【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 微型機(jī)的性能不斷提高，價(jià)格不斷下跌，諸如大型數(shù)字化儀、自動(dòng)繪圖機(jī)等計(jì)算機(jī)外圍設(shè)備己經(jīng)成為 CAD 的一般配置,為推動(dòng) CAD 技術(shù)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(jī)和微機(jī)的軟件技術(shù)也迅速提高，大量成熟的商品化軟件不斷涌現(xiàn)，又促進(jìn)了 CAD技術(shù)的發(fā)展，CAD 技術(shù)得到了越來越廣泛的應(yīng)用。目前，流行的 CAD 技術(shù)基礎(chǔ)理論主要是以 PRO/E 為代表的參數(shù)化造型理論和以 SDRC / IDEAS 為代表的變量化造型理論兩大流派，它們都屬于基于約束的實(shí)體造型技術(shù)。國(guó)內(nèi)對(duì) CAD 技術(shù)的研究，開始于 20 世紀(jì) 70 年代初期，研究工作主要集中在高等學(xué)校和科研院所，研究?jī)?nèi)容主要是計(jì)算機(jī)輔助幾何設(shè)計(jì)和計(jì)算機(jī)輔助繪圖進(jìn)入 80 年代以后，我國(guó)的 CAD 技術(shù)的研究得到了較快的發(fā)展，在二維交互繪圖系統(tǒng)、三維造型和幾何設(shè)計(jì)、有限元分析、數(shù)控編程等方面都取得了很多成果，不少自主版權(quán)的軟件己經(jīng)在國(guó)內(nèi)行業(yè)中得到推廣應(yīng)用。但從總體上來說，我國(guó)的 CAD 軟件，無論是從產(chǎn)品開發(fā)水平方面，還是從商品化、市場(chǎng)化程度方面，都與發(fā)達(dá)國(guó)家存在著不小的差趾，主流的 CAD 軟件基本上都是國(guó)外產(chǎn)品。 的發(fā)展趨勢(shì)隨著 CAD 技術(shù)的不斷研究、開發(fā)與廣泛應(yīng)用，對(duì) CAD 技術(shù)提出越來越高的要求，因此 CAD 從本身技術(shù)的發(fā)展來看，其發(fā)展趨勢(shì)是參數(shù)化、三維化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化、集成化和標(biāo)準(zhǔn)化日。具體表現(xiàn)為:參數(shù)化既能為用戶提供設(shè)計(jì)對(duì)象直觀、準(zhǔn)確的反饋，又能隨時(shí)對(duì)設(shè)計(jì)對(duì)象加以修改，同時(shí)減少設(shè)計(jì)中的疏忽，從而在很大程度上提高機(jī)械設(shè)計(jì)的效率。參數(shù)化是實(shí)現(xiàn)機(jī)械設(shè)計(jì)自動(dòng)化的前提和基礎(chǔ)?，F(xiàn)有的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)智能化程度越來越高，原來繁瑣的操作逐漸被10計(jì)算機(jī)的智能化處理所替代。將人工智能引入 CAD 系統(tǒng)，使其具有專家的經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)，具有學(xué)習(xí)、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(dá)到設(shè)計(jì)自動(dòng)化的目的。隨著三維圖形技術(shù)的發(fā)展，在計(jì)算機(jī)內(nèi)部建立相應(yīng)的三維實(shí)體模型能夠更直觀、更全面地反映設(shè)計(jì)意圖，并且在三維模型的基礎(chǔ)上可以方便地進(jìn)行虛擬裝配、干涉檢查、有限元分析和運(yùn)動(dòng)分析等應(yīng)用。集成化就是向企業(yè)提供一體化的解決方案，其出發(fā)點(diǎn)是企業(yè)各個(gè)環(huán)節(jié)是不可分割的，必須統(tǒng)一考慮。計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)所產(chǎn)生的三維模型將最大限度地被后續(xù)的分析、加工、工藝和仿真所利用。網(wǎng)絡(luò)化可以充分發(fā)揮系統(tǒng)的總體優(yōu)勢(shì)，共享昂貴的設(shè)備，節(jié)省投資。不同設(shè)計(jì)人員可以在網(wǎng)絡(luò)上方便地交換設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)。隨著 CAD 系統(tǒng)的集成化和網(wǎng)絡(luò)化，指定各種產(chǎn)品設(shè)計(jì)、評(píng)測(cè)和數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)勢(shì)在必行，如建立符合 STEP 標(biāo)準(zhǔn)的全局產(chǎn)品數(shù)據(jù)模型等。 