SolidWorks的蜗轮蜗杆参数化设计

蜗轮、蜗杆是组成蜗杆传动的重要部件,蜗杆传动在工业生产中应用广泛。由于该传动的传动比较大,因此工业生产中适合作为减速装置。以catia软件为设计平台,着重从蜗轮、蜗杆零件的结构设计思路、参数计算方法和参数化建模过程等方面对蜗轮蜗杆设计进行了论述。

za型蜗轮蜗杆传动,其蜗轮齿面是复杂的蜗杆圆柱螺旋面的空间共轭曲面,蜗轮齿面数学方程描述复杂,参数化精确建模困难。依据蜗轮滚刀包络加工蜗轮齿面原理,协同运用catiav5平台的pdg、gsd、asd、dmuspa、dmukin5个功能模块和knowledge工具,提出了用于za蜗轮齿面参数化精确数字建模的"以参控仿射曲线族为主导的多截面创成式复合构型方法",构建了拥有静、动态区域接触分析负反馈环节的主动可控参数化建模流程,为蜗轮蜗杆传动的高级cae分析奠定了参数化精确3d数模基础。

蜗轮蜗杆传动用于传递空间交错的两轴间的运动和动力,应用广泛;但在使用过程中难免会损坏,因此,对蜗轮蜗杆的测绘就显得尤为重要。本文根据蜗轮蜗杆成对使用的特点,首先对蜗杆进行测绘并确定出其主要参数,然后从蜗杆的参数推断出蜗轮的各部分尺寸,该方法是生产实际中较为实用的测绘方法。

介绍通过ug软件表达式模块实现渐开线蜗轮蜗杆参数化的建模方式,依据蜗轮蜗杆齿槽轮廓方程以及螺旋线表达方程,利用曲线方程实现传动蜗轮蜗杆三维实体的精确造型。蜗轮蜗杆实体的参数化设计可以通过对应参数值的设定完成不同规格的传动蜗轮蜗杆三维造型,通过该方式可提高蜗轮蜗杆的设计效率,对其模型建立以及强度分析提供了基础。

实现了在ug(unigraphics)环境利用表达式功能构建蜗轮渐开线、螺旋线以及蜗杆螺旋线的方法,并利用这些曲线完成了蜗轮和蜗杆3d实体构建。

产品建模技术是计算机辅助设计与制造(cad/cam)系统的核心技术。以ugnx作为支撑平台,创建参数化的蜗轮蜗杆三维实体模型,为之后的装配设计、强度分析、仿真蜗轮传动的啮合过程、干涉检测、啮合特性及表面特性进行更深入的分析提供了基础。

蜗轮蜗杆变速箱主要用于传递交错轴之间的回转运动,广泛应用在机床、汽车、农业机械、工程机械中。笔者首先在solidworks环境下对箱体、蜗轮、蜗杆进行三维设计,构建三维模型;然后利用simlation对箱体、蜗杆进行有限元分析;最后根据分析结果对三维模型进行优化设计。该设计方法提高了设计效率,实现了参数化设计分析。

通过对阿基米德蜗轮蜗杆的整体结构分析,首先建立了中间平面内蜗杆齿廓与蜗轮齿廓以及螺旋线方程;接着采用solidworks2010软件,分别对阿基米德蜗轮蜗杆进行三维建模,并进行装配。参数化的三维设计与装配既缩短了设计周期,也为后续进行的有限元分析、机构仿真提供了必要前提条件.

介绍了普通圆柱蜗杆机构的失效形式及其测绘方法,并以长钢h型钢厂锯片磨床上的调整蜗轮蜗杆为例,具体介绍了该蜗杆机构的测绘步骤。

为改进尼曼蜗杆仅有2阶接触点,利用logix齿轮能够实现3阶接触的基础,借鉴先前推广到logix齿轮齿条的经验,进一步将logix齿轮啮合推广至logix蜗轮蜗杆啮合,并加工出了这种蜗轮和蜗杆,证实了设想的可行性。

