基于SolidWorks的蜗轮蜗杆三维参数化【毕业论文+CAD图纸全套】

买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 2012 届本科毕业论文（设计） 论文题目： 基于 蜗轮蜗杆三维参数化 设计 学生姓名： 所在院系： 所学专业： 导师姓名： 完成时间： 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 基于 蜗轮蜗杆三维参数化设计 摘 要 本设计以蜗轮蜗杆为研究对象，建立其数学模型，使用 过录制宏、编辑宏的方法，获得参数化设计的源程序，在 最后制作成简单的程序，并添加控件和窗体来实现蜗轮蜗杆的三维参数化实体设计建模。通过对蜗轮蜗杆的参数化设计，详细说明了基于 初学者提供一个便利的参考，提高了编程效率，可以避免走一些不必要的弯路，也对类似的复杂曲面形状的零部件三维参数化设计提供了借鉴。蜗轮蜗杆参数化设计与 仅实现了蜗轮蜗杆的参数化设计与三维实体造型的结合，缩短了产品设计时间，有利于提高产品开发的效率和质量，同时所完成的三维实体零件模型为后续 的进一步研究工作提供了必要的条件。 关键词：蜗轮蜗杆， 011，参数化 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 as an of by a it us to by it us a to It a of of of of of It nd 011, 文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 目录 第一章 绪 论 . 1 轮蜗杆传动特点 . 1 次开发的研究背景和意义 . 1 第二章 件的简介 . 1 件的特点 . 1 二次开发功能 . 2 简单开发过程 . 2 工具条 . 2 录制及其源代码的简单调试 . 3 第三章 蜗轮蜗杆的参数化描述 . 5 轮蜗杆传动的主要参数及选择 . 5 轮蜗杆的参数化计算 . 7 第四章 蜗轮蜗杆参数化建模的实现 . 7 数化建模中约束参数的提取 . 8 学模型 . 8 杆的数学模型 . 8 轮的数学模型 . 9 轮蜗杆参数化建模的基本步骤 . 10 杆的建模步骤 . 11 用程序创建蜗杆实体 . 11 轮的建模步骤 . 17 用程序创建蜗轮实体 . 18 第五章 结 论 . 24 参考文献 . 25 致谢 . 26 附录 1 蜗杆程序 . 27 附录 2 蜗轮程序 . 33 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 1 第一章 绪 论 轮蜗杆传动特点 蜗轮蜗杆传动主要是在空间交错的两轴间传递运动和力的一种传动机构，常见的有圆柱蜗杆传动、环面蜗杆传动、和锥蜗杆传动。与其他传齿轮动相比，蜗轮蜗杆传动具有传动比大、冲击载荷小、传动平稳、噪声小、结构紧凑、可实现反向自锁等优点，所以被广泛运用到各类机械设备的传动系统中 。 次开发的研究背景和意义 由于现实中部分产品的结构比较复杂，特别是其外形曲面， 一般的手工三维建模方法效率低下，而且绘图精度较低。如今的 件虽然具有相对比较强大的绘图建模功能，但是目前还不是十分成熟，对于非标准零件，特别是比较复杂的零件进行建模过程依旧显得比较繁琐。为了适合各行企业的不同需要，使 我国的企业中有效地发挥重大作用，并使常用的或重复的任务自动化，提高效率，对其进行本地化和专业化的二次开发显得十分必要。本文以应用最广泛的阿基米德螺旋线圆柱蜗杆传动为例，利用 程语言来实现 二次开发，对 蜗轮蜗杆进行三维参数化建模设计，提高产品的开发效率和质量，同时也为产品所要进一步进行的有限元分析、动力学分析和机构仿真等奠定一定基础。 第二章 件的简介 件的特点 一套智能型的高级 合软件，自 1995 年问世以来，凭借其具有强大的零件设计、钣金设计、管理设计、绘制二维工程图、支持异地协同工作等功能，同时也拥有结构分析、运动分析、动态模拟仿真、高级渲染等专业功能，特别是它完全基于 图形界面和特征的参 数化、变量化设计技术，使其操作方便，易学易懂，赢得了广大用户的青睐。但是，此软件虽然是国际通用的三维机械设计软件，可是其中的一些功能并不符合我国国标，也不带有所有的标准件 3D 图库。