1 皮帶輪三維造型
1.1 皮帶輪結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
皮帶輪由輪緣、腹板（輪輻）和輪轂三部分組成，其典型結(jié)構(gòu)主要有：實(shí)心型、腹板（輪輻）型、孔板型和輪輻型。腹板（輪輻）和輪轂結(jié)構(gòu)形狀比較簡單，輪緣結(jié)構(gòu)形狀根據(jù)不同帶的截面形狀而不同。國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了V帶的型號有Y、Z(SPZ)、A(SPA)、B(SPB)、C(SPC)、D、E幾種型號，同時規(guī)定了相應(yīng)的皮帶輪輪槽尺寸。在規(guī)定的輪槽尺寸中，只有基準(zhǔn)寬度、槽間距是確定的，其余尺寸都是給定的最小值。在皮帶傳動中，皮帶輪的基準(zhǔn)直徑就是皮帶輪節(jié)線位置理論直徑，與齒輪的分度囡直徑類似，標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了皮帶輪的基準(zhǔn)直徑系列。在設(shè)計(jì)中是由基準(zhǔn)直徑和軸徑來選擇結(jié)構(gòu)形式，根據(jù)帶型和皮帶根數(shù)確定輪槽尺寸。
1.2 皮帶輪三維結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)思想
由于皮帶輪輪緣結(jié)構(gòu)形式多樣化，用NX等軟件直接建模時，若設(shè)計(jì)參數(shù)變化，勢必要修改模型參數(shù)，從而帶來了許多重復(fù)性工作，造成設(shè)計(jì)資源浪費(fèi)。參數(shù)化是一種基于特征、尺寸約束、數(shù)據(jù)相關(guān)、尺寸驅(qū)動設(shè)計(jì)修改的技術(shù)，為此，在皮帶輪三維結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中運(yùn)用參數(shù)化建模功能，以便編輯修改，加速設(shè)計(jì)進(jìn)程。根據(jù)皮帶輪的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，在進(jìn)行皮帶輪參數(shù)化三維結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時，利用NX/Open MenuScript編寫用戶菜單，直接掛在NX系統(tǒng)的主菜單上，形成與NX融合統(tǒng)一的界面；利用NXopen UIStyler制作NX風(fēng)格的對話框，供用戶菜單調(diào)用：通過Visual C++和NXOpen API編寫參數(shù)化設(shè)計(jì)應(yīng)用程序，并生成動態(tài)鏈接庫(*.dll)文件，在NX啟動時自動加載，實(shí)現(xiàn)對NX的二次開發(fā)。
1.3 皮帶輪輪緣剖面設(shè)計(jì)
在皮帶輪的設(shè)計(jì)過程中，輪緣的設(shè)計(jì)是關(guān)鍵，在現(xiàn)有資料中都是先設(shè)計(jì)皮帶輪槽的剖面形狀后，與輪體主干結(jié)構(gòu)作布爾減形成單根皮帶輪槽，通過陣列得到多根皮帶輪槽，同時形成可控參數(shù)-V帶根數(shù)Z，形成三維零件模板，再采用NX軟件的電子表單功能，用表驅(qū)動技術(shù)來創(chuàng)建系列零件的三維模型。由于國標(biāo)(GB/T13575.1-92)中的輪槽尺寸大部分是給定的最小值，如槽邊距fmin、上槽深hamin、下槽深hfmin等，用這種方法也很難滿足不同用戶的設(shè)計(jì)需求，除非建立龐大的零件族。通過對國標(biāo)(GB/T13575.1-92)的深入理解和實(shí)踐，將皮帶輪槽的剖面形狀分為兩部分，并分別用草圖表示：①皮帶輪槽與兩端面之間的實(shí)體剖面，如圖1(a)粗實(shí)線所示，將其定義為兩端槽邊；②相鄰皮帶輪槽之間的實(shí)體剖面，如圖1(b)粗實(shí)線所示，將其定義為輪緣槽邊。同時，在設(shè)計(jì)輪體主干草圖時，一定要將最大回轉(zhuǎn)半徑設(shè)置為基準(zhǔn)半徑(dd/2)與下槽深(hf)之差，如圖2和圖1(c)粗實(shí)線所示。這樣處理后，再經(jīng)后續(xù)操作，用戶只需輸入相關(guān)參數(shù)，NX系統(tǒng)自動生成新的三維皮帶輪結(jié)構(gòu)圖，提高設(shè)計(jì)效率。
圖1 草圖
圖2 尺寸示意圖
