基于SolidWorks的蜗轮蜗杆三维参数化设计

第 29卷第 1期 长春理工大学学报 Vo l129 No11 2 0 0 6年 3月 Journal of Changchun University of Science and Technology M a r. 2 0 0 6 　　收稿日期 : 2005 - 11 - 25 　　作者简介 : 李俊源 ( 1963 - ) , 男 , 四川西昌人 , 副教授 , 博士研究生 , 主要从事 CAD、CAM、PDM的研究 , E - Mail: lijunyuan@ zjut1edu1cn 基于 So lidW o rks的蜗轮蜗杆三维参数化 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 李俊源 (浙江工业大学 　机电工程学院 , 杭州 　310032) 摘　要 : 本文以蜗杆蜗轮为对象 , 建立其数学模型 , 使用 V isual Basic对 Solid Works进行二次开发 , 实现了蜗杆 蜗轮的三维参数化实体建模 , 所完成的三维实体零件模型为后续的有限元 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 、机构仿真和数控加工提供了必 要条件。 关键词 : 蜗杆 ; 蜗轮 ; 参数化设计 ; SolidWorks; V isual Basic 中图分类号 : TH122　　文献标识码 : A 文章编号 : 1672 - 9870 (2006) 01 - 0098 - 03 Parametr ic 3D2Design for W orm and W orm Gear Based on SolidW orks L I Junyuan (College of E lectrom echanica l Eng ineering, Zhejiang U niversity of Technology, Hangzhou　310032) Abstract: This paper takes the worm and worm gear as an object, establishes its mathematical model, introduces the theory and method of the Redevelopment app roach or Solid Workswith V isualBasic. It has realized the worm and worm gear parametric 3D2model, which has p rovided the essential condition for fol2 lowing work. Key words: worm and worm gear; rarametric design; SolidWorks; V isual Basic 　　蜗杆蜗轮传动用于传递交错轴之间的运动和动 力 , 在工程中应用十分广泛 , 由于其外形曲面比较 复杂 , 应用传统方法对其进行绘制时 , 不仅过程繁 琐、效率低 , 而且容易出错。随着 CAD技术、虚 拟制造技术、虚拟现实技术的迅速发展 , 三维参数 化造型的应用已日趋广泛 , 应用先进的三维 CAD 软件可以实现复杂零件的精确造型。 本文以 SolidWorks为平台 , 实现了蜗杆、蜗轮 零件的三维参数化造型。其造型的精确性高 , 为后 续进行的有限元分析、机构仿真和数控加工等提供 了必要条件。 1　数学模型 在蜗杆传动中 , 常用的是阿基米德蜗杆 , 其螺 旋面的形成与螺纹的形成相似 , 由一梯形截面绕圆 柱螺旋线扫描得到。图 1所示为蜗杆齿槽截面图 形 , 其顶点坐标可表示为 : 图 1　蜗杆齿槽截面 F ig. 1　S ec tio n o fW o rm Sc rew x1 = px /4 - hf ·tanα =πm /4 - 112m tanα y1 = r - hf = m q /2 - 112m x2 = px /4 + hα tanα =πm /4 + m tanα y2 = r + hα = m q /2 + m x3 = - x2 ; y3 = y2 ; x4 = - x1 ; y4 = y1 (1) 圆柱螺旋线的基圆是蜗杆分度圆 , 其半径为 r = m q /2, 螺旋线导程 T = Z1 ·px =πm z1。上述各式 第 1期 李俊源 , 等 : 基于 SolidWorks的蜗轮蜗杆三维参数化设计 中 , m 为模数 , z1 为蜗杆头数 , q为蜗杆直径系 数 , α为压力角。 对于蜗轮而言 , 端面齿廓曲线是渐开线。由于 SolidWorks没有绘制渐开线的功能 , 因此 , 需计算 渐开线上若干点的坐标值 , 并以此绘制样条曲线近 图 2　渐开线齿廊曲线 F ig. 2　 Invo lu te P ro file 似代替渐开线。如图 2所示 , 渐开线参数方程如 下 : x ( rk ) = rk sin (φ +θk ) y ( rk ) = rk cos(φ +θk ) x′= - x ( rk ) y′= r1 + r2 + y ( rk ) (2) 式中θk = tanαk - αk ,αk = arccos ( rb / rk ) ,φ =π /2z2 - tanα+α, r1、r2分别是蜗杆、蜗轮的分度圆半径 ,且 rf ≤ rk ≤ ra。 