專利名稱：一種用于蝸輪的精確建模方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)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(huán)境下進行。
背景技術(shù)：
蝸輪蝸桿傳動是機械領(lǐng)域用于傳遞正交軸運動和動力最基礎(chǔ)的傳動方式之一，廣泛應(yīng)用于礦山、冶金、建筑和運輸?shù)雀鞣N機械設(shè)備。隨著計算機技術(shù)的高速發(fā)展，蝸輪的設(shè)計制造正在朝向由計算機輔助設(shè)計、制造、分析和測量方向發(fā)展。進行計算機輔助設(shè)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(chuàng)建齒形，這種方法存在很大的缺陷，創(chuàng)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(shù)學(xué)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(shù) 學(xué)模型，每對一個不同類型的蝸輪進行建模，都需要根據(jù)實際的具體要求，進行具體的三維造型，這就要求設(shè)計者具有很高的齒輪和軟件方面額專業(yè)知識，工作復(fù)雜繁瑣，不易掌握。因此迫切需要一種統(tǒng)一簡單的蝸輪三維建模方法。

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明目的針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)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(huán)境下進行。技術(shù)方案為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術(shù)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(shù)計算出兩零件的空間位置；在蝸輪蝸桿嚙合的中間位置創(chuàng)建一個一周的蝸桿齒模型；
(2)以定值(具體數(shù)值按實際精度要求定)間隔為標(biāo)準(zhǔn)創(chuàng)建若干個平行基準(zhǔn)平面，并通過平面實體化功能分別獲取不同基準(zhǔn)面位置的蝸桿截面；
(3)將蝸輪范成原理進行數(shù)學(xué)公式上的等效；通過等效后的數(shù)學(xué)公式將獲取的蝸桿截面按定值(具體數(shù)值按實際精度要求定)間隔進行陣列復(fù)制；
(4)在陣列的輪廓邊緣創(chuàng)建若干基準(zhǔn)點；
(5)通過草繪樣條曲線工具將基準(zhǔn)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(fù)制工具將齒槽特征沿圓周方向復(fù)制，獲得完整的蝸輪仿真模型。步驟(I)中，在通過蝸輪蝸桿配合參數(shù)計算出兩零件的空間位置時，選用總體笛卡爾坐標(biāo)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(shù)，q為蝸桿直徑系數(shù)，Z2為蝸輪齒數(shù)，a為中心距。
步驟(I)中，所述的在蝸輪蝸桿嚙合的中間位置創(chuàng)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(zhǔn)平面的數(shù)量按照模型精度要求決定，精度越高，基準(zhǔn)平面的間隔越小；同時，保證在喉圓與頂圓交線處設(shè)置基準(zhǔn)平面。步驟(3)中，等效方法為，將蝸桿繞定軸轉(zhuǎn)動的運動方式等效為蝸桿沿定軸平移，將蝸輪繞定軸轉(zhuǎn)動等效為蝸輪不動，蝸桿繞蝸輪軸轉(zhuǎn)動。將蝸桿運動方式等效為蝸桿沿定軸平移的公式為s=mZ2/2X θ X Ji/180,式中，Θ為蝸桿繞蝸輪軸每次轉(zhuǎn)過的角度，s為蝸輪轉(zhuǎn)過Θ角蝸桿沿自身軸線平移的距離。步驟(3)中，陣列個數(shù)按精度要求自由選擇。步驟(4)中，基準(zhǔn)點放在陣列輪廓邊緣兩輪廓的交線上。
