基于Creo 創(chuàng)建參數(shù)化鏈輪的 方法及應(yīng)用

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Creo是美國PTC公司的三維CAD／CAM系統(tǒng)，它提出了真正的全相關(guān)性、單一的數(shù)據(jù)庫和基于特征的參數(shù)化造型等概念，已成為當(dāng)今世界機(jī)械設(shè)計(jì)領(lǐng)域的新標(biāo)準(zhǔn)。Creo Parametric的參數(shù)化是指將表示零件或組件的形狀和拓?fù)潢P(guān)系由賦予它們的特征值來控制，這些特征值可能與其他特征值相關(guān)聯(lián)。參數(shù)化設(shè)計(jì)是一種使用重要幾何參數(shù)快速構(gòu)建和修改幾何模型的三維建模方法，不同于傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，它存儲(chǔ)了設(shè)計(jì)的整個(gè)過程，能設(shè)計(jì)出一系列而非單一的形狀和功能上具有相似的產(chǎn)品模型。具有以下特點(diǎn)：

◎ 參數(shù)化設(shè)計(jì)能夠使工程設(shè)計(jì)人員不需要考慮細(xì)節(jié)而能盡快草繪出零件圖，并可以通過變動(dòng)某些約束參數(shù)而不必運(yùn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)的全過程來更新設(shè)計(jì)；

◎ 對(duì)于形狀大致相似的一系列零件，只需修改參數(shù)，即可生成新的零件，從而大大提高了零件設(shè)計(jì)效率，在成組技術(shù)中利用這些手段是很有益的；

◎ 參數(shù)化設(shè)計(jì)將圖形尺寸與設(shè)計(jì)條件(或約束條件)相關(guān)聯(lián)，即將圖形尺寸看作設(shè)計(jì)條件的函數(shù)，當(dāng)設(shè)計(jì)條件發(fā)生變化時(shí)，圖形尺寸便作相應(yīng)的變化。

一、鏈輪的齒槽廓形及幾何尺寸的計(jì)算

滾子鏈與鏈輪的嚙合屬于非共軛嚙合，只要鏈條滾子能夠平穩(wěn)、自由地進(jìn)入嚙合和退出嚙合，且嚙合時(shí)滾子與齒面接觸良好即可，因此，鏈輪齒形的設(shè)計(jì)可以有較大的靈活性。國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 1243-2006《傳動(dòng)用短節(jié)距精密滾子鏈、套筒鏈、附件和鏈輪》中沒有規(guī)定具體的鏈輪齒形，僅規(guī)定了滾子鏈輪齒槽的齒面圓弧半徑re、齒溝圓弧半徑ri和齒溝角α的最大值和最小值，因此，鏈輪的實(shí)際齒槽形狀，應(yīng)在最大齒槽形狀和最小齒槽形狀的范圍內(nèi)。目前，最常用的鏈輪端面齒形是是“三圓弧一直線”齒形，也稱作凹齒形，如圖1所示。本文按照“三圓弧一直線齒形”的方法，創(chuàng)建鏈輪的三維建模并對(duì)其幾何驅(qū)動(dòng)尺寸進(jìn)行參數(shù)化。

圖1 三圓弧一直線齒形的齒槽形狀

三圓弧一直線齒形的齒槽形狀的幾何參數(shù)，主要有分度圓直徑、齒頂圓直徑、齒根圓直徑、齒側(cè)凸緣（或排間槽）直徑、齒溝半角、齒溝圓弧半徑、工作圓弧半徑、工作段圓弧中心角、齒頂圓弧半徑及齒形半角等，其計(jì)算公式如表1所示。

