CN102930105A

CN102930105A - 一种用于蜗轮的精确建模方法

Info

Publication number: CN102930105A
Application number: CN201210443297XA
Authority: CN
Inventors: 李长生; 孙建荣; 郭志成; 范有志; 钱周
Original assignee: ZHENJIANG ZHONGFU COMPOSITE CO Ltd
Current assignee: ZHENJIANG ZHONGFU COMPOSITE CO Ltd
Priority date: 2012-11-08
Filing date: 2012-11-08
Publication date: 2013-02-13
Anticipated expiration: 2032-11-08
Also published as: CN102930105B

Abstract

本发明公开了一种用于蜗轮的精确建模方法，包括：（1）计算出两零件的空间位置，在中间位置创建一周蜗杆齿模型；（2）以定值间隔为标准创建若干个平行基准平面，并通过平面实体化功能分别获取不同基准面位置的蜗杆截面；（3）将获取的蜗杆截面按定值间隔进行阵列复制；（4）在阵列的轮廓边缘创建若干基准点；（5）通过草绘样条曲线工具将基准点连接成齿廓曲线；（6）使用曲线混合工具将若干齿廓曲线拟合成曲面；（7）通过曲面实体化工具建立蜗轮齿槽；（8）通过阵列复制工具将齿槽特征沿圆周方向复制，获得完整的蜗轮仿真模型。该建模方法在pro/E环境下进行，能适用于各种类型的蜗轮三维建模，简单实用，能够真实反映蜗轮轮齿面型面。

Description

一种用于蜗轮的精确建模方法

技术领域

本发明涉及蜗轮的建模方法，具体涉及一种用于蜗轮的精确建模方法，该建模方法在pro/E环境下进行。

背景技术

蜗轮蜗杆传动是机械领域用于传递正交轴运动和动力最基础的传动方式之一，广泛应用于矿山、冶金、建筑和运输等各种机械设备。随着计算机技术的高速发展，蜗轮的设计制造正在朝向由计算机辅助设计、制造、分析和测量方向发展。进行计算机辅助设计，首先需要一个精确的蜗轮三维几何模型，目前常见的蜗轮建模方法主要是通过截面扫略切除材料的方法创建齿形，这种方法存在很大的缺陷，创建的蜗轮齿形不能进行无干涉啮合。另一种方法是进行繁琐的数学计算，并且每次建模只能为单一的某个特定类型的齿轮建立数学模型，每对一个不同类型的蜗轮进行建模，都需要根据实际的具体要求，进行具体的三维造型，这就要求设计者具有很高的齿轮和软件方面额专业知识，工作复杂繁琐，不易掌握。因此迫切需要一种统一简单的蜗轮三维建模方法。

发明内容

发明目的：针对现有技术中存在的不足，本发明的目的在于提供一种用于蜗轮的精确建模方法,适用于各种不同类型蜗轮的三维实体模型的建模，该建模方法在pro/E环境下进行。

技术方案：为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：

一种用于蜗轮的精确建模方法，包括以下步骤：

（1）通过蜗轮蜗杆配合参数计算出两零件的空间位置；在蜗轮蜗杆啮合的中间位置创建一个一周的蜗杆齿模型；

（2）以定值（具体数值按实际精度要求定）间隔为标准创建若干个平行基准平面，并通过平面实体化功能分别获取不同基准面位置的蜗杆截面；

（3）将蜗轮范成原理进行数学公式上的等效；通过等效后的数学公式将获取的蜗杆截面按定值（具体数值按实际精度要求定）间隔进行阵列复制；

（4）在阵列的轮廓边缘创建若干基准点；

（5）通过草绘样条曲线工具将基准点连接成齿廓曲线；

（6）使用曲线混合工具将若干齿廓曲线拟合成曲面；

（7）通过曲面实体化工具建立蜗轮齿槽；

（8）通过阵列复制工具将齿槽特征沿圆周方向复制，获得完整的蜗轮仿真模型。

步骤（1）中，在通过蜗轮蜗杆配合参数计算出两零件的空间位置时，选用总体笛卡尔坐标原点位置为蜗轮蜗杆啮合的中间位置，蜗轮和蜗杆的相对位置通过装配的中心距便可确定；其中中心距方程为：a=(mq+mZ₂)/2，式中，m为模数， q为蜗杆直径系数，Z₂为蜗轮齿数，a为中心距。

