蜗轮蜗杆的逆向扫描设计
本文对蜗轮蜗杆进行设计，利用solidworks建立蜗轮蜗杆的三维参数模型，并根据设计模型制造出蜗轮蜗杆，然后利用三维激光扫描方式对制造出的零件进行表面数据采集，通过geomagic studio逆向建模，将逆向重构模型与原始设计模型进行全局误差比对，生成误差色谱图。与传统手工测绘方法相比，本方法能够全面直观的反映蜗轮蜗杆的制造误差。关键词 蜗轮蜗杆，逆向扫描，solidworks，手工测绘，geomagic目 录
1引言（或绪论）1
2蜗轮蜗杆的简介和设计 1
2.1蜗轮蜗杆齿轮的功用及结构1
2.2蜗轮蜗杆设计计算2
3 solidworks操作4
3.1根据设计的数据进行建模4
3.2委托制造10
4蜗轮蜗杆的测绘 11
4.1几何参数的测量11
4.2基本参数的确定14
5 geomagic studio 操作17
5.1扫描零件17
5.2处理步骤17
6 点云数据与CAD数据作3D比较 23
结论 25
致谢 26
参考文献27
1 引言
现代消费者不但对产品的设计质量，功能而且对造型美感，个性化提出了越来越高的要求，使得传统的产品设计满足不了现状，加之产品成型所需的模具，其设计与加工也受到了时间的限制。逆向工程技术，能够在最短的时间内推出新产品。其突破了正向工程技术的框架，在保证产品质量的同时，运用CAD／CAM软件把通过逆向测量方法测出的产品参数进行反设计，结合快速成型技术，最终达到模具成型的精度要求。
2蜗轮蜗杆的简介和设计
2.1蜗轮、蜗杆齿轮的功用与结构
蜗轮、蜗杆的功用主要用于传递交错轴间运动和动力，通常，轴交角∑＝90°。其优点是传动比大，工作较平稳，噪声低，结构紧凑，可以自锁；缺点是当蜗杆头数较少时，传动效率低，常需要采用贵重的减摩有色金属材料，制造成本高。
蜗轮是回转形零件，蜗轮的结构特点和齿轮基本相似，直径一般大于长度，通常由外圆柱面、内环面、内孔、键槽（花键槽）、轮齿、齿 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
2.1蜗轮、蜗杆齿轮的功用与结构
蜗轮、蜗杆的功用主要用于传递交错轴间运动和动力，通常，轴交角∑＝90°。其优点是传动比大，工作较平稳，噪声低，结构紧凑，可以自锁；缺点是当蜗杆头数较少时，传动效率低，常需要采用贵重的减摩有色金属材料，制造成本高。
蜗轮是回转形零件，蜗轮的结构特点和齿轮基本相似，直径一般大于长度，通常由外圆柱面、内环面、内孔、键槽（花键槽）、轮齿、齿槽等组成。根据结构形式的不同，齿轮上常常还有轮缘、毂、腹板（孔板）、轮辐等结构。按结构不同蜗轮可分为实心式、腹板式、孔板式、轮辐式等多种型式。
蜗杆的结构和轴相似，其结构特点是长度一般大于直径，通常由外圆柱面、圆锥面、螺纹及阶梯端面等所组成。蜗杆上啮合部分的轮齿呈螺旋状，有单头和多头之分，单头蜗杆的自锁性能好、加工，但传动效率低。
由于圆柱蜗杆工艺性好，尤其是阿基米德圆杆蜗杆，因此，圆柱蜗杆获得了广泛应用。
2蜗轮蜗杆设计计算
选择材料由于蜗杆传动功率较小，速度较小，故蜗杆用 45 钢；因需要效率高，耐磨性较高，故蜗杆螺旋齿面要求淬火，硬度为45——55HRC。
涡轮用铸锡磷青铜ZCuSn10P1，金属模铸造。由于涡轮尺寸较小，开采用整体浇铸式。
按齿面接触疲劳强度进行设计