因此，为了适合特定的需求，使 够更有效地发挥作用，并使特定的或复杂的任务自动化，提高效率，对其进行买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 2 一定的二次开发在现实的应用中显得至关重要。 二次开发功能 目前主流的 过 以极大提高产品的设计研发效率，同时也 促进 地化。 应用编程接口，它是一个基于 接口为用户提供了自由、开放、功能完整的开发工具，其中包含了数以百计的功能函数，这些函数为人们提供了直接访问 种尺寸驱动法，通过修改 以程序的代码非常简捷。根据建模的过程自动创建设计变量，并给每个变量赋以相应的名称，尺寸驱动程序只需修改这些变量的值。另一种是程序驱动法，它是通过完全运用程序调用 生的代码量很大，而且每次生成零件时都需运行一次程序，运行速度相对较慢。但由于它可以处理非设计变量的参数，具备变型设计的能力，所以人们常常把它作为尺寸驱动法的一个辅助手段来使用。虽然这两种方法都具有各自优越性，但是对于初学者来说，不可能在很短的时间内熟练地掌握 合了 个编辑器可以进行宏与二次开发的制作，使用宏录制工具可以大大简化二次开发过程。用这种方法也可以快速得到 比检索全英文的 以 简单开发过程 工具条 要包括宏操作的命令按钮，同时也可以单击菜单栏中的工具来调用宏命令。我们可以通过移动鼠标到任一工具上，单击右键来将宏 工具栏显示在 工具栏的按钮主要包括运行、停止、录制 /暂停、编辑等按钮 ,对于初学者来说，应该熟悉了解各个按钮的基本用途 。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 3 图 2工具条 录制及其源代码的简单调试 （ 1） 利用宏工具录制的圆柱体源代码如图 2 图 2柱体源代码 （ 2）在 用 击菜单栏中“工程” “引用”命令，选择“ 011 “ 011 “ 011 or (3)在 序界面如图 2 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 4 图 2本参数对话框 （ 4） 调试后的程序如图 2 图 2试后的程序 在通用区写入下面的代码来定义变量： s im s im s 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 5 件下写入主要代码如上图 2所示。 （ 5）单击 的启动按钮 ，程序调试结果如下图 2示： 图 2柱体模型 注：在 , 0, 0, D / 2000)， 以除以 2000。 第三章 蜗轮蜗杆的参数化描述 轮蜗杆传动的主要参数及选择 本文中主要采用普通圆柱蜗杆传动如图，其主要参数有模数 m、压力角 、蜗杆头数 轮齿数 心距 （ 1）模数 和齿轮传动一样，蜗杆传动的几何尺寸也以模数为主要计算参数，蜗杆模数系列见表 3杆和蜗轮啮合 时，在中间平面上，蜗杆的轴面模数、压力角应与蜗轮的端面模数、压力角相等，即 m 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 6 阿基米德蜗杆的轴向压力角 0，当蜗杆与蜗轮的轴线交错角为90时，还需保证蜗杆的导程角等于蜗轮的螺旋角，即 1 = 2， 且两者的螺旋线的旋向相同。 表 3杆模数值 第一系列 1, 4, 5, 8, 10, 16, 20, 25, 40 第二系列 3, 6, 7, 12, 14 （ 2）蜗杆的分度圆直径 为在用蜗轮滚刀切制蜗轮时，滚刀的分度圆直径必须与工作蜗杆的分度圆直径相同，为了限制蜗轮滚刀的数目，国家标准中规定将蜗杆的分度圆直径标准化，且与其模数相匹配， 3 表 3杆分度圆直径与模数的匹配标准系列 m 1 2.5 8 20 0 28 8 45 m 5 6 40 71 50 90 63 112 80 140 （ 3）齿数 蜗杆的齿数又叫做蜗杆的头数，用 示。一般可取 1 10，推荐选取 1、 2、 4、 6。在传动比大或者反行程具有自锁性的传动中，常取 1，及单头蜗杆；当要求传动效率较高时， 取大值。蜗轮的齿数 以根据传动比计算得出。对于动力传动，一般推荐 29 70。 （ 4）蜗杆传动的中心距 a a = （ *(q + ， Q 号交流 401339828 或 11970985 7 轮 蜗杆的参数化计算 在蜗轮蜗杆的参数化设计过程中所用到的参数的计算公式见下表 3 3通圆柱蜗杆传动的基本几何尺寸计算公式 名称 代号 计算关系式 说明 蜗杆头数 按规定选取 蜗轮齿数 按传动比确定 齿形角 a a =20或 n =20 按蜗杆类型确定 模数 m m=ma=mn/规定选取 传动比 i i=n1/n2=z2/杆为主动，按规定选取 中心距 a a=(d1+2 按规定选取 蜗杆直径系数 q q=d1/m 蜗 杆轴向齿距 p p = m 蜗杆导程 T T =蜗杆分度圆直径 d1 d1=规定选取 蜗杆齿顶圆直径 ha*m 蜗杆齿根圆直径 ha*m+c) 蜗杆齿根高 c*)m=1/2( 蜗杆齿顶高 ha*m=1/2( 齿顶高系数 = 1 顶隙系数 c* c* = 蜗杆导程角 d1=z1/q 蜗轮分度圆直径 d2 d2=蜗轮齿顶高 2(=m( 蜗轮齿根高 2(=m(x2+c*) 蜗轮齿顶圆直径 蜗轮分度圆直径 d2 d2=蜗轮齿宽 由设计确定 蜗轮齿厚 蜗杆节圆处轴向齿槽宽 定 第四章 蜗轮蜗杆参数化建模的实现 本文以最常 见的阿基米德圆柱蜗杆为研究对象来简述参数化建模过程的基本思路和其建模原理，包括建模约束参数的提取，蜗轮蜗杆的数学模型的简单介绍，蜗杆建模和蜗轮建模的基本步骤及其建模过程中 次开发功能的详细分析。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 8 数化建模中约束参数的提取 分析约束参数的提取过程，该方法可以扩展到其它产品模型约束参数的提取中。根据人们的设计要求，结合蜗杆传动关键尺寸的约束，可以很容易的得出蜗轮蜗杆在三维参数化建模中所需要的主要参数：蜗杆头数 力角 、蜗轮齿数 数 m、蜗杆直径系数 q、蜗杆分度圆直 径 心距 a 等。在蜗轮蜗杆的三维参数化建模过程中，只要约束了这些主要的参数变量，就能很容易的确定蜗轮蜗杆。 学模型 在三维建模过程中，数学模型显得至关重要，它是我们进行图形绘制的关键，只有熟悉了解零件产品的数学模型，才能比较精确的绘制出我们所需要的零件图，才能进一步去分析零件其它方面的性能。 杆的数学模型 对于阿基米德蜗杆来说，其螺旋面的形成与螺纹的生成类似，由一个等腰梯形齿廓截面绕阿基米德螺旋线扫描切除得到。如图 4示为蜗杆齿廓的数学模型。 图 4杆数学模型 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 9 轮的数学模型 图 4示为蜗轮与阿基米德蜗杆啮合情况。过蜗杆的轴线作一平面垂直于蜗轮的轴线，该平面对于蜗杆是轴面，对于蜗轮是端面，这个平面称为蜗杆传动的中间平面。在此平面内蜗杆的齿廓相当于齿条，蜗轮的齿廓相当于一个齿轮，即在中间平面上两者相当于齿条与齿轮的啮合。 图 4普通圆柱蜗杆的传动 由于 没有绘制渐开线的功能，所以需要计算渐开线上若干点的坐标值，通过样条曲线拟合得到近似的渐开线。其数学模型如图 4示。 渐开线参数方程如下： x1(= rk + k) y1(= rk + k) - x1( = /(2 k = k = k (其中， 别是蜗杆、蜗轮的分度圆半径， k 是渐开线上 K 点的展角， 的向径，且有 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 10 图 4蜗轮数学模型 利用上述渐开线参数方程绘制出渐开线 ，再进一步修剪为齿廓后，使用扫描这一特征就可以得到一个齿槽（扫描时，以蜗杆的螺旋线为导线），最后再使用圆周阵列便可以得到一个完整的蜗轮。 轮蜗杆参数化建模的基本步骤 首先熟悉蜗轮蜗杆的画法，再利用 到绘制蜗轮蜗杆的源代码，然后在 算结构尺寸，并输入相关参数（蜗杆蜗轮的参数变量如图 4最后仿照第二章中 图 4杆基本参数对话框 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 11 图 4轮基本参数对话框 杆的建模步骤 （ 1）以齿顶圆半径绘制草图，拉伸获得蜗杆坯体（拉伸的长度即为蜗杆的长度）。 （ 2）在新建的基准面上建立螺旋线（螺旋线基圆为蜗杆分度圆，高度等于蜗杆的拉伸长度，螺距等于蜗杆的导程，起始角等于 90）。 （ 3）以图 4文中主要通过几何尺寸及其添加几何关系来获得齿廓）。 （ 4）利用扫描切除特征获得蜗杆三维建模模型（以阿基米德螺 旋线为扫面路径，齿廓为扫描轮廓）。 （ 5）对于多头蜗杆，可以通过圆周阵列来得到 (阵列对象为“扫描切除”特征，阵列轴为蜗杆中心轴，起始角度为 2/ 列个数为 采用等距阵列 )。 