[發明專利]一種用于蝸輪的精確建模方法

有效

• 申請號: 201210443297.X
• 申請日: 2012-11-08
• 公開（公告）號: CN102930105A
• 公開（公告）日: 2013-02-13
• 發明（設計）人: 李長生;孫建榮;郭志成;范有志;錢周
• 申請（專利權）人: 鎮江中孚復合材料有限公司
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50;G06T17/00
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 邱興天

技術領域

本發明涉及蝸輪的建模方法，具體涉及一種用于蝸輪的精確建模方法，該建模方法在pro/E環境下進行。

背景技術

蝸輪蝸桿傳動是機械領域用于傳遞正交軸運動和動力最基礎的傳動方式之一，廣泛應用于礦山、冶金、建筑和運輸等各種機械設備。隨著計算機技術的高速發展，蝸輪的設計制造正在朝向由計算機輔助設計、制造、分析和測量方向發展。進行計算機輔助設計，首先需要一個精確的蝸輪三維幾何模型，目前常見的蝸輪建模方法主要是通過截面掃略切除材料的方法創建齒形，這種方法存在很大的缺陷，創建的蝸輪齒形不能進行無干涉嚙合。另一種方法是進行繁瑣的數學計算，并且每次建模只能為單一的某個特定類型的齒輪建立數學模型，每對一個不同類型的蝸輪進行建模，都需要根據實際的具體要求，進行具體的三維造型，這就要求設計者具有很高的齒輪和軟件方面額專業知識，工作復雜繁瑣，不易掌握。因此迫切需要一種統一簡單的蝸輪三維建模方法。

發明內容

發明目的：針對現有技術中存在的不足，本發明的目的在于提供一種用于蝸輪的精確建模方法,適用于各種不同類型蝸輪的三維實體模型的建模，該建模方法在pro/E環境下進行。

技術方案：為實現上述發明目的，本發明采用的技術方案如下：

一種用于蝸輪的精確建模方法，包括以下步驟：

（1）通過蝸輪蝸桿配合參數計算出兩零件的空間位置；在蝸輪蝸桿嚙合的中間位置創建一個一周的蝸桿齒模型；

（2）以定值（具體數值按實際精度要求定）間隔為標準創建若干個平行基準平面，并通過平面實體化功能分別獲取不同基準面位置的蝸桿截面；

（3）將蝸輪范成原理進行數學公式上的等效；通過等效后的數學公式將獲取的蝸桿截面按定值（具體數值按實際精度要求定）間隔進行陣列復制；

（4）在陣列的輪廓邊緣創建若干基準點；?

（5）通過草繪樣條曲線工具將基準點連接成齒廓曲線；

（6）使用曲線混合工具將若干齒廓曲線擬合成曲面；

（7）通過曲面實體化工具建立蝸輪齒槽；

（8）通過陣列復制工具將齒槽特征沿圓周方向復制，獲得完整的蝸輪仿真模型。

步驟（1）中，在通過蝸輪蝸桿配合參數計算出兩零件的空間位置時，選用總體笛卡爾坐標原點位置為蝸輪蝸桿嚙合的中間位置，蝸輪和蝸桿的相對位置通過裝配的中心距便可確定；其中中心距方程為：a=(mq+mZ₂)/2，式中，m為模數，?q為蝸桿直徑系數，Z₂為蝸輪齒數，a為中心距。

步驟（1）中，所述的在蝸輪蝸桿嚙合的中間位置創建一個一周的蝸桿齒模型不作為實體零件使用，只用作獲得不同位置的蝸桿截面輪廓。

步驟（2）中，獲取基準平面的數量按照模型精度要求決定，精度越高，基準平面的間隔越小；同時，保證在喉圓與頂圓交線處設置基準平面。

步驟（3）中，等效方法為，將蝸桿繞定軸轉動的運動方式等效為蝸桿沿定軸平移，將蝸輪繞定軸轉動等效為蝸輪不動，蝸桿繞蝸輪軸轉動。將蝸桿運動方式等效為蝸桿沿定軸平移的公式為s=mZ₂/2×θ×π/180，式中，θ為蝸桿繞蝸輪軸每次轉過的角度，s為蝸輪轉過θ角蝸桿沿自身軸線平移的距離。

步驟（3）中，陣列個數按精度要求自由選擇。

步驟（4）中，基準點放在陣列輪廓邊緣兩輪廓的交線上。

步驟（5）中，各個基準面處的輪廓曲線段數對應相等，在不影響分析結果的情況下對齒根處輪廓進行簡化，輪廓曲線的端點放置在蝸輪毛坯的外圓面上。

步驟（6）中，擬合曲線過程中要分批擬合，以頂圓與喉圓交線處輪廓曲線為分界線將擬合過程分為三步，使用合并工具將三個曲面合并成。

有益效果：與現有技術相比，本發明具有的主要優點包括：本發明將現代計算機輔助設計和傳統機械加工方法相結合，提供了一種蝸輪的三維實體模型建模方法。對于不同種類的蝸輪，根據其配對的蝸桿可得出不同基準面處的蝸桿截面，進而通過范成原理擬合出對應的嚙合曲線。該方法能適用于各種類型的蝸輪三維建模，簡單實用，且用范成法創建的齒槽輪廓足以滿足進一步分析的精度要求，能夠真實反映蝸輪輪齒面型面，能為各種復雜的蝸輪力學性能研究等方面的研究奠定良好的基礎。

附圖說明

圖1是在蝸輪蝸桿嚙合的中間位置創建一個一周的蝸桿齒模型示意圖；

圖2是獲取不同基準面位置的蝸桿截面示意圖；

圖3是通過等效后的數學公式將獲取的蝸桿截面按定值間隔進行陣列示意圖；

圖4是在陣列的輪廓邊緣創建若干基準點示意圖；