基于proe的蝸輪蝸桿參數(shù)化設(shè)計說明

1、 . . . 摘要介紹了蝸桿渦輪形狀的數(shù)學(xué)描述，實現(xiàn)蝸桿渦輪精確三維實體造型的方法。在Pro/E環(huán)境下，建立了蝸桿渦輪的數(shù)學(xué)模型。介紹了基于Mechanism的機(jī)構(gòu)運(yùn)動仿真的基本工作流程，對Pro/E進(jìn)行二次開發(fā)，實現(xiàn)看蝸桿渦輪的參數(shù)化三維實體設(shè)計，通過機(jī)構(gòu)的運(yùn)動仿真，動態(tài)觀看運(yùn)動仿真的嚙齒和運(yùn)動情況，測試機(jī)構(gòu)的有關(guān)運(yùn)動性能的參數(shù)，有利于機(jī)構(gòu)優(yōu)化和提高設(shè)計效率，可以構(gòu)成機(jī)構(gòu)的虛擬設(shè)計、制造與仿真分析的平臺。關(guān)鍵字：Pro/E；蝸桿渦輪；參數(shù)化設(shè)計；運(yùn)動仿22 / 24目 錄序言-1第一章 -2 1.1了解蝸桿渦輪的傳動特點- 2 1.2了解蝸桿渦輪相關(guān)參數(shù)的查取方法- 2 1.3渦輪蝸桿的應(yīng)用

2、- 3第二章 Pro/E的基本建模- 4 2.1 漸開線形成原理-4 2.2漸開線的特征-4 2.4蝸桿渦輪基本參數(shù)-42.4嚙合蝸桿蝸輪的建模-4 2.5蝸桿的參數(shù)化過程-4 2.6渦輪的繪制-5第三章 渦輪的創(chuàng)建- 6 3.1渦輪的建模分析- 63.2 渦輪的建模過程- 63.2.1創(chuàng)建參數(shù)-63.2.2創(chuàng)建齒輪基本圓-73.2.3創(chuàng)建齒廓曲線-83.2.4 創(chuàng)建掃引軌跡-113.2.5 創(chuàng)建圓柱-123.2.6變截面掃描生成第一個輪齒- 133.2.7陣列創(chuàng)建輪齒- 14第四章 蝸桿的創(chuàng)建-16蝸桿的建模-16第五章 結(jié)論-22第六章 致詞-23參考文獻(xiàn)-24序言 Pro/E是由美國PT

3、C公司推出的一套博大精深的三維CAD/CAM參數(shù)化軟件系統(tǒng)，其容涵蓋了產(chǎn)品從概念設(shè)計、工業(yè)造型設(shè)計、三維模型設(shè)計、分析計算、動態(tài)模擬與仿真、工程圖輸出到生產(chǎn)加工成產(chǎn)品的全過程，其中還包含了大量的電纜與管道布線、磨具設(shè)計與分析等實用模塊，應(yīng)用圍涉與航天、汽車、機(jī)械、數(shù)控（NC）加工與電子等諸多領(lǐng)域。以下運(yùn)用Pro/E設(shè)計蝸桿渦輪的參數(shù)化。第一章 蝸輪蝸桿1.1什么是蝸輪蝸桿蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)常用來傳遞兩交錯軸之間的運(yùn)動和動力。蝸輪與蝸桿在其中間平面相當(dāng)于齒輪與齒條,蝸桿又與螺桿形狀相似。1.2渦輪蝸桿的特點1.可以得到很大的傳動比，比交錯軸斜齒輪機(jī)構(gòu)緊湊 2.兩輪嚙合齒面間為線接觸，其承載能力大大高于

4、交錯軸斜齒輪機(jī)構(gòu) 3.蝸桿傳動相當(dāng)于螺旋傳動，為多齒嚙合傳動，故傳動平穩(wěn)、噪音很小 4.具有自鎖性。當(dāng)蝸桿的導(dǎo)程角小于嚙合輪齒間的當(dāng)量摩擦角時，機(jī)構(gòu)具有自鎖性，可實現(xiàn)反向自鎖，即只能由蝸桿帶動蝸輪，而不能由蝸輪帶動蝸桿。如在其重機(jī)械中使用的自鎖蝸桿機(jī)構(gòu)，其反向自鎖性可起安全保護(hù)作用。 5.傳動效率較低，磨損較嚴(yán)重。蝸輪蝸桿嚙合傳動時，嚙合輪齒間的相對滑動速度大，故摩擦損耗大、效率低。另一方面，相對滑動速度大使齒面磨損嚴(yán)重、發(fā)熱嚴(yán)重，為了散熱和減小磨損，常采用價格較為昂貴的減摩性與抗磨性較好的材料與良好的潤滑裝置，因而成本較高 6.蝸桿軸向力較大1.3渦輪蝸桿的應(yīng)用蝸輪與蝸桿機(jī)構(gòu)常被用于兩軸交錯

