基於pro/engineer的鏈輪引數化設計
本文在鏈輪設計原理及主要尺寸計算公式的基礎上，介紹了在pro/engineer中進行鏈輪三維建模時，如何通過建立模型引數和尺寸驅動關係構建鏈輪引數化模型，並通過引數控制建立不同引數的鏈輪三維模型的方法。
【關鍵詞】鏈輪引數化設計 pro/engineer 三維模型
pro/engineer軟體以使用方便、引數化特徵明顯的三維造型而著稱，但由於其是通用設計軟體，沒有對特定的產品設計提供專用的開發模組，因而不能有效利用以前的設計資源。若企業想要發揮pro/engineer軟體的作用、提高工作效率，必須根據企業產品的特徵和形狀對pro/engineer軟體進行二次開發，加入產品設計專用模組。
在各種傳動機構中，鏈傳動以其平均傳動比準確、傳動效率高、適合在油汙和潮濕等惡劣環境條件下工作等優點而著稱。其中，鏈輪是其主要的傳動部件，為了提高鏈傳動的研究和設計水平，利用pro/engineer軟體建立鏈輪的引數化造型，在設計新鏈輪時，直接輸入齒輪的各項引數即可自動生成新齒輪。
一、鏈輪齒廓曲線分析及主要引數介紹
滾子鏈輪的齒形雖然已經標準化，但僅規定了滾子鏈輪齒槽的齒面圓弧半徑、齒溝圓弧半徑和齒溝角的最大值和最小值，各種鏈輪的實際端麵齒形均應在最大和最小齒槽形狀之間，這樣處理使鏈輪齒廓曲線設計有很大的靈活性。齒形應保證鏈節能平穩自如地進入和退出嚙合，並便於加工。符合上述要求的端麵齒形曲線有多種，最常用的是「三圓弧一直線」齒形。
本文所研究的鏈輪齒形造型就是根據「三圓弧一直線」原則建立的。如圖1所示的端麵齒形由3段圓弧（aa、ab、cd）和一段直線（bc）組成。這種「三圓弧一直線」的齒形基本上符合上述齒槽形狀的範圍，且具有較好的嚙合效能，便於加工。
鏈輪軸面齒形兩側呈圓弧狀（見圖2），以便於鏈節進入和退出嚙合。
圖1圖2
鏈輪上被鏈條節距等分的圓稱為分度圓，其直徑用d表示（見圖1）。若已知節距p和齒數z時，鏈輪主要尺寸的計算公式為：
分度圓直徑（pitch diameter）
d=p/sin(pi/z)
齒頂圓直徑（outside diameter）
da，max=d+1.25p-d1
da，min=d+（1- 1.6/z）p-d1
齒根圓直徑
df=d-d1（d1為滾子直徑）
分度圓弦齒高ha
ha max=（0.625+ 0.8/z）p-d1/2
ha max=0.5（p-d1）
如選用三圓弧一直線齒形，則da=p（0.54+cot(pi/z) ）
ha =0.27p
二、三維造型
1.新建零件檔案
具體步驟為：
（1）新建零件檔案「chain_gear」。
（2）取消選中「使用預設模版」復選項，使用 mmns_part_solid選項。
2.新增鏈輪引數和關係式
具體步驟為：
（1）開啟「引數」對話方塊，新增齒輪引數。
（2）開啟「關係」對話方塊，新增鏈輪關係式，並通過這些關係和已知引數確定未知引數的數值。
（3）編輯「程式（program）」建模程式。編輯「程式」，使鏈輪模型更新時自動提示輸入鏈輪的主要引數，並輸入鏈輪的關係式，建立鏈輪和引數之間的關係。
3.建立座標系
選取front、right、top面作為參照，在定向中選取top面作為z軸、front面作為y軸。
4.分別建立鏈輪的齒根圓、分度圓和齒頂圓
（1）單擊「草繪工具」，在top面上繪製3個圓，如圖3所示。
圖3（2）點選「資訊」下拉列表選擇「切換尺寸」，以符號顯示尺寸。
（3）單擊「工具」下拉列表選擇「關係」，開啟關係式視窗，加入如下關係：
d1=dedentum_dia（齒根圓直徑）
d2=pitch_dia（分度圓直徑）
d3=addendum_dia（齒頂圓直徑）
（4）單擊「確定」結束輸入。
（5）單擊「更新」選「當前值」，系統將按照關係式計算這三條曲線。
5.建立引數化漸開線曲線
（1）單擊「草繪工具」，選擇「草繪平面」為top面，草繪參照為front面。
（2）進入草繪介面後，選擇pitch_dia（分度圓直徑）曲線及addendum_dia（齒頂圓直徑）作為參照。
（3）作一條輔助線過分度圓與front面的交點，以此為中心作半徑為5.16（尺寸代號sd9）的圓；輔助線與front面之間所形成夾角的度數標註為51.84（尺寸代號sd10）；作一圓，標其與front面的縱向距離為13.
