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基于ANSYS 的螺旋结构参数化建模钟世金,莫江涛,王静文,刘舜尧(中南大学机电工程学院,湖南长沙410083)[摘 要]基于ANSYS 有限元分析软件,利用其前处理模块中的实体造型功能及二次开发工具APDL 、U IDL ,实现螺旋结构的参数化建模,提高了此类模型的建模效率,并为类似问题的解决提供一条新途径。
[关键词]螺旋结构;ANSYS ;二次开发;参数化建模[中图分类号]TB115 [文献标识码]A [文章编号]1003-8884(2005)01-0009-03[收稿日期]2004-11-02[作者简介]钟世金(1951-),男,湖南辰溪人,中南大学机电工程学院高级工程师,大学本科,研究方向:设备故障诊断与测试技术,机械设计与制造方法。
0 前言ANSYS 有限元分析程序是著名CAE 供应商—美国ANSYS 公司的产品,主要用于结构、热、流体和电磁四大物理场独立或耦合分析的CAE 工具[1]。
ANSYS 有限元分析包括前处理、求解和后处理三个基本过程。
前处理主要进行单元选用、材料定义、创建CAD 模型和划分网格,最终得到一个完整的有限元模型。
螺旋结构如弹簧、螺纹等在工程中应用广泛,借助ANSYS 对其进行分析,具有重要的现实意义。
CAD 模型的创建是有限元分析的第一步,也是关键的一步,但ANSYS 本身并未对此类结构的建模提供直接的方法。
本文尝试利用ANSYS 提供的二次开发工具实现螺旋结构的参数化建模,为此类结构的建模提供一种通用有效的方法。
1 ANSYS 二次开发技术ANSYS 为用户进行二次开发提供了丰富有效的工具,如APDL 、U IDL 等,利用这些工具,可方便地定制自己的有限元分析程序。
APDL 是ANSYS 的一种专用解释性语言,由类似于FOR TRAN77的程序设计语言和1000多条ANSYS 命令组成[2]。
APDL 允许复杂的数据输入,使用户实际上对任何设计或分析属性(如尺寸、材料等)拥有控制权。
攀枝花学院本科毕业设计包装机械中变螺距螺杆的设计与加工学生姓名：魏杰学生学号： 201210601152院（系）：机械工程学院年级专业： 2012级机制二班指导教师：周丹二〇一六年六月攀枝花学院本科毕业设计摘要摘要在现代包装机械中，输送设备的螺旋输送机系统起着非常重要的作用，它对不同种类散装物体或容器，如瓶、罐、盒等呈现连续或不连续的运输方式，为按照指定的要求或工艺路线，逐个的、准确的运送到包装工位发挥了重要作用。
在国内，变螺距螺杆的加工一直是一个比较难的问题，大部分变螺距螺杆的加工都是根据加工师傅的经验制造出来的，并且加工效率非常低。
本文研究了三段组合式分件供送螺杆（等速度段、变加速段、等加速段），并建立构建螺旋槽的接触线，用于研究供送圆柱形物体的三段组合式变螺距螺杆的形成过程。
其次紧接着运用所得到的接触线的数学模型，再运用计算机辅助设计（使用了Pro / ENGINEER5.0与creo2.0软件）创建一个供送圆柱形物体三段组合式变螺距螺杆的接触线，并根据接触线最终建立一个三维参数化实体模型。
本文在加工工艺过程上面做了很大的改变，突破了传统加工方法的束缚，运用三维软件的自动编程功能，在四轴联动的铣削加工中心上模拟出了变螺距螺杆的加工过程。
关键词：变螺距螺杆；Pro/E；Creo；三维参数化实体模型攀枝花学院本科毕业设计ABSTRACTABSTRACTClassified feeding screw is a modern packaging machinery in conveying system of a main conveying device, it will show a regular or irregular arrangement of the batches of objects or containers such as bottles, cans, boxes, according to the process requirements, one by one, stably supplied to the packaging station plays a key role in. In order to adapt to the supply container shape diversification, this paper studies the three section combined type feeding screw feeding elliptic cylindrical and rectangular objects, screw spiral groove of the respective forming principle, built form the respective spiral groove of the contact line, spiral line intersection and tank bottom spiral