5、、傳動比大、傳動功率不大或間歇工作的場合第二章 Proe的基本建模2.1 漸開線形成原理一條直線（即發(fā)生線）沿著半徑為rb 的基圓做純滾動，直線上任一點K 的形成的軌跡AK 就叫做該圓的漸開線。2.2 漸開線的特性(1) 發(fā)生線沿著基圓滾過的長度等于基圓上被滾過的圓弧長度。(2) 漸開線上任意一點的法線恒與基圓相切。(3) 漸開線愈接近于基圓的部分其曲率半徑愈?。浑x基圓愈遠(yuǎn)曲率半徑則越大。(4) 漸開線的形狀取決于基圓的大小。 在展角一樣的情況下，基圓的大小不同漸開線的曲率也不同?；鶊A半徑愈小，其漸開線的曲率半徑愈小；基圓半徑愈大，其漸開線的曲率半徑愈大；當(dāng)基圓半徑為無窮大時，其漸開線變成一條

6、直線。(5) 基圓無漸開線。2.3 蝸桿蝸輪基本參數(shù)模數(shù) m、壓力角、蝸桿直徑系數(shù)q、導(dǎo)程角、蝸桿頭數(shù)Z1 、蝸輪齒數(shù)Z2、齒頂高系數(shù)ha （取1）與頂隙系數(shù)c（取0.2）。其中模數(shù)m和壓力角是指蝸桿軸面的模數(shù)和壓力角，亦即蝸輪端面的模數(shù)和壓力角且均為標(biāo)準(zhǔn)值；蝸桿直徑系數(shù)q 為蝸桿分度圓直徑與其模數(shù)m 的比值。2.4 嚙合蝸桿蝸輪的建模繪制一個模數(shù)m=4，頭數(shù)Z1=2，直徑系數(shù)為10，壓力角=20°，與其嚙合的蝸輪的齒數(shù)Z2=31。2.5 蝸桿的參數(shù)化過程1. 通過設(shè)置新的坐標(biāo)系CSO，使用坐標(biāo)系類型為圓柱坐標(biāo)系，通過方程的形式精確創(chuàng)建螺旋線：2. 選擇FRONT 作為草繪平面，繪制

7、四個同心圓，以便形成蝸桿。sd0=124sd1 =124*cos(atan(tan(20)/cos(atan(2/10)sd2=114.4sd3 =1323.選取CS2 坐標(biāo)系作為曲線方程的坐標(biāo)系，并設(shè)置坐標(biāo)系類型為笛卡爾坐標(biāo)系，然后在記事本中輸入漸開線方程：r=62*cos(atan(tan(20)/cos(atan(2/10)theta=t*60x=r*cos(theta)+r*sin(theta)*theta*pi/180y=r*sin(theta)-r*cos(theta)*theta*pi/180z=0繪制出的漸開線形狀 （箭頭所指的曲線）4.選擇創(chuàng)建的漸開線，通過選擇RIGHT 基

8、準(zhǔn)面作為鏡像平面，進(jìn)行鏡像操作，然后進(jìn)行拉伸操作，圓柱直徑為30.4，長度為100。5.再使用掃描混合功能繪出漸開線齒形。6.通過 “編輯”/“特征操作”完成雙頭蝸桿的繪制。7.完整的蝸桿模型。2.6 蝸輪的繪制1.類似于蝸桿的繪制方法，漸開線的生成方程與蝸桿一樣，箭頭所指的是生成的漸開線齒廓。2.旋轉(zhuǎn)特征的創(chuàng)建繪制一條中心線使其附著到RIGHT 平面，圓的直徑為20，圓心到中心線的距離為80，通過“旋轉(zhuǎn)”工具生成旋轉(zhuǎn)曲面。3.蝸輪外圈的生成使用“旋轉(zhuǎn)”工具按鈕和倒角，快速生成蝸輪外圈主體。4. “掃描混合”、 “陣列”，最后完成漸開線蝸輪的實體。第三章蝸輪的創(chuàng)建3.1 蝸輪的建模分析（1）創(chuàng)

