基于Solidworks的可變節(jié)距圓柱螺旋彈簧參數(shù)化系列建模

牛瑞利 王國虎

摘要：為提高設(shè)計效率，節(jié)約設(shè)計時間，形成系列化產(chǎn)品，采用Solidworks軟件中的方程式進(jìn)行參數(shù)化設(shè)計。以可變節(jié)距圓柱螺旋彈簧為例，進(jìn)行參數(shù)化建模，通過控制彈簧結(jié)構(gòu)的特征參數(shù)為變量，可生產(chǎn)滿足不同設(shè)計要求的精確的系列化彈簧模型。結(jié)果表明參數(shù)化建模可大大提高產(chǎn)品設(shè)計效率和設(shè)計的精度。

Abstract： In order to improve design efficiency， save design time， form a series of products， this paper uses the equations in Solidworks software for parametric design. Taking the variable pitch cylindrical spiral spring as an example， parametric modeling is carried out. By controlling the characteristic parameters of the spring structure as variables， an accurate series of spring models that meet different design requirements can be produced. The results show that parametric modeling can greatly improve product design efficiency and design accuracy.

關(guān)鍵詞：Solidworks；彈簧；參數(shù)化；建模

Key words： Solidworks；spring；parametric；modeling

中圖分類號：TH122 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-4311（2018）31-0161-02

0 引言

彈簧是利用彈性變形實現(xiàn)緩沖吸振、控制運(yùn)動、儲存和釋放能量、測量力和力矩等功能的一種很重要很常見的機(jī)械零件。常用的金屬彈簧按結(jié)構(gòu)劃分主要有圓柱螺旋彈簧（等節(jié)距或不等節(jié)距）、圓錐螺旋彈簧、蝶形彈簧、環(huán)形彈簧等。圓柱螺旋彈簧由于結(jié)構(gòu)簡單、制造方便、剛度穩(wěn)定應(yīng)用最廣。在機(jī)械設(shè)計中，每個彈簧設(shè)計時都進(jìn)行三維建模，工作量大，效率低，為節(jié)約設(shè)計時間，本文探討如何利用Solidworks軟件對常用的可變節(jié)距圓柱螺旋彈簧進(jìn)行參數(shù)化系列建模。

1 Solidworks參數(shù)化設(shè)計概念

參數(shù)化設(shè)計是通過參數(shù)、關(guān)系和參照元素的方法把設(shè)計意圖融入到建模中，以約束造型為核心，以尺寸驅(qū)動為特征，允許設(shè)計人員進(jìn)行草圖設(shè)計，勾畫出設(shè)計輪廓，然后輸入精確尺寸完成最終設(shè)計。[1]在Solidworks中，可利用“方程式”的功能實現(xiàn)參數(shù)化設(shè)計，即將零件的特征尺寸定義為變量，通過尺寸驅(qū)動來控制零件的結(jié)構(gòu)。在設(shè)計中可以通過改變變量的數(shù)值，更新尺寸大小，從而更新控制零件的模型結(jié)構(gòu)，得到一系列不同參數(shù)的零件模型。

2 參數(shù)化建模

可變節(jié)距圓柱螺旋彈簧的主要幾何尺寸見表1。

2.1 建立彈簧圓柱螺旋線

選上視基準(zhǔn)面，建草圖1，繪制中徑D2=100mm的圓。選擇“螺旋線/渦狀線”命令，按表1的節(jié)距值與對應(yīng)的有效圈數(shù)，設(shè)置區(qū)域參數(shù)，見圖1，繪制6段螺旋線。需要注意的是在建模中下一段螺旋線設(shè)置的圈數(shù)是上一段螺旋線設(shè)置的圈數(shù)與自身圈數(shù)的數(shù)值疊加。

2.2 圓鉤環(huán)建模

圓鉤環(huán)建模分成兩部分，一部分為螺旋線與圓鉤環(huán)的接觸線，一部分為圓鉤環(huán)。圓鉤環(huán)的接觸線，通過新建與上視基準(zhǔn)面平行的基準(zhǔn)面內(nèi)，繪制與螺旋線相切的組合曲線1形成。組合曲線1主要由直線、圓弧、樣條曲線組成，尺寸長度為50mm。圓鉤環(huán)主要由半徑為50mm的圓弧和樣條曲線相切過渡形成。圓鉤環(huán)需要新建過接觸線與螺旋線垂直的基準(zhǔn)面內(nèi)繪制圓鉤環(huán)草圖。形成的圓鉤草圖由兩個草圖組成，如圖2所示，建模如圖3所示。相同的方法，繪制螺旋線另一端的圓鉤環(huán)草圖。為后續(xù)進(jìn)行參數(shù)化設(shè)計，通過“智能尺寸”設(shè)置兩個特征參數(shù)：yjcd1（2）=50mm，yggd1（2）=50mm，在圖2中分別顯示為∑R50，∑50。

2.3 組合曲線，掃描生成彈簧

在“特征”中選取“曲線”中的“組合曲線”命令，依次將2個圓鉤環(huán)和5段螺旋線組合成曲線，在“曲面掃描”對話框中先設(shè)置彈簧彈簧絲直徑d=9.5mm，掃描生成彈簧建模如圖4所示。

2.4 方程式參數(shù)化設(shè)計

第一步定義全局變量，將可變的有效圈數(shù)定義為3個變量“A，B，C”。A=5，B=2，C=10，定義彈簧中徑為全局變量“%%d”，%%d=100；第二步將“數(shù)值/方程式”中6個顯示中徑為100mm的數(shù)值賦予全局變量“%%d”；第三步將yjcd1（2）=50mm，yggd1（2）=50mm，賦予變量“%%d*0.5”；第四步對5個有效圈數(shù)進(jìn)行方程式定義：“A=5”、“A+B=7”、“A+B+C=17”、“A+B+C+B=19”、“A+B+C+B+A=21”，這里需特別注意，有效圈數(shù)是表1中單段螺旋線圈數(shù)的依次疊加。參數(shù)設(shè)置見圖5，由于設(shè)置參數(shù)較多，這里只截取，設(shè)置參數(shù)對話框的部分。通過將尺寸數(shù)值賦予變量即可實現(xiàn)彈簧的系列化設(shè)計，可以通過改變%%d的中徑值得到一系列不同中徑值的彈簧，通過改變變量A，B，C的數(shù)值可以改變彈簧的自由高度H。

2.5 系列化設(shè)計

在設(shè)計樹下，選擇“方程式”，點(diǎn)擊右鍵，彈出快捷菜單，選擇“管理方程式”，更改全局變量的數(shù)值，即可得到，相同節(jié)距，不同圈數(shù)，不同中徑的彈簧。在“尺寸”中，通過改變節(jié)距，即可得到不同節(jié)距的彈簧。我們也可以將節(jié)距、彈簧絲直徑設(shè)置為全局變量，通過上述方法，可得到不同節(jié)距，不同中徑，不同彈簧絲直徑，不同圈數(shù)的彈簧。根據(jù)設(shè)計需要可以通過改變彈簧幾何參數(shù)將這些彈簧模型建模出來，形成系列化。

3 結(jié)束語

總之通過Solidworks軟件中的方程式進(jìn)行參數(shù)化設(shè)計，即是對彈簧的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)的智能尺寸更改名稱，在方程式中對其數(shù)值賦予變量，建立起參照，可以通過更改變量的數(shù)值，改變彈簧模型的幾何尺寸大小，從而可得到滿足不同設(shè)計要求的多系列彈簧，這種設(shè)計能大大節(jié)約設(shè)計時間，提高設(shè)計的效率，縮短產(chǎn)品的研發(fā)周期。

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