line mathematical model, and construct two a feeding screw in Pro / E three-dimensional parametric model.This paper firstly studies the commonly used three section combined type feeding screw feeding cylindrical object screw spiral groove forming process, and the establishment of form a spiral groove contact line, spiral line intersection and tank bottom spiral line mathematical model. Followed by the use of the contact line, the intersection of line and the bottom of the groove spiral helix mathematical model, studied by means of computer aided design ( using Pro / Engineer software 5 ) establish feeding cylindrical object in the three section combined type feeding screw three-dimensional parametric entity model method, and eventually established the 3D parametric solid model. Application of Pro / Engineer generated by the software part carrying spiral for 3D parametric entity model, through rapid prototyping and CNC machining center of advanced manufacturing means, directly make the feeding screw, changed the traditional manufacturing of part carrying spiral for complex modes.Key words: feeding screw；Pro/E；Creo；three-dimensional parametric model目录摘要 (Ⅰ)ABSTRACT (Ⅱ)1 绪论 (1)1.1 概述 (1)1.2变距螺杆的研究与发展状况 (2)1.2.1变距螺杆在国外的发展状况 (2)1.2.2我国变距螺杆的发展状况 (3)1.3课题研究思路与内容、意义 (4)1.3.1课题研究的思路 (4)1.3.2课题研究的内容 (4)1.3.3课题的意义 (5)2 建立供送圆柱形物体的变螺距螺杆数学模型 (6)2.1 变螺距螺杆的螺旋线组成分析 (6)2.2 变螺距螺杆螺旋线形式的确定 (6)2.3 变螺距螺旋线相关公式的推导 (7)2.3.1螺杆变加速度段运动规律 (8)2.3.3螺杆等加速度段运动规律 (9)2.3.3 螺杆各组成段运动规律小结 (10)3 供送圆柱形物体螺杆CAD辅助设计 (12)3.1供送圆柱形物体螺杆建模软件的选择 (12)3.2供送圆柱形物体螺杆螺旋槽面数学模型 (12)3.3参数的设置 (12)3.4螺旋线的生成 (13)3.4.1等速度段接触螺旋线的生成 (13)3.4.2变加速段接触螺旋线的生成 (14)3.4.3等加速段螺旋线的生成 (14)3.4.4 三段式螺旋曲面的生成 (15)4 分件供送螺杆的加工 (18)4.1 变螺距螺杆的加工方法 (18)4.2 变螺距螺杆加工方法的特点 (20)4.3 装夹方法 (21)4.3.1变螺距螺杆在加工中心上的装夹方法 (21)4.3.2变螺距螺杆的普通铣床专用夹具设计 (22)4.3.3变螺距螺杆最终装夹方法的确定 (27)4.4 设备及刀具选择选择 (28)4.5 选择毛坯，确定毛坯尺寸 (28)4.6 选择加工方法，制定工艺路线 (29)4.7 工序设计 (29)4.8 确定切削用量及基本时间及数控工序卡与刀具卡 (30)5 基于Pro/E变螺距螺杆的模拟加工 (35)5.1 Proe/ CAM的功能和特点 (35)5.2数控程序的编制方法 (36)5.3 Pro/E自动编程总体方案的确定 (36)5.4 Pro/E自动编程的具体步骤 (37)5.51工件模型的建立 (37)5.52工件的加工参数设置 (39)5.53演示刀具轨迹 (44)5.54 数据后置处理 (45)结论 (46)参考文献 (47)附录Ι(数控加工程序部分代码) (48)附录Π(变螺距螺杆模型样品图) (52)致谢 (53)1绪论1.1 概述分件供送螺杆（简称变螺距螺杆）是一个现代化的包装机械最核心的一部分，一个输送系统重要的输送装置，它会显示出瓶，罐，盒等散装物体或容器的定期或不定期的安排等，根据一个给定的进程发送包装领先的关键构件，人们常常生动地形容其是自动生产线的咽喉部位[1]。
