基于Pro/E的滚子链链轮参数化设计

卢 霞

(江苏省南通中等专业学校，江苏 南通 226011)

基于Pro/E的滚子链链轮参数化设计

卢 霞

(江苏省南通中等专业学校，江苏 南通 226011)

介绍了在Pro/E中生成参数化滚子链轮零件的创建方法，通过某个给定4个基本参数链轮的创建过程，结合软件中的二次开发工具——“程序”和“关系”，实现了后续设计同类型链轮时，可通过人机交互方式给定新的链轮参数，由软件自动生成与新参数对应的链轮模型，从而避免了大量重复的设计工作。

Pro/E;链轮;参数化设计;程序;关系

链传动在农业、采矿、运输、纺织、食品等机械中作为动力传递装置被广泛应用。为方便其制造与维修，国家对传动用的齿形链和链轮的技术要求已进行了标准化。如同类型的滚子链轮有4个基本参数类型，分别是链轮齿数、宽度、配用链条节距和滚子外径，而链轮的其他主要参数尺寸，如分度圆直径、齿形参数等，则可由给定的基本参数通过特定的计算公式运算得出[1]。在产品三维设计过程中，如果遇到不同参数的滚子链轮，按传统设计方法需分别逐个建模，这使设计工作变得既费时又费力。如果能生成一个参数化的链轮三维模型，其他不同参数的链轮仅通过人工界面输入改变的基本参数，让软件自动生成新的链轮模型，这将会给设计工作带来极大的方便。

目前作为参数化设计特征的Pro/E软件在机械领域已经得到了广泛的应用，其基于尺寸驱动的参数化产品设计，可以通过修改尺寸来驱动模型，使已建立的模型随尺寸的改变而实时地改变模型的外形，这为快速直观表达人们的设计意图带来了方便。这项工作可以在Pro/E中使用它的“程序”和“关系”命令，通过编写简单的程序来方便地实现[2-3]。

1 链轮建模的参数化设计思路

在Pro/E中要实现链轮的参数化建模，首先要生成分度圆、基圆和齿顶圆曲线，以齿根圆曲线为轮廓建立圆柱体，根据计算出的齿形曲线轮廓生成单个链轮齿，通过轮齿环形阵列完成全部轮齿的制作，并根据轴向齿廓参数对所有轮齿进行倒角操作，最后添加其他相关的工艺特征。在链轮三维建模过程中要及时将各个特征尺寸进行参数化，并给出各参数之间的关系式，以便在有后续人机交互式的链轮建模时，实现主要参数的自动再生。

2 链轮的参数化设计建模过程

滚子链链轮的齿槽形状参数图如图1所示。开始设计时，假定链轮的基本参数为：链轮齿数z=13，节距p=12.7mm，滚子外径dr1=7.77mm，齿宽W=4.3mm。链轮的其他一些主要尺寸，如分度圆、齿顶圆和齿根圆直径等数值，将在Pro/E软件的“关系”命令对话中，根据计算公式，通过编写简单的程序来计算得出。下面介绍该链轮参数化建模的主要设计过程。2.1链轮基本参数输入和主要尺寸关系生成

设置链轮基本参数，执行工具中的“程序”命令，在程序的INPUT 和END INPUT语句段中输入下列语句：

Z NUMBER = 13 “请输入链轮的齿数 ==”

W NUMBER = 4.3 “请输入链轮的宽度 ==”

P NUMBER = 12.7 “请输入滚轮的节距 ==”

DR1 NUMBER = 7.77 “请输入滚子的直径 ==”

以上语句给出了原始链轮的4个基本参数值，分别是链轮齿数z=13、宽度W=4.3、配用链条节距p=12.7和滚子外径dr1=7.77，并在再生模型时会要求输入这4个基本参数的新值。

图1 滚子链链轮的齿槽形状参数

2.2创建链轮的分度圆、齿顶圆、齿根圆曲线和齿根圆实体根据给出的基本参数，链轮的分度圆、齿顶圆和齿根圆的直径可以用如下公式确定：

分度圆直径

d=p/sin (180°/z)

