劉文蓮， 桑運(yùn)春， 謝麗華

（1.青島理工大學(xué)琴島學(xué)院 機(jī)電工程系，山東 青島 266000；2.青島四方龐巴迪鐵路運(yùn)輸設(shè)備有限公司，山東 青島 266000）

0 引 言

鏈傳動(dòng)通常應(yīng)用在軸間中心距較大、多軸，要求平均傳動(dòng)比準(zhǔn)確、環(huán)境比較惡劣的傳動(dòng)場(chǎng)合［1］，在化工、紡織機(jī)械、食品加工、儀表儀器、石油等行業(yè)得到廣泛應(yīng)用。隨著CAD技術(shù)的發(fā)展，在產(chǎn)品開發(fā)過程中，三維建模已經(jīng)成為有限元分析、裝配設(shè)計(jì)、運(yùn)動(dòng)仿真、數(shù)控加工等必不可少的基礎(chǔ)［2］。鏈輪齒槽曲線復(fù)雜和結(jié)構(gòu)形式多樣造成鏈輪精確建模難度大，因此，我們基于CATIA開發(fā)了鏈輪的參數(shù)化智能設(shè)計(jì)系統(tǒng)，可以根據(jù)鏈輪型號(hào)、齒數(shù)、排數(shù)等基本參數(shù)進(jìn)行自動(dòng)選型，生成相應(yīng)三維模型，為后期裝配設(shè)計(jì)、有限元分析、運(yùn)動(dòng)仿真提供了精確模型。同時(shí)，運(yùn)用數(shù)據(jù)庫技術(shù)完成了鏈輪三維標(biāo)準(zhǔn)件庫的構(gòu)建，大大提高了鏈輪設(shè)計(jì)效率，縮短設(shè)計(jì)周期。

1 CATIA二次開發(fā)介紹

CATIA是CAD／CAE／CAM一體化的軟件，具有強(qiáng)大的二次開發(fā)功能。在航空航天、汽車等行業(yè)得到了廣泛應(yīng)用，CATIA強(qiáng)大的二次開發(fā)功能已經(jīng)受到國(guó)內(nèi)外許多科研院所及高校的重視。隨著CATIA的深入應(yīng)用，對(duì)CATIA的開發(fā)定制需求越發(fā)重要。其中Automation技術(shù)是CATIA二次開發(fā)的一種較為簡(jiǎn)單的方法，核心技術(shù)是允許一個(gè)應(yīng)用程序操作另一個(gè)應(yīng)用程序，間接通過暴露的對(duì)象和屬性，利用對(duì)象的方法和屬性來獲取、設(shè)置及處理數(shù)據(jù)［3－4］。文中采用Automation技術(shù)進(jìn)行二次開發(fā)，通過編制和提取CATIA宏錄制生成的VBScript代碼，通過后處理，調(diào)試生成所需代碼，編制鏈輪程序，最后生成可執(zhí)行文件，其流程圖如圖1所示。

圖1 CATIA二次開發(fā)流程

2 鏈輪的結(jié)構(gòu)與參數(shù)分析

鏈輪結(jié)構(gòu)復(fù)雜，按照軸向齒廓的形狀可分為A型齒和B型齒。按照排數(shù)分為單排鏈輪、雙排鏈輪和多排鏈輪。按照鏈輪尺寸大小又分為實(shí)心式、腹板式、孔板式、輪輻式和焊接式，而標(biāo)準(zhǔn)化難度較大。本設(shè)計(jì)主要針對(duì)整體式的鏈輪，對(duì)于組合式鏈輪和焊接式鏈輪不在文中討論之列。

鏈輪的結(jié)構(gòu)主要包括齒形、輪轂和連接部分。鏈輪齒與鏈輪滾子鏈不是共軛嚙合，因而鏈輪齒具有較大的靈活性，國(guó)標(biāo)GB／T1243－2006中只規(guī)定了最大齒槽形狀和最小齒槽形狀。為了實(shí)現(xiàn)全參數(shù)化設(shè)計(jì)，本設(shè)計(jì)采用了常用的三圓弧一直線齒形，也就是凹形齒。GBT1244－2006規(guī)定了三圓弧一直線滾子鏈鏈輪齒槽形狀齒形和具體的參數(shù)。為了使零件具有一定的連接強(qiáng)度，輪轂和輪轂孔應(yīng)具有一定的厚度。連接部分有實(shí)心式、腹板式和孔板式，文中采用的GB／T1243－2006和GB T1244－2006中整體式鏈輪的結(jié)構(gòu)形式和參數(shù)見表1。

從表中可以看出的，參數(shù)類型有三類：用戶參數(shù)、標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)和中間參數(shù)，其中，用戶參數(shù)通過用戶界面輸入，標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)可以通過VB的ADODC控件成組調(diào)用Access數(shù)據(jù)庫的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)，也可以手動(dòng)輸入，成組調(diào)用比較方便快捷，中間參數(shù)是后臺(tái)運(yùn)行的數(shù)據(jù)。輪輻式鏈輪正面尺寸參照輪輻式齒輪的數(shù)據(jù)，本系統(tǒng)采用的是五輪輻結(jié)構(gòu)。

表1 GB／T1243－2006和GB T1244－2006規(guī)定的整體式鏈輪的結(jié)構(gòu)及參數(shù)［5］

續(xù)表1

3 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

系統(tǒng)是在VB的環(huán)境下利用CATIA的VBA宏命令和Access數(shù)據(jù)庫進(jìn)行二次開發(fā)。系統(tǒng)由數(shù)據(jù)庫、建模模塊和接口模塊組成。接口模塊負(fù)責(zé)將用戶參數(shù)和數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)與CATIA進(jìn)行篩選、傳輸、計(jì)算并調(diào)用CATIA API進(jìn)行繪圖。由于采用宏錄制直接生成的代碼比較繁雜，并且容易出錯(cuò)，所以，系統(tǒng)的大多數(shù)代碼都是采用VBA直接編寫。

