Solid works環(huán)境下螺桿空壓機(jī)轉(zhuǎn)子的參數(shù)化建模

王莉靜

（河南三門(mén)峽職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河南 三門(mén)峽472000）

0 引 言

螺桿空氣壓縮機(jī)是回轉(zhuǎn)容積式壓縮機(jī)，是用帶有螺旋槽的一個(gè)或兩個(gè)轉(zhuǎn)子 （螺桿）在氣缸內(nèi)旋轉(zhuǎn)相互嚙合，使氣體壓縮并排出的裝置.按照螺桿轉(zhuǎn)子數(shù)量的不同，螺桿式空氣壓縮機(jī)分為單螺桿空氣壓縮機(jī)和雙螺桿空氣壓縮機(jī)兩種.雙螺桿空氣壓縮機(jī)在工作時(shí)是依靠一個(gè)陽(yáng)轉(zhuǎn)子與一個(gè)陰轉(zhuǎn)子，內(nèi)置于機(jī)殼內(nèi)互相平行嚙合運(yùn)動(dòng)，使齒槽之容積變化而實(shí)現(xiàn)空氣壓縮的，轉(zhuǎn)子副在與它精密配合的機(jī)殼內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)使轉(zhuǎn)子齒槽之間的氣體不斷地產(chǎn)生周期性的容積變化而沿著轉(zhuǎn)子軸線，由吸入側(cè)推向排出側(cè)，完成吸入、壓縮、排氣三個(gè)工作過(guò)程［1］.

1 螺桿壓縮機(jī)的結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)

螺桿式空氣壓縮機(jī)由螺桿機(jī)頭、電動(dòng)機(jī)、油氣分離桶、冷卻系統(tǒng)、空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)、潤(rùn)滑系統(tǒng)、安全閥及控制系統(tǒng)等組成.轉(zhuǎn)子是螺桿機(jī)頭中的主要部件，一對(duì)高精密度主 （陽(yáng)）、副 （陰）轉(zhuǎn)子水平且平行地裝于機(jī)殼內(nèi)部，通常采用整體式結(jié)構(gòu)，將螺桿與軸做成一體.主 （陽(yáng)）轉(zhuǎn)子有5個(gè)齒，而副 （陰）轉(zhuǎn)子有6個(gè)齒［2］.主轉(zhuǎn)子直徑大，副轉(zhuǎn)子直徑小.齒形成螺旋狀，兩者相互嚙合.主副轉(zhuǎn)子兩端分別由軸承支承定位，工作時(shí)電動(dòng)機(jī)通過(guò)聯(lián)軸器 （或皮帶）直接帶動(dòng)主轉(zhuǎn)子，由于兩轉(zhuǎn)子相互嚙合，主轉(zhuǎn)子直接帶動(dòng)副轉(zhuǎn)子一同旋轉(zhuǎn)，將空氣壓縮并排出.見(jiàn)圖1.

就壓縮氣體的原理而言，螺桿式壓縮機(jī)與往復(fù)活塞式壓縮機(jī)一樣，同屬于容積式壓縮機(jī)械，就其運(yùn)動(dòng)形式而言，螺桿式壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)子與離心式壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)子一樣，作高速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng).所以螺桿式壓縮機(jī)具有可靠性能好，振動(dòng)小、噪聲低、操作方便、易損件少、運(yùn)行效率高等特點(diǎn).

圖1 雙螺桿空氣壓縮機(jī)