齿顶圆直径

da=p(0.54+cot(180°/z))

齿根圆直径

df=d-dr1

D=P/SIN(180/Z)

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

DF=D-DR1

利用草绘基准曲线工具画出分度圆、齿顶圆和齿根圆曲线，将曲线中的尺寸代号进行参数化，在“关系”命令对话框中写入如下关系式：

D0=D

D1= DA

D2=DF

则生成的三条圆形曲线直径将分别等于给定链轮的分度圆、齿顶圆和齿根圆直径大小。将齿根圆曲线由“拉伸”命令生成实体，并在“关系”命令对话框中写入如下关系式：

会上，中国农业大学教授、资源与环境学院副院长江荣风，安徽农业大学党委常委、副校长姚佐文，安徽六国化工副总经理、总工程师沈浩，代表三方签署战略合作协议。

D3=W

则链轮齿根圆实体的拉伸宽度为链轮的宽度。生成的图形如图2所示。

2.3创建链轮的单个轮齿

链轮与滚子链的啮合属于非共轭啮合，其链轮

图2 滚子链链轮的基础实体模型

齿形设计具有较大灵活性，可设计为二圆弧一直线齿形，如图1所示。其中下端圆弧尺寸r1=dr1/2，中间直线段的齿形半角和上端圆弧的几何尺寸计算公式如下。

齿形半角：

γ/2=17°-64°/z

上端圆弧半径：

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

选择“拉伸”命令，在草绘平面中绘制单个轮齿的截面草图，并在“关系”命令对话框中写入如下关系式：

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“关系”生成的三维实体模型如图3所示。

图3 滚子链链轮的单齿实体模型

2.4阵列轮齿

将生成的单个轮齿用“轴阵列”工具进行阵列，阵列的相邻轮齿夹角间距为360°/z，阵列齿数量为z个，并将这两个特征的尺寸代号参数化，写入“关系”中：

D11=360/Z

P12=Z

可得到链轮的三维模型如图4所示。

图4 齿阵列后的滚子链链轮模型

2.5轮齿的轴向齿廓的建模

链轮的轴向齿廓中齿侧倒角ba=0.06p，齿侧半径ra=p。利用“旋转切除”命令，将轮齿两齿侧的材料进行切除，并将该切除特征的尺寸代号参数化，写入“关系”中：

D15=0.06*P

D16=DA/2

D18=D

D19=0.5*B

利用“拉伸”命令生成轴孔，并对相关边进行倒角操作后，该链轮的三维模型如图5所示。

图5 链轮模型图

3 改变链轮基本参数生成新链轮

以上述方法生成的三维参数化链轮模型为基础，在设计基本参数不同的同类型链轮时，可选择软件中的“再生”命令，打开如图6所示人机对话框，对链轮的基本参数重新输入新值，将链轮的基本参数重新依次定义为链轮齿数z=25、节距p=25.4mm、滚子外径dr1=15.88mm、齿宽W=11.3mm后，链轮模型经再生后的三维模型如图7所示，通过这种参数化建模方式可实现该类型滚子链轮的快速建模操作。

图6 “再生”对话框型

图7 改变参数后的链轮

4 结束语

本文介绍了在Pro/E中利用参数化建模生成链轮模型的设计方法，通过这种方法生成的链轮模型可在以后的设计过程中，利用人机交互的方式快速地生成不同尺寸参数的链轮模型，减少了设计者的重复劳动，提高了设计效率。

[1] 吴宗泽．机械设计实用手册[M]．北京：化学工业出版社，2003.

[2] 白正一，钟日铭．中文版Pro/ENGINEER Wildfire高级案例教程[M]．镇江：江苏大学出版社，2012.

[3] 黄圣安．Pro/ENGINEER 2001高级开发实例[M]．北京：电子工业出版社，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

卢霞(1978—)，女，江苏南通人，江苏省南通中等专业学校讲师，主要从事机电专业的教学工作。

TH122

A

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