基于蜗轮蜗杆的三维建模与运动仿真

第6期(总第163期)2010年12月机械工程与自动化M ECHA N ICAL EN GI NEER IN G &　AU T O M A T IO N N o.6Dec.文章编号:1672-6413(2010)06-0074-02基于ADA M S 的蜗轮蜗杆传动机构的仿真研究葛　军,刘英林(太原理工大学机械工程学院,山西　太原　030024)摘要:用U G 建立蜗轮蜗杆传动机构的简化模型,将模型导入A DA M S 软件中施加约束进行仿真,分析仿真曲线检验建模的准确性,分析受力为进一步研究做准备。

关键词:A DA M S ;蜗轮蜗杆;仿真中图分类号:T H 132.44∶T P 391.9 文献标识码:A收稿日期:2010-04-22;修回日期:2010-08-11作者简介:葛军(1984-),男,山西阳泉人,在读硕士研究生,研究方向为机械设计与理论。

0　引言蜗轮蜗杆传动机构是用来传递空间互相垂直而不相交的两轴间的运动和动力的,由于它具有传递比大、运动平稳、结构尺寸紧凑等优点,在各类机床、冶金、矿山及起重设备等的传递系统中得到了广泛的应用。

目前我国对蜗轮蜗杆机构的开发与研制一直由传统的“设计—试制—试验—改进”模式占主导,这种基于物理样机的设计研发模式具有工作量大、周期长、费用高、精度低的致命缺点,使得产品难以适应快速变化的市场需求。

采用虚拟样机对产品进行创新设计、测试和评估,可以缩短周期、降低成本、改进质量,提高企业面向客户与市场需求的能力,并加快新技术向新产品的转化。

本文通过虚拟样机技术在计算机上建立蜗轮蜗杆的简化模型,导入ADAMS 进行动力学仿真,得出所需的力学曲线,进而为模型的优化设计提供理论依据。

1　虚拟样机模型的建立1.1　三维模型的建立及导入鉴于整体模型比较复杂,根据仿真的需要,将蜗杆减速器的外壳、联接螺栓等固定构件等简化为大地模型,简化后的蜗杆传动模型只包括蜗杆、蜗轮。

分类号单位代码密级公开学号学生毕业设计（论文）题目基于Pro/E的蜗轮蜗杆减速器的建模与仿真作者黄胜军院(系) 能源工程学院专业机械设计制造及其自动化指导教师答辩日期2014年5月24日摘要减速器是一种用于低转速大转矩的传动设备，把电动机或内燃机的动力通过减速器上的输入轴上齿数少的齿轮与齿数大的齿轮啮合达到减速的目的。

蜗轮蜗杆减速器主要用来传递空间相交两轴之间的动力，它具有传动比大、结构紧凑、不需要其他机构就能实现反行程自锁等优点，因此在生活中得到了广泛的应用。

但是蜗轮蜗杆减速器普遍存在着机械效率过低、传动发热量大、精度不高等缺点。

这也是当前国内外致力于研究的前沿课题。

Pro/ENGINEER是一种集零件设计、曲面设计、产品装配于一体的3D建模仿真软件，广泛应用于汽车、造船、航天、电子模具等行业。

本文主要研究的是蜗轮蜗杆减速器的传动特性，首先是蜗轮蜗杆减速器的设计、校核、以及结构设计；其次是基于Pro/E的零件图的建模以及蜗轮蜗杆减速器装配图、爆炸图的生成；最后利用Pro/E进行仿真，输出蜗轮蜗杆减速器中个构件的运行图像、技术参数等。

