一种精确创建蜗轮数模的方法技术

本发明专利技术属于计算机数模创建技术领域，特别涉及一种精确创建蜗轮数模的方法，包括确定蜗轮的基本参数，然后以系统默认的坐标系为蜗轮的建模坐标系，并对蜗轮的位置进行布局，基于蜗轮位置的布局，创建蜗轮齿坯截面轮廓；基于齿坯截面轮廓为旋转面生成蜗轮的齿坯；基于蜗轮位置的布局，创建齿槽右齿廓线和齿槽左齿廓线，并进一步创建齿槽轮廓；最后基于齿槽轮廓在齿坯上开设第一个齿槽，以蜗轮轴线L为中心，在齿坯上按齿数z圆形阵列出其余的齿槽，即完成蜗轮数模的创建。本技术方案中，蜗轮齿廓曲线严格按照渐开线的定义确定，生成的轮齿形状精确，无理论误差，所有的计算和图形绘制均由宏程序自动完成，使用方便，可避免人工操作失误。误。误。

【技术实现步骤摘要】
一种精确创建蜗轮数模的方法


[0001]本专利技术属于计算机数模创建
，特别涉及一种精确创建蜗轮数模的方法。

技术介绍

[0002]蜗轮蜗杆传动应用于90
°
交错轴之间传递运动和动力，传动比大、运动平稳，是最基础的机械零件。随着计算机技术和三维设计软件的快速发展和应用，零件设计快速由二维向三维设计发展。由于蜗轮蜗杆传动在主剖面内相当于齿轮齿条传动，蜗轮在主剖面的齿廓曲线为渐开线，且蜗轮的齿槽方向为螺旋线，造成在三维设计软件中创建数模异常困难，设计人员在创建蜗轮数模时一般都进行简化处理，仅仅只创建齿坯，不作具体的轮齿模型，这样的简化数模只是展示了外观，无法满足后续较高的分析需求，如有限元分析软件对轮齿的强度进行分析、3D零件打印技术都需要完整、精确的带轮齿的蜗轮数模。
[0003]现有相关专利如申请号为201210443297.X,名称为《一种用于蜗轮的精确建模方法》的专利技术专利公开的一种技术方案：通过用沿蜗轮主剖面平行的若干个平面来截取蜗杆轮齿，获取轮齿截面，每一个截面按定值阵列复制，按阵列轮廓边缘创建基准点，并连接为齿廓曲线，然后将若干个这样截面上的齿廓曲线拟合成齿槽曲面。这种方法涉及的转换数学关系十分复杂，普通技术人员很难理解，其轮齿面的精度由选取的若干个截面的数量决定。
[0004]现有相关专利如申请号为201910190492.8,名称为《一种延伸渐开线蜗轮滚齿三维建模方法》的专利技术专利公开的一种技术方案：通过模拟蜗轮滚齿的加工运动，建立滚刀刀刃轨迹的三维数模，与蜗轮齿坯的数模进行布尔运算来获取蜗轮的齿槽。这种方法需先建立滚刀的数模，为间接创建齿槽。
[0005]现有相关专利如申请号为201811564419.4,名称为《一种蜗轮蜗杆的建模方法》的专利技术专利公开的一种技术方案存在以下问题：a)需要建立的辅助线多，操作复杂，如需要建立基圆、分度圆；b)创建渐开线只能手工使用三维软件提供的"规律曲线"功能模块，这限制了用计算机二次开发程序来实现的可能，手工操作效率低；c)与上一份专利一样，先生成了蜗杆的部分轮齿实体特征，再与蜗轮齿坯进行布尔运算（求差）来获取蜗轮齿槽，为间接创建齿槽；d)当蜗轮的齿根圆半径小于基圆半径时，生成的渐开线与齿根圆不相交，该方法不能生成蜗杆轮齿的扫描特征，也就无法经过布尔运算创建蜗轮的齿槽。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目针对上述现有技术存在的不足，提出一种精确创建蜗轮数模的方法，是在计算机的三维环境中精确且直接创建蜗轮数模的方法，通过简单地输入基本的蜗轮参数，利用计算机程序强大的运算能力，轻松建立蜗轮的三维实体模型，解决现有技术中蜗轮轮齿创建困难的问题。