表1 鏈輪的計(jì)算公式

名稱 代號(hào) 單位 計(jì)算公式齒側(cè)凸緣（或排間槽）直徑df df =d-d1 dg dg≦Pc tg（180 °/z）-1.04h2-0.76 r1 r1=0.5 025d1+0.05 α/2 α/2=5 5-60 °/z M M=0.8 d1sin(α/2) T T=0.8 d 1cos(α/2) r2 r2=1.3 025d1+0.05 β β= 18-56 °/z W W=1.3d1cos(180 °/z) V V=1.3 d1sin(180 °/z) mm dg ≤Pctg（180 °/z）-1.04h2-0.76齒溝圓弧半徑df df =d-d1 dg dg≦Pctg（180 °/z）-1.04h2-0.76 r1 r1=0.5025d1+0.05 α/2 α/2=55-60 °/z M M=0.8d1sin(α/2) T T=0.8d1cos(α/2) r2 r2=1.3025d1+0.05 β β= 18-56 °/z W W=1.3d1cos(180 °/z) V V=1.3 d1sin(180 °/z) mm df df =d-d1 dg dg≦Pctg（180 °/z）-1 r1 r1=0.5025d1+0.05 α/2 α/2=55-60 °/z M M=0.8d1sin(α/2) T T=0.8d1cos(α/2) r2 r2=1.3025d1+0.05 β β= 18-56 °/z W W=1.3d1cos(180 °/z) V V=1.3d1sin(180 °/z) 齒溝半角df df =d-d1 dg dg≦Pctg（180 °/z）-1.04h2-0.76 r1 r1=0.5025d1+0.05 α/2 α/2=55-60 °/z M M=0.8 d1sin(α/2) T T=0.8d1cos(α/2) r2 r2=1.3025d1+0.05 β β= 18-56 °/z W W=1.3d1cos(180 °/z) V V=1.3d1sin(180 °/z) r3 r3=d1(1.3cosγ/2+0.8cosβ-1.3025)-（ °）df df =d-d1 dg dg≦Pctg（180 °/z）r1 r1=0.5025d1+0.05 α/2 α/2=55-60 °/z M M=0.8d1sin(α/2) T T=0.8d1cos(α/2) r2 r2=1.3025d1+0.05 β β= 18-56 °/z W W=1.3d1cos(180 °/z)V V=1.3d1sin(180 °/z) r3 r3=d1(1.3cosγ/2+0.8工作圓弧中心的坐標(biāo)dg dg≦Pctg（180 °/z）-1.04h2-0.76 r1 r1=0.5 025d1+0.05 α/2 α/2=55-60 °/z M M=0.8d1sin(α/2) T T=0.8d1cos(α/2) r2 r2=1.3025d1+0.05 β β= 18-56 °/z W W=1.3d1cos(180 °/z) V V=1.3d1sin(180 °/z) r3 r3=d1(1.3cosγ/2+0.8cosβ-1.3025)-mm dg dg≦Pctg（180 °/z）-r1 r1=0.5025d1+0.05 α/2 α/2=55-60 °/z M M=0.8d1sin(α/2) T T=0.8d1cos(α/2) r2 r2=1.3025d1+0.05 β β= 18-56 °/z W W=1.3d1cos(180 °/z) V V=1.3d1sin(180 °/z) r3 r3=d1(1.3cosγ/2+0.8c dg dg≦Pctg（180 °/z）-1.04h2-0.76 r1 r1=0.5025d1+0.05 α/2 α/2=55-60 °/z M M=0.8d1sin(α/2) T T=0.8d1cos(α/2) r2 r2=1.3025d1+0.05 β β= 18-56 °/z W W=1.3d1cos(180 °/z) V V=1.3d1sin(180 °/z) r3 r3=d1(1.3cosγ/2+0.8cosβ-1.3025)-mm dg dg≦Pctg（180 °/z）-r1 r1=0.5025d1+0.05 α/2 α/2=55-60 °/z M M=0.8d1sin(α/2) T T=0.8d1cos(α/2) r2 r2=1.3025d1+0.05 β β= 18-56 °/z W W=1.3d1cos(180 °/z) V V=1.3d1sin(180 °/z) r3 r3=d1(1.3cosγ/2+0.8c工作圓弧半徑 r2 mm dg dg≦Pctg（180 °/z）-1 r1 r1=0.5025d1+0.05 α/2 α/2=55-60 °/z M M=0.8d1sin(α/2) T T=0.8d1cos(α/2) r2 r2=1.3025d1+0.05 β β= 18-56 °/z W W=1.3d1cos(180 °/z) V V=1.3d1sin(180 °/z) r3 r3=d1(1.3cosγ/2+0.8co γ/2 γ/2=17-64 °/Z 工作段圓弧中心角 β （ °）dg dg≦Pctg（180 °/z）r1 r1=0.5025d1+0.05 α/2 α/2=55-60 °/z M M=0.8d1sin(α/2) T T=0.8d1cos(α/2) r2 r2=1.3025d1+0.05 β β= 18-56 °/z W W=1.3d1cos(180 °/z V V=1.3d1sin(180 °/z)r3 r3=d1(1.3cosγ/2+0.8 γ/2 γ/2=17-64 °/Z 齒頂圓弧中心的坐標(biāo)W mm dg dg≦Pctg（180 °/z）-1.r1 r1=0.5025d1+0.05 α/2 α/2=55-60 °/z M M=0.8d1sin(α/2) T T=0.8d1cos(α/2) r2 r2=1.3025d1+0.05 β β= 18-56 °/z W W=1.3d1cos(180 °/z) V V=1.3d1sin(180 °/z) r3 r3=d1(1.3cosγ/2+0.8cos γ/2 γ/2=17-64 °/Z V mm r1 r1=0.5025d1+0.05 α/2 α/2=55-60 °/z M M=0.8d1sin(α/2) T T=0.8d1cos(α/2) r2 r2=1.3025d1+0.05 β β= 18-56 °/z W W=1.3d1cos(180 °/z) V V=1.3d1sin(180 °/z) r3 r3=d1(1.3cosγ/2+0.8cos γ/2 γ/2=17-64 °/Z 齒頂圓弧半徑 r3 mm r3=d1(1.3cosγ/2+ 0.8cosβ-1.3025)-0.05齒形半角 γ/2 （ °）r1 r1=0.5025d1+0.05 α/2 α/2=55-60 °/z M M=0.8d1sin(α/2) T T=0.8d1cos(α/2) r2 r2=1.3025d1+0.05 β β= 18-56 °/z W W=1.3d1cos(180 °/z)V V=1.3d1sin(180 °/z) r3 r3=d1(1.3cosγ/2+0.8 γ/2 γ/2=17-64 °/Z