关键词：蜗轮蜗杆；减速器；Pro/E；模型；仿真Based on Pro/E modeling and simulationof worm gear reducerABSTRACTReducer is a kind of equipment that be used of driving in low speed and high torque.The motor power or internal combustion engine by means of input shaft gear little wheel engages with large number of achieve the goal of reduction.worm gear and worm gear reducer is mainly used to transfer between axis of the intersection of space power.It has a large transmission ratio and compact structure.In the other hand,worm gear and worm gear reducer has the advantages of the stroke self-locking that needn’t other agencies.Therefore,it has widely used in the life.But there are widespread questions which low mechanical efficiency worm gear and worm reducer,transmission calorific value and the higher accuracy.This is also committed to the forefront of research topic at home and abroad at present.Pro/ENGINEER is a collection of parts design,surface design,product assembly in the integration of 3D modeling and simulation software,widely used in automobile,Shipbuilding aerospace,electronic mold and other industries.This paper mainly studies transmission characteristics of worm gear and worm reducer.In the first,I designed the worm gear and worm reducer and checked the stronger and design the structure.The second first is the part drawing based on Pro/E modeling and the production of worm gear and worm reducer assembly drawing,explosion.In the end,I will product running image and technical parameter about worm gear and worm reducer based on Pro/E simulation.Keywords:worm gear and worm reducer;Pro/E;model;simulation目录摘要 (II)ABSTRACT (III)1.绪论 (1)1.1 课题研究的背景 (1)1.2 减速器的国内外研究现状 (1)1.3 课题研究的目的和意义 (2)1.4 研究内容 (2)2.减速器传动装置的总体设计 (5)2.1 已知参数 (5)2.2 传动装置总体设计 (5)2.3 传动零件的设计计算 (6)2.3.1 蜗轮蜗杆的传动设计 (6)2.3.2 蜗轮蜗杆的尺寸设计 (7)3.蜗杆、蜗轮轴的基本尺寸设计 (15)3.1 蜗杆轴基本尺寸设计 (15)3.2 蜗轮轴的基本尺寸设计 (16)3.3 按照弯扭合成应力校核轴的强度 (19)3.4 蜗轮轴的轴承选择与校核 (22)3.5 蜗杆轴的轴承选择与校核 (26)3.6 键的选择与校核 (29)3.6.1 蜗轮与轴配合采用平键连接 (29)3.6.2 蜗轮轴与联轴器之间用键连接 (30)3.6.3 蜗杆轴与联轴器之间用键连接 (30)4.蜗轮蜗杆减速器箱体及其他辅助零件设计、装配 (31)4.1 密封圈的选择 (31)4.2 弹簧垫圈的选择 (32)4.3 箱体尺寸设计 (33)4.4 轴承端盖的设计 (37)4.5 蜗轮蜗杆减速器装配图 (39)5 蜗轮蜗杆减速器的运动分析 (41)5.1 新建组件文件 (41)5.2 向组件中添加减速器零件 (41)5.3 定义齿轮副连接 (42)5.4 定义伺服电机 (43)5.5 运动学分析 (49)5.6 进行回放与视频制作 (51)5.7 生成分析测量结果 (51)总结 (54)参考文献 (55)致谢 (56)1.绪论1.1 课题研究的背景减速器多以蜗轮蜗杆、齿轮传动为主，但是比重小、功率低、传动比大、传动效率低等问题依然普遍存在，这也是制约减速器发展的一个主要的因素。

基于solｉdworｋs蜗轮齿面的三维仿真造型————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：基于solidｗorkｓ蜗轮齿面的三维仿真造型引言目前,在我国企业中，计算机辅助设计CＡD(Ｃoｍpuｔer Aided Dｅｓign)正受到欢迎和重视，逐步得到推广应用。

计算机辅助设计能极大地提高设计质量，减少设计人员的工作量,缩短设计周期，降低产品成本,为开发新产品和新工艺创造了有利条件。

蜗轮的齿面是一种复杂曲面。

目前，在常用的ＣＡＤ软件中绘制蜗轮的齿形通常是使用近似画法,很难精确地绘制出蜗轮的复杂齿面。

SｏｌiｄＷorks是一套基于特征的参数化机械设计自动化软件。

SolidWｏrkｓ以其强大的功能、友好的界面和不断的技术创新而逐渐成为主流的三维终端CAD解决方案。

以下将介绍通过编制程序调用SolidWorks的API(AｐpｌicatｉoｎＰrｏｇraｍInterface,应用程序接口)函数,模仿实际加工蜗轮时蜗轮滚刀和蜗轮毛坯的相对运动，通过实体布尔差运算，在SoliｄWorkｓ的界面中实现蜗轮复杂齿面的三维仿真造型。

１ SoｌｉdＷorkｓ二次开发工具和方法作者选用Visｕal Basic作为SoｌｉｄWorks的二次开发工具。

利用Vｉｓual Basic开发的应用程序界面非常友好,VB功能强大且数据库的操作方便，容易被初学者掌握。

使用VB来开发软件,开发周期短、程序代码效率高。

SolｉdWorks又提供了宏录制功能，这给程序的编写带来了很大方便。

我们可以先宏录制在SｏｌidWoｒks用户界面执行的操作，建立一个宏文件，其代码的语法完全符合Ｖisｕal Ｂasic。

通过编辑宏文件获得所需的SolidWorks的对象，用变量代替APＩ函数中的关键参数,修改这段宏代码后添加到程序中去,从而在程序中可以控制执行所需的SoｌidWｏrks界面上的操作。