[0007]本专利技术具体通过以下技术方案实现：一种精确创建蜗轮数模的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1，确定蜗轮的基本参数，包括模数m、齿数z、齿形角α、齿坯厚度H、蜗杆分度圆直径d1和蜗杆头数z1；其中，模数m和齿形角α按标准选取，其余参数由结构设计确定；S2，在零件设计的三维环境中，以系统默认的坐标系为蜗轮的建模坐标系，并基于建模坐标系对蜗轮的位置进行布局，其中包括蜗轮轴线L的确定；S3，在零件设计的三维环境中，基于步骤S2中对蜗轮位置的布局，创建蜗轮齿坯截面轮廓；S4，在零件设计的三维环境中，调用旋转体命令，以蜗轮轴线L为旋转中心，以齿坯截面轮廓为旋转面，旋转360
°
，生成蜗轮的齿坯；S5，在零件设计的三维环境中，基于步骤S2中对蜗轮位置的布局，分别创建齿槽右齿廓线和齿槽左齿廓线；S6，在零件设计的三维环境中，基于齿槽右齿廓线和齿槽左齿廓线创建齿槽轮廓；S7，在零件设计的三维环境中，基于齿槽轮廓在齿坯上开设第一个齿槽，以蜗轮轴线L为中心，在齿坯上按齿数z圆形阵列出其余的齿槽，即完成蜗轮数模的创建。
[0008]优选的，所述步骤S2中，对蜗轮位置进行布局包括以下步骤：S2
‑
1，以建模坐标系的坐标原点O为蜗轮的中心点；S2
‑
2，以xy平面与yz平面的交线为蜗轮轴线L；S2
‑
3，以zx平面为蜗轮的主剖面；S2
‑
4，在主剖面内创建平行于xy平面且垂直于蜗轮轴线L的蜗杆轴线Lc。
[0009]优选的，所述步骤S2中，蜗轮轴线L与蜗杆轴线Lc之间的距离为蜗轮蜗杆中心距a，且a=(d1+mz)/2。
[0010]优选的，所述步骤3中，创建蜗轮齿坯截面轮廓包括以下步骤：S3
‑
1，基于基本参数确定建模尺寸；S3
‑
2，结合基本参数和建模尺寸，在yz平面内创建蜗轮的外圆母线CD、侧母线DA、侧母线BC和底线AB；S3
‑
3，结合基本参数和建模尺寸，在yz平面内以蜗杆轴线Lc为圆心，创建蜗轮喉圆；S3
‑
4，结合基本参数和建模尺寸，修整外圆母线CD、侧母线DA、侧母线BC、底线AB和蜗轮喉圆，形成封闭的蜗轮齿坯截面轮廓。
[0011]优选的，所述步骤S3
‑
1中的建模尺寸包括蜗轮外圆半径rc和蜗轮喉圆半径rg；其中，对于蜗轮外圆半径rc：当z1=1时，rc=m(z+4)/2；当z1=2~3时，rc=m(z+3.5)/2；当z1=4~6时，rc=m(z+3)/2；对于蜗轮喉圆半径rg，有rg=a
‑
(mz+2m)/2，a表示蜗轮蜗杆中心距。
[0012]优选的，所述步骤S3
‑
4中，外圆母线CD、侧母线DA、底线AB和侧母线BC依次首尾相连，并配合呈矩形分布；所述底线AB与蜗轮轴线L重合，其长度等于齿坯厚度H；原点O为底线AB的中点。
[0013]优选的，所述步骤S5中，创建齿槽右齿廓线和齿槽左齿廓线包括以下步骤：S5
‑
1，以建模坐标系的坐标原点O为齿廓渐开线的基圆中心，在基于建模坐标系的
X轴和Z轴，在zx平面上连续创建n个渐开线上的离散点，其中，n的取值是16~32；S5
‑
2，以样条线命令，将上述n个离散点依次连接为一条光滑的渐开线曲线；S5
‑
3，在zx平面内，将上述光滑的渐开线曲线绕蜗轮轴线L顺时针旋转角度θ，得到齿槽右齿廓线；其中，θ=3.1415/(4*z)
‑
(tan(α)
‑
α)；S5
‑
4，在zx平面内，，以yz平面为对称中性面，将齿槽右齿廓线镜像，得到齿槽左齿廓线。
[0014]优选的，所述步骤S5
‑
2中，创建离散点是先确定离散点的坐标（Xi，0，Zi），Xi和Zi的计算公式如下：分度圆的半径r=mz/2；渐开线基圆的半径rb=r*cos(α)；滚动角ωi=(i
‑
1)*0.05；第i点的Z值Zi=rb*sin(ωi)
‑
rb*ωi*cos(ωi)；第i点的X值Xi=rb*cos(ωi)+rb*ωi*sin(ωi)
–
