1、. . 裝訂線. . . 山東農(nóng)業(yè)大學畢 業(yè) 論 文基于基于 Pro/E 的蝸輪蝸桿參數(shù)化建模及運動仿真分析的蝸輪蝸桿參數(shù)化建模及運動仿真分析 院 部 機械與電子工程學院 專業(yè)班級 機械電子工程專業(yè) 屆 次 2013 屆 學生姓名 馮海明 學 號 20091192 指導教師 張開興 老師 二 O 一三 年 六 月 十 日目錄摘要.31 緒論.51.1 課題研究意義.51.2 課題研究 CAD 發(fā)展概述.51.2.1CAD 技術發(fā)展歷程 .51.2.2CAD 的發(fā)展趨勢 .61.3 本課題研究的內(nèi)容.72 蝸輪蝸桿參數(shù)化設計基礎.72.1 蝸桿傳動機構簡介及類型.72.2 圓柱蝸桿傳動的主要參數(shù)

2、和幾何尺寸.82.3 參數(shù)化特征造型技術簡介.93 基于 PRO/E 的蝸輪參數(shù)化建模 .103.1 PRO/E 的參數(shù)化建模簡介.103.2 蝸桿的參數(shù)化建模.123.2.1 零件分析.123.2.2 創(chuàng)建蝸桿.133.3 蝸輪的參數(shù)化建模.193.3.1 零件分析.193.3.2 蝸輪的參數(shù)化建模.204 蝸輪傳動機構的運動仿真.304.1PRO/E 運動仿真簡介.304.2PRO/E 平臺機構運動仿真的步驟.304.3 蝸輪蝸桿機構運動仿真的具體步驟.314.3.1 蝸輪蝸桿機構的虛擬裝配.314.3.2 蝸輪蝸桿機構的運動仿真.325 總結.33參考文獻.34致謝.34Contents

3、Abstract.41Introduction.51.1 The significance of this research .51.2 Development of research on CAD project.51.2.1 CAD technology development.51.2.2 The development trend of CAD.61.3 The contents of this research project .72 Basic worm gear parametric design.72.1 Introduction and type of worm gear .

4、72.2 The main parameters and geometric dimensions of a cylindrical worm drive.82.3 The parametric feature modeling technology.93 Modeling of worm gear parameters based on PRO/E.103.1 Parametric modeling of Pro/E .103.2 Parametric modeling of worm .123.2.1 Part analysis .123.2.2 Create a worm.133.3 P

5、arametric modeling of worm gear .193.3.1 Part analysis .193.3.2 Parametric modeling of worm gear.204 Motion simulation of worm gear transmission mechanism.304.1 Introduction the Pro/E motion simulation .304.2 Exercise Pro/E platform simulation steps.304.3 The specific steps of mechanism movement sim

6、ulation of worm gear worm.314.3.1 The virtual assembly of the worm gear.314.3.2 Motion simulation of worm gear.325 Summary.33Reference documentation.34Convey thanks.34基于基于 Pro/EPro/E 的蝸輪蝸桿參數(shù)化建模及運動仿真分析的蝸輪蝸桿參數(shù)化建模及運動仿真分析馮海明（山東農(nóng)業(yè)大學 機械與電子工程學院 泰安 271018）摘要：蝸桿傳動是最重要的齒輪傳動之一，它由蝸桿和蝸輪組成，主要用于傳遞交錯軸之間的回轉(zhuǎn)運動和動力，通常兩

7、軸交錯角為 90。傳動中一般蝸桿是主動件，蝸輪是從動件。由于蝸桿傳動具有傳動比大、結構緊湊、傳動平穩(wěn)和噪聲較小等優(yōu)點，廣泛應用于各種機器和儀器中。但是蝸輪蝸桿的齒面屬于復雜造型，利用 Pro/E 強大的參數(shù)化設計等功能可以保證齒形的精確性。同時通過機構的運動仿真，動態(tài)觀看運動仿真的嚙齒和運動情況，測試機構的有關運動性能的參數(shù)，有利于機構優(yōu)化和提高設計效率。關鍵詞：Pro/E 蝸輪蝸桿 參數(shù)化設計 運動仿真Based on Pro/E of the worm gear and worm of parameterized modeling and motion simulation analysi

8、sHaiming Feng(Mechanical & Electrical Engineering College of Shandong Agricultural University, Taian, Shandong 271018)Abstract the worm drive is one of the most important gear transmission, It is made up of worm and worm gear，Mainly used for transfer between crisscross axis rotary motion and pow

9、er, Usually two axial stagger Angle is 90 . General worm is active in transmission, worm gear is a follower. Because of worm drive with large transmission ratio, compact structure, smooth transmission and less noise, etc, are widely used in various kinds of machines and equipment. But the worm and w

10、orm wheel tooth surface belongs to complex modeling, using Pro/E is a powerful function such as parametric design can guarantee accuracy of tooth profile. At the same time, through the mechanism motion simulation, dynamic watch movement simulation of rodents and movement, on sports performance param

11、eters of the test facility, to optimize and improve the design efficiency.Keywords: Pro/E ；worm gear and worm； parametric design； movement simulation1 緒論緒論1.1 課題研究意義課題研究意義蝸桿蝸輪傳動中，蝸桿推動蝸輪實現(xiàn)減速、增扭的定速比傳動。由于蝸桿外行曲面比較復雜，無法用機械制圖的方法精確描述其曲面形狀，因此在產(chǎn)品開發(fā)設計中，通常由設計人員根據(jù)經(jīng)驗確定。應用傳統(tǒng)方法對其繪制時，不僅過程繁瑣、效率低，而且在產(chǎn)品的開發(fā)設計中存在著一定的自由性