本帖最后由zhang110liu 于2013-8-19 20:00 编辑
UGNX7.0中文版有限元分析——蜗轮蜗杆副的创建步骤
本文主要讲述蜗轮蜗杆副的创建步骤。

首先，打开一个模型，如图：
单击开始运动仿真，右键单击运动导航器下方的文件，选择新建仿真，弹出环境对话框，单击确定，
单击连杆，弹出连杆对话框，选择涡轮为连杆1，取消固定连杆，单击用用，如图;
然后定义蜗杆为连杆2，取消固定连杆，质量属性选项中选择自动，单击确定，如图：
然后单击运动副，弹出运动副对话框，选择连杆1，指定原点和方位，方位为ZC，单击确定，如图：
然后定义驱动，选择驾驶员，选择旋转为恒定，选择初速度为55，单击确定，如图：
然后选择类型为旋转副，选择连杆2，指定原点和方位，单击确定，如图：
然后单击齿轮副，弹出齿轮，选择运动副，选择第二个旋转副，单击确定，如图;
然后单击解算方案，弹出解算方案对话框，选择解算方案类型为常规驱动，选择分析类型为运动学/动力学，时间为5，步数为500，单击确定，如图：
然后单击求解按钮，等待求解结束后，单击播放按钮，如图：
可以看到涡轮蜗杆之间的相对运动。

第34卷第2期机电产品开发与创新Vol.34,No.2 2021年3月Development&Innovation of M achinery&E lectrical P roducts Ma&.,2021文章编号：1002-6673(2021)02-070-03蜗轮蜗杆副的三维参数化建模及有限元分析王洋洋(许昌职业技术学院，河南许昌461000)摘要：随着机械制造技术的快速发展，由于蜗杆传动机构具有传动比大，传动平稳和具有自锁性等一系列优点，被广泛的应用在机械传动中$ZA蜗杆传动由于具有加工和测量方便等独特的优势，因此应用更为广泛$所以，ZA蜗轮蜗杆参数化建模的研究，对于蜗杆传动机构的理论研究和产品开发具有重要意义$本文以精密板式过滤机中减速器的蜗轮蜗杆为研究对象，探讨了ZA蜗轮蜗杆参数化建模和有限元分析等相关问题。

关键词：ZA蜗轮蜗杆&三维建模&参数化&有限元分析中图分类号：TH132文献标识码：A doi:10.3969/j.iss2.1002-6673.2021.02.022Worm and Worm Gear3D Parametric Modeling and Finite Element AnalysisWA'NG Yang-Yang(Xuchang Vocational Technical College,Xu.chang Henan461000,China)Abstract:With the rapid development of manufacturing technology,worm gear and worm drive mechanism is widely used in mechanical transmission because of its high transmission ration,compact structure,reliable transmission stability,self-lock and so on.Especially,the ZA worm drive mechanism is used more widely with its advantage of easy machining and measuring.Therefore,parametiic model building and study which based on ZA worm drive mechanism is greatly meaningful to research the theory and develop the product.In this paper,I will take ZA worm gearing to research parametric design and Finite element analysis.Keywords:ZA worm and worm gear；3D modeling；parameterized；0引言蜗杆传动属于机械传动中的一种重要的传动方法，它是一种在空间交错轴间传递运动和动力的机构，它的轴线相错角可以为任何角度，但在绝大多数情况下，轴交角选为90叫蜗杆传动的主要特点有:①结构紧凑,传动比大,采用一级蜗杆传动就可以实现很大的传动比。

基于三维仿真ZK蜗杆齿形误差的研究的开题报告
一、研究背景
蜗杆传动是一种常见的传动方式，具有结构简单、传动比大、传动效率高等优点，在各个行业广泛应用。

而蜗杆齿轮制造过程中不可避免地存在一定的误差，导致蜗杆传动的精度受到一定的限制。

研究蜗杆齿形误差尤为重要，能够提高蜗杆传动的精度和使用寿命。

二、研究目的
本研究旨在通过三维仿真技术对蜗杆齿形误差进行研究，探究蜗杆齿形误差对蜗杆传动性能的影响，提高蜗杆传动的精度和可靠性。

三、研究内容
1. 蜗杆齿形误差的数学模型建立：建立基于三维仿真技术的蜗杆齿形误差数学模型，并对模型进行优化；
2. 蜗杆齿形误差的影响分析：通过分析蜗杆齿形误差对传动系统的影响，探究误差对传动效率、负载能力和使用寿命等方面的影响；
3. 蜗杆齿形误差的优化研究：通过调整齿形参数、优化加工工艺等措施，对蜗杆齿形误差进行优化。