2 Solid works簡(jiǎn)介

Solid works是現(xiàn)代工程設(shè)計(jì)中常用的一種三維設(shè)計(jì)軟件，它具有豐富的零件實(shí)體建模功能.通過(guò)拉伸、旋轉(zhuǎn)、抽殼、特征陣列以及打孔等操作，簡(jiǎn)便的實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的設(shè)計(jì).通過(guò)帶控制線的掃描、放樣、填充等實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的曲面構(gòu)造，并可以對(duì)曲面進(jìn)行直觀的修剪、延伸、倒角和縫合等操作［3］.Solid works除了具有強(qiáng)大的三維實(shí)體建模功能外，自身具有各種功能插件，可以方便的進(jìn)行工程設(shè)計(jì)和分析，并且應(yīng)用了參數(shù)化或變量化的設(shè)計(jì)技術(shù)，可以通過(guò)改變現(xiàn)有零件模板的某些參數(shù)，獲得大小不同而結(jié)構(gòu)相近的系列零件，具體來(lái)說(shuō)就是建立該類(lèi)零件的較為系統(tǒng)的參數(shù)化設(shè)計(jì)庫(kù)，使用者只需要通過(guò)輸入一些參數(shù)，系統(tǒng)就會(huì)自動(dòng)輸出符合使用者要求的三維零件及其二維工程圖，操作者不必再進(jìn)行零件的復(fù)雜建模［4］.因此這種通過(guò)修改零件對(duì)象的某些尺寸而獲得類(lèi)似零件模型的方法，大大提高了產(chǎn)品的設(shè)計(jì)效率，避免了重復(fù)性的勞動(dòng).本文則借助于Solid works的這一功能，對(duì)螺桿空壓機(jī)轉(zhuǎn)子進(jìn)行參數(shù)化建模.

3 螺桿的參數(shù)化建模實(shí)例

螺桿空壓機(jī)中的轉(zhuǎn)子通常是將螺桿與軸做成一體，陰陽(yáng)轉(zhuǎn)子的嚙合傳動(dòng)是由相互嚙合的齒輪傳動(dòng)演變過(guò)來(lái)的.蝸桿上的每個(gè)輪齒在圓柱面上纏繞一周以上，螺桿屬于軸套類(lèi)零件，其基本幾何結(jié)構(gòu)是由不同的軸段組成，軸上有輪齒、鍵槽、倒角、退刀槽等結(jié)構(gòu).

螺桿的參數(shù)化建模主要是利用Solid works軟件中提供的高級(jí)參數(shù)設(shè)計(jì)功能，將尺寸定義一個(gè)名稱(chēng)后，就可以將其在一方程式中當(dāng)作變量，以控制模型尺寸［5］.方程式的應(yīng)用，會(huì)讓圖形更符合設(shè)計(jì)的要求，進(jìn)而大幅度提高圖形的準(zhǔn)確度和建模效率.

3.1 確定螺桿基本參數(shù)

本例蝸桿軸向模數(shù)m＝2，蝸桿齒數(shù)z＝6，壓力角α＝20°，螺旋線升角γ＝4°23′55"，齒頂圓直徑32 mm，變位系數(shù)為0.

圖2 螺桿主體結(jié)構(gòu)

3.2 創(chuàng)建螺桿毛坯

螺桿主體是回轉(zhuǎn)體，可以利用Solid works的草圖環(huán)境繪制草圖，Solid works中草繪的截面都是參數(shù)化尺寸驅(qū)動(dòng)，在建立實(shí)體后仍可通過(guò)修改草圖來(lái)改變實(shí)體結(jié)構(gòu)與尺寸.通過(guò) “旋轉(zhuǎn)”、“倒斜角”具體操作，設(shè)定參數(shù)實(shí)現(xiàn)初步的實(shí)體造型，如圖2所示.

3.3 添加基本參數(shù)方程式

啟動(dòng)Solid works，確定 “零件”選項(xiàng)，選擇工具菜單的下拉菜單中的方程式，打開(kāi) “方程式”對(duì)話(huà)框，如圖3所示.在 “方程式”對(duì)話(huà)框中單擊 “添加”按鈕，系統(tǒng)彈出 “添加方程式”操控板.在操控板中輸入 “外徑＝32”，單擊 “確定”按鈕，如圖4所示.參照上述方法創(chuàng)建方程式 “模數(shù)＝2”和 “長(zhǎng)度＝100”，在 “方程式”對(duì)話(huà)框中單擊 “確定”按鈕，完成方程式的創(chuàng)建.

