基于ProE阿基米德蜗杆参数化设计

基于AutoCAD的阿基米德蜗杆参数化造型程序设计昂雪野;管莉娜;丁建梅【摘要】以AutoCAD为开发平台,以阿基米德蜗杆(ZA)为研究对象,利用AutoCAD所提供的绘图命令绘制出蜗杆毛坯和刀具实体,用坐标的平移、旋转和布尔运算命令模仿机床上工件和刀具之间的范成切削运动来创建蜗杆实体.并以Autolisp为开发工具,进行蜗杆的三维参数化造型程序设计.用户只需加载wlwg程序,输入模数、蜗杆头数等相关参数,便可自动快速地生成蜗杆三维实体模型,操作简单快捷,造型精度较高,大大缩短了产品的设计绘图周期,提高了设计效率.【期刊名称】《图学学报》【年(卷),期】2010(031)003【总页数】5页(P27-31)【关键词】计算机应用;三维建模;范成法;阿基米德蜗杆【作者】昂雪野;管莉娜;丁建梅【作者单位】大连民族学院土木建筑工程学院,辽宁,大连,116600;大连民族学院土木建筑工程学院,辽宁,大连,116600;哈尔滨工业大学机械工程学院,黑龙江,哈尔滨,150000【正文语种】中文【中图分类】TP391.72AutoCAD 以其功能强大、适用面广、操作简便而被各行各业广大的设计与绘图工作者所喜爱，使其成为目前国内外使用最为广泛的CAD软件。

AutoCAD 毕竟是一个通用的绘图软件，它所提供的三维实体绘图命令只有规则的基本体素单元：长方体，圆柱体、球体、圆环体、圆锥体、楔体以及拉伸体和旋转体等。

对于一些形状比较简单的实体零件，用户只要通过以上实体进行若干次交、并、差的集合运算即可生成。

但对于具有复杂空间曲面的三维实体造型则表现出了明显的不足，例如，机床上常用的各种齿轮、蜗轮蜗杆、凸轮曲面、螺栓的螺纹曲面等。

对于这类问题，用户可以使用随软件所提供的多种开发语言通过编程的方法来解决。

蜗杆传动以其传动比大、传动平稳以及在一定条件下具有可靠的自锁性等优点而在各类机械设备的传动系统中广泛应用。

目前蜗杆的三维造型大多数是基于Pro/E、SolidWorks、UG 等专业软件的，基于上述软件的蜗杆造型技术研究成果近年来已有报告[1-3]。

蜗轮蜗杆的创建蜗杆的创建：在PRO/E 中使用参数化创建蜗杆，具体操作步骤如下：1.创建新的零件文件：→【输入零件名称:wogan,取消Use default template 的选中记号，然后单击OK按钮】→【选择公制单位mmns_part_solid后单击ＯＫ按钮】→【基准坐标系ＰＲＴ＿ＣＳＹＳ＿ＤＥＦ及基准面RIGHT、TOP、FRONT显示在画面上】2.参数的输入Tools/Program…/Edit Design→【打开记事本，在INPUT和END INPUT 之间以及RELATION和END RELATION 之间添加输入参数如下，然后存盘，并退出记事本】INPUTM NUMBER ;模数Z1 NUMBER ;蜗杆头数Z2 NUMBER ;蜗轮齿数DIA1 NUMBER ;蜗杆分度圆直径（标准系列值）LEFT YES_NO ;旋向，YES表示左旋，否则为右旋END INPUTRELATIONSDIA2=M*Z2 ;蜗轮分度圆直径L=(11+0.06*Z2)*M ；蜗杆有效螺旋线长度END RELATIONS→【信息窗口出现“Do you want to incorporate your changes into the model：【YES】”，选择YES，以便输入参数值】→【Enter→Select All,根据信息窗口提示，各参数赋初值如下】M = 2.5Z1 = 1Z2 = 30DIA1 = 28旋向暂不输入，后期处理。

