基于Creo 二次开发的减速器系统参数化设计

周 昇

（南通职业大学 机械工程学院， 江苏 南通 226007）

0 引言

当前，机械产品设计常用的主流三维设计软件有Creo、UG、solidworks 等，这些软件有较好的通用性，但在用于设计特定产品时，存在设计速度慢、设计效率低等不足。为此考虑在上述三维软件平台上，开发适用于企业特定产品设计的应用程序，以提高产品的设计效率和企业核心竞争力。

减速器是一种原动件与工作机之间的减速传动装置[1]，在现代机械中应用极为广泛，每年的产销量极大，所以提高减速器产品的设计效率具有较高的经济效益和社会效益。本文以一级直齿圆柱齿轮减速器系统为例，使用Creo7．0 64 位简体中文版和 WINDOWS10（64 位），基于 Visual Studio 2019，按照其设计需求进行Creo 的二次开发，完成减速器系统参数化定制修改和功能扩展。

1 参数化设计的思路和原则

1．1 参数化设计思路

产品开发效率取决于零件设计模型的建立速度。产品开发初期，零件形状和尺寸还未精确设计，要通过性能需求分析、装配过程验证和数控编程设计之后才能最终确定[1]。因此，零件模型设计一般要求具有柔性，以便根据需要修改。参数化设计就是将模型中各定量参数通过函数关系设计成关联变量，对变量化参数赋予不同数值，就可得到相应大小和形状的零件模型，以此提升设计效率。同样，减速器系统零件虽然较多，但可设计为由几个关键变量（参数）驱动，通过给关键变量（参数）赋值，确定零件大小或形状，从而形成所需的减速器系统。

基于上述思路，对一级直齿圆柱齿轮减速器选定4 个基本参数，即模数M、高速轴齿轮齿数Z1、低速轴齿轮齿数Z2和齿宽B，建立减速器零件的基础参数化模型。4 个参数确定后，高低速直齿圆柱齿轮尺寸、相应的高低速轴尺寸、与之配套的轴承大小型号均可确定，承载这些零件的箱体尺寸也即确定。减速器系统零件设计的基本参数驱动模型可表示为：

通过改变4 个关键参数，即可生成新的减速器系统，自动形成图纸。不需要针对每次需求变更重新建模或手动逐个修改模型参数，省去了重新绘图的烦琐操作，节时省力，且不易遗漏和出错，可大大提高设计效率。

为了较为方便地修改和更新参数，在完成参数化设计后，还需基于Creo 平台开发一组用于减速器设计的菜单，通过菜单操作完成零件更新设计。根据目前软件和硬件的主流运用情况，拟选用WINDOWS10（64 位）操作系统、Creo7．0 64 位简体中文版Visual Studio 2019 开发平台，进行基于Creo 二次开发的减速器系统设计。

1．2 参数的选取原则

参数化设计是二次开发的关键。为了缩短产品开发周期，多数企业采用改进型设计，即对旧产品的模型参数稍加改进得到新产品。其参数选取原则是：参数独立可变且尽量以最少参数来确定零件的可变尺寸，并通过参数化尺寸实现对设计结果的修改[2-4]。因此，设计时首先要分析零件，提取其关键尺寸作为驱动参数。参数化设计最大的难点在于保证参数变化时，三维模型会得到更新而不至于崩溃。因此，要特别注意模型的架构和特征参数的“父子关系”。

2 一级直齿圆柱齿轮减速器典型零部件的参数化设计

2．1 减速器上盖和基座的参数化建模

如图1，减速器箱体由上盖和基座组成。遵循“先整体后局部”的设计理念，先完成减速器箱体的整体建模，再采用“实体化”工具将箱体分成上盖和基座分别进行建模。

图1 箱体建模

点击“工具”“参数”设置4 个基本参数：模数M，高速轴齿轮齿数Z1（20

图2 设置箱体参数

减速器箱体轮廓尺寸关系示意如图3，根据其性能要求和制造工艺建立减速器箱体零部件尺寸关系如表1。

图3 箱体轮廓尺寸关系示意

表1 减速器箱体零部件尺寸关系

箱座高度H 通常按结构需要确定。为避免传动件转动时将油池底部污物搅起，大齿轮齿顶圆距油池底应大于30 mm，一般为30～50 mm[1]，故表 1 中 H= Φ2/2+40。H、R1、R2的取值关乎箱体的轮廓尺寸，应采用取整函数ceil（）取整为5 的倍数。