3、根据开式蜗杆传动设计准则，先按齿面接触疲劳强度进行设计，再校核齿根弯曲疲劳强度。
传动中心距：
（2.1）
（1）确定作用在涡轮上的转矩 T2
按估取效率 则
（2.2）
（2）确定载荷系数 K
因为工作载荷不稳定，取载荷不均系数；由《机械设计》（西北工业大学编）中可知，选取使用系数；由于转速不高，冲击不大，可取动载系数
则：
（3）确定弹性影响系数
由于铸锡磷青铜ZCuSn10P1涡轮与45钢蜗杆相配，取
（4）确定接触系数
先假设蜗杆分度圆直径和传动中心距的比值，从书中图表可知道
（5）确定许用接触应力
根据蜗轮材料为铸锡磷青铜ZCuSn10P1，金属模铸造，蜗杆螺旋齿面度大于45HRC，可以从书中表格中差得涡轮的基本许用应力
应力循环次数
寿命系数
则
计算中心距
（2.3）
考虑制作工艺性，将中心距取为
根据书中表格可知中心距为，取，蜗杆分度圆直径。这时，从书中图表中可查接触系数；
由于，因此以上计算结果可用。
4蜗杆涡轮的主要参数和几何尺寸
(1)蜗杆
轴向齿距；
直径系数；
齿顶圆直径；
齿根圆直径；
分度圆导程角；
蜗杆轴向齿厚；
蜗杆齿宽
（2）涡轮
涡轮齿数;变位系数。
验算传动比，这是传动比误差为允许。
蜗轮分度圆直径
蜗轮喉圆直径
蜗轮齿根圆直径
3 solidworks操作
Solidworks是由美国solidworks公司开发的基于windows平台的大型CAD/CAM/CAE集成软件。它易学易用，功能强大，有全面的实体建模功能，可快捷地生成完整的工程图样，其组件还有计算机辅助数控编程，有限元分析等功能。
3.1根据设计的数据进行建模
3.1.1蜗杆
在前视面上草图绘制并拉伸
图 3-1定基准面 图 3-2拉伸
图3-3拉伸后的形状
建立基准轴并在右视基准面上进行早图绘制
图3-4建立基准轴 图3-5草图
进行旋转凸台/基体形成下面的形状
1引言（或绪论）1
2蜗轮蜗杆的简介和设计 1
2.1蜗轮蜗杆齿轮的功用及结构1
2.2蜗轮蜗杆设计计算2
3 solidworks操作4
3.1根据设计的数据进行建模4
3.2委托制造10
4蜗轮蜗杆的测绘 11
4.1几何参数的测量11
4.2基本参数的确定14
5 geomagic studio 操作17
5.1扫描零件17
5.2处理步骤17
6 点云数据与CAD数据作3D比较 23
结论 25
致谢 26
参考文献27
1 引言
现代消费者不但对产品的设计质量，功能而且对造型美感，个性化提出了越来越高的要求，使得传统的产品设计满足不了现状，加之产品成型所需的模具，其设计与加工也受到了时间的限制。逆向工程技术，能够在最短的时间内推出新产品。其突破了正向工程技术的框架，在保证产品质量的同时，运用CAD／CAM软件把通过逆向测量方法测出的产品参数进行反设计，结合快速成型技术，最终达到模具成型的精度要求。
2蜗轮蜗杆的简介和设计
2.1蜗轮、蜗杆齿轮的功用与结构
蜗轮、蜗杆的功用主要用于传递交错轴间运动和动力，通常，轴交角∑＝90°。其优点是传动比大，工作较平稳，噪声低，结构紧凑，可以自锁；缺点是当蜗杆头数较少时，传动效率低，常需要采用贵重的减摩有色金属材料，制造成本高。
蜗轮是回转形零件，蜗轮的结构特点和齿轮基本相似，直径一般大于长度，通常由外圆柱面、内环面、内孔、键槽（花键槽）、轮齿、齿 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
