蜗轮丝杆升降机虚拟样机设计与运动仿真

    0 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/T8809—1998行业标准。该产品运行平稳，噪声低，能自锁，具有体积小、寿命长、控制方便以及小动力大推力等特点，广泛应用于机械加工、建筑工程、货物升降、安装维修等各个方面。它由蜗轮、蜗杆、梯形丝杆、壳体、轴承和导向套等零部件构成，工作原理为蜗杆副带动丝杆副上下运动，蜗轮中心为内螺纹结构，与丝杆组成丝杆螺母副，将旋转运动和动力输出为直线升降运动和动力。在蜗轮丝杆升降机的设计领域，采用三维CAD技术进行产品设计与运动仿真，可以缩短产品开发周期，促进产品创新，提高产品质量与可靠性，从而创造良好的经济效益和社会效益。

    1 虚拟样机的三维建模

    1.1 建模的软件环境

    本设计研究平台采用美国公司推出的设计软件 2012。是基于Windows开放平台的主流3D机械设计软件，具有界面简洁、设计灵活、易学易用和技术创新等优点，它采用参数化特征建模技术，基础实体特征主要有拉伸凸台/基体、旋转凸台/基体、扫描、放样等，实体模型建好后，可以进行虚拟装配与运动仿真。文中对SWL2.5M－1AⅡ－500FZ型号的蜗轮丝杆升降机进行虚拟样机设计与运动仿真。

    1.2 梯形丝杆的三维建模

    由机械设计手册查得梯形丝杆的设计参数如表1所示。首先启动 2012软件，选择【文件】—【新建】，在“新建文件”对话框中，选中“零件”，点击“确定”，随后进入零件建模环境。选择【插入】—【凸台/基体】—【拉伸】，完成直径为30mm，长度为600mm的丝杠圆柱体造型。选择【插入】—【曲线】—【螺旋线/涡状线】，生成直径为30mm，高度为500mm，螺距为6mm的螺旋线，以上视基准面为草绘平面，按照表1中的数据绘制梯形截面草图，完成后退出草绘环境，选择【插入】—【切除】—【扫描】，完成丝杆的三维建模，如图1所示。

表1 梯形丝杆主要参数

图1 梯形丝杆三维模型

    1.3 蜗轮蜗杆的三维建模

    GearTrax是一种简单易用的在内部就可完成零件实体造型的工具，只需输入指定的参数，GearTrax便自动生成具有精确齿形的蜗轮蜗杆。蜗轮蜗杆的主要参数有模数m、压力角α、蜗杆头数z₁、蜗轮齿数z₂及蜗杆分度圆直径d₁等，如表2所示，将它们输入到GearTrax2012界面中，点击“创建”图标，在 2012内部便自动生成蜗轮蜗杆的三维模型，然后运用拉伸、切除、扫描等命令创建蜗轮轴和蜗轮轴中心的梯形内螺纹，蜗轮蜗杆的三维装配图如图2所示。