变螺距螺纹加工的参数化编程杨丰【摘要】文章阐述了变螺距螺纹加工的编程方法,探讨了用宏程序实现变螺距螺纹的参数化编程,提高了编程效率,增强了程序的灵活性和通用性.【期刊名称】《长沙航空职业技术学院学报》【年(卷),期】2013(013)002【总页数】4页(P61-64)【关键词】变螺距螺纹加工;宏程序;参数化编程【作者】杨丰【作者单位】长沙航空职业技术学院,湖南长沙410124【正文语种】中文【中图分类】TG659当前，变螺距螺纹的应用日益广泛。
如绞肉机采用变螺距送料杆，前端是大螺距加快送料速度，从前端到后端螺距逐渐变小，后端是小螺距增大螺杆推力。
塑料挤压机采用变螺距螺杆，解决了熔体质量和挤出量是相矛盾的问题，使挤出机应用时送料的空间比较大，挤出口内部的空间比较小，这样挤出的材料气泡少，质量好。
目前变螺距螺纹的加工，主要是在数控机床上完成，文章主要研究在数控车床上加工变螺距螺纹。
1 螺纹车削加工的常用进刀方式数控车削螺纹的进刀方式主要径向进刀、斜向进刀两大类，其中斜向进刀又分单侧斜向进刀、改良的单侧斜向进刀、双侧交互式进刀三种情况。
具体应用时应根据螺纹的螺距、加工精度、工件材料、刀片型式、刀具材料等来选择。
1.1 径向进刀方式径向进刀方式(如图1所示)是最常用的一种方式。
多次进刀的方向一致，切削时刀具的两条切削刃都参与切削。
该种进刀方式，可以获得比较正确的齿形，但由于刀片两侧刃同时切削，切削力较大，容易产生扎刀现象，且排屑困难，因此主要适用于加工螺距较小的螺纹。
1.2 斜向进刀方式斜向进刀方式主要是单面切削，不容易产生扎刀现象，一般适用于加工螺距3mm 以上的螺纹。
(1)单侧斜向进刀方式刀具以和径向成30°的方向进刀切削(如图2所示)，由于是单刃切削，切削力较小，易于排屑，且散热较好。
但加工时，刀片可能有拖曳或摩擦的现象而使刃口崩刃，另外切屑的单向排出，会破坏另一侧牙面的表面质量。
(2)改良的单侧斜向进刀方式刀具以和径向成27°～30°的方向进刀切削(如图3所示)。
S类数控车刀螺钉变形量的数学模型及其有限元仿真研究【摘要】本文主要研究了S类数控车刀螺钉变形量的数学模型及其有限元仿真研究。
在介绍了研究背景、研究意义和研究目的。
在详细介绍了S类数控车刀螺钉变形量的数学模型建立、有限元仿真方法、有限元仿真结果分析、影响因素讨论以及参数优化设计。
在总结了研究成果，展望了未来研究方向，并提出了结论与建议。
通过本文的研究，可以更好地了解S类数控车刀螺钉变形量的情况，为相关领域的工程实践提供参考和指导，具有一定的理论和应用价值。
【关键词】数控车刀螺钉、变形量、数学模型、有限元仿真、影响因素、参数优化设计、研究成果、未来展望、结论与建议。
1. 引言1.1 研究背景S类数控车刀螺钉变形量的研究背景：在现代制造业中，数控车床是一种非常常见且重要的加工设备，其广泛应用于机械加工、航空航天、汽车制造等领域。
而数控车刀作为数控车床上的关键部件，其性能直接影响到加工质量和效率。
螺钉是数控车刀中重要的连接部件，螺钉的变形量对数控车刀整体性能具有重要影响。
目前国内外对于数控车刀螺钉变形量的研究还比较有限，尤其是针对S类数控车刀螺钉的变形量研究更是缺乏系统性和深入性。
有必要开展更深入的研究，以对S类数控车刀螺钉的变形量进行数学建模和仿真研究，从而为数控车刀的设计和优化提供理论依据。
通过对S类数控车刀螺钉变形量的研究，不仅可以提高数控车床的加工精度和效率，还可以进一步完善数控车刀的设计和制造工艺，促进制造业的发展和提高产品质量。
对S类数控车刀螺钉变形量的数学模型及有限元仿真研究具有重要的理论和实践意义。
1.2 研究意义S类数控车刀螺钉在机械加工中扮演着至关重要的角色，其在加工过程中的变形量直接影响着加工质量和效率。
深入研究S类数控车刀螺钉的变形量及其影响因素，对提高机械加工的精度和效率具有重要意义。
通过建立数学模型，可以更好地理解和描述S类数控车刀螺钉在不同工况下的变形规律，为进一步的仿真分析提供基础。
变径变螺距榨螺体积的计算方法研究王连栋;吕新民【摘要】在分析变径变螺距榨螺参数化线形的基础上,列出了螺齿线形的简化方程.同时,探讨了物料在榨膛内的填充和压榨情况,建立了榨螺体积计算的简便模型,提出了计算压缩比的一种新方法,为变径变螺距榨螺的后续设计提供了理论依据.【期刊名称】《农机化研究》【年(卷),期】2010(032)005【总页数】3页(P75-77)【关键词】螺旋榨油机;变径;变螺距;体积【作者】王连栋;吕新民【作者单位】西北农林科技大学,机械与电子工程学院,陕西,杨凌,712100;西北农林科技大学,机械与电子工程学院,陕西,杨凌,712100【正文语种】中文【中图分类】TS223.30 引言榨螺是螺旋榨油机的核心工作部件。
