【正文】 .... 33 Introduction the Pro/E motion simulation .......................................................... 33 Exercise Pro/E platform simulation steps........................................................... 33 The specific steps of mechanism movement simulation of worm gear worm ... 34 The virtual assembly of the worm gear........................................................ 34 Motion simulation of worm gear ................................................................. 35 5 Summary ................................................................................................................... 36 Reference documentation............................................................................................. 37 Convey thanks.............................................................................................................. 37 6 基于 Pro/E 的蝸輪蝸桿 參數(shù)化建模及運動仿真分析 馮海明 （山東農(nóng)業(yè)大學 機械與電子工程學院 泰安 271018） 摘要 ： 蝸桿傳動是最重要的齒輪傳動之一，它由蝸桿和蝸輪組成，主要用于傳遞交錯軸之間的回轉運動和動力，通常兩軸交錯角為 90176。同時通過機構的運動仿真，動態(tài)觀看運動仿真的嚙齒和運動情 況，測試機構的有關運動性能的參數(shù)，有利于機構優(yōu)化和提高設計效率。由于蝸桿外行曲面比較復雜，無法用機械制圖的方法精 確描述其曲面形狀，因此在產(chǎn)品開發(fā)設計中，通常由設計人員根據(jù)經(jīng)驗確定。 本文正是針對蝸輪蝸桿零件進行參數(shù)化設計、虛擬裝配和運動仿真的研究，希望可以為空間復雜構件的參數(shù)化設計、虛擬裝配和運動仿真提供一般性的研究方法。 CAD 技術的發(fā)展與應用水平已成為衡量一個國家工業(yè)現(xiàn)代化的重要標志。從 80 年代至今， CAD 技術的發(fā)展突飛猛進，一方面小型機及微型機的性能不斷提高，價格不斷下跌，諸如大型數(shù)字化儀、自動繪圖機等計算機外圍設備己經(jīng)成為 CAD 的一般配置 ,為推動 CAD 技術向更高水平發(fā)展提供了必要的條件，另一方面，基于小型機和微機的軟件技術也迅速提高，大量成熟的商品化軟件不斷涌現(xiàn)，又促進了 CAD 技術的發(fā)展， CAD 技術得到了越來越廣泛的應用。 的發(fā)展趨勢 隨著 CAD 技術的不斷研究、開發(fā)與廣泛應用，對 CAD 技術提出越來越高的要求，因此 CAD 從本身技術的發(fā)展來看，其發(fā)展趨勢是參數(shù)化、三維化、智能化、網(wǎng)絡化、集成化和標準化日。將人工智能引入 CAD 系統(tǒng)，使其具有專家的經(jīng)驗和 10 知識，具有學習、推理、聯(lián)想和判斷的能力，以及智能化的視覺、聽覺和語言的處理能力，從而達到設計自動化的目的。 