锥形弹簧的solidworks三维建模

     本文以solidworks为平台介绍了锥状螺旋弹簧建模方法：以具有螺旋特征的3D草图为扫描路径的弹簧建模。

    弹簧是机械设计中的一种常用件，在机械设备、仪表、日用电器以及生活器具上都使用着各式各样的弹簧(类弹簧)元件。它利用材料的弹性和结构特点，在工作时产生变形，把机械功或动能转变为变形能(位能)，或把变形能(位能)转变为机械功或动能。

1.弹簧的种类：

    弹簧应用广泛，类型繁多，具有螺旋特征的弹簧分为圆柱螺旋弹簧与非圆柱弹簧，以及从外形上不具有螺旋特征的弹性元部件如蝶形、橡胶弹簧等。其中以普通圆柱螺旋弹簧应用较多。根据 弹簧的材料断面形状及节距情况又可分 为圆截面、矩形截面、扁截面、多股、 等节距和变节距等多种形式。本文主要对具有圆柱螺旋特征的弹簧进行建模研究。

2.锥状螺旋弹簧的几何参数

    锥状螺旋弹簧，其几何形状呈锥状螺旋形。以弹簧材料中心线形成螺旋线的基本参数，其螺旋线形状为锥形，即弹簧小口外径D1，大口外径为D2，螺旋弹簧的材料直径为d，α为螺旋线的升角，即弹簧的螺旋角，螺旋线的节距为t。弹簧的总圈数是中部的工作有效圈数与两端的支承圈数之和。H为弹簧的自由高度，它由有效圈数、支承圈数及节距确定。

　 SolidWorks采用特征造型技术和参数化设计技术。每个零件的建模造型过程都是基于草图(二维或3D草图)生成特征，建模过程是生成拉伸(拉伸切除)、旋转(旋转切除)、扫描(扫描切除)等特征以生成材料(或去除材料)的过程。对特征的操作包括阵列、镜像等。若干特征在三维空间中有机组合，保证各个特征间相对位置的正确而形成零件模型。扫描是通过轮廓(截面)沿着一条路径移动来生成基体、切除或曲面的主要特征工具。根据螺旋弹簧的结构特点，SolidWorks中弹簧建模的基本方法是以螺旋弹簧外形形状决定的3D草图为路径，以弹簧材料断面形状决定的断面草图(如圆、矩形等)作为轮廓进行扫描形成的(轮廓与路径之间要有穿透的约束关系)。下面是建模的具体步骤：

1.在草图中创建螺旋线，并设定螺旋线参数

SolidWorks的曲线工具中提供多种3D曲线类型，如投影曲线、组合曲线、分割线、螺旋线和涡状线等形式。螺旋线和涡状线可用来生成弹簧的3D曲线。如图1所示：

 

图1

选中上视基准面作为草图平面，如图2所示：

 

图2

参数设定：设置定义方式螺距和圈数均为10mm，设置锥形螺纹线，锥度为20度。选中锥度外张选项，设置为反向，单击确定完成螺旋线，如图3所示

 

图3

2.创建新的基准面，并绘制扫描截面图形：

在右视基准面建立草图，如图4所示

图4

绘制弹簧材料断面形状的草图，即绘制圆，如图5所示

图5

3.利用solidworks中的扫描特征完成弹簧的创建：

使所绘制的圆与螺旋线穿透，然后进行扫描，单击特征工具栏扫描按钮，扫描轮廓选择草图2扫描路径选择螺旋线：如图6所示：

图6

单击确定按钮完成锥形弹簧的绘制，如图7：

图7

    基于SolidWorks的弹簧建模的基本思路是由弹簧参数确定的具有螺旋特征的3D草图为路径，以弹簧材料的断面形状 确定轮廓扫描生成弹簧实体。3D草图主要由螺旋线、两曲面的交线、具有螺旋特征的模型边线等形式，而用具有相同基准面的两张草图直接扫描并加入扭转选项的弹簧建模方法可以更加快捷的完成建模。