3.1 開發(fā)流程和運(yùn)行界面

根據(jù)鏈輪參數(shù)和結(jié)構(gòu)情況制定的鏈輪智能建模系統(tǒng)的開發(fā)流程和鏈輪的標(biāo)準(zhǔn)件庫界面如圖2所示。

圖2 鏈輪智能建模系統(tǒng)的開發(fā)流程和界面

首先是輸入齒數(shù)z和轂孔直徑dk，界面中A型鏈輪區(qū)和B型鏈輪區(qū)的數(shù)據(jù)只有在選擇型號(hào)后才能激活，保證了數(shù)據(jù)輸入的正確性。界面窗體由2個(gè)框架控件、14個(gè)標(biāo)簽控件、12個(gè)文本框、3個(gè)按鈕和2個(gè)ADODC控件組成。鏈輪參數(shù)通過文本框輸入，這時(shí)輸入的格式是文本格式，通過Val函數(shù)轉(zhuǎn)化為數(shù)值［6－7］，從而實(shí)現(xiàn)程序的對(duì)接。

3.2 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)

在VB環(huán)境下，可以使用DAO，RDO，ADO這3種技術(shù)來訪問數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)。ADO實(shí)際上是一種面向?qū)ο蟮模峁┰L問各種數(shù)據(jù)類型的連接機(jī)制［8］。文中在數(shù)據(jù)管理和存儲(chǔ)上采用ADO方式管理數(shù)據(jù)庫，數(shù)據(jù)庫采用ACCESS數(shù)據(jù)文件。數(shù)據(jù)庫存儲(chǔ)了標(biāo)準(zhǔn)鏈輪建模所需的型號(hào)、滾子外徑d1、節(jié)距p、內(nèi)鏈板高度h2、內(nèi)鏈板內(nèi)寬b1、排距6個(gè)基本參數(shù)，其中型號(hào)是主鍵。齒數(shù)z和轂孔直徑dk根據(jù)用戶的需求輸入。數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)通過ADODC控件傳輸?shù)匠绦蚪缑妫瓿蓴?shù)據(jù)成組調(diào)用，當(dāng)然用戶也可以根據(jù)需要修改相應(yīng)數(shù)值，生成非標(biāo)準(zhǔn)的鏈輪。B型鏈輪采用的部分?jǐn)?shù)據(jù)如圖3所示。

圖3 B型標(biāo)準(zhǔn)鏈輪部分?jǐn)?shù)據(jù)

4 系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)

系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)包括模型創(chuàng)建和程序編制。模型創(chuàng)建分為齒形、輪轂和連接部分的創(chuàng)建，其中齒形部分最復(fù)雜，因而是鏈輪建模的核心。

4.1 齒形的生成

為了簡(jiǎn)化計(jì)算過程和縮短運(yùn)行時(shí)間，鏈輪齒形部分都是采用的半齒結(jié)構(gòu)，可以簡(jiǎn)化程序。17齒10A單排鏈齒形正面和側(cè)面的半齒型的草圖如圖4所示。

圖3 17齒10A單排連齒形正面和側(cè)面的半齒型的草圖

草圖建立了完整的約束關(guān)系，避免了在設(shè)計(jì)參數(shù)變化后出現(xiàn)形態(tài)異常的情況。多排鏈的實(shí)現(xiàn)是通過側(cè)面實(shí)體的移動(dòng)、復(fù)制和鏡像來實(shí)現(xiàn)，不再另設(shè)草圖，從而簡(jiǎn)化了程序結(jié)構(gòu)。

4.2 連接部分和輪轂

連接部分采用的結(jié)構(gòu)形式根據(jù)表1中齒距p和齒數(shù)z的臨界數(shù)值調(diào)用子過程從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)選型。輪轂轂孔太大會(huì)自動(dòng)跳出程序。

4.3 程序編制

主要由CATIA的VBScript代碼組成。用VB進(jìn)行二次開發(fā)調(diào)用CATIA的功能時(shí)，必須在VB編程環(huán)境中選擇Project／Reference打開對(duì)象庫功能，并引用相關(guān)的CATIA對(duì)象庫。為了方便起見，程序所有的參數(shù)均設(shè)為全局變量，因而所有參數(shù)不同名。代碼較長(zhǎng)，這里截取與CATIA連接的接口代碼和參數(shù)輸入部分代碼。

5 運(yùn)行結(jié)果

經(jīng)過多次試驗(yàn)，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，通過實(shí)際測(cè)量數(shù)據(jù)較為精確。3種結(jié)構(gòu)鏈輪的運(yùn)行結(jié)果如圖5所示。

圖5 3種參數(shù)下鏈輪的運(yùn)行結(jié)果

6 結(jié) 語

闡述了VB環(huán)境下運(yùn)用CATIA開發(fā)鏈輪參數(shù)化智能設(shè)計(jì)系統(tǒng)和鏈輪零件庫過程。實(shí)現(xiàn)了不同牌號(hào)、齒數(shù)、排數(shù)的鏈輪的自動(dòng)選型和精確建模，縮短了鏈輪的設(shè)計(jì)周期。為后續(xù)裝配設(shè)計(jì)提供便利，同時(shí)，為其它零件的模型庫建立打下理論和實(shí)踐基礎(chǔ)。

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