双折线绳槽卷筒三维设计

双折线绳槽卷筒三维设计

破线莲筒式词典的特点是，在每一周的杆上，约75%80%的杆是直线段，其余的都是倾斜杆。钢丝绳在进行多层卷绕时,通过斜线绳槽来固定上层钢丝绳与下层钢丝绳交叉过渡的位置。在绳槽直线段,上层钢丝绳完全落入下层钢丝绳两相邻的绳圈形成的绳槽内,使上下层钢丝绳之间的接触改善,提高了钢丝绳的使用寿命。再配合卷筒两端的爬升返回凸缘,引导钢丝绳顺利爬升返回,避免钢丝绳由于相互切入、挤压而造成的乱绳,使钢丝绳卷绕整齐排列,从而减少磨损。对双折线绳槽卷筒来说,每段折线绳槽沿轴向绕进半个节距,每一周绳槽通过两段折线绳槽沿轴向绕进一个节距。由于折线绳槽不能像螺旋绳槽那样连续高速切削,通常采用数控加工来完成,不仅设备投资高,而且生产效率低,成本高。如果以绳槽铸造成形替代原有的机加工成形,不仅显著减少卷筒的制造工序、减少机加工设备的投资,而且减少原材料消耗、降低生产成本,并且符合最终成形的发展趋势。在折线绳槽卷筒铸造模具的三维设计中,卷筒表面绳槽的三维造型是一个较为繁复的过程。笔者介绍一种在Pro/E中进行卷筒三维造型的新方法,即按照绳槽展开图及其他图样建立展开后的卷筒三维模型,再用实体折弯得到卷筒最终的三维模型。鉴于双折线绳槽卷筒表面绳槽的卷绕规律性较强,利用Pro/E强大的参数化设计功能成功地开发出卷筒的参数化设计系统。该系统对双折线绳槽卷筒系列产品的研制带来了极大的方便。1实体折弯类型双折线绳槽卷筒的三维造型,可先拉伸一圆柱体,再用去材料的方式得到卷筒表面的绳槽及两端的爬升返回凸缘。而通过实体折弯的方式可减少造型的工作量,并在造型的进程中随时观察卷筒的展开样式与折弯后的实体样式,这种方法的简单流程如下:(1)创建一长方体,如图1(a)所示;(2)通过阵列的方式切出中间完整的双折线绳槽,如图1(b)所示;(3)建立两端的爬升返回凸缘,如图1(c)所示;(4)用“实体折弯”得到卷筒的三维模型,如图1(d)所示。2双折线绳槽卷筒的三维模型图2为某型双折线绳槽卷筒的剖视图,其内部结构在参数化设计中不予考虑。对折线绳槽展开图及上下层钢丝绳叠压情况如图3、4所示。在卷筒实体建模前,通过“工具”菜单中的“关系”添加表1所列的12个关系式。由表1中的12个参数控制三维模型的相关尺寸,从而达到参数化设计的目的。各参数具体的含义见图2~4。表1中设置绳槽节距t=D*1.05,使同层相邻钢丝绳之间保留一定间隙;卷筒底层卷绕直径D2由绳槽半径R(即绳槽节距半值)、单折线段对应的圆心角α(通常取45°~50°)和折线段偏折角α1决定,以保证钢丝绳在直线段和折线段过渡时的弯折程度不至于过大;卷筒外径D1比底层卷绕直径D2略小(单侧减去0.4R),这样就去除了绳槽间突起的尖锐部分;法兰直径D3按卷绕4层钢丝绳再加适当余量定值。进行卷筒系列化产品开发时,仅需修改D、α、n、W、α1等5个参数,再生之后即可得到不同规格的卷筒(见图5),某型双折线绳槽卷筒零件的三维模型如图6所示。考虑到进行模具设计时,底层卷绕直径、法兰直径等尺寸在零件图上已被确定下来,此时可直接更改对应关系,赋予相关参数以确定的值。但像卷筒总长度L这样的尺寸在W、n、t均已确定的前提下,赋值不合适会引起尺寸间的冲突。3生成条件及轨迹(1)为了使实体折弯得以顺利的进行,先创建一圆柱面(如图7),并由参数D控制轴向长度(如:D8=L,D8为Pro/E自动编排的尺寸编号),圆柱直径在草绘环境中添加关系sd2=0.6*D-2(sd2为Pro/E在草绘环境中自动编排的尺寸编号,sd2的取值小于D-1即可)。在圆柱面的恰当位置切缝后,通过“插入”菜单中“高级”内的“展平面组”,生成图7中的扁平面组。图1(a)中的长方体即参照该曲面创建,且长方体的底面与该曲面重合。通过“插入”菜单中“高级”内的“折弯实体”,并参照先前的扁平面组,进行实体的折弯,随时观察折弯后的情况。观察完后,把特征树中的“在此插入”上推,继续补做相关特征。(2)确定图3绳槽展开图中折线、直线、折线、直线等4个区域的位置,可草绘4个线段,添加如图8所示的约束,并在草绘环境中添加关系sd0=(180-α)*kd3/360。为方便后续特征的建立,还可参照线段的端点,创建3个平行的基准平面。(3)图3中n-1条“完整”的绳槽,先创建最下方的1条,再通过阵列的方式完成所有“完整”的绳槽见图1(b)。此时,扫描切槽时所需的轨迹处在同一平面内,如图9所示,添加的关系有sd4=R,sd6=W+t。(4)在创建两端的爬升返回凸缘时,有的凸缘既起到爬升的作用,又起到返回的作用,在这种情况下需从2个方向分别建立两曲线,再用“相交”的方式生成扫描或可变剖面扫描的轨迹。图10为某处的爬升段过渡曲线,其中爬升的部分可用样条曲线连接,且设置与直线段的相切约束,并添加关系sd5=h,sd17=0.95*h,sd18=0.75*h,sd19=0.4*h。图11为使用可变剖面扫描工具创建的某处爬升返回凸缘。(6)当关系较多时,在添加关系后,利用软件提供的“排序关系”对关系进行自动排序,避免关系中逻辑错误的发生。4折线绳槽卷筒的三维建模(1)通过实体折弯的方式建立双折线绳槽卷筒的三维模型,更简洁、直观。(2)参数化双折线绳槽卷筒的三维