.2mX1=pim/2-1.2mtg;Y2=mq/2+mX2=pim/2+mtg);Y3=mq/2+mX3=-(p

5、im/2+mtg);Y4=mq/2-1.2mX4=-(pim/2-1.2mtg對于蝸輪而言,近似于一個漸開線齒輪,可通過先繪制出一個齒形截面,利用拉伸的方式產(chǎn)生一個齒形,再進(jìn)行旋轉(zhuǎn)陣列就可以得到一個完整的齒廓。在Pro/E環(huán)境下,可以直接建立漸開線方程,得到漸開線齒廓。漸開線的直角坐標(biāo)系方程建立如下:=t45R=mZ2cos/2+Rpi/180X=Rcossin-Rpi/180Y=RsincosZ=0上述式中,m為模數(shù),Z1為蝸桿頭數(shù),Z2為蝸輪齒數(shù),q為蝸桿直徑系數(shù),為壓力角,n為蝸桿螺紋圈數(shù)。1數(shù)學(xué)模型在蝸桿傳動中,常用的是阿基米德蝸桿,其螺旋面的形成與螺紋的形成相似,由一梯形截面繞三維螺

6、旋線掃描得到(圖1)。螺旋線的數(shù)學(xué)方程建立如下:X=qm/2sin(nt360)Y=qm/2cos(nt360)圖1蝸桿螺旋梯形截面Z=npimZ1t蝸桿的梯形截面四個頂點坐標(biāo)可表示為:2基于Pro/E的參數(shù)化建模2.1參數(shù)化建模的特點Pro/E是采用參數(shù)化設(shè)計的、基于特征的實體模型化CAD/CAM系統(tǒng),工程設(shè)計人員采用具有智能特性的基于特征的功能去生成模型時,可以隨時對特征做合理、不違反集合順序的調(diào)整、插入、刪除、重新定義等修改,輕易地改變模型。因為有參數(shù)式的設(shè)計,用戶可以運用強(qiáng)大的數(shù)學(xué)運算方式,建立各尺寸參數(shù)間的關(guān)系式,使模型可以自動計算出應(yīng)有的外形,減少尺寸逐一修改的煩瑣,并減少錯誤的發(fā)

7、生。同時,用戶可以應(yīng)用它提供的收稿日期:2004-09-03作者簡介:譚加才(1969-),男,湖南衡陽人,湖南工程學(xué)院機(jī)電工程系講師,碩士研究生,研究方向:CAD/CAM、制造業(yè)信息化等,(E-mail)tgjiacai41程簡化為對幾個變量數(shù)值的輸入,根據(jù)不同的需求,通過選擇、輸入不同的零件尺寸,特征參數(shù),可以快速生成新的符合要求的零件。2.2參數(shù)化建模的實現(xiàn)Pro/E的常用二次開發(fā)工具有:族表(FamilyTable)、用戶定義特征(UDF)、Pro/Program、Pro/Toolkit等。本文首先以參數(shù)的方式建立起各特征的模板,在設(shè)計好的模型的窗口下,建立族表,運用添加表列,選擇蝸輪

8、蝸桿參數(shù),如:模數(shù)、蝸桿頭數(shù)、蝸輪齒數(shù)、蝸桿直徑系數(shù)等,形成族表文件,然后利用VB語言,建立起參數(shù)選擇和輸入的對話框,通過運行VB程序?qū)崿F(xiàn)對族表文件的數(shù)據(jù)進(jìn)行增添和修改,從而實現(xiàn)了蝸輪蝸桿零件的參數(shù)化設(shè)計。VB程序界面如圖2所示。d#=360/ZP#=Zd#為陣列尺寸增量P#為陣列特征總數(shù)(5)生成蝸輪的其它部分特征。4機(jī)構(gòu)的運動仿真運動仿真是機(jī)構(gòu)設(shè)計的一個重要內(nèi)容,通過仿真技術(shù)可以實現(xiàn)機(jī)構(gòu)的設(shè)計與運動軌跡校核。在E環(huán)境下進(jìn)行機(jī)構(gòu)的運動仿真分析,體,、,反映了機(jī)構(gòu)的真,AVI動畫文件,觀看非常方E中進(jìn)行機(jī)構(gòu)仿真有兩種方法:一是Mechanism(機(jī)構(gòu)設(shè)計)功能,它可以通過用戶對各種不同運動副的

9、連接設(shè)定,使機(jī)構(gòu)按照實際的運動要求進(jìn)行運動仿真;二是Pro/MECHANICAMOTION功能,該模塊是一個完整的三維實體靜力學(xué)、運動學(xué)、動力學(xué)仿真與優(yōu)化設(shè)計工具,利用模塊可以快速創(chuàng)建機(jī)構(gòu)虛擬模型并能方便的進(jìn)行分析,從而改善機(jī)構(gòu)設(shè)計,節(jié)省時間,降低成本?；贛echanism的機(jī)構(gòu)仿真基本工作流程如圖3所示?；贛echanism所建立的蝸桿蝸輪運動仿真圖如圖4所示。圖2基本參數(shù)對話框3蝸桿、蝸輪的三維造型3.1蝸桿三維造型的主要步驟(1)繪制沒有齒廓的蝸桿圓柱段(2)以蝸桿齒頂圓直徑繪制蝸桿齒廓段圓柱實體(3)利用“方程式”繪制蝸桿螺旋線(4)繪制蝸桿的梯形截面圖形(5)利用“掃描”方式產(chǎn)生

10、蝸桿齒廓(6)繪制蝸桿其它部分特征3.2蝸輪三維造型的主要步驟(1)繪制實現(xiàn)齒頂圓、齒根圓、分度圓的基準(zhǔn)曲線,注意必圖3Mechanism的機(jī)構(gòu)仿真基本工作流程圖4蝸桿蝸輪運動仿真圖須建立缺省的直角坐標(biāo)系,為了實現(xiàn)參數(shù)化造型,必須添加如下的關(guān)系式:d=m3Zd為分度圓直徑db=m3Z3cosdb為基圓直徑da=m3(Z+23ha)da為齒頂圓直徑df=m3Z-23m3(ha+c)df為齒根圓直徑d0=dfdl=dbd2=d5總結(jié)在Pro/E環(huán)境下,不僅實現(xiàn)了蝸桿蝸輪的參數(shù)化精確實體造型,而且實現(xiàn)了機(jī)構(gòu)的運動仿真,有利于機(jī)構(gòu)快速設(shè)計與優(yōu)化,提高工作效率,為蝸桿、蝸輪零件的后續(xù)工作,如有限元分析、加工刀具的設(shè)計等創(chuàng)造了條件,通過進(jìn)一步的開發(fā),可以建成機(jī)構(gòu)的虛擬設(shè)計、制造及仿真平臺。參考文獻(xiàn)1周凱紅,王元勛,李春毖.格利森圓弧螺旋錐齒輪副的實體造型方法J.計算機(jī)仿真,2003(8):97-99.2劉海芳.基于Pro/E的漸開線齒輪參數(shù)化設(shè)計J.機(jī)械設(shè)計與制造,2004(1):68-69.3高秀華,李炎亮,鄧洪超,等.機(jī)械三維動態(tài)設(shè)計仿真技術(shù)M.北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2003.4孫桓,陳作模.機(jī)械原理M.北京:高等教育出版社,2002.5李燕.基于Pro/E的齒輪三維參數(shù)化特征造型設(shè)計J.制(編輯造技術(shù)與機(jī)床,2003(7):30-32.趙蓉)(2)利用繪制基準(zhǔn)曲線中的FromE