盧 霞

(江蘇省南通中等專(zhuān)業(yè)學(xué)校，江蘇 南通 226011)

基于Pro/E的滾子鏈鏈輪參數(shù)化設(shè)計(jì)

盧 霞

(江蘇省南通中等專(zhuān)業(yè)學(xué)校，江蘇 南通 226011)

介紹了在Pro/E中生成參數(shù)化滾子鏈輪零件的創(chuàng)建方法，通過(guò)某個(gè)給定4個(gè)基本參數(shù)鏈輪的創(chuàng)建過(guò)程，結(jié)合軟件中的二次開(kāi)發(fā)工具——“程序”和“關(guān)系”，實(shí)現(xiàn)了后續(xù)設(shè)計(jì)同類(lèi)型鏈輪時(shí)，可通過(guò)人機(jī)交互方式給定新的鏈輪參數(shù)，由軟件自動(dòng)生成與新參數(shù)對(duì)應(yīng)的鏈輪模型，從而避免了大量重復(fù)的設(shè)計(jì)工作。

Pro/E;鏈輪;參數(shù)化設(shè)計(jì);程序;關(guān)系

鏈傳動(dòng)在農(nóng)業(yè)、采礦、運(yùn)輸、紡織、食品等機(jī)械中作為動(dòng)力傳遞裝置被廣泛應(yīng)用。為方便其制造與維修，國(guó)家對(duì)傳動(dòng)用的齒形鏈和鏈輪的技術(shù)要求已進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)化。如同類(lèi)型的滾子鏈輪有4個(gè)基本參數(shù)類(lèi)型，分別是鏈輪齒數(shù)、寬度、配用鏈條節(jié)距和滾子外徑，而鏈輪的其他主要參數(shù)尺寸，如分度圓直徑、齒形參數(shù)等，則可由給定的基本參數(shù)通過(guò)特定的計(jì)算公式運(yùn)算得出[1]。在產(chǎn)品三維設(shè)計(jì)過(guò)程中，如果遇到不同參數(shù)的滾子鏈輪，按傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法需分別逐個(gè)建模，這使設(shè)計(jì)工作變得既費(fèi)時(shí)又費(fèi)力。如果能生成一個(gè)參數(shù)化的鏈輪三維模型，其他不同參數(shù)的鏈輪僅通過(guò)人工界面輸入改變的基本參數(shù)，讓軟件自動(dòng)生成新的鏈輪模型，這將會(huì)給設(shè)計(jì)工作帶來(lái)極大的方便。

目前作為參數(shù)化設(shè)計(jì)特征的Pro/E軟件在機(jī)械領(lǐng)域已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用，其基于尺寸驅(qū)動(dòng)的參數(shù)化產(chǎn)品設(shè)計(jì)，可以通過(guò)修改尺寸來(lái)驅(qū)動(dòng)模型，使已建立的模型隨尺寸的改變而實(shí)時(shí)地改變模型的外形，這為快速直觀表達(dá)人們的設(shè)計(jì)意圖帶來(lái)了方便。這項(xiàng)工作可以在Pro/E中使用它的“程序”和“關(guān)系”命令，通過(guò)編寫(xiě)簡(jiǎn)單的程序來(lái)方便地實(shí)現(xiàn)[2-3]。

1 鏈輪建模的參數(shù)化設(shè)計(jì)思路

在Pro/E中要實(shí)現(xiàn)鏈輪的參數(shù)化建模，首先要生成分度圓、基圓和齒頂圓曲線(xiàn)，以齒根圓曲線(xiàn)為輪廓建立圓柱體，根據(jù)計(jì)算出的齒形曲線(xiàn)輪廓生成單個(gè)鏈輪齒，通過(guò)輪齒環(huán)形陣列完成全部輪齒的制作，并根據(jù)軸向齒廓參數(shù)對(duì)所有輪齒進(jìn)行倒角操作，最后添加其他相關(guān)的工藝特征。在鏈輪三維建模過(guò)程中要及時(shí)將各個(gè)特征尺寸進(jìn)行參數(shù)化，并給出各參數(shù)之間的關(guān)系式，以便在有后續(xù)人機(jī)交互式的鏈輪建模時(shí)，實(shí)現(xiàn)主要參數(shù)的自動(dòng)再生。

