CATIA链轮参数化设计及零件库构建

2015-06-12刘文莲桑运春谢丽华

长春工业大学学报 2015年2期

刘文莲，桑运春，谢丽华

（1.青岛理工大学琴岛学院机电工程系，山东青岛 266000；2.青岛四方庞巴迪铁路运输设备有限公司，山东青岛 266000）

0 引言

链传动通常应用在轴间中心距较大、多轴，要求平均传动比准确、环境比较恶劣的传动场合［1］，在化工、纺织机械、食品加工、仪表仪器、石油等行业得到广泛应用。随着CAD技术的发展，在产品开发过程中，三维建模已经成为有限元分析、装配设计、运动仿真、数控加工等必不可少的基础［2］。链轮齿槽曲线复杂和结构形式多样造成链轮精确建模难度大，因此，我们基于CATIA开发了链轮的参数化智能设计系统，可以根据链轮型号、齿数、排数等基本参数进行自动选型，生成相应三维模型，为后期装配设计、有限元分析、运动仿真提供了精确模型。同时，运用数据库技术完成了链轮三维标准件库的构建，大大提高了链轮设计效率，缩短设计周期。

1 CATIA二次开发介绍

CATIA是CAD／CAE／CAM一体化的软件，具有强大的二次开发功能。在航空航天、汽车等行业得到了广泛应用，CATIA强大的二次开发功能已经受到国内外许多科研院所及高校的重视。随着CATIA的深入应用，对CATIA的开发定制需求越发重要。其中Automation技术是CATIA二次开发的一种较为简单的方法，核心技术是允许一个应用程序操作另一个应用程序，间接通过暴露的对象和属性，利用对象的方法和属性来获取、设置及处理数据［3－4］。文中采用Automation技术进行二次开发，通过编制和提取CATIA宏录制生成的VBScript代码，通过后处理，调试生成所需代码，编制链轮程序，最后生成可执行文件，其流程图如图1所示。

图1 CATIA二次开发流程

2 链轮的结构与参数分析

链轮结构复杂，按照轴向齿廓的形状可分为A型齿和B型齿。按照排数分为单排链轮、双排链轮和多排链轮。按照链轮尺寸大小又分为实心式、腹板式、孔板式、轮辐式和焊接式，而标准化难度较大。本设计主要针对整体式的链轮，对于组合式链轮和焊接式链轮不在文中讨论之列。

链轮的结构主要包括齿形、轮毂和连接部分。链轮齿与链轮滚子链不是共轭啮合，因而链轮齿具有较大的灵活性，国标GB／T1243－2006中只规定了最大齿槽形状和最小齿槽形状。为了实现全参数化设计，本设计采用了常用的三圆弧一直线齿形，也就是凹形齿。GBT1244－2006规定了三圆弧一直线滚子链链轮齿槽形状齿形和具体的参数。为了使零件具有一定的连接强度，轮毂和轮毂孔应具有一定的厚度。连接部分有实心式、腹板式和孔板式，文中采用的GB／T1243－2006和GB T1244－2006中整体式链轮的结构形式和参数见表1。

从表中可以看出的，参数类型有三类：用户参数、标准数据和中间参数，其中，用户参数通过用户界面输入，标准数据可以通过VB的ADODC控件成组调用Access数据库的标准数据，也可以手动输入，成组调用比较方便快捷，中间参数是后台运行的数据。轮辐式链轮正面尺寸参照轮辐式齿轮的数据，本系统采用的是五轮辐结构。

表1 GB／T1243－2006和GB T1244－2006规定的整体式链轮的结构及参数［5］

续表1

3 系统总体设计

系统是在VB的环境下利用CATIA的VBA宏命令和Access数据库进行二次开发。系统由数据库、建模模块和接口模块组成。接口模块负责将用户参数和数据库数据与CATIA进行筛选、传输、计算并调用CATIA API进行绘图。由于采用宏录制直接生成的代码比较繁杂，并且容易出错，所以，系统的大多数代码都是采用VBA直接编写。

3.1 开发流程和运行界面

根据链轮参数和结构情况制定的链轮智能建模系统的开发流程和链轮的标准件库界面如图2所示。

图2 链轮智能建模系统的开发流程和界面

首先是输入齿数z和毂孔直径dk，界面中A型链轮区和B型链轮区的数据只有在选择型号后才能激活，保证了数据输入的正确性。界面窗体由2个框架控件、14个标签控件、12个文本框、3个按钮和2个ADODC控件组成。链轮参数通过文本框输入，这时输入的格式是文本格式，通过Val函数转化为数值［6－7］，从而实现程序的对接。

3.2 数据存储

在VB环境下，可以使用DAO，RDO，ADO这3种技术来访问数据库中的数据。ADO实际上是一种面向对象的，提供访问各种数据类型的连接机制［8］。文中在数据管理和存储上采用ADO方式管理数据库，数据库采用ACCESS数据文件。数据库存储了标准链轮建模所需的型号、滚子外径d1、节距p、内链板高度h2、内链板内宽b1、排距6个基本参数，其中型号是主键。齿数z和毂孔直径dk根据用户的需求输入。数据库的数据通过ADODC控件传输到程序界面，完成数据成组调用，当然用户也可以根据需要修改相应数值，生成非标准的链轮。B型链轮采用的部分数据如图3所示。

图3 B型标准链轮部分数据

4 系统功能的实现

系统功能的实现包括模型创建和程序编制。模型创建分为齿形、轮毂和连接部分的创建，其中齿形部分最复杂，因而是链轮建模的核心。

4.1 齿形的生成

为了简化计算过程和缩短运行时间，链轮齿形部分都是采用的半齿结构，可以简化程序。17齿10A单排链齿形正面和侧面的半齿型的草图如图4所示。

图3 17齿10A单排连齿形正面和侧面的半齿型的草图

草图建立了完整的约束关系，避免了在设计参数变化后出现形态异常的情况。多排链的实现是通过侧面实体的移动、复制和镜像来实现，不再另设草图，从而简化了程序结构。

4.2 连接部分和轮毂

连接部分采用的结构形式根据表1中齿距p和齿数z的临界数值调用子过程从而实现自动选型。轮毂毂孔太大会自动跳出程序。

4.3 程序编制

主要由CATIA的VBScript代码组成。用VB进行二次开发调用CATIA的功能时，必须在VB编程环境中选择Project／Reference打开对象库功能，并引用相关的CATIA对象库。为了方便起见，程序所有的参数均设为全局变量，因而所有参数不同名。代码较长，这里截取与CATIA连接的接口代码和参数输入部分代码。