步驟(5)中，各個基準(zhǔn)面處的輪廓曲線段數(shù)對應(yīng)相等，在不影響分析結(jié)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(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有的主要優(yōu)點包括本發(fā)明將現(xiàn)代計算機輔助設(shè)計和傳統(tǒng)機械加工方法相結(jié)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(jù)其配對的蝸桿可得出不同基準(zhǔn)面處的蝸桿截面，進而通過范成原理擬合出對應(yīng)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(chuàng)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(fù)雜的蝸輪力學(xué)性能研究等方面的研究奠定良好的基礎(chǔ)。


圖I是在蝸輪蝸桿嚙合的中間位置創(chuàng)建一個一周的蝸桿齒模型示意 圖2是獲取不同基準(zhǔn)面位置的蝸桿截面示意 圖3是通過等效后的數(shù)學(xué)公式將獲取的蝸桿截面按定值間隔進行陣列示意 圖4是在陣列的輪廓邊緣創(chuàng)建若干基準(zhǔn)點示意 圖5是通過草繪樣條曲線工具將基準(zhǔn)點連接成齒廓曲線示意 圖6是各個界面的齒廓曲線不意 圖7是使用曲線混合工具將若干齒廓曲線擬合成曲面示意 圖8是將三段分開的曲面合并成一個曲面示意 圖9是通過曲面實體化工具建立蝸輪齒槽示意 圖10是陣列工具將齒槽特征沿圓周方向復(fù)制示意圖。
具體實施例方式下面結(jié)合具體實施例進一步闡明本發(fā)明，本實施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進行實施，應(yīng)理解這些方式僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。以下實施例的建模方法在pro/E環(huán)境下進行。實施例I
一種用于蝸輪的精確建模方法，它包括的步驟有(I)在通過蝸輪蝸桿配合參數(shù)計算出兩零件的空間位置時，選用總體笛卡爾坐標(biāo)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，然后在蝸輪蝸桿嚙合的中間位置創(chuàng)建一個一周的蝸桿齒模型，其中，中心距方程為a=(mq+mZ2)/2,以取m=2, Z2=35, Z1=I的ZA蝸桿為例進行建模,如圖I所示圖形;式中，m為模數(shù)，q為蝸桿直徑系數(shù)，Z2為蝸輪齒數(shù)，a為中心距，Z1為蝸桿頭數(shù)。該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。(2)在零件環(huán)境下以步驟(I)為基礎(chǔ)，以定值(具體數(shù)值按實際精度要求定)間隔創(chuàng)建若干個平行基準(zhǔn)平面，并通過平面實體化功能分別獲取不同基準(zhǔn)面位置的蝸桿截面，如圖2所示。獲取基準(zhǔn)平面的數(shù)量按照模型精度要求決定，精度越高，基準(zhǔn)平面的間隔越??；同時，保證在喉圓與頂圓交線處設(shè)置基準(zhǔn)平面。(3)在零件環(huán)境下以步驟(2)為基礎(chǔ)，根據(jù)等效后的數(shù)學(xué)公式將獲取的蝸桿截面按定值(具體數(shù)值按實際精度要求定)間隔進行陣列，如圖3所示。等效方法為，將蝸桿繞定 軸轉(zhuǎn)動的運動方式等效為蝸桿沿定軸平移，將蝸輪繞定軸轉(zhuǎn)動等效為蝸輪不動，蝸桿繞蝸輪軸轉(zhuǎn)動。將蝸桿運動方式等效為蝸桿沿定軸平移的公式為s=mZ2/2X θ X π/180，式中，Θ為蝸桿繞蝸輪軸每次轉(zhuǎn)過的角度，s為蝸桿沿自身軸線每次平移的距離。( 4)在零件環(huán)境下以步驟(3 )為基礎(chǔ)在陣列的輪廓邊緣創(chuàng)建若干基準(zhǔn)點，基準(zhǔn)點的數(shù)目按所需精度而定，如圖4所示。陣列個數(shù)按精度要求自由選擇?；鶞?zhǔn)點放在陣列輪廓邊緣兩輪廓的交線上。(5)在零件環(huán)境下以步驟(4)為基礎(chǔ)，通過草繪樣條曲線工具將基準(zhǔn)點連接成齒廓曲線。各個基準(zhǔn)面處的輪廓曲線段數(shù)對應(yīng)相等，在不影響分析結(jié)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，如圖5所示。獲取各個基準(zhǔn)面上的齒廓曲線，如圖6所示。(6)在零件環(huán)境下以步驟(5)為基礎(chǔ)，使用曲線混合工具將若干齒廓曲線擬合成曲面，擬合時分三步進行，以喉圓與頂圓的交線為分界線將曲線分別擬合成3個曲面，如圖7、8所示。(7)在零件環(huán)境下以步驟(6)為基礎(chǔ)，通過曲面實體化工具建立單個蝸輪齒槽，如圖9所示。(8)在零件環(huán)境下以步驟(7)為基礎(chǔ)，通過陣列工具將齒槽特征沿圓周方向復(fù)制，獲得完整的蝸輪仿真模型，如圖10所示。
