滾珠絲杠副的三維建模及仿真

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上滾珠絲杠副的三維建模及仿真1 滾珠絲杠副的結(jié)構(gòu) 滾珠絲杠副由滾珠、絲杠和螺母組成，其結(jié)構(gòu)如圖1所示圖1 滾珠絲杠副的結(jié)構(gòu)2 滾珠絲杠的建模 在這里我建立模型只是為了更方便看清楚滾珠與絲杠和螺母之間的關(guān)系，并不能直接用這個建模后的模型仿真，但這個建模在一定程度上也為后來的仿真做了一些準(zhǔn)備工作。2.1 螺母的建模啟動pro/e軟件，在文件菜單下設(shè)置工作目錄，選擇方便使用的文件夾作為工作目錄。設(shè)置工作目錄是為了方便存取文件，以后新建文件系統(tǒng)也會自動指向這個文件夾。選擇【文件】【新建】，在“類型”里選擇“零件”，在“子類型”中選擇“實(shí)體”，在“名稱”里輸入“螺母”，不適用缺省

2、模板，選擇mmns-part-solid模板，這種符合國家標(biāo)準(zhǔn)，單擊“確定”隨后進(jìn)入pro/e零件建模模塊。選擇【拉伸】進(jìn)入實(shí)體操作狀態(tài)按住右鍵選擇“定義內(nèi)部草繪”進(jìn)入草繪狀態(tài)后，繪制直徑110mm、厚度15mm的螺母的凸緣造型，再【拉伸】以相同草繪平面繪制直徑71mm、厚度65mm拉伸方向與上一步相同的螺母體的造型。如圖2所示圖2 螺母體的造型在此選擇【拉伸】命令，按住右鍵選擇“移除材料”，接著定義內(nèi)部草繪，草繪平面選擇“使用先前的”進(jìn)入草繪后在螺母體的一側(cè)面繪制直徑為49.5mm的同心圓草圖，在信息欄中選擇改變拉伸方向，然后選擇穿透；然后確定應(yīng)用，完成通孔的造型；最后選擇【插入】【螺旋掃描

3、切口】，完成螺母螺紋孔的造型。在應(yīng)用拉伸移除材料繪制螺母凸緣上一個階梯孔的造型，用陣列命令完成六個空的造型。為了方便觀察用拉伸移除材料將螺母四分之一切掉，形成半刨視圖。螺母的三維建模完成，如圖3所示特別指出這里切除四分之一的螺母只是為了后面建模成滾珠絲杠后能清楚的看清里面的結(jié)構(gòu)。圖3 螺母的三維建模2.2 絲杠的建模啟動pro/e軟件然后按照與螺母建模相同的操作方法進(jìn)行pro/e零件建模。首先選擇【插入】【拉伸】，完成直徑為49.5mm的絲杠圓柱的造型，再選擇【插入】【螺旋掃描切口】完成絲杠螺紋的造型，如圖4所示。這里我們畫的絲杠比較長，只是為了讓大家更清楚的看清楚絲杠。圖4 絲杠2.3 滾珠

4、的建模按絲杠的建模方法新建零件草圖，點(diǎn)擊工具欄插入基準(zhǔn)曲線，彈出對話框中選擇“從方程”并完成，根據(jù)提示依次選擇坐標(biāo)系；選擇笛卡爾作為參數(shù)形式，彈出記事本輸入軌跡方程如圖5所示，保存并關(guān)閉記事本完成了曲線定義的所有項(xiàng)目，單擊確定按鈕，即生成軌跡曲線如圖6所示。進(jìn)入草繪狀態(tài)，在TOP平面上繪制直徑3.175mm的圓，圓心位于FRONT平面下方，且與原點(diǎn)水平距離為24.75mm，利用一條直線將圓的左半邊裁掉，然后完成草繪。選擇【插入】【旋轉(zhuǎn)】根據(jù)提示選擇半圓作為旋轉(zhuǎn)對象，直徑作為旋轉(zhuǎn)軸，旋轉(zhuǎn)角度為360完成滾珠造型。如圖7所示。將旋轉(zhuǎn)做成的滾珠陣列：選擇【編輯】【陣列】命令，出現(xiàn)陣列信息欄，選擇類型

5、為“軸”，選螺旋線的中心線為陣列中心；第一方向陣列成員220個，角度為7.44；第二方向?yàn)?，選擇尺寸信息，在方向1的增量上輸入0.；其他不變，完成。如圖8所示。圖5 記事本對話框圖6 生成的螺旋曲線圖7 滾珠的造型圖8 滾珠的螺旋陣列3 滾珠絲杠副的裝配采用有底向上的裝配設(shè)計(jì)，首先生成個裝配零件，然后有零件生成裝配件。在pro/e中裝配件也叫組件，選擇【文件】【新建】，在“類型”中選擇“組件”，在“子類型”中選擇“設(shè)計(jì)”，在名稱中說如gunzhusigang，選擇不適用缺省模板，選擇mmns-asm-design模板，點(diǎn)擊“確定”進(jìn)入裝配界面。選擇【插入】【元件】【裝配】，系統(tǒng)彈出對話框，要