絡化 網(wǎng)絡化可以充分發(fā)揮系統(tǒng)的總體優(yōu)勢，共享昂貴的設備，節(jié)省投資。設計參數(shù)化特征造型技術、 (2)分析了 Pro/E 平臺產(chǎn)品設計的基本思路，提出了蝸輪蝸桿的數(shù)學模型，通過基于 Pro/E 平臺的蝸輪蝸桿零件三維建模過程，歸納出蝸輪蝸桿零件三維實體建模時 的基本思路和方法 (3)利用所總結的蝸桿蝸輪零件三維實體建模的經(jīng)驗，以參數(shù)化設計思想作為指導，緊緊抓住蝸輪蝸桿零件三維建模這條主線，依托蝸輪蝸桿零件的數(shù)學方程式，運用條件語句將變參設計融入到零件整體建模過程中。在蝸桿傳動中，一般以蝸桿為主動件 按形狀的不同，蝸桿可分為：圓柱蝸桿傳動 、 環(huán)面蝸桿傳動和錐蝸桿傳動。 由于蝸輪是用與蝸桿形狀相仿的滾刀，按范成原理切制輪齒，所以 ZA 蝸桿傳動中間平面內(nèi)蝸輪與蝸桿的嚙合就相當于漸開線齒輪與齒條的嚙合。 12 名稱 計算公式 蝸桿 蝸輪 d1=mq d2=mz2 ha=m ha=m hf= hf= da1=m（ q+2） da2=m（ z2+2） df1=m（ ） df2=m（ ） pa1=p12=px=π m c= 蝸桿分度圓直徑，蝸輪分度圓直徑 齒頂高 齒根高 蝸桿齒頂圓直徑，蝸輪喉圓直徑 齒根圓直徑 蝸桿軸向齒距，蝸輪端面齒距 徑向間隙 中心距 a=(d1+d2)=(q+z2) 表 21 圓柱蝸桿傳動的幾何尺寸計算 參數(shù)化特征造型技術簡介 參數(shù)化設計 (Parametric Design)，也稱為尺寸驅(qū)動 (DimensionDriven)，是通過改動圖形的某一部分或某幾部分的尺寸，或者修改已經(jīng)定義好的參數(shù)。同時，對很多企業(yè)，設計工作往往是變型或系列化設計，新的設計經(jīng)常用到己有的設計結果。在這種情況下參數(shù)化設計方法應運而生。對己有設計的修改，只需變動相應的參數(shù)，而無需運行產(chǎn)品設計的全過程。 蝸輪及蝸桿機構常被用于兩軸交錯、傳動比大、傳動功率不大或間歇工作的場合。 。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。 3 基于 Pro/E 的蝸輪 蝸桿 參數(shù)化建模 Pro/E 的參數(shù)化建模簡介 參數(shù)化設計方法使設計者構造模型時可以集中于概念設計和整體設計，充分發(fā)揮創(chuàng)造性，提高設計效率。參數(shù)是參數(shù)化設計的核心概念，在一個模型中，參數(shù)是通過 “尺寸 ”的形式來體現(xiàn)的。 一、 參數(shù)的含義 參數(shù)有兩個含義 ： 一是提供設計對 象的附加信息，是參數(shù)化設計的重要要素之一。 (1)名稱：參數(shù)的名稱和標識，用于區(qū)分不同的參數(shù)，是引用參數(shù)的依據(jù)。 a)完全：無限制的訪問權，用戶可以隨意訪問參數(shù) b)限制：具有限制權限的參數(shù) c)鎖定：鎖定的參數(shù)，這些參數(shù)不能隨意更改，通常 由關系式確定。 (9)單位：為參數(shù)指定單位，可以從其下的下拉列表框中選擇?？梢赃@樣來理解，參數(shù)化模型建立好之后，參數(shù)的意義可以確定一系列的產(chǎn)品，通過更改參數(shù)即可生成不同尺寸的零件，而關系是確保在更改參數(shù)的過程中，該零件能滿足基本的形狀要求。 蝸桿的參數(shù)化建模 零件分析 蝸桿是和蝸輪配合使用的一種重要傳動件，該傳動機構可以實現(xiàn)大的減速比，本 例將以上面蝸輪的參數(shù)化設計過程為基礎，分析蝸桿的建模過程。如果蝸桿能按照既定的條件變參的話，說明設計成功；否則，說明設計有問題，要認真查找原因，直至設計成功。蝸桿頭數(shù) Z2 NUMBER 。蝸輪分度圓直徑 L=(11+*Z2)*M 。在工具 /關系對話框中輸入 sd3=L； sd4=L/2； sd1=DIA1/2。 