12、，加工出的產(chǎn)品經(jīng)常會存在各種缺陷，不能滿足實際應用的要求。隨著 CAD 和優(yōu)化設計技術的發(fā)展，應用先進的虛擬制造技術，可以達到精確的造型和可靠地質(zhì)量。針對蝸桿類零件曲面形成的特點，若能利用計算機對蝸輪蝸桿機構進行輔助設計，對蝸輪蝸桿本體進行輔助制造，就成為當前蝸輪蝸桿機構研究的主要趨勢，所以，采用 CAD 軟件，優(yōu)化蝸輪蝸桿的設計參數(shù)、并對其進行虛擬裝配和運動仿真，不僅能更直觀的描述產(chǎn)品，而且在產(chǎn)品設計階段對產(chǎn)品的缺陷、相關零件的裝配關系、空間干涉等情況進行分析與檢驗，從而有效提高設計的效率，縮短產(chǎn)品的設計周期。本文正是針對蝸輪蝸桿零件進行參數(shù)化設計、虛擬裝配和運動仿真的研究，希望可以為空間復

13、雜構件的參數(shù)化設計、虛擬裝配和運動仿真提供一般性的研究方法。1.2 課題研究課題研究 CAD 發(fā)展概述發(fā)展概述CAD 是計算機輔助設計(Computer Aided Design)的簡稱，是工程技術人員以計算機為工具，用自己的專業(yè)知識對產(chǎn)品或工程進行總體設計、繪圖、分析和編寫技術文檔等設計活動的總稱。它以提高產(chǎn)品設計質(zhì)量、縮短產(chǎn)品開發(fā)周期、降低產(chǎn)品成本為主要目的。CAD 技術是 20 世紀全球高科技領域杰出的工程技術之一，是跨世紀的國家關鍵技術。CAD 技術的發(fā)展與應用水平已成為衡量一個國家工業(yè)現(xiàn)代化的重要標志。1.2.1CAD 技術發(fā)展歷程技術發(fā)展歷程CAD 技術起步于 20 世紀 50 年

14、代，1950 年美國麻省理工學院研制出可以顯示簡單圖形的圖形設備“旋風 1 號” ，50 年代末美國 Gerber 公司研制出平板繪圖儀，Calcomp 公司研制出滾筒式繪圖儀，這些研究成果為 CAD 技術的發(fā)展提供了最基本的物質(zhì)基礎，整個 50 年代 CAD 技術還剛剛萌芽，只是處于被動式的圖形處理階段。進入 60 年代，CAD 技術開始蓬勃發(fā)展起來，1962 年麻省理工學院的 Sutherland 發(fā)表的博士論文SKETCHPAD一種人機對話系統(tǒng) ，為 CAD 技術的發(fā)展和應用打下了理論基礎，1966 年出現(xiàn)了第一臺實用的圖形顯示裝置，同一時期還出現(xiàn)了許多商品化的 CAD 設備，如美國 I

15、BM 公司推出的商品化計算機繪圖設備等。從 70 年初期開始，CAD 進入了早期實用階段，1970 年美國 Applicon 公司第一個推出完整的 CAD 系統(tǒng)，隨著各種廉價的圖形輸入設備的相繼問世，CAD 逐步走進中小企業(yè)。從 80 年代至今，CAD 技術的發(fā)展突飛猛進，一方面小型機及微型機的性能不斷提高，價格不斷下跌，諸如大型數(shù)字化儀、自動繪圖機等計算機外圍設備己經(jīng)成為 CAD 的一般配置,為推動 CAD 技術向更高水平發(fā)展提供了必要的條件，另一方面，基于小型機和微機的軟件技術也迅速提高，大量成熟的商品化軟件不斷涌現(xiàn)，又促進了 CAD技術的發(fā)展，CAD 技術得到了越來越廣泛的應用。目前，流

16、行的 CAD 技術基礎理論主要是以 PRO/E 為代表的參數(shù)化造型理論和以 SDRC / I-DEAS 為代表的變量化造型理論兩大流派，它們都屬于基于約束的實體造型技術。國內(nèi)對 CAD 技術的研究，開始于 20 世紀 70 年代初期，研究工作主要集中在高等學校和科研院所，研究內(nèi)容主要是計算機輔助幾何設計和計算機輔助繪圖進入 80 年代以后，我國的 CAD 技術的研究得到了較快的發(fā)展，在二維交互繪圖系統(tǒng)、三維造型和幾何設計、有限元分析、數(shù)控編程等方面都取得了很多成果，不少自主版權的軟件己經(jīng)在國內(nèi)行業(yè)中得到推廣應用。但從總體上來說，我國的 CAD 軟件，無論是從產(chǎn)品開發(fā)水平方面，還是從商品化、市場

17、化程度方面，都與發(fā)達國家存在著不小的差趾，主流的 CAD 軟件基本上都是國外產(chǎn)品。1.2.2CAD 的發(fā)展趨勢的發(fā)展趨勢隨著 CAD 技術的不斷研究、開發(fā)與廣泛應用，對 CAD 技術提出越來越高的要求，因此 CAD 從本身技術的發(fā)展來看，其發(fā)展趨勢是參數(shù)化、三維化、智能化、網(wǎng)絡化、集成化和標準化日。具體表現(xiàn)為:1.參數(shù)化參數(shù)化既能為用戶提供設計對象直觀、準確的反饋，又能隨時對設計對象加以修改，同時減少設計中的疏忽，從而在很大程度上提高機械設計的效率。參數(shù)化是實現(xiàn)機械設計自動化的前提和基礎。2.智能化現(xiàn)有的計算機輔助設計系統(tǒng)智能化程度越來越高，原來繁瑣的操作逐漸被計算機的智能化處理所替代。將人工

