滚珠丝杠副的三维建模及仿真

滚珠丝杠副的三维建模及仿真

1 滚珠丝杠副的结构

滚珠丝杠副由滚珠、丝杠和螺母组成，其结构如图1所示

图1 滚珠丝杠副的结构

2 滚珠丝杠的建模

在这里我建立模型只是为了更方便看清楚滚珠与丝杠和螺母之间的关系，并不能直接用这个建模后的模型仿真，但这个建模在一定程度上也为后来的仿真做了一些准备工作。

2.1 螺母的建模

启动pro/e软件，在文件菜单下设置工作目录，选择方便使用的文件夹作为工作目录。设置工作目录是为了方便存取文件，以后新建文件系统也会自动指向这个文件夹。

选择【文件】——【新建】，在“类型”里选择“零件”，在“子类型”中选择“实体”，在“名称”里输入“螺母”，不适用缺省模板，选择mmns-part-solid 模板，这种符合国家标准，单击“确定”随后进入pro/e零件建模模块。

选择【拉伸】进入实体操作状态按住右键选择“定义内部草绘”进入草绘状

态后，绘制直径110mm、厚度15mm的螺母的凸缘造型，再【拉伸】以相同草绘平面绘制直径71mm、厚度65mm拉伸方向与上一步相同的螺母体的造型。如图2所示

图2 螺母体的造型

在此选择【拉伸】命令，按住右键选择“移除材料”，接着定义内部草绘，草绘平面选择“使用先前的”进入草绘后在螺母体的一侧面绘制直径为49.5mm 的同心圆草图，在信息栏中选择改变拉伸方向，然后选择穿透；然后确定应用，完成通孔的造型；最后选择【插入】——【螺旋扫描切口】，完成螺母螺纹孔的造型。

在应用拉伸移除材料绘制螺母凸缘上一个阶梯孔的造型，用阵列命令完成六个空的造型。为了方便观察用拉伸移除材料将螺母四分之一切掉，形成半刨视图。螺母的三维建模完成，如图3所示

特别指出这里切除四分之一的螺母只是为了后面建模成滚珠丝杠后能清楚的看清里面的结构。

图3 螺母的三维建模

2.2 丝杠的建模

启动pro/e软件然后按照与螺母建模相同的操作方法进行pro/e零件建模。

首先选择【插入】——【拉伸】，完成直径为49.5mm的丝杠圆柱的造型，再选择【插入】——【螺旋扫描切口】完成丝杠螺纹的造型，如图4所示。

这里我们画的丝杠比较长，只是为了让大家更清楚的看清楚丝杠。

图4 丝杠

2.3 滚珠的建模

按丝杠的建模方法新建零件草图，点击工具栏插入基准曲线，弹出对话框中选择“从方程”并完成，根据提示依次选择坐标系；选择笛卡尔作为参数形式，弹出记事本输入轨迹方程如图5所示，保存并关闭记事本完成了曲线定义的所有

项目，单击确定按钮，即生成轨迹曲线如图6所示。

进入草绘状态，在TOP平面上绘制直径3.175mm的圆，圆心位于FRONT平面下方，且与原点水平距离为24.75mm，利用一条直线将圆的左半边裁掉，然后完成草绘。选择【插入】——【旋转】根据提示选择半圆作为旋转对象，直径作为旋转轴，旋转角度为360完成滚珠造型。如图7所示。

将旋转做成的滚珠阵列：选择【编辑】——【阵列】命令，出现阵列信息栏，选择类型为“轴”，选螺旋线的中心线为阵列中心；第一方向阵列成员220个，角度为7.44；第二方向为1，选择尺寸信息，在方向1的增量上输入0.10416667；其他不变，完成。如图8所示。

图5 记事本对话框

图6 生成的螺旋曲线

图7 滚珠的造型

图8 滚珠的螺旋阵列

3 滚珠丝杠副的装配

采用有底向上的装配设计，首先生成个装配零件，然后有零件生成装配件。在pro/e中装配件也叫组件，选择【文件】——【新建】，在“类型”中选择“组件”，在“子类型”中选择“设计”，在名称中说如gunzhusigang，选择不适用缺省模板，选择mmns-asm-design模板，点击“确定”进入装配界面。

选择【插入】——【元件】——【装配】，系统弹出对话框，要求选取零件以便调入装配环境，在此选择螺母作为第一个进入装配的零件，这时屏幕中出现

了螺母零件，同时弹出装配操控板，由于是第一个插入的零件因此无须进行约束，确定完成螺母装配。

然后再选择【插入】——【元件】——【装配】，选择丝杠作为第二个进入装配的零件，这时屏幕中出现了丝杠零件，单击“放置”，在“约束类型”中选择“对齐”，并在屏幕中依次选择螺母的轴线和丝杠的轴线作为对齐项目，使螺母与丝杠同轴。

单击“移动”菜单，在“运动类型”中选择“平移”，然后在屏幕上单击鼠标左键，并移动鼠标来实现丝杠的移动，将丝杠移动到其螺旋滚道与螺母螺旋滚道对齐即可。确定完成丝杠的装配

再选择【插入】——【元件】——【装配】，选择滚珠作为第三个进入装配的零件，这时屏幕中出现了滚珠零件，单击“放置”，在“约束类型”下拉列表中选择“对齐”，并在屏幕中依次选择丝杠的轴线和滚珠螺旋线的轴线作为对齐项目，使滚珠与丝杠同轴。

单击“移动”在“运动类型”中选择“平移”，然后在屏幕上单击鼠标左键，并移动鼠标来实现滚珠的移动，将滚珠移动到丝杠与螺母共同形成的螺旋滚道，确定。完成滚珠与螺母、丝杠的装配，如图9所示。

图9 滚珠丝杠装配图

4、滚珠丝杠副的仿真

此仿真在与建模相比还是有很大区别的。比如，建模时只需要能够装

配在一起，没有形成运动轨迹，而仿真时要让实体按照一定的运动轨迹运动，就需要给零件设置不同的约束，让其按照预定的轨迹运动，对各个零件的相互约束要求的比较严格。运动时要能够满足滚珠丝杠副在数控机床中预定的运动。具体仿真过程如下：

选择【新建】——【组件】，不使用缺省模板，子类型选择【设计】，名字为fangzhengunzhusigang。模板选择mmns-asm-design,单击【确定】，进入装配界面。为放置丝杠创建一个基准轴，单击【基准轴工具】选择ASM-FRONT和ASM-RIGHT 两个平面如图10所示，创建的基准轴如图11所示。

图10 基准轴对话框

图 11 创建的基准轴

下来开始装配零件，与上一次装配不一样的也基本上从这里开始，装配进去丝杠后，开始给丝杠限制约束，根据丝杠在数控车床上的运动可以知道，我们只要丝杠进行轴向转动不产生位移，根据这个给丝杠两个约束类型，一个圆柱和一个平面。具体见图12-15