基于Pro/E關(guān)系式的蝸輪參數(shù)化設(shè)計

周忠勇

（溫州技師學(xué)院，浙江 溫州 325003）

基于Pro/E關(guān)系式的蝸輪參數(shù)化設(shè)計

周忠勇

（溫州技師學(xué)院，浙江 溫州 325003）

Pro/E把所有的功能模塊建立在統(tǒng)一的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)上，提供了所有工程項(xiàng)目之間的全關(guān)聯(lián)，真正實(shí)現(xiàn)了CAD/CAE/CAM的有機(jī)集成。由于蝸輪齒面外形復(fù)雜，利用Pro/E的強(qiáng)大功能，能運(yùn)用關(guān)系式方程建立精確的漸開線，可以保證齒形的準(zhǔn)確性。同時Pro/E的自動更新功能，為以后的參數(shù)化修改和優(yōu)化提供了方便，使并行工程成為可能。

蝸輪；Pro/E；參數(shù)化設(shè)計

0 引言

蝸輪的曲面屬于復(fù)雜曲面造型，基于Pro/E的參數(shù)化設(shè)計能準(zhǔn)確生成所需的輪廓線。Pro/E軟件是一中大型的CAD/CAE/CAM軟件，它以強(qiáng)大的基于特征的參數(shù)化設(shè)計功能而著稱，它的所有模塊都是全相關(guān)的。這就意味著在產(chǎn)品開發(fā)過程中某一處進(jìn)行的修改，能夠擴(kuò)展到整個設(shè)計中，同時自動更新所有的工程文檔，包括裝配體、設(shè)計圖紙，以及制造數(shù)據(jù)。全相關(guān)性鼓勵在開發(fā)周期的任一點(diǎn)進(jìn)行修改，卻沒有任何損失，并使并行工程成為可能，所以能夠使開發(fā)后期的一些功能提前發(fā)揮其作用。

1 精確參數(shù)化建模的思路

以參數(shù)化的蝸輪截面形狀尺寸繪制截面，以漸開線方程創(chuàng)建軌跡，通過Pro/E的“Variable Section Sweep/ cut”功能，對蝸輪毛坯切除一槽，再對該槽陣列，生成蝸輪齒。

蝸輪的關(guān)系式是實(shí)現(xiàn)參數(shù)化設(shè)計的難點(diǎn)。首先要建立漸開線方程，其次，通過關(guān)系式創(chuàng)建鏡像平面。

2 造型原理

2.1蝸輪加工成型過程

在用蝸輪滾刀加工蝸輪時，需要確定刀具和毛坯的中心距、刀具主軸和毛坯主軸的傳動比以及軸角。蝸輪滾刀在加工蝸輪時，蝸輪滾刀一邊以一定的轉(zhuǎn)速繞著自己的軸線旋轉(zhuǎn)，一邊做直線的進(jìn)給運(yùn)動；同時蝸輪毛坯也以一定的轉(zhuǎn)速繞著自己的軸線旋轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)加工。

2.2漸開線的數(shù)學(xué)模型

建立如圖1所示的直角坐標(biāo)系。設(shè)漸開線上任一點(diǎn)的坐標(biāo)為（z，y，x）。漸開線的參數(shù)方程可表示為：

式中：rb—漸開線基圓半徑；φ—漸開線發(fā)生線在基圓上的滾動角。

3 參數(shù)化建模的步驟

3.1建立相關(guān)參數(shù)

利用Pro/E提供的參數(shù)（Parameters）與關(guān)系（Rela-tions）功能，依據(jù)蝸輪參數(shù)之間的關(guān)系，將蝸輪的模數(shù)、齒數(shù)、壓力角、齒頂高系數(shù)、頂隙系數(shù)等參數(shù)設(shè)置，如表1所示。

圖1　漸開線的直角坐標(biāo)系Fig.1 Involute of a cartesian coordinate system

圖3　蝸輪坯體及其草繪截面Fig.3 Worm body and sketch section

圖2　漸開線的形成圖Fig.2 Involute forming map

表1　參數(shù)設(shè)置表Tab.1 Parameter setting table

3.2創(chuàng)建漸開線

在Pro/E［設(shè)置坐標(biāo)類型］菜單中選擇笛卡爾坐標(biāo)，創(chuàng)建一基準(zhǔn)曲線，在記事本中輸入方程：

3.3創(chuàng)建蝸輪坯體

蝸輪坯體是以TOP面為草繪平面，同時接受默認(rèn)的草繪參照平面和方向，繞中心線旋轉(zhuǎn)360°，如圖3所示。

3.4切除蝸輪齒

用“Variable Section Sweep/cut”命令，選取漸開線為掃描軌跡，草繪掃描截面，如圖4所示。進(jìn)行可變截面掃描，切除蝸輪槽。

圖4　繪制掃描截面Fig.4 Draw scanning section

3.5陣列蝸輪齒

蝸輪有多個蝸輪齒，可將剛完成的蝸輪齒以蝸輪軸線為軸陣列中心進(jìn)行軸陣列，周向陣列數(shù)為40，周向填充角度“360”。如圖5所示。

圖5　切除一齒的蝸輪（右）及齒陣列后的蝸輪（左）

3.6參數(shù)程序設(shè)計

通過Pro/E Wildfire5.0內(nèi)嵌的program模塊，利用程序來設(shè)計全尺寸驅(qū)動零件，可以有效地解決相似零件的系列化設(shè)計問題。生成的program文件是一個記錄文件，記錄著模型的成型步驟和成型條件等信息，大部分內(nèi)容由pro/E自動生成，用戶可以根據(jù)設(shè)計意圖對program文件進(jìn)行編輯。

4 結(jié)束語

在Pro/E環(huán)境中，利用參數(shù)化設(shè)計原理，介紹了蝸輪的三維建模方法。該方法將繁瑣的建模過程轉(zhuǎn)化為參數(shù)化的設(shè)計，同時在三維建模過程中，只要設(shè)計者改變相應(yīng)的參數(shù)即可改變模型的形狀與大小，最后設(shè)計出符合用戶滿意的實(shí)體模型。參數(shù)化設(shè)計使得模型的建立變得更加方便，縮短了建模時間與開發(fā)周期，提高了設(shè)計質(zhì)量與效率，快速滿足市場的需求。

［1］齊會萍.螺紋冷滾壓理論與工藝參數(shù)研究［D］.太原科技大學(xué)學(xué)報，2007，6.

［2］肖黎明.Pro/ENGINEER零件設(shè)計完全解析［M］.中國鐵道出版社，2010.

［3］林清安.完全精通Pro/ENGINEER入門教程與手機(jī)實(shí)例［M］.電子工業(yè)出版社，2010.

The Parametric Function Design of Worm Gear Based on Pro/E Relationship

ZHOU Zhong-Yong
（Technician College，Wenzhou，Wenzhou Zhejiang 325003，China）

The Pro/Engineer makes all the functional modules on a unified data structure，and provides the full association among all projects. So it truly realized CAD/CAE/CAM integration of organic.For the complex of worm tooth surface shape，with powerful function of the Pro/E，relationship equations can be used to establish the precise involute to guarantee the accuracy of profile.Meanwhile the Pro/E's automatic update function facilitates the parameters for future modification and optimization，and makes concurrent engineering possible.

worm gear；Pro/E；parametric function design

TP391

A

10.3969/j.issn.1002-6673.2015.02.022

1002-6673（2015）02-069-02

2014-12-01

周忠勇（1979-），男，浙江溫州人，助理講師，二級實(shí)習(xí)指導(dǎo)教師。研究方向：普車、數(shù)控車加工技術(shù)。