摘要：在Pro/E 環(huán)境下，以蝸輪蝸桿零件的三維建模為基礎(chǔ)，將變參設(shè)計(jì)巧妙融入到零件三維實(shí)體的創(chuàng)建過程中，通過生成的可視化變參對(duì)話框，實(shí)現(xiàn)蝸輪蝸桿的快速建模，在此基礎(chǔ)上，對(duì)快速建模的蝸蝸桿進(jìn)行了虛擬裝配和運(yùn)動(dòng)仿真。
    
1    蝸輪蝸桿參數(shù)化的工程意義
       蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)以傳動(dòng)比大和傳動(dòng)平穩(wěn)等眾多優(yōu)勢(shì)在各類機(jī)械設(shè)備的傳動(dòng)系統(tǒng)中被廣泛應(yīng)用，但是，由于蝸輪蝸桿零件形狀復(fù)雜，給設(shè)計(jì)、加工和裝配帶來了很大困難。因此，如果能夠借助計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的先進(jìn)技術(shù)，設(shè)計(jì)出參數(shù)化的蝸輪蝸桿，就可以避免產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程中的多次建模，提高產(chǎn)品設(shè)計(jì)的效率[1-2]。
        本篇文章以Pro/E 軟件為設(shè)計(jì)平臺(tái)，充分利用Pro/E 的參數(shù)化設(shè)計(jì)功能，在蝸輪蝸桿三維建模的過程中，通過條件語句來實(shí)現(xiàn)蝸輪蝸桿三維實(shí)體的參數(shù)化。設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)人員只需輸入蝸輪蝸桿的相關(guān)特征參數(shù)，即可生成所需三維實(shí)體模型，并在此基礎(chǔ)上，對(duì)蝸輪蝸桿進(jìn)行虛擬裝配和運(yùn)動(dòng)仿真，此方法對(duì)于今后蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)與制造水平的提高，擴(kuò)大蝸輪蝸桿傳動(dòng)裝置的應(yīng)用范圍，創(chuàng)新產(chǎn)品虛擬制造技術(shù)具有重大意義。

2   蝸輪參數(shù)化設(shè)計(jì)的基本原理
2.1 基本思路
      蝸輪零件進(jìn)行三維實(shí)體參數(shù)化設(shè)計(jì)的基本思路是：擬定可變參數(shù)，根據(jù)初設(shè)條件進(jìn)行相關(guān)幾何參數(shù)的計(jì)算，在編輯器中設(shè)定各參數(shù)并加入部分關(guān)系式，在生成蝸輪毛坯中加入變參，利用“方程式”生成輪齒中加入變參。最后，對(duì)設(shè)計(jì)好的蝸輪三維實(shí)體設(shè)定條件進(jìn)行變參。如果蝸輪能按照輸入的條件變參，說明設(shè)計(jì)成功；否則，說明設(shè)計(jì)有問題。蝸輪三維實(shí)體參數(shù)化設(shè)計(jì)流程見圖1 所示。
                                          
2.2 設(shè)計(jì)過程
      ①本設(shè)計(jì)擬對(duì)特性系數(shù)蝸輪齒數(shù)、壓力角、蝸輪寬度等參數(shù)進(jìn)行變參設(shè)計(jì)。
      ②繪制實(shí)現(xiàn)齒頂圓、齒根圓、分度圓的基準(zhǔn)曲線
      ③輸入已建立的漸開線曲線的參數(shù)方程
           r=D5/2
           theta=t*45
           x=r*cos（theta）+r*sin（theta）*theta*pi/180
           y=r*sin（theta）-r*cos（theta）*theta*pi/180
           z=m*q/2
      ④利用Mirror 命令生成另一漸開線的基準(zhǔn)曲線，用草繪模式中的UseEdge 等選項(xiàng)最后生成單個(gè)齒槽基準(zhǔn)曲線。
      ⑤通過拉伸Cut 生成單個(gè)齒槽后，用Pallem 命令生成所有的輪齒
      ⑥完成蝸輪其它特征的創(chuàng)建因此，蝸輪整個(gè)參數(shù)化過程，通過以下程序來實(shí)現(xiàn)蝸輪各參數(shù)之間的約束關(guān)系。
                               RELATIONS
                              GAMMA=ATAN（Z1/Q）
                              BETA=GAMMA
                              ALPHA_T=ATAN（TAN（ALPHA）/COS（BETA））
                              S=PI*Z1*M
                              D0=M*Q/2
                              D1=M*（Q+Z2+2*X2）/2
                              D2=360（/ 4*Z2）-180*TAN（ALPHA_T）/PI+ALPHA_T
                              D3=M*Z2
                               ……
                              IF Z1<=1
                              D21=D20+2*M
                              ENDIF
                              IF Z1>1
                              IF Z1<=3
                              D21=D20+1.5*M
                              ENDIF
                              ENDIF
                              IF Z1>3
                             D21=D20+M
                       ……
                    P86=Z2-1
                   D137=360/（2*Z2）
                  END RELATIONS
        ⑦完成蝸輪的變參在如圖2 所示的對(duì)話框中對(duì)蝸輪進(jìn)行變參三維造型，其結(jié)果如圖3 所示。
                     

3   蝸桿參數(shù)化設(shè)計(jì)原理
      將蝸桿基圓漸開線方程、蝸桿的螺旋線方程輸?shù)絇ro/E 軟件的關(guān)系式中，創(chuàng)建輪齒、輸入Program 程序。具體流程同蝸輪參數(shù)化過程。在如圖4 所示的對(duì)話框?qū)ξ佪嗊M(jìn)行變參三維造型，其結(jié)果如圖5。
                    

4    蝸輪蝸桿的運(yùn)動(dòng)仿真
       按照?qǐng)D6 所示的流程，對(duì)蝸桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分析，其過程：設(shè)定機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)仿真的初始條件，然后對(duì)蝸輪蝸桿實(shí)施變參，將變參后的蝸輪蝸桿進(jìn)行組裝，組裝之后，進(jìn)入Pro/E 機(jī)構(gòu)模塊，進(jìn)行約束與快照的設(shè)置，然后再定義齒輪副、選取電動(dòng)機(jī)，完成之后，對(duì)機(jī)構(gòu)執(zhí)行運(yùn)動(dòng)仿真，如圖7 所示[5-6]。
                            
                        

5    結(jié)論
        在Pro/E 環(huán)境下，實(shí)現(xiàn)了蝸輪蝸桿三維實(shí)體的參數(shù)化設(shè)計(jì)，通過在可視化的變參對(duì)話框中輸入相關(guān)參數(shù)，便可實(shí)現(xiàn)蝸輪蝸桿三維實(shí)體的快速建模，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了蝸輪蝸桿的虛擬裝配和運(yùn)動(dòng)仿真，提高了蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的效率，為蝸輪蝸桿零件的有限元分析、數(shù)控仿真等工作奠定了基礎(chǔ)，通過進(jìn)一步的研究，可以開發(fā)出該機(jī)構(gòu)的虛擬設(shè)計(jì)、制造及仿真的平臺(tái)。