摘要：在Pro/E 環境下，以蝸輪蝸桿零件的三維建模為基礎，將變參設計巧妙融入到零件三維實體的創建過程中，通過生成的可視化變參對話框，實現蝸輪蝸桿的快速建模，在此基礎上，對快速建模的蝸蝸桿進行了虛擬裝配和運動仿真。
    
1    蝸輪蝸桿參數化的工程意義
       蝸輪蝸桿機構以傳動比大和傳動平穩等眾多優勢在各類機械設備的傳動系統中被廣泛應用，但是，由于蝸輪蝸桿零件形狀復雜，給設計、加工和裝配帶來了很大困難。因此，如果能夠借助計算機輔助設計的*技術，設計出參數化的蝸輪蝸桿，就可以避免產品設計過程中的多次建模，提高產品設計的效率[1-2]。
        本篇文章以Pro/E 軟件為設計平臺，充分利用Pro/E 的參數化設計功能，在蝸輪蝸桿三維建模的過程中，通過條件語句來實現蝸輪蝸桿三維實體的參數化。設計時，設計人員只需輸入蝸輪蝸桿的相關特征參數，即可生成所需三維實體模型，并在此基礎上，對蝸輪蝸桿進行虛擬裝配和運動仿真，此方法對于今后蝸輪蝸桿機構的設計與制造水平的提高，擴大蝸輪蝸桿傳動裝置的應用范圍，創新產品虛擬制造技術具有重大意義。

2   蝸輪參數化設計的基本原理
2.1 基本思路
      蝸輪零件進行三維實體參數化設計的基本思路是：擬定可變參數，根據初設條件進行相關幾何參數的計算，在編輯器中設定各參數并加入部分關系式，在生成蝸輪毛坯中加入變參，利用“方程式”生成輪齒中加入變參。最后，對設計好的蝸輪三維實體設定條件進行變參。如果蝸輪能按照輸入的條件變參，說明設計成功；否則，說明設計有問題。蝸輪三維實體參數化設計流程見圖1 所示。
                                          
2.2 設計過程
      ①本設計擬對特性系數蝸輪齒數、壓力角、蝸輪寬度等參數進行變參設計。
      ②繪制實現齒頂圓、齒根圓、分度圓的基準曲線
      ③輸入已建立的漸開線曲線的參數方程
           r=D5/2
           theta=t*45
           x=r*cos（theta）+r*sin（theta）*theta*pi/180
           y=r*sin（theta）-r*cos（theta）*theta*pi/180
           z=m*q/2
      ④利用Mirror 命令生成另一漸開線的基準曲線，用草繪模式中的UseEdge 等選項最后生成單個齒槽基準曲線。
      ⑤通過拉伸Cut 生成單個齒槽后，用Pallem 命令生成所有的輪齒
      ⑥完成蝸輪其它特征的創建因此，蝸輪整個參數化過程，通過以下程序來實現蝸輪各參數之間的約束關系。
                               RELATIONS
                              GAMMA=ATAN（Z1/Q）
                              BETA=GAMMA
                              ALPHA_T=ATAN（TAN（ALPHA）/COS（BETA））
                              S=PI*Z1*M
                              D0=M*Q/2
                              D1=M*（Q+Z2+2*X2）/2
                              D2=360（/ 4*Z2）-180*TAN（ALPHA_T）/PI+ALPHA_T
                              D3=M*Z2
                               ……
                              IF Z1<=1
                              D21=D20+2*M
                              ENDIF
                              IF Z1>1
                              IF Z1<=3
                              D21=D20+1.5*M
                              ENDIF
                              ENDIF
                              IF Z1>3
                             D21=D20+M
                       ……
                    P86=Z2-1
                   D137=360/（2*Z2）
                  END RELATIONS
        ⑦完成蝸輪的變參在如圖2 所示的對話框中對蝸輪進行變參三維造型，其結果如圖3 所示。
                     

3   蝸桿參數化設計原理
      將蝸桿基圓漸開線方程、蝸桿的螺旋線方程輸到Pro/E 軟件的關系式中，創建輪齒、輸入Program 程序。具體流程同蝸輪參數化過程。在如圖4 所示的對話框對蝸輪進行變參三維造型，其結果如圖5。
                    

4    蝸輪蝸桿的運動仿真
       按照圖6 所示的流程，對蝸桿機構進行運動分析，其過程：設定機構運動仿真的初始條件，然后對蝸輪蝸桿實施變參，將變參后的蝸輪蝸桿進行組裝，組裝之后，進入Pro/E 機構模塊，進行約束與快照的設置，然后再定義齒輪副、選取電動機，完成之后，對機構執行運動仿真，如圖7 所示[5-6]。
                            
                        

5    結論
        在Pro/E 環境下，實現了蝸輪蝸桿三維實體的參數化設計，通過在可視化的變參對話框中輸入相關參數，便可實現蝸輪蝸桿三維實體的快速建模，進而實現了蝸輪蝸桿的虛擬裝配和運動仿真，提高了蝸輪蝸桿機構設計的效率，為蝸輪蝸桿零件的有限元分析、數控仿真等工作奠定了基礎，通過進一步的研究，可以開發出該機構的虛擬設計、制造及仿真的平臺。