如图4，箱体的2 个轴孔内径（应和轴承外径配合，其尺寸关系如表2。

图4 轴孔尺寸关系示意

表2 轴孔内径与轴承孔外径的关系

2．2 轴承的参数化选用

如图5，高速轴轴承是标准件，其尺寸是一个序列，可根据高速齿轮的分度圆直径大小用Creo中自带的判断语句“if……else……endif”来判断轴承序列尺寸的取舍，其尺寸关系如表3。

图5 高速轴轴承的尺寸示意

关系式 说明If M*Z1>40 && M*Z1 ≤60 40<分度圆直径≤60 D=47 高速轴轴承外径d=25 高速轴轴承内径W=12 高速轴轴承宽度endif 继续条件语句If M*Z1>60 && M*Z1 ≤80 60<分度圆直径≤80 D=55 高速轴轴承外径d=30 高速轴轴承内径W=13 高速轴轴承厚度…… ……

2．3 高速轴闷盖的参数化建模

高速轴闷盖模型尺寸显然可由箱体和轴承的相关尺寸获取，其余零件的尺寸关系受篇幅所限，不做赘述。

3 基于Creo 的二次开发过程

3．1 开发环境的配置

开发环境配置路径一定要正确，包含头文件和库文件的配置：

E:ptcCreo 7．0Common Filesprotoolkitincludes

E:ptcCreo 7．0Common Filesprotoolkitx86e_win64obj[5-7]

3．2 文件布局

在D 盘上建一个名为“Reducer design”的文件夹，在此文件夹下再建立8 个子文件夹，如图6所示。

3．3 创建注册文件

在“Reducer design”文件夹中新建一记事本文件，文件名为prokt，保存后将扩展名改为．dat，也就是prokt．dat。在记事本内写入以下内容：

NAME Reducer design

EXEC_FILE D:/Reducer design/Reducer．dll

TEXT_DIR D:/Reducer design/text

STARTUP dll

ALLOW_STOP TRUE

DELAY_START FALSE

REVISION Creo7．0

unicode_encoding FALSE

END

3．4 创建菜单文件

在如图6 的“text”文件夹内新建记事本，名为“Message”，内容为：

MainMenu

减速器设计系统#

submenu1

一级圆柱齿轮减速器#

Active submenu1 menu

输入一级圆柱齿轮减速器参数

submenu2

二级圆柱齿轮减速器#

Active submenu2 menu

输入二级圆柱齿轮减速器参数

submenu3

蜗轮蜗杆减速器#

Active submenu3 menu

输入蜗轮蜗杆减速器参数

submenu4

行星齿轮减速器#

Active submenu4 menu

输入行星齿轮减速器参数

submenu5

摆线针轮减速器#

Active submenu5 menu

输入摆线针轮减速器参数

Submenu6

关于减速器设计系统#

Active submenu6 menu

版本信息和版权

3．5 菜单程序（主程序）

主程序“Reducer design．cpp”是程序中最重要的部分，程序的主要框架均在主程序中建立，所有的菜单也在主程序中建立。

// 头文件

#include "stdafx．h"

#include "Reducer．h"

#include "dhk1．h"

#include "about．h"

#include

#include "ProMenubar．h"

#include "ProMenu．h"

#include "ProUtil．h"

#include "ProWindows．h"[8]

//添加主菜单

status=ProMenubarMenuAdd("MainMenu", "MainMenu", "Utilities ", PRO_B_TRUE, MsgFile);

//添加子菜单

ProCmdActionAdd("ShowTest1",(uiCmdCmdActFn)submenu1,uiCmdPrioDefault,AccessDefault,PRO_B_TRUE,PRO_B_TRUE, &cmd_id1);

//添加菜单响应动作

ProMenubarmenuPushbuttonAdd ("Main-Menu", "submenu1", "submenu1", "Active sub -menu1 menu", NULL,PRO_B_TRUE, cmd_id1,ProStringToWstring(message_file,"Message．txt"));

//设置菜单图标

ProCmdIconSet(cmd_id1, "d:

//Reducer design//图标//减速器 1．jif");

//启动对话框

int submenu1()

{AFX_MANAGE_STATE(AfxGetStaticModuleState());

dhk1 *dhk = new dhk1;

dhk->Create(IDD_DIALOG1);

dhk->ShowWindow(SW_SHOW);

return(0);}

3．6 对话框程序

点击菜单会弹出对话框，点击对话框按钮实现人机交互，包括模型的获取和显示、参数修改更新及模型再建。

对话框可用Pro/TOOLKIT 编写，但程序由纯手工编写，不能直观检验。Visual Studio 2019 提供了很多对话框模板，利用图形化界面可很方便地修改这些模版而获得如图7 的对话框。“输出三维总装图”程序设计如下：

