SolidWorks的蝸輪蝸桿參數(shù)化設(shè)計(jì)

蝸輪、蝸桿是組成蝸桿傳動(dòng)的重要部件,蝸桿傳動(dòng)在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用廣泛。由于該傳動(dòng)的傳動(dòng)比較大,因此工業(yè)生產(chǎn)中適合作為減速裝置。以catia軟件為設(shè)計(jì)平臺(tái),著重從蝸輪、蝸桿零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)思路、參數(shù)計(jì)算方法和參數(shù)化建模過程等方面對(duì)蝸輪蝸桿設(shè)計(jì)進(jìn)行了論述。

za型蝸輪蝸桿傳動(dòng),其蝸輪齒面是復(fù)雜的蝸桿圓柱螺旋面的空間共軛曲面,蝸輪齒面數(shù)學(xué)方程描述復(fù)雜,參數(shù)化精確建模困難。依據(jù)蝸輪滾刀包絡(luò)加工蝸輪齒面原理,協(xié)同運(yùn)用catiav5平臺(tái)的pdg、gsd、asd、dmuspa、dmukin5個(gè)功能模塊和knowledge工具,提出了用于za蝸輪齒面參數(shù)化精確數(shù)字建模的"以參控仿射曲線族為主導(dǎo)的多截面創(chuàng)成式復(fù)合構(gòu)型方法",構(gòu)建了擁有靜、動(dòng)態(tài)區(qū)域接觸分析負(fù)反饋環(huán)節(jié)的主動(dòng)可控參數(shù)化建模流程,為蝸輪蝸桿傳動(dòng)的高級(jí)cae分析奠定了參數(shù)化精確3d數(shù)模基礎(chǔ)。

蝸輪蝸桿傳動(dòng)用于傳遞空間交錯(cuò)的兩軸間的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力,應(yīng)用廣泛;但在使用過程中難免會(huì)損壞,因此,對(duì)蝸輪蝸桿的測繪就顯得尤為重要。本文根據(jù)蝸輪蝸桿成對(duì)使用的特點(diǎn),首先對(duì)蝸桿進(jìn)行測繪并確定出其主要參數(shù),然后從蝸桿的參數(shù)推斷出蝸輪的各部分尺寸,該方法是生產(chǎn)實(shí)際中較為實(shí)用的測繪方法。

介紹通過ug軟件表達(dá)式模塊實(shí)現(xiàn)漸開線蝸輪蝸桿參數(shù)化的建模方式,依據(jù)蝸輪蝸桿齒槽輪廓方程以及螺旋線表達(dá)方程,利用曲線方程實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)蝸輪蝸桿三維實(shí)體的精確造型。蝸輪蝸桿實(shí)體的參數(shù)化設(shè)計(jì)可以通過對(duì)應(yīng)參數(shù)值的設(shè)定完成不同規(guī)格的傳動(dòng)蝸輪蝸桿三維造型,通過該方式可提高蝸輪蝸桿的設(shè)計(jì)效率,對(duì)其模型建立以及強(qiáng)度分析提供了基礎(chǔ)。

實(shí)現(xiàn)了在ug(unigraphics)環(huán)境利用表達(dá)式功能構(gòu)建蝸輪漸開線、螺旋線以及蝸桿螺旋線的方法,并利用這些曲線完成了蝸輪和蝸桿3d實(shí)體構(gòu)建。

產(chǎn)品建模技術(shù)是計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造(cad/cam)系統(tǒng)的核心技術(shù)。以u(píng)gnx作為支撐平臺(tái),創(chuàng)建參數(shù)化的蝸輪蝸桿三維實(shí)體模型,為之后的裝配設(shè)計(jì)、強(qiáng)度分析、仿真蝸輪傳動(dòng)的嚙合過程、干涉檢測、嚙合特性及表面特性進(jìn)行更深入的分析提供了基礎(chǔ)。

蝸輪蝸桿變速箱主要用于傳遞交錯(cuò)軸之間的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng),廣泛應(yīng)用在機(jī)床、汽車、農(nóng)業(yè)機(jī)械、工程機(jī)械中。筆者首先在solidworks環(huán)境下對(duì)箱體、蝸輪、蝸桿進(jìn)行三維設(shè)計(jì),構(gòu)建三維模型;然后利用simlation對(duì)箱體、蝸桿進(jìn)行有限元分析;最后根據(jù)分析結(jié)果對(duì)三維模型進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。該設(shè)計(jì)方法提高了設(shè)計(jì)效率,實(shí)現(xiàn)了參數(shù)化設(shè)計(jì)分析。

通過對(duì)阿基米德蝸輪蝸桿的整體結(jié)構(gòu)分析,首先建立了中間平面內(nèi)蝸桿齒廓與蝸輪齒廓以及螺旋線方程;接著采用solidworks2010軟件,分別對(duì)阿基米德蝸輪蝸桿進(jìn)行三維建模,并進(jìn)行裝配。參數(shù)化的三維設(shè)計(jì)與裝配既縮短了設(shè)計(jì)周期,也為后續(xù)進(jìn)行的有限元分析、機(jī)構(gòu)仿真提供了必要前提條件.