18、智能引入 CAD 系統(tǒng)，使其具有專家的經(jīng)驗和知識，具有學習、推理、聯(lián)想和判斷的能力，以及智能化的視覺、聽覺和語言的處理能力，從而達到設計自動化的目的。3.三維化隨著三維圖形技術的發(fā)展，在計算機內(nèi)部建立相應的三維實體模型能夠更直觀、更全面地反映設計意圖，并且在三維模型的基礎上可以方便地進行虛擬裝配、干涉檢查、有限元分析和運動分析等應用。4.集成化集成化就是向企業(yè)提供一體化的解決方案，其出發(fā)點是企業(yè)各個環(huán)節(jié)是不可分割的，必須統(tǒng)一考慮。計算機輔助設計所產(chǎn)生的三維模型將最大限度地被后續(xù)的分析、加工、工藝和仿真所利用。5.網(wǎng)絡化網(wǎng)絡化可以充分發(fā)揮系統(tǒng)的總體優(yōu)勢，共享昂貴的設備，節(jié)省投資。不同設計人員可以

19、在網(wǎng)絡上方便地交換設計數(shù)據(jù)。6.標準化隨著 CAD 系統(tǒng)的集成化和網(wǎng)絡化，指定各種產(chǎn)品設計、評測和數(shù)據(jù)交換標準勢在必行，如建立符合 STEP 標準的全局產(chǎn)品數(shù)據(jù)模型等。1.3 課題研究的內(nèi)容課題研究的內(nèi)容課題主要包括以下研究內(nèi)容：(1)系統(tǒng)分析蝸輪蝸桿機構的結構。設計參數(shù)化特征造型技術、(2)分析了 Pro/E 平臺產(chǎn)品設計的基本思路，提出了蝸輪蝸桿的數(shù)學模型，通過基于 Pro/E 平臺的蝸輪蝸桿零件三維建模過程，歸納出蝸輪蝸桿零件三維實體建模時的基本思路和方法(3)利用所總結的蝸桿蝸輪零件三維實體建模的經(jīng)驗，以參數(shù)化設計思想作為指導，緊緊抓住蝸輪蝸桿零件三維建模這條主線，依托蝸輪蝸桿零件的數(shù)

20、學方程式，運用條件語句將變參設計融入到零件整體建模過程中。(4)設計初步條件，對設計完成的零件進行變參造型，進而進行虛擬裝配和運動仿真，針對運動仿真中出現(xiàn)的干涉問題提出行之有效的解決方案。2 蝸輪蝸桿參數(shù)化設計基礎蝸輪蝸桿參數(shù)化設計基礎2.1 蝸桿傳動機構簡介及類型蝸桿傳動機構簡介及類型蝸輪蝸桿傳動用于傳遞交錯軸間的回轉(zhuǎn)運動和動力，通常兩軸交錯角為 90。蝸桿類似于螺桿，有左旋和右旋之分，除特殊要求外，均采用右旋蝸桿；蝸輪可以看成是一個具有凹形輪緣的斜齒輪，其齒面與蝸桿齒面相共軛。在蝸桿傳動中，一般以蝸桿為主動件按形狀的不同，蝸桿可分為：圓柱蝸桿傳動、環(huán)面蝸桿傳動和錐蝸桿傳動。圓柱蝸桿又可分：

21、（1）普通圓柱蝸桿：阿基米德蝸桿（ZA 蝸桿） ；漸開線蝸桿（ZI 蝸桿） ；法向直廓蝸桿（ZN 蝸桿） ；錐面包絡蝸桿（ZK 蝸桿）（2）圓弧圓柱蝸桿（ZC 蝸桿）2.2 圓柱蝸桿傳動的主要參數(shù)和幾何尺寸圓柱蝸桿傳動的主要參數(shù)和幾何尺寸中間平面：通過蝸桿軸線并與蝸輪軸線垂直的平面（蝸桿的軸面，蝸輪的端面） 。蝸桿、蝸輪的參數(shù)和尺寸大多在中間平面（主平面）內(nèi)確定。圓柱蝸桿傳動的主要參數(shù)：1.模數(shù) m 和壓力角 通過蝸桿軸線并垂直于蝸輪軸線的平面，稱為中間平面。由于蝸輪是用與蝸桿形狀相仿的滾刀，按范成原理切制輪齒，所以 ZA 蝸桿傳動中間平面內(nèi)蝸輪與蝸桿的嚙合就相當于漸開線齒輪與齒條的嚙合。蝸桿

22、傳動的設計計算都以中間平面的參數(shù)和幾何關系為準。它們正確嚙合條件是：蝸桿軸向模數(shù) ma1 和軸向壓力角 a1 應分別等于蝸輪端面模數(shù) mt2 和端面壓力角 t21。圓柱蝸桿傳動的幾何尺寸計算設計蝸桿傳動時，一般是先根據(jù)傳動的功用和傳動比的要求，選擇蝸桿頭數(shù) z1 和蝸輪齒數(shù) z2，然后再按強度計算確定中心距 a 和模數(shù) m，上述參數(shù)確定后，即可根據(jù)表 2-1 計算出蝸桿、蝸輪的幾何尺寸。名稱計算公式蝸桿 蝸輪蝸桿分度圓直徑，蝸輪分度圓直徑齒頂高齒根高蝸桿齒頂圓直徑，蝸輪喉圓直徑齒根圓直徑蝸桿軸向齒距，蝸輪端面齒距徑向間隙d1=mq d2=mz2ha=m ha=mhf=1.2m hf=1.2md

23、a1=m（q+2） da2=m（z2+2）df1=m（q-2.4） df2=m（z2-2.4）pa1=p12=px=mc=0.20m中心距a=0.5(d1+d2)=0.5m(q+z2)表表 2-1 圓柱蝸桿傳動的幾何尺寸計算圓柱蝸桿傳動的幾何尺寸計算2.3 參數(shù)化特征造型技術簡介參數(shù)化特征造型技術簡介參數(shù)化設計(Parametric Design)，也稱為尺寸驅(qū)動(Dimension-Driven)，是通過改動圖形的某一部分或某幾部分的尺寸，或者修改已經(jīng)定義好的參數(shù)。自動完成對圖形中相關部分的改動，從而實現(xiàn)對圖形的驅(qū)動。參數(shù)化設計是 CAD 技術在實際應用中提出的課題。機械設計是一個創(chuàng)造性的活