圖3 創(chuàng)建方程式

圖4 添加方程式

3.4 連結(jié)數(shù)值

在模型樹(shù)中右擊 “注解”節(jié)點(diǎn)，系統(tǒng)彈出快捷菜單，選擇 “顯示特征尺寸”命令，在圖形區(qū)顯示出特征尺寸.選擇尺寸 “40”（長(zhǎng)度方向尺寸），右擊，在彈出的快捷菜單中選擇 “連接數(shù)值”命令，系統(tǒng)能夠彈出 “共享數(shù)值”對(duì)話(huà)框，如圖5所示.在 “名稱(chēng)”下拉列表框中選擇 “長(zhǎng)度”選項(xiàng)，使得尺寸 “40”等于方程式中設(shè)置的長(zhǎng)度值，單擊 “確定”按鈕，完成尺寸 “40”的連接.參照尺寸 “40”的連接操作連接尺寸 “φ58”等于 “外徑”.單擊重建模型按鈕，重新生成模型結(jié)果.

圖5 共享數(shù)值

3.5 創(chuàng)建草圖，添加螺旋線

選擇下拉菜單 “插入”→ “草圖繪制”命令.選取前視基準(zhǔn)面作為草圖基準(zhǔn)面.在草圖繪制環(huán)境中以坐標(biāo)原點(diǎn)為圓心，繪制直徑為32 mm的圓輪廓，繪制完畢后退出草圖設(shè)計(jì)環(huán)境.選擇下拉菜單 “插入”→ “曲線”→ “螺旋線／渦狀線”命令［6］.選擇剛繪制的32 mm的圓作為螺旋線的橫斷面，在 “定義方式”區(qū)域的下拉列表框中選擇 “高度和螺距”選項(xiàng).選擇旋轉(zhuǎn)方向?yàn)?“逆時(shí)針”，起始角為 “0°”，其他均按系統(tǒng)默認(rèn)設(shè)置，高度和螺距參數(shù)任意給定，單擊 “確定”按鈕，完成螺旋線的創(chuàng)建.

3.6 添加螺旋線相關(guān)方程式

選擇下拉菜單 “工具”→ “方程式”命令，系統(tǒng)彈出 “方程式”對(duì)話(huà)框.在 “方程式”對(duì)話(huà)框中單擊“添加”按鈕，系統(tǒng)彈出 “添加方程式”操控板.在圖形區(qū)選擇螺距尺寸 “15”，在操控板中輸入 “"D4＠螺旋線／渦狀線1"＝pi*"模數(shù)"”，結(jié)果如圖6所示.參照螺距尺寸方程式的創(chuàng)建方法創(chuàng)建螺旋線長(zhǎng)度方程式 “"D3＠螺旋線／渦狀線1" ＝"長(zhǎng)度"”，在 “方程式”對(duì)話(huà)框中單擊 “確定”按鈕，完成方程式的創(chuàng)建.單擊 “重建模型”按鈕，生成螺旋線新模型.

3.7 添加約束齒形輪廓相關(guān)方程式

創(chuàng)建草圖，選取上視基準(zhǔn)面作為草圖基準(zhǔn)面，在草圖環(huán)境中繪制草圖，繪制完畢后退出草圖設(shè)計(jì)環(huán)境.選擇下拉菜單 “工具”→ “方程式”命令，系統(tǒng)彈出 “方程式”對(duì)話(huà)框.在 “方程式”對(duì)話(huà)框中單擊“添加”按鈕，系統(tǒng)彈出 “添加方程式”操控板.在圖形區(qū)選擇尺寸 “12.34”，在操控板中輸入 “"D4＠草圖3" ＝ （" 模數(shù)"*pi）／2”.參照尺寸 “12.34”方程式的創(chuàng)建方法創(chuàng)建尺寸 “11.98”的方程式為“"D1＠草圖3" ＝ （" 外徑" －4.2*" 模數(shù)"）／2”，尺寸 “12.27”的方程式為 “"D2＠草圖3" ＝（" 外徑" －2*" 模數(shù)"）／2”，在 “方程式”對(duì)話(huà)框中單擊 “確定”按鈕，完成方程式的創(chuàng)建.單擊“重建模型”按鈕，生成新模型.