6、求選取零件以便調(diào)入裝配環(huán)境，在此選擇螺母作為第一個進(jìn)入裝配的零件，這時屏幕中出現(xiàn)了螺母零件，同時彈出裝配操控板，由于是第一個插入的零件因此無須進(jìn)行約束，確定完成螺母裝配。然后再選擇【插入】【元件】【裝配】，選擇絲杠作為第二個進(jìn)入裝配的零件，這時屏幕中出現(xiàn)了絲杠零件，單擊“放置”，在“約束類型”中選擇“對齊”，并在屏幕中依次選擇螺母的軸線和絲杠的軸線作為對齊項(xiàng)目，使螺母與絲杠同軸。單擊“移動”菜單，在“運(yùn)動類型”中選擇“平移”，然后在屏幕上單擊鼠標(biāo)左鍵，并移動鼠標(biāo)來實(shí)現(xiàn)絲杠的移動，將絲杠移動到其螺旋滾道與螺母螺旋滾道對齊即可。確定完成絲杠的裝配再選擇【插入】【元件】【裝配】，選擇滾珠作為第三個進(jìn)

7、入裝配的零件，這時屏幕中出現(xiàn)了滾珠零件，單擊“放置”，在“約束類型”下拉列表中選擇“對齊”，并在屏幕中依次選擇絲杠的軸線和滾珠螺旋線的軸線作為對齊項(xiàng)目，使?jié)L珠與絲杠同軸。單擊“移動”在“運(yùn)動類型”中選擇“平移”，然后在屏幕上單擊鼠標(biāo)左鍵，并移動鼠標(biāo)來實(shí)現(xiàn)滾珠的移動，將滾珠移動到絲杠與螺母共同形成的螺旋滾道，確定。完成滾珠與螺母、絲杠的裝配，如圖9所示。圖9 滾珠絲杠裝配圖4、滾珠絲杠副的仿真 此仿真在與建模相比還是有很大區(qū)別的。比如，建模時只需要能夠裝配在一起，沒有形成運(yùn)動軌跡，而仿真時要讓實(shí)體按照一定的運(yùn)動軌跡運(yùn)動，就需要給零件設(shè)置不同的約束，讓其按照預(yù)定的軌跡運(yùn)動，對各個零件的相互約束要求

8、的比較嚴(yán)格。運(yùn)動時要能夠滿足滾珠絲杠副在數(shù)控機(jī)床中預(yù)定的運(yùn)動。具體仿真過程如下：選擇【新建】【組件】，不使用缺省模板，子類型選擇【設(shè)計(jì)】，名字為fangzhengunzhusigang。模板選擇mmns-asm-design,單擊【確定】，進(jìn)入裝配界面。為放置絲杠創(chuàng)建一個基準(zhǔn)軸，單擊【基準(zhǔn)軸工具】選擇ASM-FRONT和ASM-RIGHT兩個平面如圖10所示，創(chuàng)建的基準(zhǔn)軸如圖11所示。圖10 基準(zhǔn)軸對話框圖 11 創(chuàng)建的基準(zhǔn)軸下來開始裝配零件，與上一次裝配不一樣的也基本上從這里開始，裝配進(jìn)去絲杠后，開始給絲杠限制約束，根據(jù)絲杠在數(shù)控車床上的運(yùn)動可以知道，我們只要絲杠進(jìn)行軸向轉(zhuǎn)動不產(chǎn)生位移，根據(jù)

9、這個給絲杠兩個約束類型，一個圓柱和一個平面。具體見圖12-15圖12選擇圓柱約束圖13絲杠圓柱約束選擇新建的基準(zhǔn)軸和絲杠的中心軸接下來選擇新建集如圖圖14 新約束對話框給新建集選擇平面約束，從而使兩個平面相接觸，不產(chǎn)生移動，使絲杠完全約束，從而使絲杠達(dá)到預(yù)定的運(yùn)動形式。圖15 選擇平面約束的對話框選擇平面ASM-RIGHT和RIGHT，如圖16圖16 平面約束對話框點(diǎn)“對號”絲杠裝配就此完成。下一步就開始裝配螺母，點(diǎn)“裝配零件”選擇螺母，導(dǎo)入螺母如圖17 螺母是裝配時沒有切除時的螺母。圖17 導(dǎo)入的螺母螺母在與絲杠在一起裝配時，分析數(shù)控機(jī)床知道在運(yùn)動過程中螺母只能做沿著軸向平移，不能有轉(zhuǎn)動出現(xiàn)

10、，所以在這里首先要讓螺母不能有轉(zhuǎn)動，這就需要一個平面約束，要和絲杠裝配，所以就還需要一個圓柱約束。當(dāng)然這些只是限制了螺母的運(yùn)動，它們裝在一起肯定要傳遞運(yùn)動的，這里我們給絲杠與螺母一個槽約束，讓絲杠轉(zhuǎn)動，螺母沿著螺旋方向開始水平移動，這就將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)換成為直線運(yùn)動了具體操作如下圖18-24圖18 選擇圓柱約束的對話框圖19 圓柱約束選擇建模坐標(biāo)系中新建的基準(zhǔn)軸和螺母的中心線圖20新約束選擇平面約束的對話框圖21 選擇ASM-TOP和TOP兩平面形成平面約束圖22 新建槽約束的對話框 下面是選擇絲杠的螺旋線，在這里要特別注意一定要將螺旋線選擇正確，不能有缺口，否則無法仿真，運(yùn)動將出現(xiàn)失敗，先選擇絲