图7 对话框

void Dialogbox1::OnBnClickedButton1()

{//将所有零件更新并显示

//将箱体底座更新并显示ProMdlRetrieve(L"d://Reducer design//一级圆柱齿轮减速器//箱体底座．prt",PRO_MDL_PART, &part);

redsmdl();

//将箱体上盖更新并显示ProMdlRetrieve(L"d://Reducer design//一级圆柱齿轮减速器//箱体上盖．prt",PRO_MDL_PART, &part);

redsmdl();

//将高速轴透盖更新并显示

ProMdlRetrieve(L"d://Reducer design//一级圆柱齿轮减速器//高速轴透盖．prt",PRO_MDL_PART, &part);

redsmdl();

//将高速轴闷盖更新并显示

ProMdlRetrieve(L"d://Reducer design//一级圆柱齿轮减速器//高速轴闷盖．prt",PRO_MDL_PART, &part);

redsmdl();

…………

//显示更新后的减速器总装三维图

//将三维总装图调入内存

ProMdlRetrieve(L"d://Reducer design//一级圆柱齿轮减速器//总装三维图．asm",PRO_MDL_ASSEMBLY, &part);

redsmdl();

//组件自动重新生成asmregenerate(); }

模型更新子程序：

void Dialogbox1::redsmdl()

{//获取零件ID

int i;

ProMdlIdGet(part, &i);

//初始化零件特征

ProModelitemInit(part, i, PRO_PART,&feature);

//初始化各参数（Z1、Z2 为齿数, M 为模数,B 为齿宽）

ProParameterInit(&feature,L"Z1",¶m1);

ProParameterInit(&feature,L"Z2",¶m2);

ProParameterInit(&feature, L"M", ¶m3);

ProParameterInit(&feature, L"B", ¶m4);

//更新对话框输入的变量

UpdateData(true);

//变量赋值

value1．type = PRO_PARAM_INTEGER;

value1．value．i_val = Z1;

value2．type = PRO_PARAM_INTEGER;

value2．value．i_val = Z2;

value3．type = PRO_PARAM_INTEGER;

value3．value．i_val = M;

value4．type = PRO_PARAM_INTEGER;

value4．value．i_val = B;

//设置参数值

ProParameterValueSet(¶m1, &value1);

ProParameterValueSet(¶m2, &value2);

ProParameterValueSet(¶m3, &value3);

ProParameterValueSet(¶m4,&value4);[9-10]

//显示零件

ProMdlDisplay(part);

//激活当前窗口

ProMdlWindowGet(part, &window);

ProWindowActivate(window);

partregenerate( );

/

/程序停顿 0．5 s

Sleep(500);

4 二次开发程序使用步骤

（1）打开 CREO7．0，点击“实用工具”→“辅助应用程序”。

（2）点击“辅助应用程序”→“注册”，选中D:Reducer designprotk．dat 文件，点击“启动”。

（3）点击“工具”→“减速器设计系统”，进入减速器系统设计二次开发菜单界面，如图8 所示。

图8 减速器设计二次开发菜单

（4）点击“一级圆柱齿轮减速器”，打开对话框,在对话框里输入如图7 所示的数据, 点击“输出三维总装图”，绘图区域显示图9 所示的三维总装图。

图9 减速器系统三维总装图

（5）点击“输出二维总装图”，绘图区域即显示二维总装图。

（6）点击“关于减速器设计系统”，可得到版本说明。

5 结束语

本文以一级直齿圆柱齿轮减速器系统为例，基于Creo 二次程序开发，进行参数化设计，完成了定制修改和功能的扩展。功能测试和实际运用表明：该二次开发程序运行可靠，新产品开发时间只需原来的1/3 左右，可明显提高设计效率，缩短产品开发周期，同时也减少了设计错误，取得较好的经济效益。Creo 二次开发需参数化建模、二次开发模块 （Creo/TOOLKIT）、Windows API、MFC、Visual Studio 2019 等方面知识的融会贯通，有一定难度。目前，二次开发的专门指导书籍和教材也很少，借助Visual Studio 2019 平台进行二次开发非常方便快捷，但软件在智能化设计和计算机模拟验证方面，还有进一步上升的空间，值得进一步探索。