用程序创建蜗杆实体 下面主要以单头蜗杆为例来说明蜗杆实体生成的主要实现过程及其主要程序。 （ 1）蜗杆坯体的创建 前视基准面 , 0, 0, 0, 0, 0) im s 文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 12 , 0, 0, 2000)以坐标原点为圆心，齿顶圆半径为半径绘制圆，其中 变量参数 *上下二等角轴测 , 8 草图 1, 0, 0, 0, 0, 0) s et 0, 0, L / 1000, 0, 0, 此为拉伸过程， L 为变量参数 （ 2）绘制螺旋线 前视基准面 , 0, 0, 0, 0, 0) et , 0, 0, D / 2000) 螺旋线基圆半径，即蜗杆分度圆半径 2, G / 1000, p / 1000, 0, G 为螺旋线高度， p 为螺距 （上述程序所生成的蜗杆螺旋线如下图 4示，生成螺旋线时以蜗杆分度圆半径作为螺旋线基圆的半径，选用“螺旋线高度”和“螺距”这两个参数来获得所需的螺旋线） 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 13 图 4杆建模中螺旋线的生成 （ 3）绘制蜗杆齿廓 首先绘制任意齿廓，然后按照蜗杆齿廓数学模型，计算各个变量，并进行相应的参数变量的声明和一定的修改 ，下面是齿廓修改后的部分程序。 右视基准面 , 0, 0, 0, 0, 0) , 0, 0, , , 7, 2, 12, 12, , , , , , 0, 0, , , 7, 2, 12, 12, , , , , 图 3) 0, 0) 0, 0) , , 0, 0, , , 7, 2, 12, 12, , , , , , 0, 0, , , 7, 2, 12, 12, , , , , 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 14 图 3) 1000 0, 0) 0, 0) , , 0, 0, , , 7, 2, 12, 12, , , , , , 0, 0, , , 7, 2, 12, 12, , , , , 图 3) 1000 0, 0) , , 0, 0, , , 7, 2, 12, 12, , , , , , 0, 0, , , 7, 2, 12, 12, , , , , 图 3) s / 1000 0, 0) 0, 0) , 文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 15 , 0, 0, , , 7, 2, 12, 12, , , , , , 0, 0, , , 7, 2, 12, 12, , , , , 图 3) 2000 以上是齿廓尺寸修改后，得到的齿廓截面 0, 0) 0, 0) 以上是添加线线重合的几何关系 图 4蜗杆的螺旋线和修正尺寸后的齿廓截面 如 上图 4示即为蜗杆齿廓截面的模型 。 （ 4）扫描切除 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 16 螺旋线 / 涡状 线 1, 0, 0) 草图 3, 0, 0, 0, 1, 0) 螺旋线 / 涡 状 线 1, 4, 0) 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 以上是通过扫描切除这一特征命令获得的如下图 4中以螺旋线为扫描路径，以蜗杆的齿廓截面为扫描轮廓。 图 4头蜗杆建模造型 其中，多头蜗杆（图 4双头蜗杆的建模造型）的关键程序如下： 文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 17 , 0, 0) 切除 , 0, 0, 0, 4, 0) , 1, 0) , , 其中 Z 为蜗杆的头数， = 2/ Z 图 4双头蜗杆建模造型 轮的建模步骤 （ 1） 绘制蜗轮齿顶圆的草图，并拉伸获得基体，拉伸长度等于齿宽。 （ 2） 首先绘制齿顶圆和齿根圆草图，再通过蜗轮齿廓的渐开线参数方程，运用 “方程式驱动的曲线”这一功能，得到样条曲线拟合后的同一个齿槽中一侧的渐开线，再利用“镜像”功能获得另外一条渐开线，最后通过修剪得到蜗轮齿廓。 买文档就送您 纸全套， Q