課題研究的內(nèi)容課題主要包括以下研究?jī)?nèi)容：(1)系統(tǒng)分析蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)。設(shè)計(jì)參數(shù)化特征造型技術(shù)、(2)分析了 Pro/E 平臺(tái)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的基本思路，提出了蝸輪蝸桿的數(shù)學(xué)模型，通過基于 Pro/E 平臺(tái)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(shí)體建模時(shí)的基本思路和方法(3)利用所總結(jié)的蝸桿蝸輪零件三維實(shí)體建模的經(jīng)驗(yàn)，以參數(shù)化設(shè)計(jì)思想作為指導(dǎo)，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(xué)方程式，運(yùn)用條件語句將變參設(shè)計(jì)融入到零件整體建模過程中。(4)設(shè)計(jì)初步條件，對(duì)設(shè)計(jì)完成的零件進(jìn)行變參造型，進(jìn)而進(jìn)行虛擬裝配和運(yùn)動(dòng)仿真，針對(duì)運(yùn)動(dòng)仿真中出現(xiàn)的干涉問題提出行之有效的解決方案。112 蝸輪蝸桿參數(shù)化設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 蝸桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)介及類型蝸輪蝸桿傳動(dòng)用于傳遞交錯(cuò)軸間的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力，通常兩軸交錯(cuò)角為 90176。蝸桿類似于螺桿，有左旋和右旋之分，除特殊要求外，均采用右旋蝸桿；蝸輪可以看成是一個(gè)具有凹形輪緣的斜齒輪，其齒面與蝸桿齒面相共軛。在蝸桿傳動(dòng)中，一般以蝸桿為主動(dòng)件按形狀的不同，蝸桿可分為：圓柱蝸桿傳動(dòng)、環(huán)面蝸桿傳動(dòng)和錐蝸桿傳動(dòng)。圓柱蝸桿又可分：（1）普通圓柱蝸桿：阿基米德蝸桿（ZA 蝸桿） ；漸開線蝸桿（ZI 蝸桿） ；法向直廓蝸桿（ZN 蝸桿） ；錐面包絡(luò)蝸桿（ZK 蝸桿）（2）圓弧圓柱蝸桿（ZC 蝸桿） 圓柱蝸桿傳動(dòng)的主要參數(shù)和幾何尺寸中間平面：通過蝸桿軸線并與蝸輪軸線垂直的平面（蝸桿的軸面，蝸輪的端面） 。蝸桿、蝸輪的參數(shù)和尺寸大多在中間平面（主平面）內(nèi)確定。圓柱蝸桿傳動(dòng)的主要參數(shù)： m 和壓力角 α通過蝸桿軸線并垂直于蝸輪軸線的平面，稱為中間平面。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(dòng)中間平面內(nèi)蝸輪與蝸桿的嚙合就相當(dāng)于漸開線齒輪與齒條的嚙合。蝸桿傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算都以中間平面的參數(shù)和幾何關(guān)系為準(zhǔn)。它們正確嚙合條件是：蝸桿軸向模數(shù) ma1 和軸向壓力角 αa1 應(yīng)分別等于蝸輪端面模數(shù) mt2 和端面壓力角 αt2 [1]。圓柱蝸桿傳動(dòng)的幾何尺寸計(jì)算設(shè)計(jì)蝸桿傳動(dòng)時(shí)，一般是先根據(jù)傳動(dòng)的功用和傳動(dòng)比的要求，選擇蝸桿頭數(shù) z1 和蝸輪齒數(shù) z2，然后再按強(qiáng)度計(jì)算確定中心距 a 和模數(shù) m，上述參數(shù)確定后，即可根據(jù)表 21 計(jì)算出蝸桿、蝸輪的幾何尺寸。12名稱計(jì)算公式蝸桿 蝸輪蝸桿分度圓直徑，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d1=mq d2=mz2ha=m ha=mhf= hf=da1=m（q+2） da2=m（z2+2）df1=m（） df2=m（z2）pa1=p12=px=π mc=中心距 a=(d1+d2)=(q+z2)表 21 圓柱蝸桿傳動(dòng)的幾何尺寸計(jì)算 參數(shù)化特征造型技術(shù)簡(jiǎn)介參數(shù)化設(shè)計(jì)(Parametric Design)，也稱為尺寸驅(qū)動(dòng)(DimensionDriven) ，是通過改動(dòng)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)。自動(dòng)完成對(duì)圖形中相關(guān)部分的改動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)圖形的驅(qū)動(dòng)。