24、動，是一個反復修改、不斷完善的過程。同時，對很多企業(yè)，設計工作往往是變型或系列化設計，新的設計經(jīng)常用到己有的設計結果。據(jù)不完全統(tǒng)計，零件的結構要素 90%以上是通用或標準化的，零件有 70%-80%是相似的。在參數(shù)化設計技術出現(xiàn)以前，傳統(tǒng)的 CAD 使用的方法是先繪制精確圖形，再從中抽象幾何關系，設計只存儲最后的結果，而不關心設計的過程。這種設計系統(tǒng)不支持初步設計過程，缺乏變參數(shù)設計功能，不能很好地自動處理對己有圖形的修改，不能有效地支持變化、系列化設計，從而使得設計周期長、設計費用高、設計中存在大量重復勞動，嚴重影響了設計的效率，無法滿足市場需求。在這種情況下參數(shù)化設計方法應運而生。參數(shù)化設

25、計以約束造型為核心、以尺一寸驅(qū)動為特征。在參數(shù)化設計中采用參數(shù)化模型，設計者可以通過調(diào)整參數(shù)來修改和控制幾何形狀，實現(xiàn)產(chǎn)品的精確造型，而不必在設計時專注主于產(chǎn)品的具體尺寸;參數(shù)化設計方法存儲了設計的全過程，能設計出一系列而不是單一的產(chǎn)品模型;對己有設計的修改，只需變動相應的參數(shù)，而無需運行產(chǎn)品設計的全過程。與傳統(tǒng)的自由約束的設計方法相比，參數(shù)化設計更符合工程設計的習慣，因此極大地提高了設計效率，縮短了設計周期，減少了設計過程中信息的存儲量，降低了設計費用，從而增強了產(chǎn)品的市場競爭力。參數(shù)化技術經(jīng)過十多年來的發(fā)展，己經(jīng)成為 CAD 技術的重要分支，也成為 CAD 技術研究和產(chǎn)品開發(fā)的熱點，參數(shù)化

26、技術正處于不斷發(fā)展之中。現(xiàn)代主流 CAD 軟件，如 PRO/E, solid works, UG 等都實現(xiàn)了參數(shù)化。蝸輪及蝸桿機構常被用于兩軸交錯、傳動比大、傳動功率不大或間歇工作的場合。蝸輪蝸桿的機構特點：1.可以得到很大的傳動比，比交錯軸斜齒輪機構緊湊。2.兩輪嚙合齒面間為線接觸，其承載能力大大高于交錯軸斜齒輪機構。3.蝸桿傳動相當于螺旋傳動，為多齒嚙合傳動，故傳動平穩(wěn)、噪音很小。4.具有自鎖性。當蝸桿的導程角小于嚙合輪齒間的當量摩擦角時，機構具有自鎖性，可實現(xiàn)反向自鎖，即只能由蝸桿帶動蝸輪，而不能由蝸輪帶動蝸桿。如在起重機械中使用的自鎖蝸桿機構，其反向自鎖性可起安全保護作用。5.傳動效率

27、較低，磨損較嚴重。蝸輪蝸桿嚙合傳動時，嚙合輪齒間的相對滑動速度大，故摩擦損耗大、效率低。另一方面，相對滑動速度大使齒面磨損嚴重、發(fā)熱嚴重，為了散熱和減小磨損，常采用價格較為昂貴的減摩性與抗磨性較好的材料及良好的潤滑裝置，因而成本較高。6.蝸桿軸向力較大。為了保證蝸輪齒面的精確性，以 Pro/E 為平臺對蝸輪蝸桿進行參數(shù)化建模設計及運動仿真分析。3 基于基于 Pro/E 的蝸輪蝸桿參數(shù)化建模的蝸輪蝸桿參數(shù)化建模3.1 Pro/E 的參數(shù)化建模簡介的參數(shù)化建模簡介 參數(shù)化設計方法使設計者構造模型時可以集中于概念設計和整體設計，充分發(fā)揮創(chuàng)造性，提高設計效率。其主要思路如圖 3-1 所示，通過對產(chǎn)品建

28、模特征的解析，從特征中抽象出特征參數(shù)，再對特征參數(shù)進行分析，得到參數(shù)模型。根據(jù)模型信息建立參數(shù)間關聯(lián)與約束，并確定某些參數(shù)為設計變量，進而建立由設計變量驅(qū)動的零件族。零件分析建模策略參數(shù)建模零件特征參數(shù)特征創(chuàng)建特征設計變量設計驅(qū)動特征參數(shù)參數(shù)關系及約束建模更新 圖圖 3-13-1 建模流程圖建模流程圖參數(shù)化設計是 Pro/E 重點強調(diào)的設計理念。參數(shù)是參數(shù)化設計的核心概念，在一個模型中，參數(shù)是通過“尺寸”的形式來體現(xiàn)的。參數(shù)化設計的突出特點在于可以通過變更參數(shù)的方法來方便的修改設計意圖，從而修改設計意圖。關系式是參數(shù)化設計中的另外一項重要內(nèi)容，它體現(xiàn)了參數(shù)之間相互制約的“父子”關系。所以，首先