9、建參數(shù)（2）創(chuàng)建齒輪基本圓（3）創(chuàng)建齒廓曲線（4）創(chuàng)建掃引軌跡（5）創(chuàng)建圓柱（6）變截面掃描生成第一個輪齒（7）陣列創(chuàng)建輪齒3.2 蝸輪的建模過程3.2.1.創(chuàng)建參數(shù)打開PROE，在菜單中點擊工具，選擇菜單，然后設(shè)置參數(shù)，如下圖3.2.2創(chuàng)建齒輪基本圓（1）繪制蝸輪基本圓曲線。在工具欄單擊按鈕，彈出“草繪”對話框，選擇“FRONT”面作為草繪平面，選取“RIGHT”面作為參考平面，參考方向為向“右”，如圖3-189所示；單擊草繪進(jìn)入草繪環(huán)境；（2）進(jìn)入草繪以后，點擊圓，畫4個圓，退出草圖，然后設(shè)置參數(shù)3.2.3創(chuàng)建齒廓曲線（1）創(chuàng)建漸開線。在工具欄單擊按鈕，彈出“曲線選項”對話框，點擊從方程，

10、單擊選取基準(zhǔn)坐標(biāo)系PRT_CSYS_DEF作為參照。系統(tǒng)彈出設(shè)置坐類型菜單管理器，單擊笛卡爾在系統(tǒng)彈出的記事本窗口中輸入曲線方程為：r=72.66/2Theta=t*45 x=r*cos(theta)+r*sin(theta)*theta*pi/180 y=r*sin(theta)-r*cos(theta)*theta*pi/180 z=0(3)在曲線定義對話框，點擊確定完成漸開線的創(chuàng)建。如圖：（4) 鏡像漸開線。在工具欄單擊按鈕，創(chuàng)建分度圓曲線與漸開線的交點，如圖所示：（5）在工具欄單擊按鈕，彈出“基準(zhǔn)軸”對話框，通過2個面創(chuàng)建一條基準(zhǔn)軸。如下圖：（6）在工具欄單擊按鈕，彈出“基準(zhǔn)平面”對話

11、框，選擇一條基準(zhǔn)軸和基準(zhǔn)點創(chuàng)建一個基準(zhǔn)平面。如圖（7）在工具欄單擊按鈕，彈出“基準(zhǔn)平面”對話框，在“旋轉(zhuǎn)”文本框輸入旋轉(zhuǎn)角度為3，在“基準(zhǔn)平面”對話框單擊確定完成基準(zhǔn)平面的創(chuàng)建，如圖（8）單擊選取漸開線，點擊鏡像單擊選取“DTM3”面作為參照平面，單擊完成漸開線的創(chuàng)建。32.4創(chuàng)建掃引軌跡（1）創(chuàng)建投影曲面。在工具欄單擊旋轉(zhuǎn)按鈕，彈出“旋轉(zhuǎn)”定義操控面板，在面板選擇曲面旋轉(zhuǎn)，然后單擊 “放置”“定義”，彈出“草繪”定義對話框，用DTM3作為平面。（2）單擊草繪，繪制如圖：（4）在工具欄單擊基準(zhǔn)平面按鈕，設(shè)置基準(zhǔn)平面，以中心軸和DMT2為參照，繪制出DMT3。（5）創(chuàng)建投影線。在主菜單依次單擊

12、“編輯”“投影”，彈出“投影”操作面板，選擇一個平面，方向，再選擇DMT3在點擊參照，選擇草繪投影，以DMT3為投影，方向為底部進(jìn)入草繪以兩邊的邊為參照，還有FOROTN、DNT2為參照，從中心點到邊繪制一條11°還有191°的直線，完成繪圖3.2.5創(chuàng)建圓柱（1）選擇拉伸選項，以FOROTN面為平面，方向相右，繪制一個直徑為88.25的圓，完成草圖。然后選擇對稱，深度為30、（2）、創(chuàng)建倒角選擇倒角按鈕，選擇倒角為2.5（3）在工具欄單擊旋轉(zhuǎn)按鈕，彈出“旋轉(zhuǎn)”操控面板，在操控面板單擊位置按鈕，然后單擊定義按鈕，彈出“草繪”定義對話框，單擊草繪按鈕進(jìn)入草繪環(huán)境，繪制如圖單擊