阿基米德圆柱(za)蜗杆在垂直于轴线的平面上,齿廓为阿基米德螺线,包含轴线的平面上的齿廓为直线,n-n剖面齿廓为凸廓,外形复杂,参数化建模困难。分析了蜗杆的加工特点和阿基米德螺线的形成原理,在pro/ewildfire2.0的环境下,建立了一种模拟车削成形的蜗杆精确建模方法,实现多头za蜗杆的精确建模和全参数化设计,并在理论和实践上对它的正确性进行了校核。

基于matlab优化理论,系统研究了蜗轮蜗杆减速装置的目标函数、设计变量和约束条件,建立其优化设计数学模型,利用matlab优化工具箱中的函数fmincon来解决单目标多变量约束非线性优化问题的思路和方法。

利用solidworks软件完成蜗轮、蜗杆、箱体等零件的三维设计,生成蜗轮蜗杆减速器的三维模型。通过solidworks软件特有的运动功能,在计算机上进行仿真装配,实现产品的工艺规划、加工制造、装配和调试,完成减速器在计算机上的模拟设计。

介绍了俯仰机构功能及工作原理,设计了一种应用于水下机器人的俯仰机构。该俯仰机构采用蜗轮蜗杆传动,具有自锁功能,可在水下环境中带动水下机器人相关探测识别设备上仰或下俯,实现垂直工作范围的调节。

以mch50加工中心回转工作台为对象,考虑加工误差、偏心误差、相位角、负载与变形等因素建立了组合机构的传动精度模型。通过实例计算,验证了该综合传动误差与实验所测结果基本一致。在此基础上,分析了二级组合机构中传动比以及齿轮传动中心距等对传动精度的影响。

以mch50加工中心回转工作台为对象,考虑加工误差、偏心误差、相位角、负载与变形等因素建立了组合机构的传动精度模型。通过实例计算,验证了该综合传动误差与实验所测结果基本一致。在此基础上,分析了二级组合机构中传动比以及齿轮传动中心距等对传动精度的影响。

论述了运用siemensnx软件进行蜗轮蜗杆传动机构三维造型设计的方法。根据已知条件,利用软件的表达式功能编制出相应的参数化方程组,构建了蜗轮蜗杆的参数化模型,并完成了蜗轮蜗杆相互啮合模型。

选取蜗杆齿数、模数和直径系数作为设计变量,以蜗轮有色金属齿圈体积最小作为设计目标,建立了包含3个设计变量和10个约束条件的蜗轮蜗杆传动优化设计的数学模型,给出了优化分析与实例计算结果。

应用workbench软件对蜗轮蜗杆减速器中蜗轮蜗杆传动进行应力分析和强度校核,提高设计精度,优化了传动结构。

设计了一套基于西门子simotiond的蜗轮蜗杆试验台测控系统,通过模拟蜗轮蜗杆在工作状态下输入端的转角和输出端所受到的阻力,来测试蜗轮蜗杆的性能。介绍了测控系统的设计方案,并在试验台上进行了测试实验。

以蜗轮蜗杆副建模实例为背景,阐述了齿轮类零件在基于solidedge、solidworks环境下的建模和样条曲线拟合建模方法,分析了各种方法的优缺点,为齿轮类零件参数化建模提供有效的参考依据和比较方法。演示了软件的建模操作过程。建模过程体现了参数化设计的特点,便于软件的二次开发。

非对偶蜗轮蜗杆的齿形复杂,加工难度大。以solidworks为平台,vb为开发工具,建立一个非对偶蜗轮蜗杆仿真加工系统。在模拟加工时,毛坯固定,刀具不仅绕其本身轴线旋转,同时还要绕毛坯轴线旋转,用多个刀具来模拟多个加工位置,刀具的运动所形成的包络体与毛坯进行实体布尔差运算,毛坯的三维模型随着布尔差运算过程被不断更新。而基于实体造型的方法中几何模型的表达与实际工件是一致的,使得仿真的最终结果与产品的实际加工结果相一致。将蜗轮和蜗杆进行装配,通过剖分成平面图的办法,来观察非对偶蜗轮蜗杆的啮合情况,以此来评价和调整蜗轮的加工参数。