本文介紹了在機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中，往往會(huì)遇到各種彈簧的設(shè)計(jì)，特別是一些異型彈簧的設(shè)計(jì)，造型往往比較復(fù)雜。使用Pro/E軟件往往可以迅速達(dá)到設(shè)計(jì)要求。Pro/E的造型能力十分強(qiáng)大，可以方便地按照用戶的需求設(shè)計(jì)各類彈簧，還可以實(shí)現(xiàn)橢圓彈簧、蝶形彈簧、球面彈簧、方形彈簧等異型螺旋線的設(shè)計(jì)。

    

  在機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中，我們往往會(huì)遇到各種彈簧的設(shè)計(jì)，特別是一些異型彈簧的設(shè)計(jì)，造型往往比較復(fù)雜，這時(shí)，使用Pro/E軟件往往可以迅速達(dá)到設(shè)計(jì)要求。Pro/E的造型能力十分強(qiáng)大，可以方便地按照用戶的需求設(shè)計(jì)各類彈簧，還可以實(shí)現(xiàn)橢圓彈簧、蝶形彈簧、球面彈簧、方形彈簧等異型螺旋線的設(shè)計(jì)。

1 普通螺旋線的設(shè)計(jì)方法

    與普通彈簧設(shè)計(jì)比較而言，Pro/E專門提供了一個(gè)螺旋掃描功能，可以十分方便地設(shè)計(jì)出彈簧。

    下面以圖1的變螺距彈簧為例。首先對(duì)普通彈簧的設(shè)計(jì)過程加以說明。

   (1)進(jìn)入Pro/E界面。單擊“插入”菜單→“螺旋掃描”→“伸出項(xiàng)”，在“屬性”欄選取“可變螺距”→“平面”；

    (2)選取草繪平面。進(jìn)入草繪截面，按提示要求，繪制軌跡（注意：需要多少段不同螺距，則應(yīng)繪制多少段軌跡）及彈簧中心線后（原點(diǎn)軌跡與中心線的距離即為彈簧的半徑），單擊“完成”；

    (3)輸入軌跡起點(diǎn)和終點(diǎn)的螺距值；

    (4)系統(tǒng)顯示一個(gè)帶有初始螺距圖的子窗口，通過“增加點(diǎn)”，加入各段并輸入螺距值。單擊“完成”，結(jié)束螺距的定義。

    (5)進(jìn)入截面繪制界面，按圖紙要求繪制彈簧截面，單擊“完成”，即得到彈簧。

2 Pro/E設(shè)計(jì)異型彈簧的方法

    在Pro/E中設(shè)計(jì)異型彈簧的總體思路是：首先獲得一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)螺旋曲線，該螺旋曲線的螺距應(yīng)與要設(shè)計(jì)的螺旋線的螺距相同，然后通過修改螺旋曲線的參數(shù)，或向某特定曲面投影，得到與所需螺旋線相同的螺旋曲線，最后使用可變截面掃描，獲得所需的彈簧。

    下面分別以橢圓彈簧、蝶形彈簧、球面彈簧、方形彈簧為例加以說明。

    在Pro/E中設(shè)計(jì)異型彈簧的總體思路是：首先獲得一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)螺旋曲線，該螺旋曲線的螺距應(yīng)與要設(shè)計(jì)的螺旋線的螺距相同，然后通過修改螺旋曲線的參數(shù)，或向某特定曲面投影，得到與所需螺旋線相同的螺旋曲線，最后使用可變截面掃描，獲得所需的彈簧。

    下面分別以橢圓彈簧、蝶形彈簧、球面彈簧、方形彈簧為例加以說明。

    (1)橢圓彈簧的設(shè)計(jì)。建立橢圓彈簧可以使用下面笛卡爾坐標(biāo)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為橢圓的短半軸，b為橢圓的長(zhǎng)半軸，n為圈數(shù)，t為系統(tǒng)變量，取值范圍為0～1；h為彈簧的螺距。

具體的橢圓彈簧的設(shè)計(jì)步驟是：①進(jìn)入Pro/E界面后，點(diǎn)擊“基準(zhǔn)曲線”圖標(biāo)；②單擊“來自方程”；③選取坐標(biāo)系，單擊“笛卡爾坐標(biāo)系”；④在彈出的記事本中輸入上面的方程；按設(shè)計(jì)要求輸入各參數(shù)值，保存后退出文檔，單擊“確定”；⑤單擊“插入”菜單→“可變截面掃描”，在彈出的對(duì)話框中單擊“掃描為實(shí)體”→單擊剛生成的螺旋線為掃描軌跡。⑥單擊“創(chuàng)建掃描剖面”圖標(biāo)，進(jìn)入創(chuàng)建剖面的草繪界面，使用繪圖工具，繪制所需螺旋線的截面后，退出草繪截面，單擊“確定”，完成橢圓彈簧的創(chuàng)建。如圖2所示。

(2)蝶形彈簧的設(shè)計(jì)。建立蝶形彈簧可以使用下面圓柱坐標(biāo)方程加以描述：

    r=r

    theta=t*360*n

    z=(sin(3.5*theta-90)+10*h*t

    其中，r為彈簧圓柱半徑，n為圈數(shù)，t為系統(tǒng)變量，取值范圍為0～1；h為彈簧的螺距。

    具體的蝶形彈簧的設(shè)計(jì)步驟重復(fù)上例的①～⑥步驟，可以得到蝶形彈簧。見圖3。

 

  (3)球面彈簧的設(shè)計(jì)。建立球面彈簧可以使用下面圓柱坐標(biāo)方程加以描述：

    rho=r

    theta=t*180

    phi=t*360*n

    其中，r為彈簧球徑，n為圈數(shù)，t為系統(tǒng)變量，取值范圍為0～1。

    具體的球面彈簧的設(shè)計(jì)步驟重復(fù)上例的①～⑥步驟，可以得到球面彈簧，見圖4。

   (4)方形彈簧的設(shè)計(jì)。方形彈簧獲得其螺旋曲線的方程較為復(fù)雜，因此采用投影的方法來進(jìn)行設(shè)計(jì)。具體的步驟為：①進(jìn)入Pro/E界面后，單擊“拉伸”，繪制出所需方形彈簧的外形輪廓曲面。②繪制與所需方形彈簧螺距相同的螺旋曲線，單擊螺旋曲線，選擇“編輯”菜單→“投影”，按提示，將螺旋曲線投影到方形輪廓曲面，即得到方形螺旋曲線。

    具體的方形彈簧的設(shè)計(jì)步驟重復(fù)上例的①～⑥步驟，可以得到方形彈簧。見圖5。

3 總結(jié)

    Pro/E的設(shè)計(jì)造型功能十分強(qiáng)大，同一種設(shè)計(jì)會(huì)由多種不同的造型方法。根據(jù)不同的工程實(shí)際，可以任意選擇，以上給出了5種較常用的創(chuàng)建彈簧的方法。