各参数的建立和赋值结束。

3.生成螺旋体Insert/Helical Swee.Protrusion…→【出现“螺旋扫描”对话框，接受属性子菜单中各默认选项，包括Constant(等导程)、ThruAxis(截面通过旋转轴线)、Right Handed(右旋) →Done】→【进入扫描廓型创建画面，绘制图7-2所示直线（尺寸如图），并绘制回转轴线】→【Tools/Relations→显示参数符号如图7-3所示，并出现Relationship对话框】→【在对话框内输入：sd3=L;sd4=L/2;sd1=DIA1/2→OK】→【单击图标，进入导程设定→在导程设定窗口输入导程值M*PI*Z1→点击图标】→【进入截面绘制画面，绘制图7-4所示截面图形（尺寸如图）】→【Tools/Relations→显示参数符号如图7-5所示，并出现Relations对话框】→【在对话框内输入：sd61=1.25*M;sd62=M;sd63=M*PI/2-2*M*tan(20) →OK】→【单击图标→OK，生成螺旋体如图所示，】4.导程参数化上述造型过程中，各参数除导程外均已实现参数化，下面对导程实施参数化。

目录摘要 (1)Abstract (2)0 文献综述 (3)0.1 本论文的背景及意义 (3)0.2 国外相关技术的发展与研究现状 (3)0.2.1 CAD技术的现状和发展概况 (3)0.2.2 参数化设计的现状和发展概况 (4)1 引言 (6)2 传动方案的分析 (6)3 电动机的选择 (7)3.1 工作参数 (7)3.2 电动机的选择 (7)3.2.1 电动机类型的选择 (7)3.2.2 确定电动机功率 (7)4 传动比的计算分配和运动动力参数计算 (9)4.1 计算总传动比 (9)4.2 分配传动装置各级传动比 (9)4.3 传动装置的运动和动力参数计算 (10)5 传动零件的设计和计算 (10)5.1 高速级斜齿轮传动的设计计算 (10)5.1.1 选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数等 (10)5.1.2 确定齿轮的许用应力 (11)5.1.3 按齿面接触疲劳强度设计 (11)5.1.4 按齿根弯曲疲劳强度校核 (13)5.1.5 斜齿轮几何尺寸的计算 (15)5.2 低速级蜗杆传动的设计计算 (16)5.2.1 选择蜗杆的传动类型 (16)5.2.2 选择材料 (16)5.2.3 按齿面接触疲劳强度设计 (16)5.2.4 按齿根弯曲疲劳强度校核 (18)5.2.5 验算效率 (19)5.2.6 精度等级和表面粗糙度的确定 (20)5.2.7 热平衡计算 (20)6 轴的设计计算和校核 (21)6.1 初步计算轴径 (21)6.2 轴的结构设计 (21)6.2.1 高速轴的结构设计 (21)6.2.2 中间轴的结构设计 (22)6.2.3 低速轴的结构设计 (24)6.3 轴的弯扭合成强度计算 (25)6.3.1 高速轴的弯扭合成强度计算 (26)6.3.2 中间轴的弯扭合成强度计算 (28)6.3.3 低速轴的弯扭合成强度计算 (30)7 轴承的寿命计算 (32)7.1 高速轴轴承的寿命计算 (33)7.2 中间轴轴承的寿命计算 (34)7.3 低速轴轴承的寿命计算 (35)8 键的选择和强度校核 (36)8.1 键的选择 (36)8.2 键的强度校核 (36)9 润滑及密封的选择 (38)9.1 润滑方式的选择 (38)9.2 密封方式的选择 (39)10 减速器主要部件的建模 (39)10.1 高速轴建模 (39)10.2 斜齿轮建模 (39)10.3 蜗杆轴建模 (39)10.4 蜗轮建模 (41)10.5 大端盖建模 (42)10.6 端盖建模 (43)10.7 箱体建模 (44)10.8 轴承建模 (44)11 减速器的装配仿真 (45)11.1 基于Pro/E的减速器装配仿真 (45)11.2 减速器的二维装配图 (48)12 减速器的运动仿真 (49)13 结束语 (53)参考文献 (54)致 (56)基于Pro/E的齿轮—蜗杆减速器设计摘要：减速器是在机械设备中比较常见且十分典型的一种机械传动装置，其目的是降低转速，增加转矩。

3.5 蜗轮的参数化建模3.5.1 零件分析蜗轮蜗杆机构常用来传递两90。

轴之间的运动和动力。

蜗轮与蜗杆在其中间平面内相当于齿轮与齿条，蜗杆又与螺杆形状相似。

蜗轮蜗杆机可以得到很大的传动比，比交错轴斜齿轮机构紧凑，两轮啮合齿面间为线接触，其承载能力大大高于交错轴斜齿轮机构，蜗杆传动相当于螺旋传动，为多齿啮合传动，故传动平稳、噪音很小、具有自锁性。