步骤（1）中，所述的在蜗轮蜗杆啮合的中间位置创建一个一周的蜗杆齿模型不作为实体零件使用，只用作获得不同位置的蜗杆截面轮廓。

步骤（2）中，获取基准平面的数量按照模型精度要求决定，精度越高，基准平面的间隔越小；同时，保证在喉圆与顶圆交线处设置基准平面。

步骤（3）中，等效方法为，将蜗杆绕定轴转动的运动方式等效为蜗杆沿定轴平移，将蜗轮绕定轴转动等效为蜗轮不动，蜗杆绕蜗轮轴转动。将蜗杆运动方式等效为蜗杆沿定轴平移的公式为s=mZ₂/2×θ×π/180，式中，θ为蜗杆绕蜗轮轴每次转过的角度，s为蜗轮转过θ角蜗杆沿自身轴线平移的距离。

步骤（3）中，阵列个数按精度要求自由选择。

步骤（4）中，基准点放在阵列轮廓边缘两轮廓的交线上。

步骤（5）中，各个基准面处的轮廓曲线段数对应相等，在不影响分析结果的情况下对齿根处轮廓进行简化，轮廓曲线的端点放置在蜗轮毛坯的外圆面上。

步骤（6）中，拟合曲线过程中要分批拟合，以顶圆与喉圆交线处轮廓曲线为分界线将拟合过程分为三步，使用合并工具将三个曲面合并成。

有益效果：与现有技术相比，本发明具有的主要优点包括：本发明将现代计算机辅助设计和传统机械加工方法相结合，提供了一种蜗轮的三维实体模型建模方法。对于不同种类的蜗轮，根据其配对的蜗杆可得出不同基准面处的蜗杆截面，进而通过范成原理拟合出对应的啮合曲线。该方法能适用于各种类型的蜗轮三维建模，简单实用，且用范成法创建的齿槽轮廓足以满足进一步分析的精度要求，能够真实反映蜗轮轮齿面型面，能为各种复杂的蜗轮力学性能研究等方面的研究奠定良好的基础。

附图说明

图1是在蜗轮蜗杆啮合的中间位置创建一个一周的蜗杆齿模型示意图；

图2是获取不同基准面位置的蜗杆截面示意图；

图3是通过等效后的数学公式将获取的蜗杆截面按定值间隔进行阵列示意图；

图4是在阵列的轮廓边缘创建若干基准点示意图；

图5是通过草绘样条曲线工具将基准点连接成齿廓曲线示意图；

图6是各个界面的齿廓曲线示意图；

图7是使用曲线混合工具将若干齿廓曲线拟合成曲面示意图；

图8是将三段分开的曲面合并成一个曲面示意图；

图9是通过曲面实体化工具建立蜗轮齿槽示意图；

图10是阵列工具将齿槽特征沿圆周方向复制示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例进一步阐明本发明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，应理解这些方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。以下实施例的建模方法在pro/E环境下进行。

实施例1

一种用于蜗轮的精确建模方法，它包括的步骤有：

（1）在通过蜗轮蜗杆配合参数计算出两零件的空间位置时，选用总体笛卡尔坐标原点位置为蜗轮蜗杆啮合的中间位置，蜗轮和蜗杆的相对位置通过装配的中心距便可确定，然后在蜗轮蜗杆啮合的中间位置创建一个一周的蜗杆齿模型，其中，中心距方程为：a=(mq+mZ₂)/2，以取m=2，Z₂=35，Z₁=1的ZA蜗杆为例进行建模，如图1所示图形；式中，m为模数，q为蜗杆直径系数，Z₂为蜗轮齿数，a为中心距，Z₁为蜗杆头数。该蜗杆齿模型不作为实体零件使用，只用作获得不同位置的蜗杆截面轮廓。

（2）在零件环境下以步骤（1）为基础，以定值(具体数值按实际精度要求定）间隔创建若干个平行基准平面，并通过平面实体化功能分别获取不同基准面位置的蜗杆截面，如图2所示。获取基准平面的数量按照模型精度要求决定，精度越高，基准平面的间隔越小；同时，保证在喉圆与顶圆交线处设置基准平面。

