基于SolidWorks的蜗杆齿形实体建模

1、引言

    是三维中档CAD软件，面向中小企业和教学单位，使用方便，功能强大，是一款优秀的CAD软件。

    蜗轮、蜗杆是机械传动中的常用零件，在三维CAD设计中经常会遇到蜗杆螺旋齿形实体建模问题。有的文献介绍利用草图绘制出轴截面齿形直接旋转拉伸得到蜗杆齿形的建模方法，这种建模方法存在不足之处，首先，蜗杆齿螺旋上升而且蜗杆有多种类型，齿形各不一样，阿基米德蜗杆在轴向截面上是直廓梯形；法向直廓蜗杆；渐开线蜗杆；锥面包络网柱蜗杆等。其次，近似的实体建模不能诸如重量等精确信息，还给机构动态仿真、有限元分析等带来困难。

2、蜗杆齿形几何计算和实体建模过程

    1)齿形几何计算

    蜗杆螺纹导程：pz=πm Z1

    式中：m——蜗杆模数(mm)

    z1——蜗杆头数

    蜗杆分度圆螺纹轴向齿距：p1=πm

    蜗杆分度圆直径：d1=mq

    蜗杆顶圆直径：da1=m(q+2h*a1)

    式中：q——蜗杆直径系数

    h*a1——齿顶高系数

    蜗杆根网直径：df1=m(q+2h*f1)

    式中：h*f1——齿根高系数

    在蜗杆模数m、蜗杆直径系数q*a1、齿顶高系数h*f1。齿根高系数h给定的条件下，根据上面三式可求出蜗杆螺纹导程pz、蜗杆分度圆螺纹轴向齿距p1、蜗杆分度圆直径d1、蜗杆顶圆直径da1、蜗杆根圆直径df1。

    2)实体建模

    (1)在前视面上面一个直径为dal圆，拉伸到给定的蜗杆宽度B，选取网柱外网轮廓线转换实体引用，这时构造螺旋线工具按钮有灰变黑功能可用，如图1所示。

图1 绘制直径为dal圆

    (2)按下螺旋线工具按钮出现如图2所示的螺旋线对话框，在定义方式中选取高度和螺距，在高度文本框中输入给定宽度B，在螺距文本框中输入螺纹导程：pz值，根据已知条件确定蜗杆的螺旋线旋向，按下确定按钮，一条螺旋线即可生成。如果螺旋线不在圆柱蜗杆实体内，应在螺旋线对话框中选择反向复选框。

图2 螺旋线对话框

    (3)构造蜗杆轴向齿形绘制平面，首先创建蜗杆基准轴线，再利用螺旋线端点和蜗杆基准轴线构造轴向齿形绘制平面，在轴向齿形绘制平面上绘制阿基米德蜗杆轴向截面齿形，具体齿形绘制过程省略，这里要注意齿形的绘制应在蜗杆实体之外如图3所示，否则绘制的齿形不完整。