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种精确创建蜗轮数模的方法，其特征在于，包括以下步骤：S1，确定蜗轮的基本参数，包括模数m、齿数z、齿形角α、齿坯（13）厚度H、蜗杆分度圆直径d1和蜗杆头数z1；其中，模数m和齿形角α按标准选取，其余参数由结构设计确定；S2，在零件设计的三维环境中，以系统默认的坐标系为蜗轮的建模坐标系，并基于建模坐标系对蜗轮的位置进行布局，其中包括蜗轮轴线L（5）的确定；S3，在零件设计的三维环境中，基于步骤S2中对蜗轮位置的布局，创建蜗轮齿坯截面轮廓（11）；S4，在零件设计的三维环境中，调用旋转体命令，以蜗轮轴线L（5）为旋转中心，以齿坯截面轮廓（11）为旋转面，旋转360
°
，生成蜗轮的齿坯（13）；S5，在零件设计的三维环境中，基于步骤S2中对蜗轮位置的布局，分别创建齿槽右齿廓线和齿槽左齿廓线（17）；S6，在零件设计的三维环境中，基于齿槽右齿廓线和齿槽左齿廓线（17）创建齿槽轮廓（19）；S7，在零件设计的三维环境中，基于齿槽轮廓（19）在齿坯（13）上开设第一个齿槽，以蜗轮轴线L（5）为中心，在齿坯（13）上按齿数z圆形阵列出其余的齿槽，即完成蜗轮数模的创建。2.如权利要求1所述一种精确创建蜗轮数模的方法，其特征在于：所述步骤S2中，对蜗轮位置进行布局包括以下步骤：S2
‑
1，以建模坐标系的坐标原点O（6）为蜗轮的中心点；S2
‑
2，以xy平面（1）与yz平面（4）的交线为蜗轮轴线L（5）；S2
‑
3，以zx平面（2）为蜗轮的主剖面；S2
‑
4，在主剖面内创建平行于xy平面（1）且垂直于蜗轮轴线L（5）的蜗杆轴线Lc（3）。3.如权利要求2所述一种精确创建蜗轮数模的方法，其特征在于：所述步骤S2中，蜗轮轴线L（5）与蜗杆轴线Lc（3）之间的距离为蜗轮蜗杆中心距a，且a=(d1+mz)/2。4.如权利要求2所述一种精确创建蜗轮数模的方法，其特征在于：所述步骤3中，创建蜗轮齿坯截面轮廓（11）包括以下步骤：S3
‑
1，基于基本参数确定建模尺寸；S3
‑
2，结合基本参数和建模尺寸，在yz平面（4）内创建蜗轮的外圆母线CD、侧母线DA、侧母线BC和底线AB；S3
‑
3，结合基本参数和建模尺寸，在yz平面（4）内以蜗杆轴线Lc（3）为圆心，创建蜗轮喉圆（9）；S3
‑
4，结合基本参数和建模尺寸，修整外圆母线CD、侧母线DA、侧母线BC、底线AB和蜗轮喉圆（9），形成封闭的蜗轮齿坯截面轮廓（11）。5.如权利要求4所述一种精确创建蜗轮数模的方法，其特征在于：所述步骤S3
‑
1中的建模尺寸包括蜗轮外圆半径rc和蜗轮喉圆（9）半径rg；其中，对于蜗轮外圆半径rc：当z1=1时，rc=m(z+4)/2；当z1=2~3时，rc=m(z+3.5)/2；当z1=4~6时，rc=m(z+3)/2；
对于蜗轮喉圆（9）半径rg，有rg=a
‑
(mz+2m)/2，a表示蜗轮蜗杆中心距。6.如权利要求4所述一种精确创建蜗轮数模的方法，其特征在于：所述步骤S3
‑
4中，外圆母线CD、侧母线DA、底线AB和侧母线BC依次首尾相连，并配合呈矩形分布；所述底线AB与蜗轮轴线L（5）重合，其长度等于齿坯（13）厚度H；原点O为底线AB的中点。7.如权利要求4所述一种精确创建蜗轮数模的方法，其特征在于：所述步骤S5中，创建齿槽右齿廓线和齿槽左齿廓线（17）包括以下步骤：S5
‑
1，以建模坐标系的坐标原点O（6）为齿廓渐开线的基圆中心，在基于建模坐标系的X轴和Z轴，在zx平面（2）上连续创建n个渐开线上的...

【专利技术属性】
技术研发人员：贾朝定，唐姝妮，夏珍妮，苏凯斌，曹海，
申请(专利权)人：成都飞机工业集团有限责任公司，
类型：发明
国别省市：