基于ProE_3.0创建螺纹的三种方法

基于Pro/E 3.0创建螺纹的三种方法
——原创：哈尔滨工业大学翟万柱
笔者是Pro/E的初学者，在这里仅就个人在Pro/E学习中的点滴心得与大家分享，希望大家提出宝贵意见、多多批评，以求共同进步。

螺纹机构是机械行业普遍应用的一种机构，为创建螺纹的方便Pro/E中设立有强大的螺旋扫描功能，可以实现螺纹、弹簧等基于螺旋线多种特征，其中的变节距螺旋扫描功能更是为螺旋类特征的灵活创建提供的广阔的空间，本文最后将介绍变节距弹簧的建模过程。

在掌握直接应用内建功能实现螺旋特征创建的同时，笔者认为从理论原理出发，通过基础建模功能实现设想功能也是十分必要的。

不但对其他三维软件学习起到借鉴作用，同时也可以在内建功能不能满足要求的时候通过基础功能的灵活运用达到目的，并可以对Pro/E3.0的基本功能和机械基础知识增进了解。

方法一：
首先，应用“插入”(Insert)>“扫描”(Sweep)>“伸出项”(Protrusion)功能进行普通梯形螺纹的建模。

想必大家对此功能都已熟悉，唯一值得讨论的地方也是重要的地方可能就是螺旋线的生成问题了。

简单易行的方法就是用方程建立曲
线，而且可以容易的与参数建立关系，使得生成特征具有通用性。

常用参数方程如下：（应用时注意坐标系的选择与类型的设定）笛卡儿坐标下的螺旋线柱坐标下的螺旋线x = radia * cos ( t *(n*360)) r=radia
y = radia * sin ( t * (n*360)) theta=theta0+t*(n*360)
z = l*t z=t*l
其中：radia为半径；n为指定长度上螺旋线的圈数；l为设定长度。

n=l/螺距；多头螺纹生成需要多条螺旋线，注意生成其他螺旋线时须设定参数方程中角度的初始值；对于左旋螺纹
参数方程中角度值取负值。

生成螺旋曲线方法为：单击“插入”(Insert)>“模型基准”(Model
Datum)>“曲线”(Curve)，或单击“基准”(Datum)工具栏上的
按钮。

然后选择“从方程”(From Equation)，接下来选择坐标系并指定坐标系类型后，既可在编辑窗口中输入相关参数方程，得到目的曲线。

此种方法虽然简单、快结，但需要熟悉参数方程，并熟练坐标系的设定。

对于象笔者这样数学不佳，又相对懒惰的朋友，是否有更直观的方法可行呢？答案是肯定的。

下面笔者就以变截面扫描功能根据螺纹形成原理实现此目的，虽然步骤繁琐但容易理解，同时也可以为大家开拓思路，深刻的理解
Pro/E基本功能。

下面以公称直径为20的标准梯形螺纹为例生成模型，但由于篇幅所限，关系设定、族表生成、UDF定义等相关参数化设定未涉及，如有需要可通过笔者信箱与笔者联系，定知无不言、言无不尽以求共同进步。

（proe_amateur@）
首先建立圆柱体作为基础特征，此处圆柱体直径为预生成螺纹之小径17.5mm，圆柱高度为50mm。

然后生成螺旋线，以备下一步利用扫描功能建立螺纹特征。

此处生成螺旋线的方法为“插入”(Insert)>“可变截面扫描”(Variable Section Sweep)。

在此之前，先通过草绘工具建立两条辅助线，分别过圆柱中心与圆柱母线，作为可变截面扫描的原点轨迹与截面控制轨迹，草绘结果如图1-1。

然后点选“插入”(Insert)>“可变截面扫描”(Variable Section
Sweep) 或在“特征”工具栏中单击，再选择上步草绘直线（先选中心处直线，再选母线处直线），选择后效果如图1-2。

图1-1 图1-2
然后在对话栏中点选编辑截面。

此处以原点轨迹为圆心，画一构造圆过“链1”，再从圆心引直线到构造圆上，角度任意如图1-3。

然后利用关系编辑角度尺寸sd4，点击“工具”(Tools)>“关系”(Relations)，然后输入如下关系：
sd4=trajpar*25*360
输入关系后截面变为图1-4，此处尺寸参数符号可能为任意数，以用户画面上的参数符号为准。

图1-3 图1-4 其中25为螺纹圈数，既参数方程中的“n”，因为选择螺距为2mm，所以
n=50/2=25
然后连续点击中键以结束可变截面扫描，结果如图1-5。