当蜗杆的导程角小于啮合轮齿间的当量摩擦角时，机构具有自锁性，可实现反向自锁。

本例将以上面齿轮的参数化设计过程为基础，分析蜗轮的建模过程。

蜗轮外形如图3-158所示，由轮齿、蜗轮主体特征等基本结构特征组成。

轮齿键槽主体图3-158 蜗轮参数化模型蜗轮建模的具体操作步骤如下：（1）添加蜗轮设计参数。

（2）添加蜗轮关系式。

（3）创建基准特征。

（4）创建蜗轮渐开线。

（5）创建扫描混合特征。

（6）创建复制阵列特征。

3.5.2 创建蜗轮（1）新建文件。

单击工具栏（新建）工具，或单击菜单“文件”→“新建”。

名称”栏中输入wolun，选择公制模板mmns-part-solid。

（2）添加蜗轮参数关系。

1）添加过程同斜齿轮。

选择菜单栏“工具/参数”命令，单击（添加）按钮，依次2）添加过程同斜齿轮，选择餐单栏“工具”→“关系”命令，添加蜗轮的关系式，上步创建的未知参数，可根据本步创建的关系得以运算。

完毕单击“确定”如图3-160所示。

最后在工具栏单击（3）创建蜗轮基准特征。

1）创建基准平面。

单击工具栏的（基准平面）工具，或选择“插入”→“模型基准”→“平面”创建基平面。

在工作区选择基准平面，“偏距”输入初始值12.5，单击“确定”，创建基准平面DTM1。

完毕注意添加关系式，选择菜单栏“工具/关系”命令，添加蜗轮的关系式，平移距离等于“=M*Q/2”，如图3-161所示。

图3-160 “关系”对话框 关系式2）创建基准平面DTM2。

创建过程同第一个基准平面，以TOP 基面为参照，用类似的方法将基准平面向DTM1同侧平移距离48.75mm ，创建基准平面DTM2，如图3-162，完毕注意添加关系式，选择菜单栏“工具/关系”命令，平移距离等于“=M*(Q+Z2+2*)/2”，如图）创建基准轴A1。

基于仿真加工法的阿基米德蜗轮三维建模尚振国，蔡卫国，谢忠东（大连海洋大学机械与动力工程学院，辽宁大连116023）摘要：给出了一种在SolidWorks中实现阿基米德蜗轮精确建模的方法。

采用沿轨迹扫描切除造型方法建立蜗轮滚刀三维模型，再通过VBA编程实现蜗轮滚刀和蜗轮毛坯间的范成运动，并进行布尔差运算来模拟蜗轮滚刀对蜗轮毛坯的切削过程，从而形成精确的蜗轮齿形。

关键词：阿基米德蜗杆传动；蜗轮滚刀；SolidWorks宏程序；布尔差运算中图分类号：TP391.7文献标志码：A文章编号：1002-2333（2018）01-0023-03 Three Dimensional Modeling of Archimedes Worm Gear Based on Simulation Machining MethodSHANG Zhenguo,悦粤陨Weiguo,XIE Zhongdong（School of Mechanical Engineering and Power,Dalian Ocean University,Dalian116023,China）Abstract院This paper presents a method to realize the precise modeling of Archimedes worm wheel in SolidWorks.The3D model of worm gear hob is established using the method of trajectory scanning and resection.Then the generating motion between the worm gear hob and worm gear blank is achieved by the VBA programming.The Boolean difference arithmetic is used to simulate the cutting process of worm gear hob.So an accurate worm gear is formed.Keywords:Archimedes worm drive；worm gear hob；SolidWorks macro program；Boolean difference operation0引言对于阿基米德蜗杆传动，蜗轮、蜗杆常用的三维建模方法是轨迹扫描法。

Proe如何画蜗轮蜗杆设计思路1.确定减速比i=Z2/Z1(本设计Z1=2,Z1=40)=40/2=20 . 22.选定模数-确定蜗杆直径系数和蜗杆尺寸 (3)3.计算中心距 (5)4.涡轮尺寸表 (6)5蜗轮蜗杆主要参数与尺寸计算 (7)6.蜗轮蜗杆的画法 (9)7.proe图中数据详解 (9)8.prt附件和视频附件 (11)Proe 如何画蜗轮蜗杆设计思路 （注，下载后可以打开prt 文件和视屏） 1.确定减速比i=Z2/Z1(本设计Z1=2,Z1=40)=40/2=20(1) 头数Z1 从蜗杆的端面看有几条出来的螺旋线就是几头了蜗杆上只有一条螺旋线的称为单头蜗杆，即蜗杆转一周，蜗轮转过一齿，若蜗蜗杆头数杆上有两条螺旋线，就称为双头蜗杆，即蜗杆转一周，蜗轮转过两个齿。