2 鏈輪的參數(shù)化設(shè)計(jì)建模過(guò)程

滾子鏈鏈輪的齒槽形狀參數(shù)圖如圖1所示。開(kāi)始設(shè)計(jì)時(shí)，假定鏈輪的基本參數(shù)為：鏈輪齒數(shù)z=13，節(jié)距p=12.7mm，滾子外徑dr1=7.77mm，齒寬W=4.3mm。鏈輪的其他一些主要尺寸，如分度圓、齒頂圓和齒根圓直徑等數(shù)值，將在Pro/E軟件的“關(guān)系”命令對(duì)話(huà)中，根據(jù)計(jì)算公式，通過(guò)編寫(xiě)簡(jiǎn)單的程序來(lái)計(jì)算得出。下面介紹該鏈輪參數(shù)化建模的主要設(shè)計(jì)過(guò)程。2.1鏈輪基本參數(shù)輸入和主要尺寸關(guān)系生成

設(shè)置鏈輪基本參數(shù)，執(zhí)行工具中的“程序”命令，在程序的INPUT 和END INPUT語(yǔ)句段中輸入下列語(yǔ)句：

Z NUMBER = 13 “請(qǐng)輸入鏈輪的齒數(shù) ==”

W NUMBER = 4.3 “請(qǐng)輸入鏈輪的寬度 ==”

P NUMBER = 12.7 “請(qǐng)輸入滾輪的節(jié)距 ==”

DR1 NUMBER = 7.77 “請(qǐng)輸入滾子的直徑 ==”

以上語(yǔ)句給出了原始鏈輪的4個(gè)基本參數(shù)值，分別是鏈輪齒數(shù)z=13、寬度W=4.3、配用鏈條節(jié)距p=12.7和滾子外徑dr1=7.77，并在再生模型時(shí)會(huì)要求輸入這4個(gè)基本參數(shù)的新值。

圖1 滾子鏈鏈輪的齒槽形狀參數(shù)

2.2創(chuàng)建鏈輪的分度圓、齒頂圓、齒根圓曲線(xiàn)和齒根圓實(shí)體根據(jù)給出的基本參數(shù)，鏈輪的分度圓、齒頂圓和齒根圓的直徑可以用如下公式確定：

分度圓直徑

d=p/sin (180°/z)

齒頂圓直徑

da=p(0.54+cot(180°/z))

齒根圓直徑

df=d-dr1

D=P/SIN(180/Z)

DA=P*(0.54+1/TAN(180/Z))

DF=D-DR1

利用草繪基準(zhǔn)曲線(xiàn)工具畫(huà)出分度圓、齒頂圓和齒根圓曲線(xiàn)，將曲線(xiàn)中的尺寸代號(hào)進(jìn)行參數(shù)化，在“關(guān)系”命令對(duì)話(huà)框中寫(xiě)入如下關(guān)系式：

D0=D

D1= DA

D2=DF

則生成的三條圓形曲線(xiàn)直徑將分別等于給定鏈輪的分度圓、齒頂圓和齒根圓直徑大小。將齒根圓曲線(xiàn)由“拉伸”命令生成實(shí)體，并在“關(guān)系”命令對(duì)話(huà)框中寫(xiě)入如下關(guān)系式：

會(huì)上，中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)教授、資源與環(huán)境學(xué)院副院長(zhǎng)江榮風(fēng)，安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)黨委常委、副校長(zhǎng)姚佐文，安徽六國(guó)化工副總經(jīng)理、總工程師沈浩，代表三方簽署戰(zhàn)略合作協(xié)議。

D3=W

則鏈輪齒根圓實(shí)體的拉伸寬度為鏈輪的寬度。生成的圖形如圖2所示。

2.3創(chuàng)建鏈輪的單個(gè)輪齒

鏈輪與滾子鏈的嚙合屬于非共軛嚙合，其鏈輪

圖2 滾子鏈鏈輪的基礎(chǔ)實(shí)體模型

齒形設(shè)計(jì)具有較大靈活性，可設(shè)計(jì)為二圓弧一直線(xiàn)齒形，如圖1所示。其中下端圓弧尺寸r1=dr1/2，中間直線(xiàn)段的齒形半角和上端圓弧的幾何尺寸計(jì)算公式如下。