參數(shù)化設(shè)計(jì)是 CAD 技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中提出的課題。機(jī)械設(shè)計(jì)是一個(gè)創(chuàng)造性的活動(dòng)，是一個(gè)反復(fù)修改、不斷完善的過程。同時(shí)，對(duì)很多企業(yè)，設(shè)計(jì)工作往往是變型或系列化設(shè)計(jì)，新的設(shè)計(jì)經(jīng)常用到己有的設(shè)計(jì)結(jié)果。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，零件的結(jié)構(gòu)要素 90%以上是通用或標(biāo)準(zhǔn)化的，零件有 70%80%是相似的。在參數(shù)化設(shè)計(jì)技術(shù)出現(xiàn)以前，傳統(tǒng)的 CAD 使用的方法是先繪制精確圖形，再?gòu)闹谐橄髱缀侮P(guān)系，設(shè)計(jì)只存儲(chǔ)最后的結(jié)果，而不關(guān)心設(shè)計(jì)的過程。這種設(shè)計(jì)系統(tǒng)13不支持初步設(shè)計(jì)過程，缺乏變參數(shù)設(shè)計(jì)功能，不能很好地自動(dòng)處理對(duì)己有圖形的修改，不能有效地支持變化、系列化設(shè)計(jì)，從而使得設(shè)計(jì)周期長(zhǎng)、設(shè)計(jì)費(fèi)用高、設(shè)計(jì)中存在大量重復(fù)勞動(dòng)，嚴(yán)重影響了設(shè)計(jì)的效率，無法滿足市場(chǎng)需求。在這種情況下參數(shù)化設(shè)計(jì)方法應(yīng)運(yùn)而生。參數(shù)化設(shè)計(jì)以約束造型為核心、以尺一寸驅(qū)動(dòng)為特征。在參數(shù)化設(shè)計(jì)中采用參數(shù)化模型，設(shè)計(jì)者可以通過調(diào)整參數(shù)來修改和控制幾何形狀，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的精確造型，而不必在設(shè)計(jì)時(shí)專注主于產(chǎn)品的具體尺寸。 參數(shù)化設(shè)計(jì)方法存儲(chǔ)了設(shè)計(jì)的全過程，能設(shè)計(jì)出一系列而不是單一的產(chǎn)品模型。 對(duì)己有設(shè)計(jì)的修改，只需變動(dòng)相應(yīng)的參數(shù)，而無需運(yùn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)的全過程。與傳統(tǒng)的自由約束的設(shè)計(jì)方法相比，參數(shù)化設(shè)計(jì)更符合工程設(shè)計(jì)的習(xí)慣，因此極大地提高了設(shè)計(jì)效率，縮短了設(shè)計(jì)周期，減少了設(shè)計(jì)過程中信息的存儲(chǔ)量，降低了設(shè)計(jì)費(fèi)用，從而增強(qiáng)了產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。參數(shù)化技術(shù)經(jīng)過十多年來的發(fā)展，己經(jīng)成為 CAD 技術(shù)的重要分支，也成為 CAD 技術(shù)研究和產(chǎn)品開發(fā)的熱點(diǎn)，參數(shù)化技術(shù)正處于不斷發(fā)展之中?，F(xiàn)代主流 CAD 軟件，如 PRO/E, solid works, UG 等都實(shí)現(xiàn)了參數(shù)化。蝸輪及蝸桿機(jī)構(gòu)常被用于兩軸交錯(cuò)、傳動(dòng)比大、傳動(dòng)功率不大或間歇工作的場(chǎng)合。蝸輪蝸桿的機(jī)構(gòu)特點(diǎn)：，比交錯(cuò)軸斜齒輪機(jī)構(gòu)緊湊。，其承載能力大大高于交錯(cuò)軸斜齒輪機(jī)構(gòu)。，為多齒嚙合傳動(dòng)，故傳動(dòng)平穩(wěn)、噪音很小。當(dāng)蝸桿的導(dǎo)程角小于嚙合輪齒間的當(dāng)量摩擦角時(shí)，機(jī)構(gòu)具有自鎖性，可實(shí)現(xiàn)反向自鎖，即只能由蝸桿帶動(dòng)蝸輪，而不能由蝸輪帶動(dòng)蝸桿。如在起重機(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。，磨損較嚴(yán)重。蝸輪蝸桿嚙合傳動(dòng)時(shí)，嚙合輪齒間的相對(duì)滑動(dòng)速度大，故摩擦損耗大、效率低。另一方面，相對(duì)滑動(dòng)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(jià)格較為昂貴的減摩性與抗磨性較好的材料及良好的潤(rùn)滑裝置，因而成本較高。為了保證蝸輪齒面的精確性，以 Pro/E 為平臺(tái)對(duì)蝸輪蝸桿進(jìn)行參數(shù)化建模設(shè)計(jì)及運(yùn)動(dòng)仿真分析。