03（尺寸代號sd11），與半徑為5.16的圓的圓心的橫向距離（靠左）為2.17（尺寸代號sd12），標此圓半徑為7.
40（尺寸代號sd13）；作圓與之前兩圓相切，半徑為13.28（尺寸代號sd14）。（4）單擊「工具」下拉列表選擇「關係」，開啟關係式視窗，加入如下關係:
sd9=r1（齒溝圓弧半徑）
sd10=alfha（二分之一齒溝角）
sd11=w（齒寬）
sd12=v（兩段圓弧圓心之間的橫向距離）
sd13=r3（第三段圓弧的半徑）
sd14=r2（第二段圓弧的半徑）
（5）對草繪曲線進行剪下處理，修剪保留「三圓弧一直線」。
（6）完成後漸開線如圖4所示：
圖46.建立鏈輪主體
（1）單擊「旋轉」選擇front面作為草繪平面，參照平面為top面。
（2）進入草繪介面，選擇right面、top面和齒頂圓與top面的交點為參照。
（3）點選「兩點中心線」，選擇top面為中心線依附面，再次點選「兩點中心線」，選擇right面為中心線依附面。
（4）從right面作一直線，相對top面標註直徑尺寸為8.7（尺寸代號sd16），作一圓與此直線相切，圓心橫座標距齒頂圓與top面的交點7.9（尺寸代號sd17），標註此圓半徑為16.
9（尺寸代號sd18），過此交點作一垂直線與圓弧相交，點選「動態修剪切面圖元」，修剪保留輪廓。點選「選取專案」，選擇修剪好的圖元，點選「映象」，選取依附於top面的中心線為映象中心線。
（5）單擊「工具」下拉列表選擇「關係」，開啟關係式視窗，加入如下關係:
sd16=b（鏈輪機體厚度）
sd17=h（齒高）
sd18=r4（軸向齒廓半徑）
完成草繪，退出草繪介面，點選「確定」完成[旋轉]特徵。
7.建立第乙個齒隙
（1）點選「拉伸」，在快捷選單中選擇「去處材料」，選擇top面作為草繪平面，參照平面為front面
（2）進入草繪介面，選取漸開線曲線及輪體輪廓線作為參照。
（3）點選「兩點中心線」，選擇front面為中心線依附面。
（4）點選「通過邊建立圖元」，選取漸開線曲線及與之相交的輪體輪廓線，通過「動態修剪切面圖元」修剪去除不必要的圖元，點選「映象」，選取依附於front面的中心線為映象中心線。
（5）完成草繪，退出草繪介面，深度選擇「拉伸至與所有平面相交」，點選「確定」完成「拉伸」特徵。
8.陣列齒隙
（1）點選「複製」上述齒隙特徵，點選「選擇性貼上」，選擇「對副本應用移動/旋轉變換」，在快捷選單中選取旋轉，選擇中心軸作為轉軸，輸入18.9（尺寸代號d198）作為轉角角度。完成後如圖5所示。
完成後開啟「關係」及「程式」，加入如下關係式，以建立陣列特徵數與齒數之間的聯絡。d198=360/（p2+1）
（2）陣列上述特徵。在快捷選單中選擇「尺寸」以建立陣列，選擇尺寸sd198，數目為18。如圖6所示：
圖5圖6
三、引數化應用
將上面建立的鏈輪模型作為通用模型，每次建立新的鏈輪時只要將上面建立的模型開啟，點選「再生」命令，在彈出的選單管理器中點選「輸入」，按照pro/engineer系統資訊欄的提示輸入相應的鏈輪的各項引數，即可生成新的鏈輪模型。同時，還可以根據實際情況增加次要引數設定，建立企業內部的常用件模型庫，從而使建模更加方便、省時。
在pro/engineer系統中以鏈輪為例，通過建立模型引數和尺寸驅動關係建立鏈輪引數化模型，並通過引數控制，方便快捷地建立不同引數的鏈輪三維模型。這種鏈輪引數化模型構建方法，解決了常規鏈輪三維模型建立中不能精確表達漸開線及同類鏈輪需要多次重建的問題，體現了引數化設計的優越性。實踐證明，該方法實用有效，對各種鏈輪及常用標準件引數化通用模型庫的建立具有重要意義。
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