介紹了普通圓柱蝸桿機(jī)構(gòu)的失效形式及其測繪方法,并以長鋼h型鋼廠鋸片磨床上的調(diào)整蝸輪蝸桿為例,具體介紹了該蝸桿機(jī)構(gòu)的測繪步驟。

為改進(jìn)尼曼蝸桿僅有2階接觸點(diǎn),利用logix齒輪能夠?qū)崿F(xiàn)3階接觸的基礎(chǔ),借鑒先前推廣到logix齒輪齒條的經(jīng)驗(yàn),進(jìn)一步將logix齒輪嚙合推廣至logix蝸輪蝸桿嚙合,并加工出了這種蝸輪和蝸桿,證實(shí)了設(shè)想的可行性。

阿基米德圓柱(za)蝸桿在垂直于軸線的平面上,齒廓為阿基米德螺線,包含軸線的平面上的齒廓為直線,n-n剖面齒廓為凸廓,外形復(fù)雜,參數(shù)化建模困難。分析了蝸桿的加工特點(diǎn)和阿基米德螺線的形成原理,在pro/ewildfire2.0的環(huán)境下,建立了一種模擬車削成形的蝸桿精確建模方法,實(shí)現(xiàn)多頭za蝸桿的精確建模和全參數(shù)化設(shè)計(jì),并在理論和實(shí)踐上對(duì)它的正確性進(jìn)行了校核。

基于matlab優(yōu)化理論,系統(tǒng)研究了蝸輪蝸桿減速裝置的目標(biāo)函數(shù)、設(shè)計(jì)變量和約束條件,建立其優(yōu)化設(shè)計(jì)數(shù)學(xué)模型,利用matlab優(yōu)化工具箱中的函數(shù)fmincon來解決單目標(biāo)多變量約束非線性優(yōu)化問題的思路和方法。

利用solidworks軟件完成蝸輪、蝸桿、箱體等零件的三維設(shè)計(jì),生成蝸輪蝸桿減速器的三維模型。通過solidworks軟件特有的運(yùn)動(dòng)功能,在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行仿真裝配,實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的工藝規(guī)劃、加工制造、裝配和調(diào)試,完成減速器在計(jì)算機(jī)上的模擬設(shè)計(jì)。

介紹了俯仰機(jī)構(gòu)功能及工作原理,設(shè)計(jì)了一種應(yīng)用于水下機(jī)器人的俯仰機(jī)構(gòu)。該俯仰機(jī)構(gòu)采用蝸輪蝸桿傳動(dòng),具有自鎖功能,可在水下環(huán)境中帶動(dòng)水下機(jī)器人相關(guān)探測識(shí)別設(shè)備上仰或下俯,實(shí)現(xiàn)垂直工作范圍的調(diào)節(jié)。

以mch50加工中心回轉(zhuǎn)工作臺(tái)為對(duì)象,考慮加工誤差、偏心誤差、相位角、負(fù)載與變形等因素建立了組合機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)精度模型。通過實(shí)例計(jì)算,驗(yàn)證了該綜合傳動(dòng)誤差與實(shí)驗(yàn)所測結(jié)果基本一致。在此基礎(chǔ)上,分析了二級(jí)組合機(jī)構(gòu)中傳動(dòng)比以及齒輪傳動(dòng)中心距等對(duì)傳動(dòng)精度的影響。

以mch50加工中心回轉(zhuǎn)工作臺(tái)為對(duì)象,考慮加工誤差、偏心誤差、相位角、負(fù)載與變形等因素建立了組合機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)精度模型。通過實(shí)例計(jì)算,驗(yàn)證了該綜合傳動(dòng)誤差與實(shí)驗(yàn)所測結(jié)果基本一致。在此基礎(chǔ)上,分析了二級(jí)組合機(jī)構(gòu)中傳動(dòng)比以及齒輪傳動(dòng)中心距等對(duì)傳動(dòng)精度的影響。

論述了運(yùn)用siemensnx軟件進(jìn)行蝸輪蝸桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)三維造型設(shè)計(jì)的方法。根據(jù)已知條件,利用軟件的表達(dá)式功能編制出相應(yīng)的參數(shù)化方程組,構(gòu)建了蝸輪蝸桿的參數(shù)化模型,并完成了蝸輪蝸桿相互嚙合模型。

研究了用solidworks進(jìn)行參數(shù)化設(shè)計(jì)的兩種方法,以塑料注射機(jī)螺桿為例,詳細(xì)介紹了利用vb作為工具進(jìn)行二次開發(fā)的方法,闡述了程序?qū)崿F(xiàn)的總體思路和結(jié)構(gòu)及其與solidworks的集成。利用vb界面輸入?yún)?shù)可以自動(dòng)生成螺桿的三維模型。

選取蝸桿齒數(shù)、模數(shù)和直徑系數(shù)作為設(shè)計(jì)變量,以蝸輪有色金屬齒圈體積最小作為設(shè)計(jì)目標(biāo),建立了包含3個(gè)設(shè)計(jì)變量和10個(gè)約束條件的蝸輪蝸桿傳動(dòng)優(yōu)化設(shè)計(jì)的數(shù)學(xué)模型,給出了優(yōu)化分析與實(shí)例計(jì)算結(jié)果。

應(yīng)用workbench軟件對(duì)蝸輪蝸桿減速器中蝸輪蝸桿傳動(dòng)進(jìn)行應(yīng)力分析和強(qiáng)度校核,提高設(shè)計(jì)精度,優(yōu)化了傳動(dòng)結(jié)構(gòu)。

設(shè)計(jì)了一套基于西門子simotiond的蝸輪蝸桿試驗(yàn)臺(tái)測控系統(tǒng),通過模擬蝸輪蝸桿在工作狀態(tài)下輸入端的轉(zhuǎn)角和輸出端所受到的阻力,來測試蝸輪蝸桿的性能。介紹了測控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案,并在試驗(yàn)臺(tái)上進(jìn)行了測試實(shí)驗(yàn)。

蝸輪蝸桿油的選用方法