确定出同一齿槽中对称的两条渐开线、槽顶线 和槽底线所围成的封闭线框后 , 使用扫描切除特征 便可得到一个齿槽。在扫描切除中 , 导线就是蜗杆 的螺旋线 , 使用圆周阵列即可得到蜗轮的造型。 2　三维参数化建模 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 及实现 211　总体编程步骤 (1) 变量申明 : 在 VB程序中对全部变量进行 申明 , 确保程序正确运行。 (2) 输入参数 : 设计用户界面窗口 , 输入创 建蜗杆、蜗轮实体模型必须的参数。 如图 3所示 , 输入参数主要包括 : 模数 m、压 力角α、蜗杆头数 z1、蜗轮齿数 z2、蜗杆直径系数 q、蜗轮齿宽 b、齿顶高系数 h3a 、齿根高系数 h3f 、 蜗杆螺纹部分长度 L。 (3) 计算结构 尺寸 手机海报尺寸公章尺寸朋友圈海报尺寸停车场尺寸印章尺寸 : 按蜗杆、蜗轮的尺寸公 式计算参数 , 分别得出蜗杆、蜗轮的分度圆、齿顶 圆、齿根圆、基圆直径以及中心距等建模过程中要 使用的结构数据。 (4) 创建蜗杆实体 : 首先以蜗杆齿顶圆直径 图 3　基本参数对话框 F ig. 3　B a sic Pa ram e te r D ia lo g Bo x df、螺纹部分长度为参数创建圆柱体 , 然后按式 (1) 计算蜗杆齿槽各坐标点并绘制封闭的齿槽轮 廓线 , 再以蜗杆分度圆直径为基圆、蜗杆轴向齿距 为导程 , 生成圆柱螺旋线 , 最后进行扫描切除 , 得 到有螺纹部分蜗杆实体模型。 (5) 创建蜗轮实体 : 首先创建蜗轮坯体。然 后按式 ( 2 ) 计算蜗轮齿廓曲线上离散点的坐标 值 , 进行坐标变换 (如图 2所示 , 将 XO Y坐标系 变换到 X′O′Y′坐标系 ) , 绘制齿廓曲线 , 得到封闭 的齿槽轮廓线。以与蜗杆建模中相同的参数生成圆 柱螺旋线 , 以该螺旋线为导线 , 齿槽轮廓线为轮廓 扫描切除蜗轮坯体 , 得到一个螺旋齿槽 , 最后圆周 阵列齿槽 , 完成蜗轮实体模型。 212　创建蜗杆实体 有螺纹部分的蜗杆造型的主要实现方法及主要 程序代码如下 : (1) 创建蜗杆坯体 boolstatus = Part. Extension. SelectByID2 (“右视基准面 ”, “PLANE”, 0, 0, 0, False, 0, Nothing, 0) ’选取草图平面 Part. CreateCircle 0, 0, 0, da1 /2, 0, 0 ’以坐标原点为圆心 , 齿顶圆半径为半径画圆 , da为变参 Part. FeatureManager. FeatureExtrusion2 True, False, False, 0, 0, L , 0. 01, False, False, False, False, _0101745329251994, 0101745329251994, False, False, False, False, 1, 1, 1, 0, 0, False ’拉伸 , L为变参 , (2)绘制齿槽轮廓线 boolstatus = Part. Extension. SelectByID2 (“上视基准面 ”, “PLANE”, 0, 0, 0, False, 0, Nothing, 0) Part. ClearSelection2 True Part. CreateL ine2 - x1, y1, 0, x1, y1, 0 : Part. CreateL ine2 x1, y1, 0, x2, y2, 0 Part. CreateL ine2 x2, y2, 0, - x2, y2, 0 : rt. CreateL ine2 - x2, y2, 0, - x1, y1, 0 Part. InsertSketch2 True 99 长春理工大学学报 2006年 (3)绘制圆柱螺旋线 boolstatus = Part. Extension. SelectByID2 (“右视基准面 ”, “PLANE”, 0, 0, 0, False, 0, Nothing, 0) Part. CreateCircle 0, 0, 0, d1 /2, 0, 0 ’画分度圆 Part. InsertHelix False, True, False, True, 2, L , px, 7. 96178343949, 0, 0 ’生成螺旋线 ,变参 L、px分别是螺旋线高 度和螺距 (4)扫描切除 boolstatus = Part. Extension. SelectByID2 ( "齿槽截面 " , " SKETCH" , 0, 0, 0, False, 1, Nothing, 0) boolstatus = Part. Extension. SelectByID2 ( "蜗杆导线 " , " REFERENCECURVES" , 0, 0, 0, True, 4, Nothing, 0) D im SweepFeature A s Object Set SweepFeature = Part. FeatureManager. InsertCutSwep t3 ( False, True, 0, False, False, 0, 0, False, 0, 0, 0, 0, 1, 1, 0, 1) 完成上述造型后 ,可交互操作完成蜗杆其余部 分的创建工作 ,便可得到完整的零件模型 ,如图 4所 示。 