二、鏈輪的三維模型創(chuàng)建及參數(shù)化

1、建模前的準(zhǔn)備

鏈輪的三維模型創(chuàng)建與齒輪的三維模型創(chuàng)建方法基本相同，首先啟動(dòng)Creo Parametric軟件，在主菜單中，點(diǎn)擊新建命令“”或“Ctrl+N”，彈出新建界面（如圖2所示）中，類型選項(xiàng)勾選“零件”，子類型選項(xiàng)勾選“實(shí)體”，同時(shí)在名稱欄內(nèi)輸入新建鏈輪的名稱如Sprocket。

為了實(shí)現(xiàn)鏈輪的參數(shù)化設(shè)計(jì)，在Creo參數(shù)設(shè)置界面（如圖3所示）中，應(yīng)添加鏈輪齒數(shù)（z）、配用鏈條的節(jié)距（p）、滾子直徑（dz）、內(nèi)節(jié)寬度（b1）和內(nèi)鏈板高度（h2）等鏈輪的基本參數(shù)。

圖2 Creo 新建零件界面

圖3 Creo 參數(shù)設(shè)置界面

2、鏈輪參數(shù)化建模過程

（1）草繪

在“模型”選項(xiàng)卡中，單擊“草繪”工具圖標(biāo)，進(jìn)入草繪界面，依次創(chuàng)建鏈輪的分度圓d、齒頂圓da、齒根圓df，完成草會(huì)后，依次單擊“工具”和“d=關(guān)系”在彈出“關(guān)系”對(duì)話框中，添加如下關(guān)系（如圖4所示）：

圖4 草繪及關(guān)系添加

（2）創(chuàng)建鏈輪的齒坯

應(yīng)用Creo Parametric的“拉伸”命令，使用草繪中已創(chuàng)建的齒頂圓曲線，創(chuàng)建鏈輪的毛坯（如圖5所示）。

（3）草繪鏈輪的齒槽廓線

根據(jù)三圓弧一直線齒形的齒槽形狀尺寸關(guān)系，草繪鏈輪的齒槽廓線（如圖6所示），并添加如下關(guān)系式：

圖6 齒槽廓線

（4）創(chuàng)建鏈輪的齒槽特征

使用草繪的鏈輪齒槽廓線，應(yīng)用Creo Parametric的拉伸命令，創(chuàng)建鏈輪的單個(gè)齒槽，再應(yīng)用“陣列”命令，創(chuàng)建鏈輪的全部齒槽（如圖7所示），并添加下列關(guān)系式：