依此类推，设蜗杆头数用Z1表示(一般Z1=1、2、4)，蜗轮齿数用Z2表示。

从传动比公式可以看出，当 Z1=1，即蜗杆为单头，蜗杆须转一转蜗轮才转一齿，因而可得到很大传动比，一般在动力传动中，取传动比I=10-80;在分度机构中，I 可达1000。

这样大的传动比如用齿轮传动，则需要采取多级传动才行，所以蜗杆传动结构紧凑，体积小、重量轻。

一般来说，蜗杆头数越多，传动效率越高，但加工会更加困难。

蜗杆的头数又可以叫做蜗杆的条数。

i=蜗杆转速n1蜗轮转速n2 =蜗轮齿数z2蜗杆头数z1(2)齿数Z2 利用减速比和查表得出（具体表格详见涡轮尺寸表）2.选定模数-确定蜗杆直径系数和蜗杆尺寸（1）模数m 为设计和加工方便，规定以蜗杆轴项目数mx和蜗轮的断面模数mt 为标准模数。

对啮合的蜗轮蜗杆，其模数应相等，及标准模数m=mx=mt。

标准模数可有表A查的，需要注意的是，蜗轮蜗杆的标准模数值与齿轮的标准模数值并不相同。

表A选取模数m=4(也可以根据需要选取其他值）分度圆直径d1=40.蜗杆直径系数q=103.计算中心距得a=40+160/2=1004.涡轮尺寸表特性系数:蜗杆的分度圆直径与模数的比值称为蜗杆特性系数。

蜗杆的三维参数化建模下面通过创建具体实例来说明利用Pro/E软件设计阿基米德蜗杆类零件的方法与一般过程。

1.新建文件（1）执行[新建]菜单命令，打开[新建]对话框。

在[名称]文本框输入文件名“wogan”，单击取消[使用缺省模板]复选框的缺省选中状态，保持该对话框中其他缺省设置不变，单击[确定]按钮。

（2）在打开的[新文件选项]对话框中单击选取“mmns-part-solid”选项，单击[确定]按钮，进入零件环境。

2.创建参数（1）打开[参数]对话框。

单击[参数]对话框中的[添加新参数]按钮，输入蜗杆的模数，参数名称取为“M”，保持缺省的“实数”类型不变，将“值”数值为“4”。

输入蜗杆头数“Z”，将“值”数值为“1”。

输入齿形角“ALPHA”，将“值”数值为“20”。

输入蜗杆直径系数“Q”，将“值”数值为“10”。

输入顶隙“C*”，将“值”数值为“0.25”。

输入齿顶高“HA*”，将“值”数值为“1”。

输入基圆导程角“ ”，将“值”数值为“11.309”。

如图2-1图2-1（2）单击[参数]对话框中的[确定]按钮，关闭[参数]对话框。

3.创建关系式(1)依次执行[工具]| [关系]菜单命令，打开[关系]对话框，在[关系]文本框做输入下面的关系式，按“Enter"键换行。

蜗杆分度圆直径：d=m*q=4*10=40mm蜗杆齿顶圆直径：da=d+2*ha=40+2*m=48mm蜗杆齿根圆直径：df=d1-2*hf=40-2*1.2*m=30.4mm蜗杆齿顶高系数：ha*=m蜗杆齿根高系数：hf*=1.2m蜗杆齿高：h=1/2*(da-df)蜗杆齿宽：b=0.75*da蜗杆轴向齿距：pa=m*π=3.14*4=12.566mm螺距：s=d1*π*tg(11.309)=25.132mm(2)输入完成后，单击[关系]对话框中的[确定]按钮，完成关系式的创建。