圖 34 生成的螺旋體 上述造型過程中，各參數(shù)除導程外均已實現(xiàn)參數(shù)化，下面對導程實施參數(shù)化。 點擊 拉伸 圖標→ 【在彈出的工具面板上點擊圖標，以設置減材料創(chuàng)建實體方式→ 放置 → 定義 】→【彈出 草圖 對話框，選擇繪圖平面 :RIGHT 平面，參照平面： TOP，方向： LEFT→ Sketch】→【繪制如圖 37 所示的圓】 圖 37 繪制草圖 →【 工具 /關系 →上述尺寸值將變?yōu)閰?shù)符號， 彈出 關系 對話框，對照圖，參數(shù)符號 sd0 對應直徑，輸入 sd0= *2*M→ OK】 →【點擊圖標 →設定深度為： 表示雙向?qū)ΨQ→填入尺寸 100→點擊圖標 ，完成的的特征如圖所示】→【 工具 /關系 →尺寸值 100 將變?yōu)閰?shù)符號→輸入 d21=L+40→ OK→點擊圖標 →結果如圖 38 所示】 21 圖 38 生成的 蝸桿 (7)蝸桿的變參 如圖 39 所 示的對話框中對創(chuàng)建的蝸桿進行變參，其結果如圖 310 和 311 所示 圖 39 變參對話框 M=。LEFT=Y 圖 310 變參蝸桿 M=。LEFT=N 圖 311 變參蝸桿 22 蝸輪的參數(shù)化建模 零件分析 蝸輪蝸桿機構常用來傳遞兩 90。當蝸桿的導程角小于嚙合輪齒間的當量摩擦角時 ，機構具有自鎖性 ， 可實現(xiàn)反向自鎖 。最后，對設計好的蝸輪三維實體設定條件進行變參。蝸桿頭數(shù) Z2 NUMBER 。蝸輪寬度 ZXKJ NUMBER 。→【彈出坐標系創(chuàng)建對話框→按住 Ctrl 鍵，點選基準面 TOP、RIGHT、 DTM1→ OK 生成坐標系 CS0】 (3)創(chuàng)建蝸輪坐標系 點擊圖標 ?！? 圖 318 繪制線段 ad 和 bc （ 5）繪制線段 bc 點擊“曲線繪制”圖標 。輸入曲線方程表達式如下，然后保存文件，退出編輯器】y=t*z1*pi*m/4 z=R1*cos(90*t) x=R1*sin(90*t) →【點擊 OK，螺旋線完成，如圖 319】 圖 319 螺旋線的生成 （ 9） 切出第一段半齒槽 30 點擊“變截面掃描”圖標 。 （ 2）兩段半齒槽合并成組 按照 Ctrl鍵，選模型特征樹中兩段齒槽的對應項，使其 高亮顯示。M=。B=。 在 Pro/E 中進行機構仿真有兩種方法：一是 Mechanism（機構設計）功能，它可以通過用戶對各種不同 運動副的連接設定，使機構按照實際的運動要求進行運動仿真；二是 Pro/MECHANICA MOTION 功能，該模塊是一個完整的三維實體，靜力學、運動學、動力學仿真與優(yōu)化設計工具，利用模塊可以快速創(chuàng)建機構虛擬模型并能方便的進行分析，從而改善機構設計，節(jié)省時間，降低成本。如果一切順利可進一步設置分析條件對機構進行更為全面的分析。一是先為蝸輪蝸桿間的軸中心距建好組建文件本身的參照面和基準軸，以方便對齊；二是在平移時，讓蝸輪的前視面和組建文件的基準面 ASMFRONT 對齊，蝸桿的基準面與組建文件本身的基準面ASM_RIGHT 對齊即可。 蝸輪蝸桿機構的運動仿真 在 Pro/E 的機構模塊下，通過設置齒輪副、伺服電機、分析參數(shù)的檢查蝸輪蝸桿的運動情況，針對出現(xiàn) 的干涉問題提出行之有效的解決方法。因此，應重新對齊主動輪與從動輪，具體做法：先設置圖形對齊約束，以控制齒對齒的運動。 圖 42 蝸輪蝸桿的干涉 （ 3）制成蝸輪蝸桿視頻動畫 如圖 43 36 圖 43 蝸輪蝸桿動畫 5 總結 在 Pro/E 環(huán)境下，不僅實現(xiàn)了蝸輪蝸桿的參數(shù)化精確實體造型，而且實現(xiàn)了機構的運動仿真，有利于機構快速設計與優(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、加工刀具的設計等創(chuàng)造了條件，通過進一步的開發(fā)可以建成機構的虛擬設計，制造及仿真平臺。