權(quán)利要求
1.一種用于蝸輪的精確建模方法，其特征在于，包括以下步驟(1)通過蝸輪蝸桿配合參數(shù)計算出兩零件的空間位置；在蝸輪蝸桿嚙合的中間位置創(chuàng)建一個一周的蝸桿齒模型；(2)以定值間隔為標(biāo)準(zhǔn)創(chuàng)建若干個平行基準(zhǔn)平面，并通過平面實體化功能分別獲取不同基準(zhǔn)面位置的蝸桿截面；(3)將蝸輪范成原理進行數(shù)學(xué)公式上的等效；通過等效后的數(shù)學(xué)公式將獲取的蝸桿截面按定值間隔進行陣列復(fù)制；(4)在陣列的輪廓邊緣創(chuàng)建若干基準(zhǔn)點；(5)通過草繪樣條曲線工具將基準(zhǔn)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(fù)制工具將齒槽特征沿圓周方向復(fù)制，獲得完整的蝸輪仿真模型。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的用于蝸輪的精確建模方法，其特征在于步驟(I)中，在通過蝸輪蝸桿配合參數(shù)計算出兩零件的空間位置時，選用總體笛卡爾坐標(biāo)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 3=(11^+11122)/2,式中，111為模數(shù)，q為蝸桿直徑系數(shù)，Z2為蝸輪齒數(shù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的用于蝸輪的精確建模方法，其特征在于步驟(2)中，獲取基準(zhǔn)平面的數(shù)量按照模型精度要求決定，精度越高，基準(zhǔn)平面的間隔越??；同時，保證在喉圓與頂圓交線處設(shè)置基準(zhǔn)平面。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的用于蝸輪的精確建模方法，其特征在于步驟(3)中，等效方法為，將蝸桿繞定軸轉(zhuǎn)動的運動方式等效為蝸桿沿定軸平移，將蝸輪繞定軸轉(zhuǎn)動等效為蝸輪不動，蝸桿繞蝸輪軸轉(zhuǎn)動；其中，將蝸桿運動方式等效為蝸桿沿定軸平移的公式為 s=mZ2/2X θ X Ji/180，式中，Θ為蝸桿繞蝸輪軸每次轉(zhuǎn)過的角度，s為蝸桿沿自身軸線每次平移的距離。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的用于蝸輪的精確建模方法，其特征在于步驟(4)中，基準(zhǔn)點放在陣列輪廓邊緣兩輪廓的交線上。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種用于蝸輪的精確建模方法，其特征在于步驟(5)中， 各個基準(zhǔn)面處的輪廓曲線段數(shù)對應(yīng)相等，在不影響分析結(jié)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。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的用于蝸輪的精確建模方法，其特征在于步驟(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。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于蝸輪的精確建模方法，包括(1)計算出兩零件的空間位置，在中間位置創(chuàng)建一周蝸桿齒模型；(2)以定值間隔為標(biāo)準(zhǔn)創(chuàng)建若干個平行基準(zhǔn)平面，并通過平面實體化功能分別獲取不同基準(zhǔn)面位置的蝸桿截面；(3)將獲取的蝸桿截面按定值間隔進行陣列復(fù)制；(4)在陣列的輪廓邊緣創(chuàng)建若干基準(zhǔn)點；(5)通過草繪樣條曲線工具將基準(zhǔn)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(fù)制工具將齒槽特征沿圓周方向復(fù)制，獲得完整的蝸輪仿真模型。該建模方法在pro/E環(huán)境下進行，能適用于各種類型的蝸輪三維建模，簡單實用，能夠真實反映蝸輪輪齒面型面。
文檔編號G06T17/00GK102930105SQ20121044329
公開日2013年2月13日 申請日期2012年11月8日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月8日
發(fā)明者李長生, 孫建榮, 郭志成, 范有志, 錢周 申請人:鎮(zhèn)江中孚復(fù)合材料有限公司