基于PROE 的蜗杆蜗轮三维实体造型及分析

基于PROE 的蜗杆蜗轮三维实体造型及 来源: www.onlunwen.com 摘要:蜗杆传动是重要的齿轮传动类型之一,具有传动比大,结构紧凑等优点,广泛应用在冶金、矿山、起重运输、化工、国防等行业。但是蜗杆蜗轮的齿面属于复杂造型,而利用Pro/E 的强大功能,能运用方程建立精确的渐开线,可以保证齿形的准确性。同时Pro/E 的自动更新功能,为以后的修改和优化提供了方便,使并行工程成为可能。 关键词:蜗杆;蜗轮;实体建模;渐开线;PRO/E 0 引言 蜗轮蜗杆机构常用来传递两交错轴之间的运动和动力,能获得较大的传动比,还具有自锁性能。蜗杆传动相当于螺旋传动,为多齿啮合传动,故传动平稳、噪音很小,在工程上有广泛的应用。但是蜗杆蜗轮的曲面属于复杂曲面造型,基于PROE 的参数化能准确生成所需的轮廓线。Pro/ENGINEER 软件是一个大型的CAD/CAE/CAM 软件,它以强大的基于特征的参数化设计功能而著称,它的所有模块都是全相关的。这就意味着在产品开发过程中某一处进行的修改,能够扩展到整个设计中,同时自动更新所有的工程文档,包括装配体、设计图纸,以及制造数据。全相关性鼓励在开发周期的任一点进行修改,却没有任何损失,并使并行工程成为可能,所以能够使开发后期的一些功能提前发挥其作用。 1 渐开线简述 1.1 渐开线形成原理 一条直线(即发生线)沿着半径为rb 的基圆做纯滚动,直线上任一点K 的形成的轨迹AK 就叫做该圆的渐开线。 1.2 渐开线的特性 (1) 发生线沿着基圆滚过的长度等于基圆上被滚过的圆弧长度。 (2) 渐开线上任意一点的法线恒与基圆相切。 (3) 渐开线愈接近于基圆的部分其曲率半径愈小;离基圆愈远曲率半径则越大。 (4) 渐开线的形状取决于基圆的大小。 在展角相同的情况下,基圆的大小不同渐开线的曲率也不同。基圆半径愈小,其渐开线的曲率半径愈小;基圆半径愈大,其渐开线的曲率半径愈大;当基圆半径为无穷大时,其渐开线变成一条直线。 (5) 基圆内无渐开线。 2 蜗杆蜗轮基本参数 模数 m、压力角α、蜗杆直径系数q、导程角γ、蜗杆头数Z1 、蜗轮齿数Z2、齿顶高系数ha (取1)及顶隙系数c(取0.2)。其中模数m和压力角是指蜗杆轴面的模数和压力角,亦即蜗轮端面的模数和压力 角且均为值;蜗杆直径系数q 为蜗杆分度圆直径与其模数m 的比值。 3 啮合蜗杆蜗轮的建模 绘制一个模数m=4,头数Z1=2,直径系数为10,压力角=20°,与其啮合的蜗轮的齿数Z2=31。 3.1 蜗杆的参数化过程 1. 通过设置新的坐标系CSO,使用坐标系类型为圆柱坐标系,通过方程的形式精确创建螺旋线: 2. 选择FRONT 作为草绘平面,绘制四个同心圆,以便形成蜗杆。 sd0=124 sd1 =124*cos(atan(tan(20)/cos(atan(2/10)))) sd2=114.4 sd3 =132 3.选取CS2 坐标系作为曲线方程的坐标系,并设置坐标系类型为笛卡尔坐标系,然后在记事本中输入渐开线方程: r=62*cos(atan(tan(20)/cos(atan(2/10)))) theta=t*60 x=r*cos(theta)+r*sin(theta)*theta*pi/180 y=r*sin(theta)-r*cos(theta)*theta*pi/180 z=0 绘制出的渐开线形状(箭头所指的曲线) 4.选择创建的渐开线,通过选择RIGHT 基准面作为镜像平面,进行镜像操作,然后进行拉伸操作,圆柱直径为30.4,长度为100。 5.再使用扫描混合功能绘出渐开线齿形。 6.通过“编辑”/“特征操作”完成双头蜗杆的绘制。 7.完整的蜗杆模型。 3.2 蜗轮的绘制 1.类似于蜗杆的绘制方法,渐开线的生成方程与蜗杆相同,箭头所指的是生成的渐开线齿廓。 2.旋转特征的创建绘制一条中心线使其附着到RIGHT 平面,圆的直径为20,圆心到中心线的距离为80,通过“旋转”工具生成旋转曲面。 3.蜗轮外圈的生成使用“旋转”工具按钮和倒角,快速生成蜗轮外圈主体。 4. “扫描混合”、“阵列”,最后完成渐开线蜗轮的实体。 4 蜗杆蜗轮的啮合性能分析 PRO/E 中的仿真和有限元分析工具可以方便的进行仿真、受力分析,提供所需的信息,及时进行优化。蜗杆传动相当于螺旋传动,为多齿啮合传动,故传动平稳、噪音很小,两轮啮合齿面间为线接触,其承载能力大大高于交错轴斜齿轮机构,但是蜗杆轴向力较大。 4.1 蜗杆传动的滑动速度 υs---------相对滑动速度 υ1---------蜗杆分度圆的圆周速度,单位m/s γ ----------蜗杆分度圆柱导程角 d1 ----------蜗杆分度圆直径 n1 ----------蜗杆转速 4.2 蜗杆传动效率的计算 闭式蜗杆传动的功率损耗包括三部分: 啮合摩擦损耗、轴承摩擦损耗和搅油损耗 η=η1 η2 η3 η -------总效率 η1------啮合效率 η2------轴承效率 η3------搅油效率 蜗轮蜗杆啮合传动时,啮合轮齿间的相对滑动速度大,故摩擦损耗大、效率低;另一方面,相对滑动速度大使齿面磨损严重、发热严重,为了散热和减小磨损,常采用价格较为昂贵的减摩性与抗磨性较好的材料及良好的润滑装置,因而成本较高。 4.3 提高蜗杆蜗轮效率的方法 蜗杆蜗轮啮合齿面之间有相对滑动、运转不灵活、传动精度不高,是普遍存在的问,可以采用在车床上成对的进行研磨来提高精度,在研磨时蜗杆蜗轮的相对位置很重要,必须使其正好啮合,通过这种方法可以提高传动效率。 5 结论 Pro/ENGINEER 软件包含众多的模块,而且这些模块都建立在完全关联的系统数据库之上,任何一处的改变都可以反映在整个设计过程的相关环节上面,可以自动更新机构仿真和有限元分析功能大大缩减了成本,可以及时发现问题并进一步优化设计。这些特点使得设计修改工作效率提高,共享数字化产品数据