根據(jù)輪緣的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，輪緣設(shè)計(jì)的過程為：提取特征尺寸dd（基準(zhǔn)直徑）、bd（基準(zhǔn)寬度）、e（槽間距）、ha（基準(zhǔn)線上槽深）、hf（基準(zhǔn)線下槽深）、φ（輪槽角）、z（輪槽數(shù)）、f（槽邊距）、f1（端槽邊距）、鍵槽寬、鍵槽深、帶輪孔徑，其中f1是由f（槽邊距）通過相關(guān)尺寸的計(jì)算轉(zhuǎn)換而來。啟動NX，單擊菜單“工具→表達(dá)式”，建立草圖所需的各表達(dá)式：先后進(jìn)入草圖環(huán)境，完成圖1中的草圖，一定要完全約束各草圖。在進(jìn)行帶輪寬度尺寸約束時，由于帶輪寬度尺寸B=（z-1）e+2f，若直接在表達(dá)式中輸入B=（z-1）e+2f時，系統(tǒng)報(bào)錯，原因是表達(dá)式右邊(z-1)e和2f量綱不一致。可用過渡變量B1來解決，定義B1量綱為恒定，且B1=（z-1）e，則用B=B1+2f即可。
1.4 皮帶輪三維結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
以草圖1(c)的圖形為截面曲線回轉(zhuǎn)形成皮帶輪的輪體主干結(jié)構(gòu)，如圖3(a)所示；以草圖1(a)的圖形為截面曲線回轉(zhuǎn)并與輪體主干結(jié)構(gòu)作布爾加形成兩端槽邊結(jié)構(gòu)，如圖3(b)所示；以草圖1(b)的圖形為截面曲線回轉(zhuǎn)并與輪體主干結(jié)構(gòu)作布爾加形成輪緣槽邊結(jié)構(gòu)，如圖3(c)所示；對輪緣槽邊結(jié)構(gòu)進(jìn)行陣列得到輪緣結(jié)構(gòu)，如圖3(d)所示。再通過以鍵槽截面曲線拉伸并與輪體主干結(jié)構(gòu)作布爾減形成輪轂鍵槽、倒圓、倒角等操作即可形成皮帶輪的三維模板。
圖3 輪緣結(jié)構(gòu)形成過程
1.5 皮帶輪結(jié)構(gòu)參數(shù)驅(qū)動的實(shí)現(xiàn)
皮帶輪的三維結(jié)構(gòu)完成后，可以通過改變其參數(shù)的方法，獲得不同的設(shè)計(jì)結(jié)果。為了方便參數(shù)修改，使用NXMenuScript和NXUIStyler開發(fā)了一個專用開發(fā)參數(shù)修改模塊。
(1)皮帶輪參數(shù)設(shè)計(jì)對話框設(shè)計(jì)
NX/Open UIStyler模塊提供了強(qiáng)大的制作NX風(fēng)格窗口的功能。提供了讓開發(fā)人員建造NX風(fēng)格對話框的可視化環(huán)境，通過選擇和放置對話框控件，能實(shí)現(xiàn)所見即所得。皮帶輪對話框由數(shù)據(jù)輸入框、按鈕和圖片等控件組成，如圖4所示。
圖4 設(shè)計(jì)對話框
(2)用戶菜單的設(shè)計(jì)
根據(jù)皮帶輪的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，采用二級下拉菜單。用NXOpen MenuScript提供的Unigrap hics菜單腳本語言，修改編輯后以*.mem（文本文件）保存在用戶創(chuàng)建的\startup目錄內(nèi)，通過設(shè)定NX的環(huán)境變量，NX在啟動時會自動加載用戶菜單文件，如圖5所示。
圖5 用戶菜單界面
進(jìn)入NX建模環(huán)境，在主菜單中選擇：皮帶輪設(shè)計(jì)→腹板帶輪(P)型，系統(tǒng)彈出“腹板帶輪(P)型”對話框，如圖4所示。在彈出的對話框中輸入用戶參數(shù)，點(diǎn)擊確定按鈕，NX就能按用戶輸入的皮帶輪參數(shù)，自動生成新的皮帶輪，如圖6所示。通過完善菜單中的選項(xiàng)，可建立適合用戶需要的皮帶輪零件庫。
圖6 生成的皮帶輪
2 結(jié)語
綜合運(yùn)用NX Open MenuScript、NX Open UIStyler、NX/Open API和Visual C++6.0等NX二次開發(fā)工具，可以方便、快速地對皮帶輪實(shí)行參數(shù)化建模，組建用戶自定制的零件庫。在建模環(huán)境中改變相關(guān)變量可以設(shè)計(jì)出不同結(jié)構(gòu)、尺寸的皮帶輪三維模型，提高了設(shè)計(jì)人員的工作效率。為對皮帶輪進(jìn)行平衡分析及虛擬裝配奠定了基礎(chǔ)。在輪緣的建模設(shè)計(jì)中提出了兩端槽邊和輪緣槽邊的概念，提出了以生成的兩端槽邊結(jié)構(gòu)和輪緣槽邊結(jié)構(gòu)分別與輪體主干結(jié)構(gòu)進(jìn)行布爾加的設(shè)計(jì)思路，有效地實(shí)現(xiàn)了參數(shù)驅(qū)動建模的目的，減少建立部件族的工作量，具有很強(qiáng)的實(shí)用性。
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