143 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(jiǎn)介 參數(shù)化設(shè)計(jì)方法使設(shè)計(jì)者構(gòu)造模型時(shí)可以集中于概念設(shè)計(jì)和整體設(shè)計(jì)，充分發(fā)揮創(chuàng)造性，提高設(shè)計(jì)效率。其主要思路如圖 31 所示，通過對(duì)產(chǎn)品建模特征的解析，從特征中抽象出特征參數(shù)，再對(duì)特征參數(shù)進(jìn)行分析，得到參數(shù)模型。根據(jù)模型信息建立參數(shù)間關(guān)聯(lián)與約束，并確定某些參數(shù)為設(shè)計(jì)變量，進(jìn)而建立由設(shè)計(jì)變量驅(qū)動(dòng)的零件族。零件分析 建模策略 參數(shù)建模零件 特征參數(shù) 特征創(chuàng)建特征 設(shè)計(jì)變量 設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)特征參數(shù) 參數(shù)關(guān)系及約束建模更新 圖 31 建模流程圖參數(shù)化設(shè)計(jì)是 Pro/E 重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)的設(shè)計(jì)理念。參數(shù)是參數(shù)化設(shè)計(jì)的核心概念，在一個(gè)模型中，參數(shù)是通過“尺寸” 的形式來體現(xiàn)的。參數(shù)化設(shè)計(jì)的突出特點(diǎn)在于可以通過變更參數(shù)的方法來方便的修改設(shè)計(jì)意圖，從而修改設(shè)計(jì)意圖。關(guān)系式是參數(shù)化設(shè)計(jì)中的另外一項(xiàng)重要內(nèi)容，它體現(xiàn)了參數(shù)之間相互制約的“父子”關(guān)系。所以，首先要了解 proe 中參數(shù)和關(guān)系的相關(guān)理論 [2]。一、參數(shù)的含義參數(shù)有兩個(gè)含義：一是提供設(shè)計(jì)對(duì)象的附加信息，是參數(shù)化設(shè)計(jì)的重要要素之一。參數(shù)和模型一起存儲(chǔ)，參數(shù)可以標(biāo)明不同模型的屬性。例如在一個(gè)“族表” 中創(chuàng)建參數(shù)“成本”后，對(duì)于該族表的不同實(shí)例可以設(shè)置不同的值，以示區(qū)別；二是配合關(guān)系的使用來創(chuàng)建參數(shù)化模型，通過變更參數(shù)的數(shù)值來變更模型的形狀和大小。二、參數(shù)的設(shè)置 在零件模式下，單擊菜單“工具” ——參數(shù)，即可打開參數(shù)對(duì)話框，使用該對(duì)話15框可添加或編輯一些參數(shù)。 (1)名稱：參數(shù)的名稱和標(biāo)識(shí)，用于區(qū)分不同的參數(shù)，是引用參數(shù)的依據(jù)。注意：用于關(guān)系的參數(shù)必須以字母開頭，不區(qū)分大小寫，參數(shù)名不能包含如下非法字符：！、 ”、@和等。(2)類型：指定參數(shù)的類型a)整數(shù)：整型數(shù)據(jù) b)實(shí)數(shù)：實(shí)數(shù)型數(shù)據(jù) c)字符型：字符型數(shù)據(jù) d)是否：布爾型數(shù)據(jù)。(3)數(shù)值：為參數(shù)設(shè)置一個(gè)初始值，該值可以在隨后的設(shè)計(jì)中修改(4)指定：選中該復(fù)選框可以使參數(shù)在 PDM（Product Data Management，產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理）系統(tǒng)中可見(5)訪問：為參數(shù)設(shè)置訪問權(quán)限。a)完全：無限制的訪問權(quán)，用戶可以隨意訪問參數(shù) b)限制：具有限制權(quán)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(guān)系式確定。(6)源：指定參數(shù)的來源a)用戶定義的：用戶定義的參數(shù)，其值可以隨意修改 b)關(guān)系：由關(guān)系式驅(qū)動(dòng)的參數(shù)，其值不能隨意修改。(7)說明：關(guān)于參數(shù)含義和用途的注釋文字(8)受限制的：創(chuàng)建其值受限制的參數(shù)。創(chuàng)建受限制參數(shù)后，它們的定義存在于模型中而與參數(shù)文件無關(guān)。(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?？梢愿鶕?jù)實(shí)際需要增加或刪除以上 9 項(xiàng)中除了“名稱” 之外的其他屬性項(xiàng)目三、關(guān)系的概念關(guān)系是參數(shù)化