基于AutoLISP語言平臺的蝸桿蝸輪的范式建模

齊 穎，張艷奎

（通化師范學(xué)院計(jì)算機(jī)學(xué)院，吉林通化 134002）

AutoCAD是美國Autodesk公司開發(fā)的通用計(jì)算機(jī)輔助繪圖設(shè)計(jì)工具.AutoLISP是一種對AutoCAD進(jìn)行定制、二次開發(fā)的非結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)語言，它嵌套與CAD內(nèi)部，是LISP語言與AutoCAD有機(jī)結(jié)合的產(chǎn)物［1］.AutoLISP語言產(chǎn)生于50年末期，是一種擅于處理串行文字人工智能的計(jì)算機(jī)語言.

1 蝸桿蝸輪介紹

蝸桿蝸輪是空間交叉兩軸間的轉(zhuǎn)動，即用來傳遞空間交錯(cuò)的兩軸間的運(yùn)動和轉(zhuǎn)矩.蝸桿是一個(gè)有模數(shù)的螺桿，其建模與圓柱螺紋建模相似.蝸桿根據(jù)傳動分類如表1所示［2］.本文主要以圓柱狀、阿基米德加工位置蝸桿建模為主.

蝸輪是直接與蝸桿嚙合而成的.

表1 蝸桿傳動分類表

表2 蝸桿蝸輪的幾何參數(shù)分析

2 蝸桿蝸輪幾何參數(shù)分析

蝸桿蝸輪的幾何結(jié)構(gòu)構(gòu)成復(fù)雜，不同部分的幾何參數(shù)項(xiàng)及取值也大相徑庭.如表2所示.

3 蝸桿蝸輪建模實(shí)現(xiàn)

3.1 蝸桿建模方法分析

蝸桿建模類似于螺紋建模方法，只是軸剖面的齒截面不同，蝸桿截面是等腰梯形，標(biāo)準(zhǔn)壓力角20°.按照一定的幾何關(guān)系，創(chuàng)建圓柱和齒條.旋轉(zhuǎn)圓柱同時(shí)復(fù)制并移動齒條，以圓柱減去齒條為據(jù)求差.反復(fù)循環(huán)切割出蝸桿，即阿基米德加工位置蝸桿建模方法.

3.2 蝸桿建模程序說明

第一步，在AutoLISP環(huán)境中，指定蝸桿基點(diǎn)，交互輸入?yún)?shù)和結(jié)構(gòu)尺寸.

第二步，創(chuàng)建蝸桿齒頂圓柱.計(jì)算蝸桿的頂圓半徑，設(shè)置圖層、創(chuàng)建蝸桿齒頂圓柱.部分程序如下:

第三步，變換坐標(biāo)系創(chuàng)建齒條.計(jì)算點(diǎn)的坐標(biāo)，繪制梯形截面，繪制齒條拉伸的路徑直線;最后拉伸出三棱柱制作成齒條.部分程序如下:

第四步，切割蝸桿螺桿.反復(fù)循環(huán)的復(fù)制并移動齒條，求差并切割螺桿;旋轉(zhuǎn)被切割的初步螺桿后，同上操作直至切割完成整個(gè)螺桿.

第五步，刪除參考的齒條，創(chuàng)建兩端支撐軸頸圓柱面，完成蝸桿模型.

3.3 蝸輪建模方法分析

首先創(chuàng)建一個(gè)齒頂為1.2倍模數(shù)的蝸桿、一個(gè)圓柱;其次在圓柱上切出內(nèi)環(huán)面圓，根據(jù)嚙合關(guān)系，以蝸桿切割蝸輪;最后反復(fù)循環(huán)切割直至完成整個(gè)蝸輪.

3.4 蝸輪建模程序說明

第一步，在AutoLISP環(huán)境中，交互方式輸入模數(shù)、螺桿特性系數(shù)、蝸桿螺旋長度、蝸輪齒數(shù)、蝸輪外援半徑、蝸輪寬度、蝸輪包角;輸入輪輻厚度、蝸輪軸頸、輪轂端面半徑、輪緣端面半徑等參數(shù).

第二步，計(jì)算蝸桿刀具分圓半徑、頂圓半徑、蝸輪分圓半直徑等尺寸.

第三步，創(chuàng)建蝸桿圓柱、齒條截面，拉伸齒條并切割出蝸桿穿件.

第四步，完成初步蝸輪模型.確定蝸輪中心點(diǎn)，變換坐標(biāo)系，創(chuàng)建圓柱（外圓半徑和蝸輪寬度）.確定蝸輪齒頂圓弧和包角錐面尺寸，創(chuàng)建兩面錐.

第五步，切割蝸輪.確定蝸輪減去蝸桿差值，反復(fù)循環(huán)操作直至蝸輪輪齒完成.部分程序如下:

第六步，切割蝸輪輪轂、輪緣、輪輻結(jié)構(gòu).部分程序如下:

第七步，切割蝸輪的軸孔.創(chuàng)建以蝸輪軸孔半徑和輪轂長度為尺度的圓柱，確定蝸輪的差集.刪除蝸桿原始模型，完成蝸輪的全部建模.

4 結(jié)論

基于AutoLISP語言平臺的蝸桿蝸輪的范式建模，與以往的機(jī)械工程蝸桿蝸輪建模方法比較，提高了工作效率和質(zhì)量.蝸桿蝸輪建模程序中對于齒數(shù)數(shù)量較大情況，應(yīng)適當(dāng)減少齒的切割次數(shù)和齒的面片組成數(shù)量，以達(dá)到更好的蝸桿蝸輪建模效果.

:

［1］劉喜平.基于AutolISP的AutoCAD二次開發(fā)技術(shù)［J］.機(jī)械設(shè)計(jì)與制造，2011（4）.

［2］朱孝錄.機(jī)械傳動設(shè)計(jì)手冊［M］.電子工業(yè)出版社出版，2007.

［3］高貴生.AutoCAD繪圖與三維建模實(shí)例［M］.人民郵電出版社，2003.