29、要了解 proe 中參數(shù)和關系的相關理論2。一、參數(shù)的含義參數(shù)有兩個含義：一是提供設計對象的附加信息，是參數(shù)化設計的重要要素之一。參數(shù)和模型一起存儲，參數(shù)可以標明不同模型的屬性。例如在一個“族表”中創(chuàng)建參數(shù)“成本”后，對于該族表的不同實例可以設置不同的值，以示區(qū)別；二是配合關系的使用來創(chuàng)建參數(shù)化模型，通過變更參數(shù)的數(shù)值來變更模型的形狀和大小。二、參數(shù)的設置 在零件模式下，單擊菜單“工具”參數(shù)，即可打開參數(shù)對話框，使用該對話框可添加或編輯一些參數(shù)。 1.參數(shù)的組成(1)名稱：參數(shù)的名稱和標識，用于區(qū)分不同的參數(shù)，是引用參數(shù)的依據(jù)。注意：用于關系的參數(shù)必須以字母開頭，不區(qū)分大小寫，參數(shù)名不能包含如

30、下非法字符：！、 ”、和#等。(2)類型：指定參數(shù)的類型a)整數(shù)：整型數(shù)據(jù) b)實數(shù)：實數(shù)型數(shù)據(jù) c)字符型：字符型數(shù)據(jù) d)是否：布爾型數(shù)據(jù)。(3)數(shù)值：為參數(shù)設置一個初始值，該值可以在隨后的設計中修改(4)指定：選中該復選框可以使參數(shù)在 PDM（Product Data Management，產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理）系統(tǒng)中可見(5)訪問：為參數(shù)設置訪問權限。a)完全：無限制的訪問權，用戶可以隨意訪問參數(shù) b)限制：具有限制權限的參數(shù) c)鎖定：鎖定的參數(shù)，這些參數(shù)不能隨意更改，通常由關系式確定。(6)源：指定參數(shù)的來源a)用戶定義的：用戶定義的參數(shù)，其值可以隨意修改 b)關系：由關系式驅(qū)動的參數(shù)，其

31、值不能隨意修改。(7)說明：關于參數(shù)含義和用途的注釋文字(8)受限制的：創(chuàng)建其值受限制的參數(shù)。創(chuàng)建受限制參數(shù)后，它們的定義存在于模型中而與參數(shù)文件無關。(9)單位：為參數(shù)指定單位，可以從其下的下拉列表框中選擇。2.增刪參數(shù)的屬性項目可以根據(jù)實際需要增加或刪除以上 9 項中除了“名稱”之外的其他屬性項目三、關系的概念關系是參數(shù)化設計的另一個重要因素。關系是使用者自定義的尺寸符號和參數(shù)之間的等式。關系捕獲特征之間、參數(shù)之間或組件之間的設計關系。可以這樣來理解，參數(shù)化模型建立好之后，參數(shù)的意義可以確定一系列的產(chǎn)品，通過更改參數(shù)即可生成不同尺寸的零件，而關系是確保在更改參數(shù)的過程中，該零件能滿足基本的

32、形狀要求。如參數(shù)化齒輪，可以更改模數(shù)、齒數(shù)從而生成同系列、不同尺寸的多個模型，而關系則滿足在更改參數(shù)的過程中齒輪不會變成其他的零件。四、關系式的組成關系式的組成主要有：尺寸符號、數(shù)字、參數(shù)、保留字、注釋等。符號類型系統(tǒng)會給每一個尺寸數(shù)值創(chuàng)建一個獨立的尺寸編號，在不同的模式下，被給定的編號也不同。3.2 蝸桿的參數(shù)化建模蝸桿的參數(shù)化建模3.2.1 零件分析零件分析 蝸桿是和蝸輪配合使用的一種重要傳動件，該傳動機構可以實現(xiàn)大的減速比，本例將以上面蝸輪的參數(shù)化設計過程為基礎，分析蝸桿的建模過程。蝸桿由輪齒、蝸桿主體特征等基本結構特征組成。蝸桿零件進行三維實體參數(shù)化設計的基本思路是：擬定可變參數(shù)，根據(jù)

33、出設條件進行相關的幾何參數(shù)的計算，初步確定參數(shù)值；在編輯器中設定各參數(shù)并加入部分關系式，在利用“方程式”生成螺旋體中加入變參；通過進一步添加關系式實現(xiàn)導程參數(shù)化；通過添加條件語句實現(xiàn)選項參數(shù)化；通過添加關系式在生成蝸桿實體中加入變參。最后，對設計好的蝸桿三維實體進行特征參數(shù)的修改。如果蝸桿能按照既定的條件變參的話，說明設計成功；否則，說明設計有問題，要認真查找原因，直至設計成功。蝸桿建模的具體操作步驟如下：（1） 蝸桿參數(shù)化設計的計算及創(chuàng)建新零件文件（2） 參數(shù)的輸入（3） 螺旋體的生成（4） 導程參數(shù)化（5） 實現(xiàn)多頭蝸桿（6） 創(chuàng)建蝸桿軸實體（7） 蝸桿的變參3.2.2 蝸桿的參數(shù)化建模蝸

34、桿的參數(shù)化建模1.蝸桿參數(shù)化設計的計算及創(chuàng)建新零件文件：本設計擬對蝸桿模數(shù)、蝸桿頭數(shù)、蝸輪齒數(shù)、蝸桿分度圓直徑、蝸桿旋向等參數(shù)實施變參設計，初定m=2.5，z1=1，z2=30，d1=28。文件新建 【輸入零件名稱:wogan,取消 使用缺省的選中記號，然后單擊確定按鈕】【選擇公制單位 mmns_part_solid 后單擊確定按鈕】【基準坐標系及基準面 RIGHT、TOP、FRONT 顯示在畫面上】2.參數(shù)的輸入【打開記事本，在工具/程序下的 INPUT 和 END INPUT 之間以及RELATION 和 END RELATION 之間添加輸入?yún)?shù)如下，然后存盤，并退出記事本】如圖 3-2

