劉嘉宇 陳曦

摘 要：針對(duì)較復(fù)雜機(jī)械機(jī)構(gòu)內(nèi)腔容積計(jì)算的需求，以計(jì)算一種變速器潤(rùn)滑油加注量為例，通過(guò)利用Creo4.0軟件快速計(jì)算三維體體積的功能，以及其中的布爾運(yùn)算功能，較為快速簡(jiǎn)便的計(jì)算出了準(zhǔn)確的變速器潤(rùn)滑油加注量。為類似的工程設(shè)計(jì)應(yīng)用情景，提供了一種思路方法，具有很強(qiáng)的實(shí)用價(jià)值。

關(guān)鍵詞：復(fù)雜機(jī)械機(jī)構(gòu) Creo 4.0 ;布爾運(yùn)算;內(nèi)腔容積;加油量

引言：

針對(duì)較復(fù)雜機(jī)械機(jī)構(gòu)（如減速機(jī)、變速器、發(fā)動(dòng)機(jī)）內(nèi)腔容積計(jì)算的需求（一般用于計(jì)算潤(rùn)滑油、燃料、氣體等的體積），因現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際測(cè)量較為費(fèi)時(shí)費(fèi)力，且受限于測(cè)量條件（機(jī)械結(jié)構(gòu)相對(duì)水平角度、測(cè)量液體介質(zhì)時(shí)一部分會(huì)沾在機(jī)構(gòu)內(nèi)腔上影響測(cè)量結(jié)果）。

目前三維軟件在機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用非常廣泛，而利用其計(jì)算內(nèi)腔容積時(shí)，受限于實(shí)際機(jī)械結(jié)構(gòu)的三維模型內(nèi)腔形狀較為復(fù)雜，利用常規(guī)的三維設(shè)計(jì)軟件難以直接測(cè)量結(jié)果。目前通過(guò)三維軟件計(jì)算復(fù)雜裝配三維實(shí)體體積的問(wèn)題在于三維體過(guò)于復(fù)雜，需要檢查三維模型的破損面，并對(duì)其進(jìn)行修補(bǔ)。這個(gè)過(guò)程較為繁瑣，對(duì)于設(shè)計(jì)工作中不斷產(chǎn)生的各種新結(jié)構(gòu)，較為影響工作效率。

本文以PTC公司出品的三維設(shè)計(jì)軟件Creo 4.0為主要工具，通過(guò)合理降低復(fù)雜裝配體模型精度，利用布爾運(yùn)算等功能，提出一種較為簡(jiǎn)便的處理方法，能夠快速求得內(nèi)腔容積。以求一款變速器加油量為例，快速準(zhǔn)確的求得了注油量。

一、變速器注油量

變速箱潤(rùn)滑油的作用是防止零部件燒傷、降低滑動(dòng)及轉(zhuǎn)動(dòng)摩擦力、磨損、發(fā)熱部位擴(kuò)散熱量。在變速器設(shè)計(jì)、應(yīng)用過(guò)程中，而變速器注油量是其中一項(xiàng)關(guān)鍵參數(shù)，過(guò)多和過(guò)低的油量會(huì)影響變速箱的可靠性、傳動(dòng)效率等。所以求得一款變速箱的準(zhǔn)確注油量很重要[2]。

下面以某款變速器為例（圖1），介紹下求解方法：

二、降低模型精度

因?yàn)橐话愎ぷ饔糜?jì)算機(jī)算力有限，如果模型精度太高的話，對(duì)實(shí)際中對(duì)三維模型體積的求解造成了很大的影響。所以首先需要降低模型精度：

（一）對(duì)變速箱三維模型收縮包絡(luò)得到零件實(shí)體

首先對(duì)變速器總成進(jìn)行收縮包絡(luò)處理，收縮包絡(luò)前可選擇隱藏不影響注油量的部件，如變速器上部不影響潤(rùn)滑油體積的部分，操縱機(jī)構(gòu)等。對(duì)裝配體ASM文件進(jìn)行收縮包絡(luò)時(shí)的參數(shù)選擇。

其中“創(chuàng)建方法”選擇合并實(shí)體，“質(zhì)量”精度選擇8級(jí)，“特殊處理”不勾選。

（二）對(duì)零件實(shí)體再次進(jìn)行收縮包絡(luò)

因最終求解時(shí)需要內(nèi)腔容積的完整的零件實(shí)體才能通過(guò)Creo直接測(cè)量得到體積，所以零件實(shí)體不能有破損的曲面（變速器總成的重合的部分、倒角等容易在收縮包絡(luò)中產(chǎn)生破面）。通過(guò)二次收縮包絡(luò)降低一定的零件模型精度，規(guī)避處理生成零件實(shí)體時(shí)產(chǎn)生的破面，快速得到完整的零件實(shí)體。