圖7 鏈輪的齒槽創(chuàng)建

（5）創(chuàng)建鏈輪的軸向及剖面齒廓特征

鏈輪的軸向及剖面齒廓特征主要有齒側(cè)半徑rx、齒側(cè)凸緣圓角半徑ra、倒角寬度ba及齒寬bf1。使用“旋轉(zhuǎn)”命令，將輪齒兩齒側(cè)的材料進(jìn)行切除，創(chuàng)建完整的鏈輪并添加如下關(guān)系（如圖8所示）：

圖8 軸向及剖面齒廓特征

三、鏈輪的參數(shù)化程序設(shè)計(jì)

Pro/Program是Creo的內(nèi)置腳本語言，它是一種類似于VBA的非常簡(jiǎn)易的高級(jí)程序語言，可以實(shí)現(xiàn)軟件文檔的自動(dòng)化。Creo Parametric中的每個(gè)模型都包含一個(gè)列表，其中有主要設(shè)計(jì)步驟和在產(chǎn)生新設(shè)計(jì)規(guī)范時(shí)可編輯的參數(shù)。依次單擊“工具”和“模型意圖”，打開Pro/PROGRAM，對(duì)其進(jìn)行編輯以改變模型的程序運(yùn)行。程序內(nèi)容主要由以下五部分組成：

◎ 抬頭：版本信息，此部分內(nèi)容由軟件自動(dòng)生成；

◎ INPUT…ENDINPUT：設(shè)置輸入提示語句與參數(shù)，這部分內(nèi)容由用戶編輯時(shí)自動(dòng)填入，第一次進(jìn)行時(shí)，此部分呈現(xiàn)空白狀態(tài)；

◎RELATIONS…END RELATIONS：設(shè)置關(guān)系；

◎ADD FEATURE…END ADD：由Creo軟件自動(dòng)生成。用戶可以添加IF…ENIDF語句，用于判斷該特征的顯示與否；

◎MASSPROP…END MASSPROP：設(shè)置質(zhì)量屬性在上述幾部分中，在RELATIONS…END RELATIONS關(guān)系中，通過嵌套條件語句及關(guān)系式來控制鏈輪齒槽廓形的幾何參數(shù)。

1、交互界面的創(chuàng)建

啟動(dòng)Creo軟件，打開零件模型Sprocket.prt，進(jìn)入“程序”編輯，在彈出界面中的在“INPUT…ENDINPUT”語句中增加下列內(nèi)容：

INPU

鏈號(hào)STRING

"請(qǐng)輸入鏈輪對(duì)應(yīng)的鏈號(hào)如08A "

齒數(shù)NUMBER

"請(qǐng)輸入鏈輪的齒數(shù)Z : "

孔徑NUMBER

"請(qǐng)輸入鏈輪的孔徑: "

END INPUT

使鏈輪模型更新時(shí)自動(dòng)提示輸入與鏈輪配套的鏈號(hào)、鏈輪齒數(shù)及鏈輪總厚度及鏈輪的孔徑等參數(shù)。上述程序運(yùn)行后的界面如圖9所示，通過勾選圖中的參數(shù)項(xiàng)即可生成符合設(shè)計(jì)要求的模型。

圖9 交互界面

2、控制特征的生成

在Creo Pro/Program模塊中，使用用條件語句創(chuàng)建設(shè)計(jì)分支，在IF…ENDIF語句中嵌套賦值參數(shù)關(guān)系式，用于控制對(duì)應(yīng)不同鏈號(hào)的鏈輪齒槽廓形幾何參數(shù)。鏈輪參數(shù)化設(shè)計(jì)的程序控制流程圖如圖10所示。