四、研究方法
本研究采用有限元分析法进行三维仿真，通过建立蜗杆齿轮的三维模型，模拟蜗杆齿轮在工作过程中的受力情况，进而分析蜗杆齿形误差对传动系统性能的影响。

同时，通过实验验证，对优化方案进行验证。

五、研究意义
本研究旨在探究蜗杆齿形误差对传动性能的影响，提高蜗杆传动的精度和可靠性，具有一定的实际应用和推广意义。

同时对蜗杆齿形误差的误差控制、加工工艺等方面也有一定的指导作用。

基于SolidWorks和GearTrax的蜗轮蜗杆三维建模及运动仿真谢志平【摘要】The software of SolidWorks and GearTrax were used to model a simplified Worm Wheel-worm, and the virtual assembly was accomplished according to geometry size. The intervene of the component parts was checked, the movement state was analyzed by simulating Worm Wheel-worm based on Cosmosmotion. It is proved that the method that set up a 3D model of Worm Wheel-worm by using the software of SolidWorks and GearTrax can enhance the work efficiency, the reasonable of the mechanism design was verified that motion characteristics were consistent with the theoretical analysis.%运用SolidWorks和GearTrax软件构建蜗轮蜗杆机构简化模型，按照机构的结构几何尺寸，进行虚拟装配。

直接在运动仿真模块Cosmosmotion中通过设定原动件运动参数进行运动仿真，并检查零件之间的干涉、分析运动状态。

结果表明，利用SotidWorks和GearTrax软件可以对蜗杆机构实现三维实体快速建模，其运动特性与理论分析结果一致，验证了机构设计的合理性。

【期刊名称】《贵州师范大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2012(030)002【总页数】3页(P103-105)【关键词】SolidWorks;GearTrax;蜗轮蜗杆;运动仿真【作者】谢志平【作者单位】贵州师范大学机械与电气工程学院,贵州贵阳550001【正文语种】中文【中图分类】TH132;TP391蜗杆传动用于传递空间交错轴间的运动和动力，主要由蜗杆和蜗轮组成，由于它具有传动比大，结构紧凑，传动平稳，冲击振动小等优点，被广泛应用于机床、汽车、仪器、冶金、矿山及起重运输机械设备的传动系统中［1］。

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。

课程设计课程名称 CAD/CAE 综合训练题目名称_ 蜗轮蜗杆机构CAD/CAE综合设计分析学生学院 __ 机电工程学院______ 专业班级机械设计制造及其自动化(微电子方向)2008级1班学号 3108000600 学生姓名陈宇指导教师 _______卜研___________ 成绩评定教师签名2011年 6 月30 日广东工业大学课程设计任务书题目名称蜗轮蜗杆机构CAD/(或CAE)综合设计分析学生学院机电工程学院专业班级机械设计制造及其自动化（微电子方向）2008级1班姓名陈宇学号3108000600一、课程设计的内容1．设计蜗轮蜗杆机构结构模型；2．在Unigraphics NX 6.0平台上建立蜗轮蜗杆机构结构的三维参数化、变量化实体模型。

3. 根据产品的功能及设计要求建立组件的装配模型；4．在Unigraphics NX 6.0平台上按国家制图标准绘制工程图。

可以适当补充完成下列设计内容：1. 对所设计的模型设置光照、背景、材料纹理等条件，完成模型渲染，输出模型高质量的视觉效果图；2．1).根据有限单元分析法的基本原理和思想，对所设计的机构进行静力学分析，包括设计分析模型简化、单元网格划分、材料特性定义、约束定义、载荷及边界条件定义、模型分析解算等；2). 根据机构运动学的基本原理和方法，在产品三维参数化实体装配模型的基础上，定义机构的运动副、运动驱动、运动关系，创建运动分析模型，利用ADAMS解算器完成运动分析求解；3．后处理及仿真，输出有限单元分析(或机构运动分析) 结果(包括：应力、应变云图，变形过程动画仿真；或机构运动仿真动画，运动件轨迹，主要运动件位移、速度、加速度、加加速度曲线图)，根据分析结果提出修改意见或方案。