此時(shí)自由可以正常選擇油液的水平面（圖2），這個(gè)例子中選擇的是實(shí)際的變速器觀察油面，即實(shí)際的加油面。

通過(guò)拉伸命令得到觀察油孔以下的模型

對(duì)得到的零件再次進(jìn)行收縮包絡(luò)，選擇多面實(shí)體，質(zhì)量等級(jí)盡量選高（10以上）

其中第二次收縮包絡(luò)操作“創(chuàng)建方法”選擇多面實(shí)體，“質(zhì)量”精度選擇10級(jí)，“特殊處理”不勾選，“多面實(shí)體選項(xiàng)”中輸出格式選擇零件

得到如圖所示零件實(shí)體（圖3）：

三、利用精度降低的零件實(shí)體，通過(guò)布爾運(yùn)算功能求得容積空間

如圖所示，需要對(duì)裝配體零件的內(nèi)腔進(jìn)行求解，常見(jiàn)的利用三維軟件求解的方案一般是將其分開(kāi)計(jì)算，最后再通過(guò)加減計(jì)算得到最終得體積。這個(gè)例子中利用布爾運(yùn)算可直接在三維軟件中求出內(nèi)腔空隙得模型，然后用軟件直接求內(nèi)腔空隙的體積。

布爾運(yùn)算是由十九世紀(jì)的數(shù)學(xué)家喬治·布爾提出來(lái)的，又稱為邏輯運(yùn)算，是用數(shù)學(xué)的思想來(lái)解決邏輯問(wèn)題的一種新方法，也可以稱作是一種邏輯推演法。其中又有聯(lián)合、相交、相減的概念、與集合運(yùn)算中的并、交、差一一對(duì)應(yīng)。[1]Creo 4.0中集成了布爾運(yùn)算的功能，可以將兩個(gè)實(shí)體進(jìn)行上文中提到的并、交、差等運(yùn)算，從而獲得想要的實(shí)體部分。

下文中就是運(yùn)用Creo 4.0中布爾運(yùn)算功能以求解變速器中空隙體積的例子。

創(chuàng)建一個(gè)新的裝配體，將剛剛得到的零件實(shí)體在默認(rèn)位置組裝，然后再創(chuàng)建一個(gè)立方體如圖所示（圖4）

調(diào)整新建的立方體的位置，需保證左右、前后、上下方向立方體將需測(cè)量的容積部分包容進(jìn)去。（此時(shí)最好將立方體上表面略高于零件實(shí)體油位截面1mm，不然后一步布爾運(yùn)算無(wú)法操作）

然后選擇立方體，對(duì)立方體執(zhí)行模型-元件-元件操作中的布爾運(yùn)算命令（布爾運(yùn)算是對(duì)實(shí)體進(jìn)行并、剪、交操作）

布爾運(yùn)算中，選擇剪切，被修改模型選擇立方體，修改元件選擇之前的變速器實(shí)體模型，“方法”選擇幾何，“更新控制”選擇自動(dòng)更新，勾選關(guān)聯(lián)放置和復(fù)制面組

執(zhí)行布爾運(yùn)算后得到如下模型（圖5）

此時(shí)需要去除容積模型外的多余部分，因?yàn)槎嘤嗖糠峙c容積模型之間有殼體的空隙，所以利用拉伸命令較容易將多余的部分去除，最終容積模型及體積測(cè)量如圖所示（圖6），顯示體積為3.4L。

四、結(jié)論

介紹了目前對(duì)復(fù)雜機(jī)械機(jī)構(gòu)（如減速機(jī)、變速器、發(fā)動(dòng)機(jī)）內(nèi)腔容積計(jì)算的需求。

對(duì)復(fù)雜機(jī)械機(jī)構(gòu)內(nèi)腔容積計(jì)算的難點(diǎn)進(jìn)行了介紹，并基于Creo 4.0軟件的基礎(chǔ)上，針對(duì)難點(diǎn)進(jìn)行了相應(yīng)的解決措施，包括如何降低模型精度，如何執(zhí)行布爾運(yùn)算，以求一個(gè)變速器內(nèi)腔加油量求解為例，求得了準(zhǔn)確的油量計(jì)算結(jié)果。

參考文獻(xiàn)：

[1]唐亞剛， 實(shí)體布爾運(yùn)算及建模技術(shù)研究，西安電子科技大學(xué) 2017.

[2]王麗娟 ，淺談汽車變速器潤(rùn)滑的方式和設(shè)計(jì)原理，機(jī)械管理開(kāi)發(fā)2016年第1期.