SolidWorks波状螺杆参数化建模

一、前言

　　波状螺杆是最早由美国HPM公司A.Kruder等人提出，后来在美国及其他国家发展起来的一种塑料混合异型螺杆。所谓波状螺杆就是在常规全螺纹螺杆上用一波状段代替全螺纹段，如图1a所示。波状螺杆的特点是两个相邻螺槽的底径相等，但却是偏心的，而且偏心距相等，并与螺杆轴线对称。由于螺槽深度沿轴向呈波浪形周期性地变化，所以预塑时物料受到强挤压和强剪切作用，从而提高塑料挤
出机、注塑机的混合能力。有的波状螺杆主要能提供分布混合，有的波状螺杆既有分布混合能力，也有分散混合能力，波状螺杆被广泛应用于塑料加工工业。

图1 波状螺杆及其结构组成

　　对螺杆进行精确的几何建模，不仅是塑料挤出机、注塑机有限元分析、工作运动仿真和虚拟样机建立等设计工作的必要前提，也是异型螺杆数控加工自动编程的前提。相对普通螺杆，波状螺杆结构较为复杂，本文针对波状螺杆的典型结构，运用参数化技术，探讨采用SolidWorks软件对波状螺杆进行快速设计、系列设计及变形设计的建模方法，也适合于其他螺杆类零件的设计建模。

二、螺杆的参数化设计步骤

1.螺杆分段及参数设定

　　应用形体分析法把波状螺杆（如图1a）分解成由螺杆尾、螺槽结构（如图1b）、螺棱结构（如图1c）及螺杆头四个分段。螺杆分段的目的是为了达到简化复杂异型螺杆参数化难度的目的，其中螺纹特征主要有等距、变距、单线、多线等几种形式，深度特征主要有等深、变深、波浪等几种形式。以如图1a波状螺杆为例，参数如表所示。

2.螺杆分段模型建立

　　用SolidWorks软件建立螺杆分段实体模型，零件中的草图绘制要标全尺寸，并要完全约束。

3.定义螺杆分段的参数

　　在SolidWorks中显示尺寸及其名称，将模型原始的尺寸名称改为与螺杆参数相符或具有一定意义；然后对部分尺寸根据设计要求建立尺寸关联（软件中显示为“∞”）和方程式（软件中显示为“Σ”）；最后把不需要显示的尺寸进行隐藏，仅显示参数化中需要用到的尺寸。

4.螺杆的拼装设计

　　由于异型螺杆的结构普遍比较复杂，直接在“零件模块”进行螺杆参数化设计，存在较大难度，也不利于精确造型和参数化的实现。可以采用从“ 零件” 到“ 装配”再由“装配”模式下“派生零部件”的方法得到螺杆零件，由于SolidWorks的“零件模块”、“装配模块”、“工程图模块”及“派生零件”之间存在关联，所以这种设计方法特别适合结构复杂的螺杆建模，便于复杂螺杆的参数化结构修改和螺杆系列零件设计。

四、结束语

　　本文在形体分析的基础上，通过对波状螺杆的分段特征参数化建模，最终实现了各种波状螺杆的参数化装配设计，且模型正确无误。限于篇幅，没有叙述更多种类波状螺杆的参数化建模过程。相同种类的螺杆，其变化大多只是结构尺寸，采用参数化方法建模设计不仅可以节省时间，还便于实现系列化设计和变异设计。本文螺杆零件模型的建立方法，是一个从“零件”到“装配”再到“零件”的过程，能有效解决由于螺杆结构的复杂性所带来的建模困难问题，同时利用SolidWorks强大的黄金伙伴软件可以使螺杆的CAD/CAE/CAM技术应用更加方便。