35、INPUTM NUMBER ;模數(shù)Z1 NUMBER ;蝸桿頭數(shù)Z2 NUMBER ;蝸輪齒數(shù)DIA1 NUMBER ;蝸桿分度圓直徑（標準 系列值） LEFT YES_NO ;旋向，YES 表示左旋， 否則為右旋END INPUT RELATIONSDIA2=M*Z2;蝸輪分度圓直徑L=(11+0.06*Z2)*M;蝸桿有效螺旋線長度END RELATIONS 圖圖 3-23-2 程序記事本對話框程序記事本對話框在根據(jù)信息窗口提示，各參數(shù)賦初值如下 M = 2.5；Z1 = 1；Z2 = 30；DIA1 = 28旋向暫不輸入，后期處理。各參數(shù)的建立和賦值結束。如圖 3-3 消息輸入對話框3-

36、3 消息輸入對話框消息輸入對話框3.生成螺旋體3在螺旋掃描對話框進行螺旋掃描特性的設置，完成之后，在輪廓創(chuàng)建畫面繪制輪廓直線。在工具/關系對話框中輸入 sd3=L；sd4=L/2；sd1=DIA1/2。隨后轉(zhuǎn)入導程設定，在導程設定窗口輸入 M*PI*Z1。在進入截面繪制畫面中繪制截面圖形。在工具/關系對話框中輸入 sd16=1.20*M；sd14=M；sd15=M*PI/2-2*M*TAN(20)，完成螺旋體的創(chuàng)建，創(chuàng)建后的螺旋體如圖 3-4 所示。圖圖 3-4 生成的螺旋體生成的螺旋體4.導程參數(shù)化上述造型過程中，各參數(shù)除導程外均已實現(xiàn)參數(shù)化，下面對導程實施參數(shù)化。【打開記事本，找到記錄掃描

37、螺旋實體的如下段落：伸出項：螺旋掃描主陣列尺寸：:其中 d33=7.85PITCH 為描述導程的參數(shù)】【在 RELATION 和 END RELATION 之間添加：d33=M*PI*Z1存盤退出在信息窗口輸入 z1 為 2 進行變參，變參結果如圖 3-5 所示。圖圖 3-5 變參后的螺旋體變參后的螺旋體5.實現(xiàn)多頭蝸桿首先創(chuàng)建回轉(zhuǎn)軸線，然后實施陣列結果如圖 3-6 所示。圖圖 3-6 陣列后的螺旋體陣列后的螺旋體在陣列完成后，在工具/關系對話框中輸入 p18=z1，然后打開記事本，找到記錄螺旋體陣列的如下段落：其中 d32=90 描述的是陣列角度，在 END ADD 在 RELATION 和

38、 ENGRELATION 之間添加 d32=360/z1，保存文件并退出。6.創(chuàng)建蝸桿軸實體點擊拉伸圖標 【在彈出的工具面板上點擊圖標，以設置減材料創(chuàng)建實體方式放置定義】【彈出草圖對話框，選擇繪圖平面:RIGHT 平面，參照平面：TOP，方向：LEFTSketch】【繪制如圖 3-7 所示的圓】圖圖 3-7 繪制草圖繪制草圖【工具/關系上述尺寸值將變?yōu)閰?shù)符號，彈出關系對話框，對照圖，參數(shù)符號 sd0 對應直徑，輸入 sd0= DIA1-1.25*2*MOK】【點擊圖標設定深度為：表示雙向?qū)ΨQ填入尺寸 100點擊圖標，完成的的特征如圖所示】【工具/關系尺寸值 100 將變?yōu)閰?shù)符號輸入d21=

39、L+40OK點擊圖標結果如圖 3-8 所示】圖圖 3-8 生成的蝸桿生成的蝸桿(7)蝸桿的變參如圖 3-9 所示的對話框中對創(chuàng)建的蝸桿進行變參，其結果如圖 3-10 和 3-11 所示圖圖 3-9 變參對話框變參對話框M=3.5;Z1=1;Z2=40;DIAI=35.5;LEFT=Y圖圖 3-10 變參蝸桿變參蝸桿M=6.3;Z1=2;Z2=40;DIAI=40;LEFT=N圖圖 3-11 變參蝸桿變參蝸桿3.3 蝸輪的參數(shù)化建模蝸輪的參數(shù)化建模3.3.1 零件分析零件分析蝸輪蝸桿機構常用來傳遞兩 90。軸之間的運動和動力。蝸輪與蝸桿在其中間平面內(nèi)相當于齒輪與齒條，蝸桿又與螺桿形狀相似。蝸輪蝸

40、桿機可以得到很大的傳動比，比交錯軸斜齒輪機構緊湊，兩輪嚙合齒面間為線接觸，其承載能力大大高于交錯軸斜齒輪機構，蝸桿傳動相當于螺旋傳動，為多齒嚙合傳動，故傳動平穩(wěn)、噪音很小、具有自鎖性。當蝸桿的導程角小于嚙合輪齒間的當量摩擦角時，機構具有自鎖性，可實現(xiàn)反向自鎖。因此將以上面齒輪的參數(shù)化設計過程為基礎，分析蝸輪的建模過程。蝸輪外形如圖 3-12 所示，由輪齒、蝸輪主體特征等基本結構特征組成。圖圖 3-12 蝸輪模型蝸輪模型蝸輪零件進行三維實體參數(shù)化設計的基本思路是：擬定可變參數(shù)，根據(jù)初設條件進行相關幾何參數(shù)的計算，在編輯器中設定各參數(shù)并加入部分關系式，在生成蝸輪毛坯中加入變參，利用“方程式”生成輪

41、齒中加入變參。最后，對設計好的蝸輪三維實體設定條件進行變參。如果蝸輪能按照既定的條件變參的話，說明設計成功；反之，說明設計有問題，要認真查找原因，直至設計成功。蝸輪建模的具體操作步驟如下：（1） 創(chuàng)建新的零件文件及相關參數(shù)的設定（2） 蝸輪輪坯的創(chuàng)建（3） 創(chuàng)建單個輪齒（4） 形成所有齒輪（5） 蝸輪的變參3.3.2 蝸輪的參數(shù)化建模蝸輪的參數(shù)化建模1. 創(chuàng)建新的零件文件4 File/New 【輸入零件名稱:wolun 取消 Use default template 的選中記號，然后單擊 OK 按鈕】【選擇公制單位 mmns_part_solid 后單擊按鈕】【基準坐標系及基準面、TOP、FR