圖6 添加方程式

圖7 轉(zhuǎn)子

3.8 添加零件特征——切除－掃描

創(chuàng)建草圖，選取上視基準(zhǔn)面作為草圖基準(zhǔn)面，在草圖環(huán)境中繪制草圖，繪制完畢后選擇 “退出草圖”命令，退出草圖設(shè)計(jì)環(huán)境.選擇下拉菜單 “插入”→ “切除”→ “掃描”命令，系統(tǒng)彈出 “切除－掃描”窗口.選取草圖作為掃描特征的輪廓，螺旋線作為掃描特征的路徑［7］.單擊窗口中的 “確定”按鈕，完成切除—掃描的創(chuàng)建，如圖7所示.

3.9 零件模型創(chuàng)建完畢，選擇下拉菜單 “文件”→ “保存”命令，即可保存零件模型.

3.10 使用同樣的方法，通過(guò)添加方程式來(lái)定義參數(shù)，進(jìn)行另一個(gè)轉(zhuǎn)子的建模設(shè)計(jì)，因?yàn)殛庩?yáng)轉(zhuǎn)子是嚙合運(yùn)動(dòng)的，所以在進(jìn)行另一個(gè)轉(zhuǎn)子建模時(shí)，應(yīng)將外徑、模數(shù)、壓力角和方向等參數(shù)設(shè)置一致，便于裝配.

4 結(jié)束語(yǔ)

在產(chǎn)品設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)過(guò)程中，零部件的標(biāo)準(zhǔn)化、通用化和系列化是提高產(chǎn)品設(shè)計(jì)質(zhì)量、縮短產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期的有效途徑，而基于三維CAD系統(tǒng)的參數(shù)化設(shè)計(jì)與二維繪圖相比更能夠滿(mǎn)足制造信息化的要求［8］.運(yùn)用Solidowrks中的方程式添加功能，巧妙的對(duì)其進(jìn)行參數(shù)化設(shè)計(jì)，在不同的使用環(huán)境中方便的進(jìn)行可視化修改，從而到達(dá)最直接的參數(shù)驅(qū)動(dòng)建模的目的，這對(duì)于提高螺桿壓縮機(jī)設(shè)計(jì)質(zhì)量與效率具有實(shí)際意義.

［1］ 郁永章.容積式壓縮機(jī)技術(shù)手冊(cè) ［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2000：10－30

［2］ 邢子文.螺桿壓縮機(jī)理論、設(shè)計(jì)及應(yīng)用 ［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2000：20－50

［3］ 伍濤，謝慶生.用Delphl對(duì)Solid works進(jìn)行二次開(kāi)發(fā) ［J］.貴州工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，1999，（06）：34－38，55

［4］ 張長(zhǎng)勝.采用Visual C＋＋對(duì)參數(shù)化造型軟件Solid works進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)的方法 ［J］.模具技術(shù)，2005，（06）：9－11

［5］ 陶元芳，安喜平，于萬(wàn)成，等.用VC＋＋對(duì)Solid works進(jìn)行二次開(kāi)發(fā) ［J］.模具技術(shù)太原科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2006，（02）：101－105

［6］ 王文波，涂海寧，熊君星.Solid works2008二次開(kāi)發(fā)基礎(chǔ)與實(shí)例 （VC＋＋）［M］.清華大學(xué)出版社，2009：8

［7］ 鄒平貴.基于Pro／E的漸開(kāi)線圓柱齒輪三維參數(shù)化建模 ［J］.機(jī)電工程，2007，24（02）：52－54

［8］ 安美玲，孫偉.基于Pro／E的減速器參數(shù)化建模與運(yùn)動(dòng)仿真 ［J］.機(jī)械研究與應(yīng)用，2009，（02）：88－90