213　创建蜗轮实体 在蜗轮造型中 , 关键是齿廓曲线的生成及扫描 切除齿槽时螺旋线导线的生成。下面重点分析这两 个过程。为了便于程序开发 , 规定蜗轮回转轴线是 上视基准面与右视基准面的交线。所创建的蜗轮实 体如图 5所示。 图 4　蜗杆实体模型 　　图 5　蜗轮实体模型 　　F ig14　W o rm Mo de l　　F ig15　W o rm Gea rMo de l (1) 绘制齿廓曲线 首先确定齿廓曲线草图平面 , 该平面应是通过 蜗杆轴线且与蜗轮轴平行的平面 , 即该平面与上视 面平行且相距 r1 + r2。定义草图平面的代码如下 : boolstatus = Part. Extension. SelectByID2 ( "上视基准面 " , " PLANE" , 0, 0, 0, False, 0, Nothing, 0) Part. CreatePlaneA tOffset3 r1 + r2, False, True ’ r1 + r2是变 参 ,设置基准面 1与上视基准面的距离 boolstatus = Part. Extension. SelectByID2 ( "基准面 1 " , " PLANE" , 0, 0, 0, False, 0, Nothing, 0) 生成渐开线代码如下 : ⋯⋯ ’参数计算 boolstatus = Part. Extension. SelectByID2 ( "基准面 1 " , " PLANE " , 0105834297693673, 010398569998232, - 01005216633607347, False, 0, Nothing, 0) Part1 InsertSketch2 True For K = 0 To N ’循环计算渐开线上离散点坐标 ,并绘制样 条曲线 rk = rb2 + dr 3 K : alfk = A tn ( Sqr ( rk 3 rk - rb2 3 rb2) / rb2) : ctak = Tan ( alfk) - alfk x1 = rk 3 Sin (phi + ctak) : y1 = rk 3 Cos(phi + ctak) : x = - x1 : y = a - y1 Part1SketchSp line N - I, x, y, 0 ’绘制样条曲线 Next K Part1CreateL ine2 (0, 0, 0, 0, y, 0) 1ConstructionGeometry = True’绘制镜像所需的对称线 boolstatus = Part1Extension. SelectByID2 ( " Sp line1" , " SKETCH2 SEGMENT" , 0101292764526603, 0105584742754923, 0101, True, 0, Nothing, 0) boolstatus = Part1Extension. SelectByID2 ( " L ine1" , " SKETCH2 SEGMENT" , - 01000172368603547, 0101258290805893, 0101, True, 0, Nothing, 0) Part. SketchM irror ’镜像样条曲线 (2) 圆柱螺旋线的生成 生成封闭的齿槽轮廓线后 , 以一条圆柱螺旋线 为导线作扫描切除得到蜗轮的一个齿槽 , 显然该圆 柱螺旋线的回转轴线应与蜗杆的轴线重合 , 基圆直 径是蜗杆的分度圆直径 , 螺距等于蜗杆轴向齿距。 螺旋线的旋向必须与创建蜗杆模型时的螺旋线旋向 相同 , 且螺旋线只能贯穿蜗轮坯体一次 , 否则将产 生不符合要求的齿槽 , 因此螺旋线的圈数应设置为 015。主要程序代码如下 : boolstatus = Part. Extension. SelectByID2 ( "右视基准面 " , " PLANE" , 0, 0, 0, False, 0, Nothing, 0) Part. CreateCircle 0, r1 + r2, 0, r1, 0, 0 ’ r1、r2是蜗杆蜗轮的 分度圆半径 Part. InsertHelix False, False, False, True, 0, px/2, px, 015, 0, 3114159265359 ’px是蜗杆轴向齿距 3　结论 本文研究了基于 SolidWorks的蜗杆蜗轮参数化 建模方法 , 使用 V isual Basic语言编制实用的二次 开发程序 , 实现了仅输入必要参数即可快速准确建 模的目标 , 使建模过程大大简化。为后续的运行分 析、力学分析、虚拟装配等奠定了良好的基础 , 具 有较高的实用价值。 参考文献 [ 1 ] 孙桓 , 陈作模 . 机械原理 [M ]. 北京 : 高等教育出版 社 , 2002. [ 2 ] 江洪 , 李仲兴 , 邢启恩. SolidWorks2003二次开发基 础与实例教程 [M ]. 北京 : 电子工业出版社 , 2003. 001