42、ONT 顯示在畫面上】參數(shù)的輸入【打開記事本，在 INPUT 和 END INPUT 之間以及 RELATION 和 END RELATION 之間添加輸入?yún)?shù)如下，然后存盤，并退出記事本】如圖 3-13 所示INPUT M NUMBER ;模數(shù) Z1 NUMBER ;蝸桿頭數(shù) Z2 NUMBER ;蝸輪齒數(shù) DIA1 NUMBER ;蝸桿分度圓直徑（標準系列值） LEFT YES_NO ;旋向，YES 表示左旋，否則為右旋 B NUMBER ;蝸輪寬度 ZXKJ NUMBER ;中心孔徑END INPUTRELATIONSGAMMA=ATAN(Z1/Q)BETA=GAMMAALPHA_T=A

43、TAN(TAN(ALPHA)/COS(BETA)S=PI*Z1*MD0=M*Q/2D1=M*(Q+Z2+2*X2)/2D2=360/(4*Z2)-180*TAN(ALPHA_T)/PI+ALPHA_TD3=M*Z2D4=D3+2*MD5=D3*COS(ALPHA_T)D6=D3-2.4*MD8=ASIN(M*Q*TAN(BETA)/D5)D10=ASIN(M*Q*TAN(BETA)/D5)D12=2*D1D13=M*Q/2D16=360-BETAD20=D3+2*(1+X2)*MIF Z11IF Z13D21=D20+MENDIFD22=BD23=M*(Q-2)/2D26=MD42=0.38*

44、MD54=0.38*MD55=360/Z2D85=360/Z2P86=Z2-1D137=360/(2*Z2)END RELATIONS圖圖 3-13 程序記事本對話框程序記事本對話框 【EnterSelect All,根據(jù)信息窗口提示，各參數(shù)賦初值如下】如圖 3-14 圖圖 3-14 消息輸入窗口對話框消息輸入窗口對話框M=2.5Z1=1Z2=30DIA1=28LEFT=NOB=24ZXKJ=30至此，各參數(shù)的建立和賦值結束。 2. 創(chuàng)建蝸輪輪胚 點擊“創(chuàng)建回轉(zhuǎn)體”圖標。【默認彈出的工具面板各項設置PlacementDefine】【彈出 Sketch 對話框后，選擇繪圖平面：RIGHT，參照平

45、面：TOP，方向：LEFTSketch】【進入繪圖平面】【繪制如圖所示的截面圖形（尺寸及各種約束關系如圖） ，要注意圖中的兩條虛線均為基準參考線，其繪制方式為首先繪制出直線高亮顯示右鍵點擊空白處Construction 即可，其中水平虛線為蝸桿中心位置線，斜虛線是為了建立倒角線的基準】【實施參數(shù)化:Tools/Relations彈出Relations 對話框】【圖中各尺寸分別對應參數(shù)符號如圖 3-15】 圖圖 3-15 繪制草圖繪制草圖【在對話框中輸入：sd18=WLWJ/2sd20=ZXKJ/2sd17=Bsd14=Asd19=R2sd16=GAMA OK】 【連續(xù)點擊圖標，所形成的齒輪胚實

46、體如圖 3-16】圖圖 3-16 齒輪胚實體齒輪胚實體3. 創(chuàng)建單個輪齒(1)創(chuàng)建參考面點擊圖標【彈出參考面創(chuàng)建對話框點選基準面 FRONT在偏距欄內(nèi)填入 51.5，表示蝸輪蝸桿的中心距生成參考面 DTM1】【實施參數(shù)化：模型特征樹對應項呈高亮顯示右鍵單擊該項Edit圖中將顯示偏置距離51.5】【Tools/Relations上述尺寸值將變?yōu)閰?shù)符號，如圖 3-17，并彈出Relations 對話框，對應參數(shù)符號 d10 輸入：d10=AOK 結束】圖圖 3-17 創(chuàng)建參考面創(chuàng)建參考面(2)創(chuàng)建蝸桿坐標系點擊圖標。【彈出坐標系創(chuàng)建對話框按住 Ctrl 鍵，點選基準面TOP、RIGHT、DTM1

47、OK 生成坐標系 CS0】(3)創(chuàng)建蝸輪坐標系點擊圖標。【彈出坐標系創(chuàng)建對話框按住 Ctrl 鍵，點選基準面TOP、RIGHT、FRONT點選對話框中 Orientation 并設置各選項OK】（4）繪制線段 ad點擊“曲線繪制”圖標。【From EquationDone】【選擇剛創(chuàng)建的蝸輪坐標系 CS1】【選擇坐標類型為柱面坐標 Cylindrical】【進入方程編輯器。輸入曲線方程表達式如下，然后保存文件，退出編輯器】r=DF2/2+t*(DA2A/2-DF2/2) ALFAI=acos(DB/2/r)theta=(tan(ALFAI)*180/pi-ALFAI)z=0【點擊 OK，第一段

48、曲線完成，如圖 3-18 所示，其中 ALFAI 的表達式表示壓力角隨 r 從齒根變化到齒頂。 】 圖圖 3-18 繪制線段繪制線段 ad 和和 bc（5）繪制線段 bc點擊“曲線繪制”圖標。【From EquationDone】【選擇剛創(chuàng)建的蝸輪坐標系 CS1】【選擇坐標類型為柱面坐標 Cylindrical】【進入方程編輯器。輸入曲線方程表達式如下，然后保存文件，退出編輯器】r=DF2/2+t*(DA2A/2-DF2/2)ALFAI=acos(DB/2 /r)theta=-(tan(ALFAI)*180/pi-ALFAI)-（360/Z2-FAIF)z=0【點擊 OK，第二段曲線完成，如圖