4.创建圆柱蜗杆坯料（1）单击按钮，激活操控板。

creo2.0蜗杆参数化设计工具,参数q 10 蜗杆直径m 2 模数z1 4 蜗杆头数 z2 40 蜗轮齿数l 40 蜗杆长度x2 0 蜗轮变位系数alpha 20 齿形角gamma 0 蜗杆分度圆导程角ha1 0 蜗杆齿顶高hf1 0 蜗杆齿根高 hf2 0 蜗轮齿根高 s 0 蜗杆导程 tx 0la 0alpha_t 0 蜗杆轴向压力角工具,关系gamma=atan(z1/q)ha1=mhf1=1.2*mhf2=(1.2-x2)*ms=pi*z1*mtx=ceil(l/s)la=tx*m*z1*pialpha_t=atan(tan(alpha)/cos(gamma))1. 建立基准平面DTM1:选TOP 平面往下偏距，编辑关系d0=(m*z2-m*q)/22. 建立基准轴Ａ１: FRONT 平面与TOP 的相交。

3. 建立基准轴Ａ２: RIGHT 平面与DTM1的相交。

4. 建立直角坐标系CS0: x 垂直与top 平面向上，y 垂直与front 平面向外，z 垂直与right 平面向右,系统自动在原默契认坐标处满足所指定的方向生成坐标系CS0 (隐藏原默认参考坐标可以看到)5. 建立直角坐标系CS1: x 垂直与DTM1平面向上,y 垂直与right 平面向右,z 垂直与front 平面向里。

6. 建立直角坐标系CS2，参照为CS1，相对Z 轴旋转角度负50度（前视图看逆时针方向旋转）,隐藏坐标CS1,对刚才任意的角度,添加关系: D3=360/(4*Z2)+180*TAN(ALPHA_T)/PI-ALPHA_T7.建立螺旋线，圆柱坐标系,参考坐标为CS0,方程如下：r=m*q/2theta=-t*tx*360 (这里用负号表示螺旋线为右旋)z=-t*la8. 草绘曲线，草绘平面为front,朝内, Rhght基准面为右参照,,轴A_2为草绘参照。

画四个同心圆，圆心在A2轴线上，从内到外标注,假设尺寸代号为d13,d14,d15,d16, 并建立关系d15=M*Z2d13=D15*COS(ALPHA_T)d14=D15-2.4*Md16=D15+2*M9.建立蜗杆基圆渐开线，笛卡尔坐标系为CS2，方程为：r=m*z2*cos(alpha_t)/2theta=t*60x=r*cos(theta)+r*sin(theta)*theta*pi/180y=r*sin(theta)-r*cos(theta)*theta*pi/180z=0完成后如图1所示：10将上面的渐开线沿RIGHT 平面镜向。

湖南科技大学课程设计课程设计名称：基于Proe蜗轮蜗杆减速器设计学生姓名：学院：专业及班级：10级机械设计制造及其自动化002班学号：指导教师：李鹏南2014年 1 月 3 日前言随着科学技术的发展，机械产品的结构越来越合理，其性能、精度和效率日趋提高，更新换代频繁，生产类型有大批量生产向多品种、小批量生产转化。

因此，对机械产品的加工相应地提出了高精度，高柔性与高度自动化的要求。

所以通过本次设计使我们更好的掌握所学知识，同时也为我们以后的发展做铺垫。

本次设计主要运用到机械制造基础课程设计也机械加工工艺等专业知识，并进行了生产实习的基础上进行的又一个实践性教学环节。

这次设计使我们能综合运用机械制造技术基础中的基本理论，并结合生产实习中学到的实践知识，独立地分析和解决了零件机械制造工艺问题，设计了机床专用夹具这一典型的工艺装备，提高了结构设计能力，为今后的毕业设计及未来从事的工作打下了良好的基础。

能熟练运用机械制造技术基础课程重大理论以及在生产实践中学到的实践知识，正确地解决一个零件在加工中的定位、夹紧以及工艺路线安排、工艺尺寸确定等问题，保证零件的加工质量。

提高结构设计能力。

学生通过零件设计的训练，应获得根据被加工零件的加工要求，设计出高效、省力经济合理而能保证加工质量的能力。

学会使用手册、图标及数据库资料。

掌握与本设计的各种资料的名称、出处、能够做到熟练运用。

目录内容摘要关键词第一章. 绪论1.1蜗轮蜗杆减速器简介1.2基于P RO/ENGINEER的设计的意义第二章.基于Pro/E对圆柱齿轮减速器箱盖建模 2.1零件图的创建2.2零件的装配第三章. 数控加工过程小结参考文献内容摘要：减速器是一种常用的传动装置，目前已经广泛应用于生产的各行业中，传统的减速器设计已经不能满足企业对减速器的结构和性能要求。

为了解决减速器的设计周期长，设计成本高，传动质量较低等问题，采用参数化技术、优化设计技术对减速器设计。