圖10 鏈輪程序控制流程圖

在RELATIONS…END RELATIONS關(guān)系語句的段內(nèi)，應(yīng)用嵌套式的IF…ENDIF語句，將鏈輪適用的鏈號(hào)及其相關(guān)參數(shù)和齒廓特征尺寸的賦值與設(shè)計(jì)條件關(guān)聯(lián)，建立需要生成的鏈輪的幾何參數(shù)賦值的關(guān)系，進(jìn)入“程序”的“編輯設(shè)計(jì)”，在ADD FEATURE…END ADD語句的開始與結(jié)束之間增加IF…ENDIF語句，用來控制符合條件的齒形特征及其它幾何特征的顯示與否。其程序結(jié)構(gòu)如下：

RELATIONS

LH=鏈號(hào)

β=18-56/Z

γ=34-128/Z

α=110-120/Z

Z=齒數(shù)

D52=孔徑

IF 鏈號(hào)=="04C"|鏈號(hào)=="04c" /*判斷鏈號(hào)

P=6.35

dZ=3.30

b1=3.10

h2=6.02

IF P＜=12.7

bf1=0.93*b1

L=bf1

ELSE

bf1=0.95*b1

L=bf1

ENDIF

ENDIF

?

IF鏈號(hào)=="32A"|鏈號(hào)=="32a"|鏈號(hào)=="160H"|鏈號(hào)=="160h"

/＊＊鏈號(hào)后綴H標(biāo)記為ANSI重型系列鏈條，后綴A標(biāo)記為ANSI標(biāo)準(zhǔn)鏈條

P=50.80

dZ=28.58

b2=48.26

IFP＜=12.7

bf1=0.93*b1

L=bf1

ELSE

bf1=0.95*b1

L=bf1

ENDIF

?

IF鏈號(hào)=="72B"|鏈號(hào)=="72b" /＊＊鏈號(hào)后綴B標(biāo)記源自ANSI歐洲標(biāo)準(zhǔn)

P=12.7

dZ=7.92

b1=7.85

h2=12.07

IFP＜=12.7

bf1=0.93*b1

L=bf1

ELSE

bf1=0.95*b1

L=bf1

ENDIF

ENDIF

D=P/SIN(180/Z)

COT=COS(180/Z)/SIN(180/Z)

DA=P*(0.54+COT)

DF=d-2*0.5025*dZ-0.1

γ1=γ/2

r1=0.5025*dZ+0.05

r2=1.3025*dZ+0.05

r3=dZ*(1.3*COS(γ/2)+

0.8*COS(β)-1.3025)-0.05

M=0.8*dZ*SIN(α/2)

T=0.8*dZ*COS(α/2)

W=1.3*dZ*COS(180/Z)

V=1.3*dz*SIN(180/Z)

α1=α/2

P30=Z

D27=360/Z

/*鏈輪軸向齒廓特征

ba=0.1*p

rx=1.1*p

d104=180/z

/＊鏈輪齒側(cè)凸緣特征

ra=0.04*p

s=1.2*bf1

dg=p*cot-1.04*h2-0.76

END RELATIONS

將上面創(chuàng)建的鏈輪模型作為通用模型，每次創(chuàng)建新的鏈輪時(shí)，只要將上面建立的模型打開，點(diǎn)擊“再生”命令，在彈出的菜單管理器中點(diǎn)擊“輸入”，按照Creo Parametric系統(tǒng)信息欄的提示輸入相應(yīng)的鏈輪的各項(xiàng)參數(shù)，即可生成新的鏈輪模型。同時(shí)，還可以根據(jù)實(shí)際情況增加次要參數(shù)設(shè)置，建立企業(yè)內(nèi)部的常用件模型庫，從而使建模更加方便和省時(shí)。

四、結(jié)論

根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 1243-2006給出的鏈輪及鏈條的參數(shù)，在Creo Parametric軟件環(huán)境中，應(yīng)用Pro/Program工具，創(chuàng)建了適合煙草機(jī)械行業(yè)的鏈輪的通用參數(shù)化模型，可以方便快捷地創(chuàng)建不同型號(hào)的鏈輪三維模型和工程圖。這種參數(shù)化模型構(gòu)建方法，解決了不同型號(hào)鏈輪三維模型創(chuàng)建中需要多次重建的問題，體現(xiàn)了參數(shù)化設(shè)計(jì)的優(yōu)越性。實(shí)踐證明，該方法實(shí)用有效，對(duì)其它結(jié)構(gòu)相似的常用零件的參數(shù)化通用模型的建立具有借鑒意義。