齒形半角：

γ/2=17°-64°/z

上端圓弧半徑：

r2=dr1(1.3cos(γ/2)+0.8cosβ-1.302 5)-0.05

選擇“拉伸”命令，在草繪平面中繪制單個(gè)輪齒的截面草圖，并在“關(guān)系”命令對(duì)話(huà)框中寫(xiě)入如下關(guān)系式：

D6=17-64/Z

D7=DR1*(1.3*COS(17-64/Z)+0.8*COS(18-56/Z)-1.3025)-0.05

D8=W

按“關(guān)系”生成的三維實(shí)體模型如圖3所示。

圖3 滾子鏈鏈輪的單齒實(shí)體模型

2.4陣列輪齒

將生成的單個(gè)輪齒用“軸陣列”工具進(jìn)行陣列，陣列的相鄰輪齒夾角間距為360°/z，陣列齒數(shù)量為z個(gè)，并將這兩個(gè)特征的尺寸代號(hào)參數(shù)化，寫(xiě)入“關(guān)系”中：

D11=360/Z

P12=Z

可得到鏈輪的三維模型如圖4所示。

圖4 齒陣列后的滾子鏈鏈輪模型

2.5輪齒的軸向齒廓的建模

鏈輪的軸向齒廓中齒側(cè)倒角ba=0.06p，齒側(cè)半徑ra=p。利用“旋轉(zhuǎn)切除”命令，將輪齒兩齒側(cè)的材料進(jìn)行切除，并將該切除特征的尺寸代號(hào)參數(shù)化，寫(xiě)入“關(guān)系”中：

D15=0.06*P

D16=DA/2

D18=D

D19=0.5*B

利用“拉伸”命令生成軸孔，并對(duì)相關(guān)邊進(jìn)行倒角操作后，該鏈輪的三維模型如圖5所示。

圖5 鏈輪模型圖

3 改變鏈輪基本參數(shù)生成新鏈輪

以上述方法生成的三維參數(shù)化鏈輪模型為基礎(chǔ)，在設(shè)計(jì)基本參數(shù)不同的同類(lèi)型鏈輪時(shí)，可選擇軟件中的“再生”命令，打開(kāi)如圖6所示人機(jī)對(duì)話(huà)框，對(duì)鏈輪的基本參數(shù)重新輸入新值，將鏈輪的基本參數(shù)重新依次定義為鏈輪齒數(shù)z=25、節(jié)距p=25.4mm、滾子外徑dr1=15.88mm、齒寬W=11.3mm后，鏈輪模型經(jīng)再生后的三維模型如圖7所示，通過(guò)這種參數(shù)化建模方式可實(shí)現(xiàn)該類(lèi)型滾子鏈輪的快速建模操作。

圖6 “再生”對(duì)話(huà)框型

圖7 改變參數(shù)后的鏈輪

4 結(jié)束語(yǔ)

本文介紹了在Pro/E中利用參數(shù)化建模生成鏈輪模型的設(shè)計(jì)方法，通過(guò)這種方法生成的鏈輪模型可在以后的設(shè)計(jì)過(guò)程中，利用人機(jī)交互的方式快速地生成不同尺寸參數(shù)的鏈輪模型，減少了設(shè)計(jì)者的重復(fù)勞動(dòng)，提高了設(shè)計(jì)效率。

[1] 吳宗澤．機(jī)械設(shè)計(jì)實(shí)用手冊(cè)[M]．北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2003.

[2] 白正一，鐘日銘．中文版Pro/ENGINEER Wildfire高級(jí)案例教程[M]．鎮(zhèn)江：江蘇大學(xué)出版社，2012.

[3] 黃圣安．Pro/ENGINEER 2001高級(jí)開(kāi)發(fā)實(shí)例[M]．北京：電子工業(yè)出版社，2002.

TheParameterDesignofRollerChainSprocketBasedonPro/E

LU Xia

(Jiangsu Province Nantong Specialized Secondary School, Jiangsu Nantong, 226011, China)

It introduces the parameter methods of roller chain sprocket based on Pro/ENGINEER. Through four basic parameters of the sprocket creation process, it builds the realion with the function of the program, realizes the design of the same type sprocket. Based on this man-machine interactive way, it can creat the new sprocket with the new parameters automatically and avoid a great deal of repeated design work.

Pro/E; Sprocket; Parameter Design; Program; Relations

10.3969/j.issn.2095-509X.2014.09.003

2014-07-04

盧霞(1978—)，女，江蘇南通人，江蘇省南通中等專(zhuān)業(yè)學(xué)校講師，主要從事機(jī)電專(zhuān)業(yè)的教學(xué)工作。

TH122

A

2095-509X(2014)09-0010-03