基于Pro/E的异型弹簧造型方法

严晨光 2015年12月16日浏览：2006

本文介绍了在机构设计过程中，往往会遇到各种弹簧的设计，特别是一些异型弹簧的设计，造型往往比较复杂。使用Pro/E软件往往可以迅速达到设计要求。Pro/E的造型能力十分强大，可以方便地按照用户的需求设计各类弹簧，还可以实现椭圆弹簧、蝶形弹簧、球面弹簧、方形弹簧等异型螺旋线的设计。

在机构设计过程中，我们往往会遇到各种弹簧的设计，特别是一些异型弹簧的设计，造型往往比较复杂，这时，使用Pro/E软件往往可以迅速达到设计要求。Pro/E的造型能力十分强大，可以方便地按照用户的需求设计各类弹簧，还可以实现椭圆弹簧、蝶形弹簧、球面弹簧、方形弹簧等异型螺旋线的设计。

1 普通螺旋线的设计方法

与普通弹簧设计比较而言，Pro/E专门提供了一个螺旋扫描功能，可以十分方便地设计出弹簧。

下面以图1的变螺距弹簧为例。首先对普通弹簧的设计过程加以说明。

(1)进入Pro/E界面。单击“插入”菜单→“螺旋扫描”→“伸出项”，在“属性”栏选取“可变螺距”→“平面”；

(2)选取草绘平面。进入草绘截面，按提示要求，绘制轨迹（注意：需要多少段不同螺距，则应绘制多少段轨迹）及弹簧中心线后（原点轨迹与中心线的距离即为弹簧的半径），单击“完成”；

(3)输入轨迹起点和终点的螺距值；

(4)系统显示一个带有初始螺距图的子窗口，通过“增加点”，加入各段并输入螺距值。单击“完成”，结束螺距的定义。

(5)进入截面绘制界面，按图纸要求绘制弹簧截面，单击“完成”，即得到弹簧。

2 Pro/E设计异型弹簧的方法

在Pro/E中设计异型弹簧的总体思路是：首先获得一个标准螺旋曲线，该螺旋曲线的螺距应与要设计的螺旋线的螺距相同，然后通过修改螺旋曲线的参数，或向某特定曲面投影，得到与所需螺旋线相同的螺旋曲线，最后使用可变截面扫描，获得所需的弹簧。

下面分别以椭圆弹簧、蝶形弹簧、球面弹簧、方形弹簧为例加以说明。

(1)椭圆弹簧的设计。建立椭圆弹簧可以使用下面笛卡尔坐标方程加以描述：

a=a

b=b

theta=t*360*n

x=a*cos(theta)

y=b*sin(theta)

z=t*h

其中，a为椭圆的短半轴，b为椭圆的长半轴，n为圈数，t为系统变量，取值范围为0～1；h为弹簧的螺距。

具体的椭圆弹簧的设计步骤是：①进入Pro/E界面后，点击“基准曲线”图标；②单击“来自方程”；③选取坐标系，单击“笛卡尔坐标系”；④在弹出的记事本中输入上面的方程；按设计要求输入各参数值，保存后退出文档，单击“确定”；⑤单击“插入”菜单→“可变截面扫描”，在弹出的对话框中单击“扫描为实体”→单击刚生成的螺旋线为扫描轨迹。⑥单击“创建扫描剖面”图标，进入创建剖面的草绘界面，使用绘图工具，绘制所需螺旋线的截面后，退出草绘截面，单击“确定”，完成椭圆弹簧的创建。如图2所示。

(2)蝶形弹簧的设计。建立蝶形弹簧可以使用下面圆柱坐标方程加以描述：

r=r

theta=t*360*n

z=(sin(3.5*theta-90)+10*h*t

其中，r为弹簧圆柱半径，n为圈数，t为系统变量，取值范围为0～1；h为弹簧的螺距。

具体的蝶形弹簧的设计步骤重复上例的①～⑥步骤，可以得到蝶形弹簧。见图3。

(3)球面弹簧的设计。建立球面弹簧可以使用下面圆柱坐标方程加以描述：

rho=r

theta=t*180

phi=t*360*n

其中，r为弹簧球径，n为圈数，t为系统变量，取值范围为0～1。

具体的球面弹簧的设计步骤重复上例的①～⑥步骤，可以得到球面弹簧，见图4。

(4)方形弹簧的设计。方形弹簧获得其螺旋曲线的方程较为复杂，因此采用投影的方法来进行设计。具体的步骤为：①进入Pro/E界面后，单击“拉伸”，绘制出所需方形弹簧的外形轮廓曲面。②绘制与所需方形弹簧螺距相同的螺旋曲线，单击螺旋曲线，选择“编辑”菜单→“投影”，按提示，将螺旋曲线投影到方形轮廓曲面，即得到方形螺旋曲线。

具体的方形弹簧的设计步骤重复上例的①～⑥步骤，可以得到方形弹簧。见图5。