13、按鈕完成草圖的繪制。（4）在操控面板單擊按鈕，單擊按鈕完成后的蝸輪如圖3.2.6.變截面掃描生成第一個輪齒（1）在工具欄單變截面掃操控面板，單擊參照按鈕彈出一個上滑面板，按如圖所示的設(shè)置定軌跡（2）在操控面板，單擊選項按鈕彈出一個上滑面板，在下拉列表框中選擇“恒定剖面”選項（3）在操控面板，單擊按鈕進(jìn)入草繪環(huán)境，繪制如圖所示的草圖，單擊按鈕完成草圖繪制。（4）在操控面板，單擊按鈕，單擊按鈕完成后的特征如圖29所示。（5）創(chuàng)建另外半個齒輪。按上述（1）-（4）步驟進(jìn)行操作，不同地方是在第（1）步驟的軌跡選取中，選取另一條投影線。設(shè)置參數(shù)3.2.7陣列創(chuàng)建輪齒首先單擊選取已經(jīng)創(chuàng)建好的輪齒，然后在工

14、具欄單擊按鈕，彈出“陣列”的控制面板完成如圖最后再實行渦輪的修整，點擊旋轉(zhuǎn)以RIGHT為平面進(jìn)入草繪，創(chuàng)建如圖完成草繪，旋轉(zhuǎn)以后如圖最后通孔，選擇拉伸，進(jìn)入草繪，繪制如圖完成草繪，然后去除材料，如圖第四章蝸桿的創(chuàng)建蝸桿的建模1.建立新零件，使用三個平面2設(shè)置參數(shù)：3.（1建立基準(zhǔn)平面DTM1，TOP平面往下偏距，編輯關(guān)系式DO=（M*Z2-M*Q）/2（2）建立蝸桿軸線A1，F(xiàn)RONT平面與TOP的交線（3）建立軸線A2，RIGHT平面與DTM1的交線。（4）建立直角坐標(biāo)系CSO，x垂直與TOP平面向上，y垂直與FRONT平面向外，z垂直與RIGHT平面向右。（5）建立坐標(biāo)系CS1，X垂直與D

15、TM1平面向上，Y垂直與RIGHT平面向右，Z垂直與FRONT平面向里。（6）建立直角坐標(biāo)系CS2，參照為CS1，相對Z軸旋轉(zhuǎn)角度D3=360/（4*Z2）.4. 建立螺旋線，圓柱坐標(biāo)系為CS0，方程為R=m*q/2Theta=-t*tx*360Z=-T*LA5草繪曲線，草繪平面為FRONT，參照基準(zhǔn)為頂TOP，草繪參照為A2軸線。畫四個同心圓，圓心在A2軸線上，從外到里為D10,D9,D8,D7,并建立關(guān)系。D9=M*Z2D10=D2+2*MD8=D2*COS(ALPHA_T)D7=D2-2.4*M完成后如圖所示：6.建立蝸桿基圓漸開線，笛卡爾坐標(biāo)系為CS2，方程為：R=m*z2*cos(a

16、lpha_t)/2Theta=t*60X=r*cos(theta)+r*sin(theta)*theta*pi/180y=r*sin(theta)-r*cos(theta)*theta*pi/180z=07、講上面的漸開線沿RIGHT平面鏡像。完成后如圖：8，將第五步所做的草繪曲線與上面兩條漸開線向左移動。設(shè)置關(guān)系為D11=LA，完成后如圖：9.建立伸出項，草繪平面RIGHT，參照頂TOP，雙側(cè)拉伸。草繪參照為A1軸線。以A1為參照畫一個圓， 設(shè)置關(guān)系：直徑大笑D21=M*Q-2.4*M,深度D20=2*LA.完成后如圖：10建立掃描混合特征，參照如下圖所示：原點軌跡為第4步建立螺旋線。草繪兩

17、界面，螺旋線的開始與結(jié)束為兩界面的定位點。界面如圖：選擇通過邊創(chuàng)建圖元，選擇兩漸開線與草繪曲線的最外和最里的開弧線，降漸開線和最里的圓弧線倒圓角，將圓角大小添加到草繪關(guān)系里：sd4=0.38*m。完成第一剖面繪制。接著同樣完成第二個剖面的繪制。完成后如圖：11.將上面完成的掃描特征沿A1軸陣列，個數(shù)為z1，角度為360/Z1、完成后如圖：12建立基準(zhǔn)點PNTO，鏡像后的漸開線與草繪曲線的交點。13.通過PNTO，平行也RIGHT做一個DTM2。14建立旋轉(zhuǎn)切剪特征，草繪平面FORNT，草繪參照為A1軸線和DTM2。草繪如下：完成后編輯關(guān)系，長度尺寸：d106=1 直徑尺寸：d105=m*(q+3) 倒角尺寸：d107=d108=1.5*m成后如圖：第五章 結(jié)論在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(yùn)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、制造與仿真