二、课程设计的要求与数据1．采用参数化实体建模技术，进行产品结构的三维参数化、变量化实体(装配)模型的设计；2．通过变量、表达式和Associative Curve等建立图素间的关联关系，修改表达式的值能实现零件的关联变化；3．要求使用1～2个Sketch建立轮廓截面；4．建模过程中应包含总数不少于15个特征操作（包括扫描特征、成型特征、参考特征以及特征编辑的操作）；4．要求零件工程图纸严格按照国家标准绘制，标注尺寸、公差、粗糙度、技术要求等；5．工程图应具有符合标准的边框、标题栏，要求单独建立标准的带标题栏的图框，通过插入图样的形式将图框插入到零件的工程图中；6．说明书要求描述建模和绘图工作的主要过程与操作步骤，最后进行设计总结分析和回答思考题。

蜗轮丝杆升降机虚拟样机设计与运动仿真苗玉刚;赵峰【摘要】3D parametric modeling is built for major components such as trapezoidal screw,worm and gear,and shell by Solidworks 2012.Through virtual assembly,the virtual prototype of worm screw lift isdesigned.Motion simulation is performed for the virtual prototype by Solidworks Motion modular,with the simulation result consistent with the theoretic a-nalysis result,so that the design structure proves reasonable.This design method can guarantee design correctness,improve design efficiency,and reduce design cost,etc.%利用Solidworks 2012软件完成梯形丝杆、蜗轮蜗杆及壳体等主要零部件的三维参数化建模，并进行虚拟装配，实现了蜗轮丝杆升降机虚拟样机设计。

利用 Solidworks Motion 模块对虚拟样机进行运动仿真，仿真结果与理论分析结果相一致，验证了机构设计的合理性。

通过该设计方法，可以保证产品设计的正确性，提高设计效率，降低设计费用。

【期刊名称】《起重运输机械》【年(卷),期】2015(000)001【总页数】4页(P36-38,39)【关键词】蜗轮丝杆升降机;Solidworks 2012;运动仿真【作者】苗玉刚;赵峰【作者单位】陕西省工业自动化重点实验室汉中 723001;陕西省工业自动化重点实验室汉中 723001【正文语种】中文【中图分类】TH211+.60 引言SWL系列蜗轮丝杆升降机是一种实用的升降设备，符合JB/T 8809—1998行业标准。

蜗杆传动的三维建模与动态仿真河北天择重型机械有限公司（河北邯郸 056200）武雪威蜗杆传动是齿轮传动的一种，主要用于交错轴间传递运动和动力。

最常用的是两轴交错角为90°的减速传动。

与其他传齿轮动相比，蜗杆传动传动比大，传动平稳可靠，噪声小，可实现反向自锁。

但是由于蜗杆传动属于滑动摩擦且速度较大，因而传动效率低。

在平面绘图中，只能用分度圆、齿顶圆、齿根圆来表示齿形，为了克服蜗杆传动平面绘图的缺点，本文提出了一种基于SolidWorks的三维实体建模方法，这样可使抽象的问题直观化。

我们还可以利于Animator插件来制作动画，它能实时录制蜗杆传动机构的工作过程，增强了对蜗杆传动机构的理解。

1 蜗轮蜗杆的实体建模SolidWorks软件具有人性化的用户界面，操作简便，使用非常广泛。

在SolidWorks 的标准菜单中包含了草图绘制工具栏和特征工具栏，其中特征工具栏有拉伸凸台/基体、旋转凸台/基体。

在处理复杂的几何形状时还需要其他高级特征选项，包括扫描、放样凸台/基体等。

合理运用上述特征造型技术就能设计出蜗杆传动的实体模型。

由于阿基米德蜗杆最为简单，且有关阿基米德蜗杆传动的一些基本知识也适用于其他型式的蜗杆传动，故下面以阿基米德蜗杆传动为例说明建模过程。

先确定模数、中心距、传动比、蜗杆头数、变位系数等基础参数，再分别算出蜗杆和蜗轮的分度圆、齿顶圆、齿根圆的大小。

然后选择“曲线”中的“螺旋线/涡状线”按钮，在蜗杆的分度圆上绘制螺旋线，在中心平面绘制齿槽轮廓线，选择“扫描切除”按钮，就能得到蜗杆模型，如图1。

同理，在齿坯上先切出一个齿槽，选择“圆周阵列”按钮得到所需蜗轮，如图2。

注意在设置螺旋线参数时，蜗杆和蜗轮的螺距和旋向必须相同。

图1 蜗杆实体模型图2 蜗轮实体模型2 蜗轮蜗杆的虚拟装配在虚拟装配前先设计一个机架，使它能把蜗轮蜗杆约束到所需的中心距和交错角。

然后单击“新建”按钮，打开一个装配体文件，先插入机架，依次蜗轮和蜗杆，因为SolidWorks默认第一个零件是固定的，不能运动，其他的零件都是以它为装配参照体。