【摘要】: 介紹了基于Por/Engineer的蝸輪蝸桿三維參數化設計思路和方法,設計結果具有沿續性和重用,減少了設計人員的重復勞動,提高了設計效率,設計應用于實際工程取得了較好的效果。
         關鍵詞: 枷/Engineer;蝸輪蝸桿;參數化設計

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軟件之其應用范圍橫跨許多行業.尤其在機械工程中應用相當廣泛,Por/E體現了機械設計自動化(Mechani。日。.ignAuotmatoin,MDA)應用軟件發展的最新理念一柔性工程(”已d城E硒~)的思想精妞,其單一的數據結構實現了機械工程中零部件三維模型及二維工程圖的尺寸驅動。
        蝸輪蝸桿是機械工程中的一常用件之一,其輪齒部分的結構形狀已標準化了,因輪齒部分結構形狀較復雜,若按某一給定的結構尺寸進行設計,設計的結果沒有沿續性和繼承性,每次設什都要進行重復設計,大大影響了設計的效率和準確性,延長了零件的設計周期,從而增加了零件的設計成本。這里在大t實踐經驗的基礎上,通過Por/E可程序化的工具一P價鄉舊.、關系式(目`on)與高級特征建模方法相結合,構建了一由蝸輪蝸桿特征參數驅動的基本模型,使用中用戶只需物人有關蝸輪蝸桿的特征參數,即可實現尺寸驅動模型,其余非標準結構部分在使用中可根據具體要求在基本模型的基礎上作一些簡單的修改即可,從而減少了設計人員的重復勞動,提高了設計的效率。
       
2    分析特征,建立數學模型
        根據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。
        由傳動零件的設計學知識可知,蝸輪蝸桿基本特征參數如下:蝸桿直徑系數q,蝸桿軸向模數、二蝸輪端面模數、,在此以。來代表,蝸輪齒數。,蝸桿頭數:1,蝸輪壓力角a(龍pha),蝸輪寬度B,蝸輪變位系數匆,蝸輪螺旋角p,蝸桿導程角7,蝸桿螺旋部分長度Lo
       為保證蝸輪蝸桿正確嚙合,應滿足如下幾何關系,蝸輪螺旋角戶(Beta)二蝸桿導程角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的一系統變t,其變化范圍為0一1。
      通過以上分析,確定出驅動蝸輪蝸桿棋型的特征參數和齒廓漸開線方程,并通過有關設計學中的計算公式,使模型其余部分的尺寸與特征參數相關聯,建立數學模型,為后面參數化模型的正確建立莫定良好的理論基礎。

3     基本參數化模型的建立
3.1  蝸輪參數化模型
       蝸輪參數化模型建立的關鍵是蝸輪第一個輪齒的生成(如圖l所示),其基本設計思路如下:
       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,其大小分別由設計學中的有關計算公式通過枷E/可程序化工具一prgoar口、關系式(目atino)將設計意圖轉化成尺寸符號、數值參數及其它語法(如圖3所示),保證經設計變更后模型仍然保持應有的關聯性。并在此基礎上應用設計學中漸開線的方程及R。/E中的鏡像和復制等設計方法生成齒廓漸開線2、3,在截面設計中與齒根圓相結合,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所示為設計結果。
                             
                        
  3.2    蝸桿參數化模型
           基本設計思路如下: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所示的關系式來控制,從而實現最終由蝸輪蝸桿基本特征參數驅動這幾條曲線,其次取乙.二。x。/2一nIxq/2(如圖1所示),得到軸A,,以A:為中心,應用設計學中螺旋線的方程得到螺旋線,并在此基礎上應用設計學中漸開線的方程及Por/E中的鏡像和復制),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所示為設計結果。等設計方法生成齒廓漸開線l、2,在截面設計中與齒根回、齒頂圓結合,得到截面1和截面2(如圖8所示)。其中蝸輪的四個圓復制前后的中心距腸由如下關系式來控制,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,完成設計。
                
                         
     
4    設計結果驗證及應用
        在蝸輪蝸桿的設計過程中,始終體現了所有設計數據的全關聯,使設計結果具有延續性和繼承性,體現了柔性工程的設計理念,使產品的設計更具有彈性,并將設計結果應用于機械產品的設計中,取得了較好的效果。圖9、圖10是在基本模型的基礎上通過蝸輪蝸桿的幾個基本幾何參數驅動后加上設計所要求的其它結構得到的模型。