榨油机在工作时,油料作物不断被输送至由榨螺与榨条形成的挤压腔内,受到挤压、剪切并向前推进，从而把物料中的油分榨出。
但是对于市场上的普通榨油机，物料在榨膛内流动时易结拱和形成流动死区，造成榨油机功耗过大，榨螺寿命缩短等缺陷，而变径变螺距的榨螺却能很好地解决此类问题。
遗憾的是此类榨螺设计的成功实例不多，其原因在于所采用的公式多为经验公式，又多采用试算的研究方法，加上多种参数的偶然性变化频繁，导致这种榨螺的发展很缓慢。
由于这种榨螺的各项性能的优越性，前人进行了很多理论研究工作，基于这些理论，本文按照数学思想推导出一个变径变螺距榨螺体积以及榨膛空余体积和压缩比的计算方法，减少了经验公式的应用次数，使得计算结果较为准确，为榨油机的研究做出了一些探索。
1 螺旋线方程的提出及相关推导在画法几何学及工程制图中所研究的圆锥螺旋线是变角和等距的，即螺距为常数。
由于这种螺旋线与锥面的素线的夹角是变化的，因此它不是定倾曲线。
基于此，变径变螺距榨螺的线形拟采用等角圆锥螺旋线。
根据几何知识，变径变螺距榨螺轴螺旋线的参数方程[1]为(1)其中，n=asinγ，b=acosγ，a和m为常数，γ为圆锥顶半角，t为参数，其值可取为0，2π，4π，…，2kπ。
S类数控车刀螺钉变形量的数学模型及其有限元仿真研究机床、刀具联接系统和刀具部分组成了现代切削加工系统，因此机床可靠性、联接可靠性和刀具可靠性直接影响到加工系统的可靠性。
理论上，有限元分析法可以对离心力作用下的刀具联接模型的变形量进行分析和计算，进而得到刀柄的极限可靠性转速。
我们对在变进给量当中，磨损与刀具寿命之间的关系进行研究，得到了一个可靠性的数学模型，通过实验验证模型，我们知道变进给量切削可靠性要比定进给量切削的可靠性大。
本文主要对S类螺钉夹紧方式进行研究，因为其具备夹紧方式简便、节省空间的优点，且在小型切削刀具当中通常都是使用此类夹紧方式，在研究当中，我们把螺钉看做是一变截面悬臂梁模型，并进行数学建模，且模型当中存在预紧力和切削力。
在分析和验证螺钉的变形量的时候可以选用MSC.marc软件作为辅助软件。
1 有限元分析1.1 模型建立车刀具备复杂的结构，因此，我们不能在有限元元件当中直接进行建模，所以，为了能够更简便的对车刀进行有限元分析，我们采用UG三维软件对车刀进行三维建模，车刀结构的简化处理能够让我们在进行有限元分析的计算时，所得出的结果更精确。
本文当中，我们也对所用车刀进行了相应的简化处理，比如将车刀进行简化、压缩和删除一些不会对有限元计算结果产生很大影响的计算值。
MSC.marc是一个综合的有限元仿真平台，它可以识别大多数的CAD模型软件。
marc当中的模型除了需要利用UG软件进行建模之外，还需要以IGES的格式进行导入，最后进行网格划分。
1.2 计算结果及分析数控车刀在车削前受螺钉预紧力，在切削是受切削力，因此我们不仅要对车刀的预紧过程进行静力学仿真，也要对车刀的切削过程进行静力学仿真。
在对其进行仿真的时候，我们可以分别对其进行以下几种力的条件设置，2000N、2500N、3000N、3500N、4000N。
由以上的力的值，我们可以计算出螺钉和刀杆的应力、位移和塑性变形结果。
在螺钉和刀杆应力、挠度及塑性变形图当中，我们可以知道，当预紧力处于2000-4000N之间时，螺钉和刀杆所受的应力值比其屈服极限小，但是螺钉承受的应力要比刀杆承受的银行里要大；当预紧力处于2500N时，螺钉产生最小的应力，且车刀具备最佳的预紧效果；螺钉的预紧力一样，螺钉的应变与刀杆的应变比值为10，且会出现极小的变形量差。
包装工程第44卷第7期·250·PACKAGING ENGINEERING2023年4月螺旋喂料器变径变螺旋结构设计与性能仿真分析王特栋1，葛正浩1，赵向娟2，薛宇飞1，王琳1，狄琳杰1（1.陕西科技大学机电工程学院，西安710021；2.青海大学土木工程学院，西宁810016）摘要：目的针对螺旋喂料器在日常工作中发生物料堵机的工况，分析堵机原因，寻求通过新的螺旋设计方法来缓解物料堵机的形成，提升螺旋喂料器的工作性能。
方法先通过常规定螺距设计方法进行定螺距螺旋结构设计，再利用等角圆锥螺旋线在喂料区进行变径变螺距结构设计，对2种设计结果利用SolidWorks进行建模，将定螺距螺旋模型与变径变螺距螺旋模型分别导入离散元仿真软件EDEM做性能仿真分析。
结果分析结果显示，变径变螺距喂料螺旋与定螺距喂料螺旋相比，喂料区料流均匀，无物料倾斜面形成，相同时间段内物料输送速率显著提升了8.7%，物料质量流率显著提升了12.2%。
结论喂料区变径变螺距的设计有效提高了料流的稳定性，使得喂料区前后料流均匀一致，从源头上解决了螺旋喂料器的堵机问题，同时在相同的设计需求下，提升了螺旋输送的传输效率，对解决螺旋喂料器堵机问题以及变径变螺距螺旋的结构设计具有参考意义。