（3）在零件环境下以步骤（2）为基础，根据等效后的数学公式将获取的蜗杆截面按定值(具体数值按实际精度要求定）间隔进行阵列，如图3所示。等效方法为，将蜗杆绕定轴转动的运动方式等效为蜗杆沿定轴平移，将蜗轮绕定轴转动等效为蜗轮不动，蜗杆绕蜗轮轴转动。

将蜗杆运动方式等效为蜗杆沿定轴平移的公式为s=mZ₂/2×θ×π/180，式中，θ为蜗杆绕蜗轮轴每次转过的角度，s为蜗杆沿自身轴线每次平移的距离。

（4）在零件环境下以步骤（3）为基础在阵列的轮廓边缘创建若干基准点，基准点的数目按所需精度而定，如图4所示。阵列个数按精度要求自由选择。基准点放在阵列轮廓边缘两轮廓的交线上。

（5）在零件环境下以步骤（4）为基础，通过草绘样条曲线工具将基准点连接成齿廓曲线。各个基准面处的轮廓曲线段数对应相等，在不影响分析结果的情况下对齿根处轮廓进行简化，轮廓曲线的端点放置在蜗轮毛坯的外圆面上，如图5所示。获取各个基准面上的齿廓曲线，如图6所示。

（6）在零件环境下以步骤（5）为基础，使用曲线混合工具将若干齿廓曲线拟合成曲面，拟合时分三步进行，以喉圆与顶圆的交线为分界线将曲线分别拟合成3个曲面，如图7、8所示。

（7）在零件环境下以步骤（6）为基础，通过曲面实体化工具建立单个蜗轮齿槽，如图9所示。

（8）在零件环境下以步骤（7）为基础，通过阵列工具将齿槽特征沿圆周方向复制，获得完整的蜗轮仿真模型，如图10所示。

Claims

1.一种用于蜗轮的精确建模方法，其特征在于，包括以下步骤：

（2）以定值间隔为标准创建若干个平行基准平面，并通过平面实体化功能分别获取不同基准面位置的蜗杆截面；

（3）将蜗轮范成原理进行数学公式上的等效；通过等效后的数学公式将获取的蜗杆截面按定值间隔进行阵列复制；

（4）在阵列的轮廓边缘创建若干基准点；

（5）通过草绘样条曲线工具将基准点连接成齿廓曲线；

（6）使用曲线混合工具将若干齿廓曲线拟合成曲面；

（7）通过曲面实体化工具建立蜗轮齿槽；

2.根据权利要求1所述的用于蜗轮的精确建模方法，其特征在于：步骤（1）中，在通过蜗轮蜗杆配合参数计算出两零件的空间位置时，选用总体笛卡尔坐标原点位置为蜗轮蜗杆啮合的中间位置，蜗轮和蜗杆的相对位置通过装配的中心距便可确定；其中中心距方程为：a=(mq+mZ₂)/2，式中，m为模数，q为蜗杆直径系数，Z₂为蜗轮齿数。

3.根据权利要求1所述的用于蜗轮的精确建模方法，其特征在于：步骤（2）中，获取基准平面的数量按照模型精度要求决定，精度越高，基准平面的间隔越小；同时，保证在喉圆与顶圆交线处设置基准平面。

4.根据权利要求1所述的用于蜗轮的精确建模方法，其特征在于：步骤（3）中，等效方法为，将蜗杆绕定轴转动的运动方式等效为蜗杆沿定轴平移，将蜗轮绕定轴转动等效为蜗轮不动，蜗杆绕蜗轮轴转动；其中，将蜗杆运动方式等效为蜗杆沿定轴平移的公式为s=mZ₂/2×θ×π/180，式中，θ为蜗杆绕蜗轮轴每次转过的角度，s为蜗杆沿自身轴线每次平移的距离。

5.根据权利要求1所述的用于蜗轮的精确建模方法，其特征在于：步骤（4）中，基准点放在阵列轮廓边缘两轮廓的交线上。

6.根据权利要求1所述的一种用于蜗轮的精确建模方法，其特征在于：步骤（5）中，各个基准面处的轮廓曲线段数对应相等，在不影响分析结果的情况下对齿根处轮廓进行简化，轮廓曲线的端点放置在蜗轮毛坯的外圆面上。

7.根据权利要求1所述的用于蜗轮的精确建模方法，其特征在于：步骤（6）中，拟合曲线过程中要分批拟合，以顶圆与喉圆交线处轮廓曲线为分界线将拟合过程分为三步，使用合并工具将三个曲面合并成。