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                波狀螺桿參數化技術在螺桿設計中的具體應用
                瀏覽: 發布日期:2017-09-23

                  東莞注塑機螺桿炮筒廠家淺析波狀螺桿參數化技術在螺桿設計中的具體應用。

                注塑機螺桿炮筒


                對螺桿進行精確的幾何建模,不僅是塑料擠出機、注塑機有限元分析、工作運動仿真和虛擬樣機建立等設計工作的必要前提,也是異型螺桿數控加工自動編程的前提。相對普通螺桿,波狀螺桿結構較為復雜,本文針對波狀螺桿的典型結構,運用參數化技術,探討采用SolidWorks軟件對波本文根據波狀螺桿的結構特征,在形體分析的基礎上對波狀螺桿進行參數化建模,介紹了SolidWorks波狀螺桿參數化建模的過程和技術要點,探索了參數化技術在螺桿快速設計、系列設計及變形設計中的應用。狀螺桿進行快速設計、系列設計及變形設計的建模方法,也適合于其他螺桿類零件的設計建模。


                螺桿的參數化設計步驟

                1.螺桿分段及參數設定

                應用形體分析法把波狀螺桿(如圖1a)分解成由螺桿尾、螺槽結構(如圖1b)、螺棱結構(如圖1c)及螺桿頭四個分段。螺桿分段的目的是為了達到簡化復雜異型螺桿參數化難度的目的,其中螺紋特征主要有等距、變距、單線、多線等幾種形式,深度特征主要有等深、變深、波浪等幾種形式。


                2.螺桿分段模型建立

                用SolidWorks軟件建立螺桿分段實體模型,零件中的草圖繪制要標全尺寸,并要完全約束。


                3.定義螺桿分段的參數

                在SolidWorks中顯示尺寸及其名稱,將模型原始的尺寸名稱改為與螺桿參數相符或具有一定意義;然后對部分尺寸根據設計要求建立尺寸關聯(軟件中顯示為“∞”)和方程式(軟件中顯示為“∑”);最后把不需要顯示的尺寸進行隱藏,僅顯示參數化中需要用到的尺寸。


                4.螺桿的拼裝設計

                由于異型螺桿的結構普遍比較復雜,直接在“零件模塊”進行螺桿參數化設計,存在較大難度,也不利于精確造型和參數化的實現??梢圆捎脧摹傲慵钡健把b配”再由“裝配”模式下“派生零部件”的方法得到螺桿零件,由于SolidWorks的“零件模塊”、“裝配模塊”、“工程圖模塊”及“派生零件”之間存在關聯,所以這種設計方法特別適合結構復雜的螺桿建模,便于復雜螺桿的參數化結構修改和螺桿系列零件設計。


                注塑機螺桿炮筒


                三、螺桿參數化建模實例

                1.螺棱結構參數化建模

                螺桿的參數化關鍵是螺棱結構的參數化,在SolidWorks軟件里做螺棱結構首先要生成路徑草圖(螺旋線)和截面草圖(法向截面或軸向截面),然后用“掃描”命令來生成螺棱結構。


                2.螺槽結構參數化建模

                普通螺桿的螺槽特征(等深、變深)參數化建模比較簡單,波狀螺桿精確建模的另一關鍵是波狀段螺槽特征的建模。波狀螺桿有“單波”和“雙波”之分,如圖3所示。單波型螺桿的螺槽深度變化是在同一條螺槽中進行的,雙波型螺桿的螺槽分兩部分,兩部分螺槽深度各自按一定的規律周期地變化,二者之間有一定的相位關系,雙波型螺桿可以分成兩種形式,附加螺紋的雙波狀螺桿和無附加螺紋的雙波狀螺桿。單波段深度特征參數化定義如圖4所示,主要參數有:螺桿直徑D,波谷深度Hv,波峰深度Hp,導程Ph,波段長度L。O、O1、O2分別為螺桿、上波、下波的軸心位置,由于波段螺旋線本身要具有一定的連續性,根據圖3b可以得出這樣的結論:A、B兩點位置是上下波段的螺旋路徑組合的結合點,我們取其中一個作為單波螺旋的起點和終點,這里取A點,因此θ1就是下波螺旋的起始角,θ2為上波螺旋的起始角,兩者軸向的距離差為一個導程。