2.1蜗轮、蜗杆齿轮的功用与结构
蜗轮、蜗杆的功用主要用于传递交错轴间运动和动力，通常，轴交角∑＝90°。其优点是传动比大，工作较平稳，噪声低，结构紧凑，可以自锁；缺点是当蜗杆头数较少时，传动效率低，常需要采用贵重的减摩有色金属材料，制造成本高。
蜗轮是回转形零件，蜗轮的结构特点和齿轮基本相似，直径一般大于长度，通常由外圆柱面、内环面、内孔、键槽（花键槽）、轮齿、齿槽等组成。根据结构形式的不同，齿轮上常常还有轮缘、毂、腹板（孔板）、轮辐等结构。按结构不同蜗轮可分为实心式、腹板式、孔板式、轮辐式等多种型式。
蜗杆的结构和轴相似，其结构特点是长度一般大于直径，通常由外圆柱面、圆锥面、螺纹及阶梯端面等所组成。蜗杆上啮合部分的轮齿呈螺旋状，有单头和多头之分，单头蜗杆的自锁性能好、加工，但传动效率低。
由于圆柱蜗杆工艺性好，尤其是阿基米德圆杆蜗杆，因此，圆柱蜗杆获得了广泛应用。
2蜗轮蜗杆设计计算
选择材料由于蜗杆传动功率较小，速度较小，故蜗杆用 45 钢；因需要效率高，耐磨性较高，故蜗杆螺旋齿面要求淬火，硬度为45——55HRC。
涡轮用铸锡磷青铜ZCuSn10P1，金属模铸造。由于涡轮尺寸较小，开采用整体浇铸式。
按齿面接触疲劳强度进行设计
3、根据开式蜗杆传动设计准则，先按齿面接触疲劳强度进行设计，再校核齿根弯曲疲劳强度。
传动中心距：
（2.1）
（1）确定作用在涡轮上的转矩 T2
按估取效率 则
（2.2）
（2）确定载荷系数 K
因为工作载荷不稳定，取载荷不均系数；由《机械设计》（西北工业大学编）中可知，选取使用系数；由于转速不高，冲击不大，可取动载系数
则：
（3）确定弹性影响系数
由于铸锡磷青铜ZCuSn10P1涡轮与45钢蜗杆相配，取
（4）确定接触系数
先假设蜗杆分度圆直径和传动中心距的比值，从书中图表可知道
（5）确定许用接触应力
根据蜗轮材料为铸锡磷青铜ZCuSn10P1，金属模铸造，蜗杆螺旋齿面度大于45HRC，可以从书中表格中差得涡轮的基本许用应力
应力循环次数
寿命系数
则
计算中心距
（2.3）
考虑制作工艺性，将中心距取为
根据书中表格可知中心距为，取，蜗杆分度圆直径。这时，从书中图表中可查接触系数；
由于，因此以上计算结果可用。
4蜗杆涡轮的主要参数和几何尺寸
(1)蜗杆
轴向齿距；
直径系数；
齿顶圆直径；
齿根圆直径；
分度圆导程角；
蜗杆轴向齿厚；
蜗杆齿宽
（2）涡轮
涡轮齿数;变位系数。
验算传动比，这是传动比误差为允许。
蜗轮分度圆直径
蜗轮喉圆直径
蜗轮齿根圆直径
3 solidworks操作
Solidworks是由美国solidworks公司开发的基于windows平台的大型CAD/CAM/CAE集成软件。它易学易用，功能强大，有全面的实体建模功能，可快捷地生成完整的工程图样，其组件还有计算机辅助数控编程，有限元分析等功能。
3.1根据设计的数据进行建模
3.1.1蜗杆
在前视面上草图绘制并拉伸
图 3-1定基准面 图 3-2拉伸
图3-3拉伸后的形状
建立基准轴并在右视基准面上进行早图绘制
图3-4建立基准轴 图3-5草图
进行旋转凸台/基体形成下面的形状
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