关键词：变径变螺距；物料形态；物料输送速率；物料质量流率中图分类号：TB486+.1 文献标识码：A 文章编号：1001-3563(2023)07-0250-08DOI：10.19554/ki.1001-3563.2023.07.028Design and Simulation Analysis of Variable Diameter and Variable PitchSpiral Structure of Screw FeedersWANG Te-dong1, GE Zheng-hao1, ZHAO Xiang-juan2, XUE Yu-fei1, WANG Lin1, DI Lin-jie1(1. College of Mechanical and Electrical Engineering, Shaanxi University of Science & Technology, Xi'an 710021, China;2. College of Civil Engineering, Qinghai University, Xining 810016, China)ABSTRACT: The work aims to analyze the cause of blocking according to the working condition of material blocking in the daily work of screw feeders, seek new structural improvement methods to alleviate the formation of material blockage and improve the working performance of screw feeders. Firstly, the fixed pitch screw structure was designed through the conventional fixed pitch design method, and then the equiangular conical screw was used to design the variable diameter and variable pitch structure in the feeding area. The two design results were modeled by SolidWorks, and the fixed pitch screw model and variable diameter and variable pitch screw model were respectively imported into the discrete element simulation software EDEM for performance simulation analysis. The analysis results showed that compared with the fixed pitch feeding screw, the feed flow in the feeding area was uniform and there was no formation of material inclined plane.In the same time period, the material conveying rate was significantly increased by 8.7% and the material mass flow rate was significantly increased by 12.2%. The design of variable diameter and variable pitch in the feeding area effectively improves the stability of the material flow, makes the material flow in front and behind the feeding area uniform, solves the machine blocking problem of the screw feeder from the source, and improves the transmission efficiency of the screw conveyor under the same design requirements, which has reference significance for solving the machine blocking problem of the screw feeder and the structural design of the variable diameter and variable pitch screw.KEY WORDS: variable diameter and variable pitch; material form; material conveying rate; material mass flow rate收稿日期：2022−04−13作者简介：王特栋（1997—），男，硕士生，主攻包装机械。