49、 3-18】（6）繪制圖中線段點擊“草圖繪制”圖標，【出現(xiàn)草圖繪制對話框繪圖平面選 TOP，參考面選 RIGHT，定向平面選 RIGHT Sketch進入繪圖環(huán)境】【繪制兩段圓弧，注意必須通過已有曲線端點】【點擊圖標OK 結束】（7）繪制圖中螺旋線段【From EquationDone】【選擇蝸桿坐標系 CS0】【選擇坐標類型為直角坐標系 Cartesian】【進入方程編輯器。輸入曲線方程表達式如下，然后保存文件，退出編輯器】y=-t*z1*pi*m/4z=R1*cos(90*t)x=-R1*sin(90*t)（8）繪制圖中螺旋線段【From EquationDone】【選擇蝸桿坐標系 CS0

50、】【選擇坐標類型為直角坐標系 Cartesian】【進入方程編輯器。輸入曲線方程表達式如下，然后保存文件，退出編輯器】y=t*z1*pi*m/4z=R1*cos(90*t)x=-R1*sin(90*t)【點擊 OK，螺旋線完成，如圖 3-19】 圖圖 3-19 螺旋線的生成螺旋線的生成（9）切出第一段半齒槽點擊“變截面掃描”圖標。【點選圖標，表示要創(chuàng)建的是實體】【點選圖標，表示要去除材料】【點選圖標 Options選擇 Constant section，表示截面為恒定】【點選一段螺旋線,表示掃描軌跡線】【點選圖標，表示要創(chuàng)建掃描截面】【點選圖標，表示要利用已有線段創(chuàng)建截面】【依次點選各線段如圖

51、 3-20】圖圖 3-20 掃描軌跡線段掃描軌跡線段【連續(xù)點擊圖標，所形成的半齒槽如圖 3-21（左） 】（10）切出另一段半齒槽重復上述步驟，只是掃描軌跡選擇另一段螺旋線，可得另一段半齒槽，如圖 3-21（右） ，至此，單個齒槽切制完成。 圖圖 3-21 生成的齒槽生成的齒槽4.形成所有齒輪（1）創(chuàng)建回轉(zhuǎn)軸線創(chuàng)建回轉(zhuǎn)軸線。將模型特征樹中對應項移至所有特征之前。（2）兩段半齒槽合并成組按照 Ctrl 鍵，選模型特征樹中兩段齒槽的對應項，使其高亮顯示。【右鍵點擊選中項Group包含兩個齒槽的特征組形成，如圖 3-22】(3)陣列形成多齒點擊模型特征樹中齒槽組特征項，使其高亮顯示【點擊“陣列”圖標

52、】【在左上方選擇框中選擇軸】【在模型樹中點選基準軸特征顯示陣列數(shù)目為 4，角度為 90，方向如圖所示接受這些選項，點擊圖標，結束如圖 3-23】圖圖 3-22 合并成組合并成組圖圖 3-23 陣列輪齒陣列輪齒（4） 實施參數(shù)化【右鍵點擊模型樹中對應陣列的特征項 Pattern 1該特征項及各齒槽呈高亮顯示Edit圖中將顯示與陣列相關的一系列尺寸。【Tools/Relations上述尺寸值將變?yōu)閰?shù)符號，并彈出 Relations 對話框，對照圖，參數(shù)符號 p79 對應陣列數(shù)，d76 對應角度值，輸入 OK】【點擊圖標Current Values形成蝸輪，如圖 3-24】圖圖 3-24 生成的蝸

53、輪生成的蝸輪5.蝸輪的變參對蝸輪的變參如圖 3-25 所示圖圖 3-25 變參后的蝸輪變參后的蝸輪Q=10;M=2.5;Z2=31;Z1=1;ALPHA=20;B=22.5;X2=-0.54 蝸輪傳動機構的運動仿真蝸輪傳動機構的運動仿真4.1Pro/E 運動仿真簡介運動仿真簡介運動仿真是機構設計的一個重要內(nèi)容，通過仿真技術可以實現(xiàn)機構的設計與運動軌跡的校核。在 Pro/E 環(huán)境下進行機構的運動仿真分析。它不需要復雜的數(shù)學建模、也不需要復雜的計算機語言編程，而是以實體模型為基礎，集設計與運動分析于一體，實現(xiàn)了產(chǎn)品設計、分析的參數(shù)化和全相關，反映了機構的真實運動情況，運動仿真結果可以制成 AVI

54、動畫文件，觀看非常方便5。在 Pro/E 中進行機構仿真有兩種方法：一是 Mechanism（機構設計）功能，它可以通過用戶對各種不同運動副的連接設定，使機構按照實際的運動要求進行運動仿真；二是 Pro/MECHANICA MOTION 功能，該模塊是一個完整的三維實體，靜力學、運動學、動力學仿真與優(yōu)化設計工具，利用模塊可以快速創(chuàng)建機構虛擬模型并能方便的進行分析，從而改善機構設計，節(jié)省時間，降低成本。4.2Pro/E 平臺機構運動仿真的步驟平臺機構運動仿真的步驟在 Pro/E 軟件平臺的機構運動仿真時6，首先，在機構設計之前，必須繪制機構簡圖和零件草圖，進行初步的計算和尺寸設定；其次，根據(jù)計算結果，對相關零件進行三維實體造型設計；再次，在 Pro/E 的組裝模塊下，完成相關零件的組裝；最后，當建模和組裝成功后，在 pro/E 的機構分析模塊下設定初始條件、驅(qū)動條件載荷和狀態(tài)。如果機構設