11、杠的螺紋的一條線，然后按住ctrl將所有的螺旋線全部選擇，在此過程中，螺旋線并不是一圈兩條，螺旋線可能是由很多的不同小線條組成的，這時應(yīng)該將每一條的線全部選擇，這也是此裝配的一個難點(diǎn)，在很多次裝配時都出現(xiàn)了沒有將螺旋線選擇完成這種情況，結(jié)果仿真時出現(xiàn)了機(jī)構(gòu)不合理，不能進(jìn)行運(yùn)動仿真的問題。圖23 選擇絲杠的螺旋線選擇完螺旋線，然后就剩下在螺母上面選擇一點(diǎn)，這一點(diǎn)一定要和選擇的螺旋線相匹配，否則不能進(jìn)行仿真運(yùn)動了。螺母上的點(diǎn)是以前畫零件時做在上面的基準(zhǔn)點(diǎn)，這個點(diǎn)的選擇也是十分重要的，因此一定要匹配。圖24 槽約束的絲杠和螺母 這里點(diǎn)選“對號”就完成了滾珠與螺母的裝配。然后就是滾珠的裝配了，綜合分析

12、后得出的結(jié)論，目前我們只能想著讓螺母與滾珠之間用一個槽約束完成滾珠在絲杠與螺母之間的運(yùn)動，這與滾珠絲杠副在數(shù)控機(jī)床上的運(yùn)動相差太大，滾珠絲杠之中的運(yùn)動傳遞是絲杠傳遞給滾珠，滾珠傳遞給螺母，從而形成了周期的運(yùn)動，但就目前來看無法完成那樣的仿真，只能簡化運(yùn)動讓其達(dá)到預(yù)定的效果。所以在這里我們只要求滾珠與螺母之間可以形成模仿滾珠絲杠內(nèi)部的這種運(yùn)動就可以。在這里給滾珠與螺母一個槽約束，讓其達(dá)到預(yù)定的效果。為了方便裝配，在導(dǎo)入滾珠之前，必須先將已經(jīng)裝配好的絲杠進(jìn)行隱藏，這樣就有利于槽約束時，螺母的螺旋線的選擇。如果不隱藏絲杠可能在選擇時將絲杠的螺旋線選擇上，導(dǎo)致失敗。在選擇螺旋線時注意事項(xiàng)和絲杠相同。然

13、后進(jìn)行滾珠的導(dǎo)入，具體如圖4.25圖25 隱藏絲杠后的裝配圖圖26導(dǎo)入滾珠后的裝配圖圖27 隱藏絲杠的模型樹圖28 槽約束對話框圖29 螺母螺旋線的選擇圖30螺母與滾珠形成的槽連接 螺母與滾珠的連接主要就是螺紋的選擇，螺紋的選擇要和絲杠的選擇一樣，中間不能有斷續(xù)的線條出現(xiàn)，滾珠也選擇靠左邊的點(diǎn)來進(jìn)行裝配。要保證滾珠在螺母的軌道中，不能偏離軌道。裝配完成后，接著就是給絲杠取消隱藏，具體如圖31。圖31取消隱藏的絲杠模型樹 完成裝配后就開始給滾珠絲杠副添加伺服電機(jī)，讓其模擬絲杠進(jìn)行運(yùn)動。具體操作步驟如下：先在應(yīng)用程序中選擇“機(jī)構(gòu)”進(jìn)入機(jī)構(gòu)中，選擇“伺服電機(jī)”給絲杠螺母，螺母滾珠，分別添加一個伺服電機(jī)，運(yùn)動軸分別選擇所創(chuàng)建的兩個槽連接，分別使它們按照預(yù)定的軌跡進(jìn)行運(yùn)動，方向選擇可以參考絲杠上面的指針方向，輪廓設(shè)置中要定義為速度的，可以看到它們具體的運(yùn)動形式，絲杠與螺母由于運(yùn)動的軌跡比較長一些，設(shè)置速度為20；而螺母與滾珠之間的運(yùn)動軌跡短，設(shè)置速度為1，不至于在還沒有運(yùn)動完滾珠就不滿足運(yùn)動了，當(dāng)然在真實(shí)的滾珠絲杠副中不會出現(xiàn)這種情況，它的螺母有循環(huán)軌道，不會出現(xiàn)滾珠掉出來。具體步驟如圖3237。圖32給絲杠與螺母添加伺服電機(jī)圖33 絲杠與螺母添加伺服電機(jī)后的絲杠螺母圖34絲杠螺母關(guān)于伺服電機(jī)輪廓的對話框圖35 螺母和滾珠添加的伺服電機(jī)的對話框圖36 輪廓定義的對話框圖37 添