                ①繪制圖3b的草圖,并標注參數尺寸D、Hp、Hv、θ1、θ2,其中θ1、θ2為從動尺寸,保留該草圖,作為后續建模參照。

                ②重新建模后,提取上波浪輪廓,以上波為底圓,生成一個螺距的螺旋線。選取螺旋線起始角度與參照草圖中的θ2角度,使用“連接數值”命令使兩角度相等,可以省略角度方程計算。以該螺旋線為路徑,生成一個螺距的上波特征。

                ③建立一新草圖繪制平面,以距離上波草圖的平面距離為一個導程,提取下波輪廓,以下波底圓,生成一個螺距的螺旋線,同樣把螺旋線起始角度與參照草圖中的θ1進行“連接數值”使兩角度相等。以該螺旋線為路徑,生成一個螺距的下波特征。由于兩個螺旋有偏心而螺線參數相同,所以會有相互重疊和分離現象,但被螺棱覆蓋后不影響螺桿的整體建模。

                ④用“移動/復制實體”命令,設定間距為2倍導程,根據長度要求,復制若干個波段。

                ⑤切除兩頭多余部分,對兩個波浪交界處進行過渡處理,定義參數化尺寸,最后完成圖3a單波深度特征的參數化建模。


                雙波段深度特征參數化定義如圖5所示,主要參數有:螺桿直徑D,波谷深度Hv,波峰深度Hp,導程Ph,雙波段長度L。其建模方法如下。

                ①繪制圖4b草圖,標注參數尺寸,保留該草圖,作為后續建模參照。

                ②提取“下波”輪廓,拉伸“下波”圓柱。

                ③提取“上波”輪廓,以此為基圓,制作一螺旋線為路徑,穿透該螺旋線做一寬度為二分之一導程的截面,用“掃描切除”命令去除“下波”圓柱中多余的材料。

                ④提取“上波”輪廓,以此為基圓,制作一螺旋線為路徑,穿透該螺旋線做一寬度為二分之一導程的截面,用“掃描”命令添加“上波”特征。

                ⑤切除兩端多余部分,設定方程式和關聯尺寸,完成如圖5a的雙波深度特征的參數化建模。

                注塑機螺桿炮筒

                3.螺桿段裝配拼裝

                在建立所有螺桿結構段模型的基礎上,進行螺桿的裝配設計,具體步驟如下。

                ①在零件設計模式下,從模型庫中提取需要的螺桿段結構,由于螺桿段已經有了完整的參數定義,所以只要輸入相應的尺寸就可以生成所需要的分段結構。

                ②在裝配模式下,把螺桿段裝配成如圖1所示的裝配體,檢查合格后,利用“連接”命令,把所有零件連接成一個零件,用“派生零部件”命令派生出一個新的波狀螺桿零件,這樣就完成了雙波狀螺桿的設計。


                四、結束語

                本文在形體分析的基礎上,通過對波狀螺桿的分段特征參數化建模,最終實現了各種波狀螺桿的參數化裝配設計,且模型正確無誤。限于篇幅,沒有敘述更多種類波狀螺桿的參數化建模過程。相同種類的螺桿,變化大多只是結構尺寸,采用參數化方法建模設計不僅可以節省時間,還便于實現系列化設計和變異設計。

                本文螺桿零件模型的建立方法,是一個從“零件”到“裝配”再到“零件”的過程,能有效解決由于螺桿結構的復雜性所帶來的建模困難問題,同時利用SolidWorks強大的黃金伙伴軟件可以使螺桿的CAD/CAE/CAM技術應用更加方便。

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