图1-5 图1-6
下一步用螺旋面的边界与圆柱表面的交线生成螺旋线。

既点选螺
旋曲面及Ctrl+圆柱外表面，然后选择“特征”工具栏中的 或选取相交曲面后，单击“编辑”(Edit)>“相交”(Intersect)。

生成螺旋线如图1-6。

（图中已将螺旋曲面隐藏）
接下来为利用恒定截面扫描生成螺纹形状。

恒定截面扫描功能命令可通过两种方法实现，既“插入”（insert ）>“扫描”(sweep)>“伸出项” (Protrusion )或点选“可变截面扫描”(Variable Section Sweep)功能后在上滑面板的“选项”中选择“恒定剖面”此处以前者做为介绍。

进入“插入”（insert ）>“扫描”(sweep)>“伸出项” (Protrusion )然后选择“选取轨迹”（Select Traj ） >“曲线链”（Curve chain ） 选取刚刚已相交功能生成的曲线做为扫描轨迹，选取结果如图1-7，点击中键三次进入截面绘制，并绘制截面如图1-8。

图1-7 图1-8 生成螺纹如图1-9所示，其中首尾部分须用平面进行修剪后才与真实螺纹相同。

若恒定截面扫描时生成为曲面，则可用非封闭端延伸功能达到相同效果。

平面修剪前 平面修剪后 图1-9
思考问题：为生成左旋螺纹时应如何设置扫描截面关系。

方法二：
同样是应用“插入”(Insert)>“扫描”(Sweep)>“伸出项”(Protrusion)
功能进行普通螺纹的建模。

此处仅在螺旋曲线的生成方法上有所改变，既用 “编辑”(Edit)>“包络”(Wrap )功能生成螺旋曲线，并讨论“包络”功能与“投影”功能之间的区别。

此处仅就螺旋线生成部分进行讨论，圆柱体生成、牙形截面绘制及扫描生成螺纹特征与方法一中介绍类似。

在生成圆柱体后进入“编辑”(Edit)>“包络”(Wrap ) ，选择上滑面板中“参照”>“草绘”下的定义按扭，选择 Front 平面并单击中键已缺省视图方向进行草绘。

草绘模式下加选圆柱体上表面为参考几何，如图2-1。

并绘制截面如图2-1所示。

其中角度值1.945为螺旋升角。

（螺旋升角的正切=螺距*头数/中径周长）
图2-1 图2-2 单击，则生成螺旋线如图2-2。

读者是否已经注意到Pro/E 中，曲线投影至曲面与包络之间的区别。

区别就在于投影曲线与原曲线长度不同，而包络生成的曲线与原加选参照
曲线长度相同，就象把曲线贴到曲面上一样。

读者可以通过“分析”>“测量”>“长度”对两条曲线进行测量，予以验证。

方法三：
此处在生成圆柱体后，直接以“插入”(Insert)>“螺旋扫描”(Helical Sweep)功能进行螺纹特征的绘制。

Pro/E中螺旋扫描功能十分强大，下面就对其中选项作以一一介绍：
进入“插入”(Insert)>“螺旋扫描”(Helical Sweep) 后，各选项及意义如下：
恒定 (Constant) - 螺距恒定。

可变 (Variable) - 螺距可变，而且由图形定义。

穿过轴 (Thru Axis) - 横截面位于穿过旋转轴的平面内。

垂直于轨迹 (Norm To Traj) - 确定横截面方向，使之垂直于轨迹（或旋转面）。

右手定则 (Right Handed) - 使用右手规则定义轨迹。

左手定则 (Left Handed) - 使用左手规则定义轨迹
作如图3-1选择后，首先要求绘制螺旋线生成的母线，此时注意必须绘制旋转中心，母线可以为斜线。

绘制母线如图3-2。

图3-1 图3-2 母线绘制结束后要求输入螺距，再进行牙形截面的绘制既完成螺纹特征的生成。

三种方法各有裨益，笔者青睐第三种方法，但通过对前两中方法的学习与讨论，可以使我们熟悉Pro/E 的基本功能，并能灵活运用。

请大家思考多头螺纹、蜗杆、环行蜗杆、弹簧、锥形变节距弹簧等特征的绘制方法，想必在亲自建立上述各特征后，也会和我一样对Pro/E 有更深刻的体会，同时积累更多的Pro/E 使用技巧，也丰富了自己的LIBRARY 。

如果对上述特征有简洁的绘制方法或值得商榷之处，欢迎大家指导、批评。

原创：哈尔滨工业大学 翟万柱
（proe_amateur@ ）
2006-5-21。