基于Creo4.0的一种计算复杂装配体内部容积的方法

刘嘉宇 陈曦

摘 要：针对较复杂机械机构内腔容积计算的需求，以计算一种变速器润滑油加注量为例，通过利用Creo4.0软件快速计算三维体体积的功能，以及其中的布尔运算功能，较为快速简便的计算出了准确的变速器润滑油加注量。为类似的工程设计应用情景，提供了一种思路方法，具有很强的实用价值。

关键词：复杂机械机构 Creo 4.0 ;布尔运算;内腔容积;加油量

引言：

针对较复杂机械机构（如减速机、变速器、发动机）内腔容积计算的需求（一般用于计算润滑油、燃料、氣体等的体积），因现场实际测量较为费时费力，且受限于测量条件（机械结构相对水平角度、测量液体介质时一部分会沾在机构内腔上影响测量结果）。

目前三维软件在机械设计中的应用非常广泛，而利用其计算内腔容积时，受限于实际机械结构的三维模型内腔形状较为复杂，利用常规的三维设计软件难以直接测量结果。目前通过三维软件计算复杂装配三维实体体积的问题在于三维体过于复杂，需要检查三维模型的破损面，并对其进行修补。这个过程较为繁琐，对于设计工作中不断产生的各种新结构，较为影响工作效率。

本文以PTC公司出品的三维设计软件Creo 4.0为主要工具，通过合理降低复杂装配体模型精度，利用布尔运算等功能，提出一种较为简便的处理方法，能够快速求得内腔容积。以求一款变速器加油量为例，快速准确的求得了注油量。

一、变速器注油量

变速箱润滑油的作用是防止零部件烧伤、降低滑动及转动摩擦力、磨损、发热部位扩散热量。在变速器设计、应用过程中，而变速器注油量是其中一项关键参数，过多和过低的油量会影响变速箱的可靠性、传动效率等。所以求得一款变速箱的准确注油量很重要[2]。

下面以某款变速器为例（图1），介绍下求解方法：

二、降低模型精度

因为一般工作用计算机算力有限，如果模型精度太高的话，对实际中对三维模型体积的求解造成了很大的影响。所以首先需要降低模型精度：

（一）对变速箱三维模型收缩包络得到零件实体

首先对变速器总成进行收缩包络处理，收缩包络前可选择隐藏不影响注油量的部件，如变速器上部不影响润滑油体积的部分，操纵机构等。对装配体ASM文件进行收缩包络时的参数选择。

其中“创建方法”选择合并实体，“质量”精度选择8级，“特殊处理”不勾选。

（二）对零件实体再次进行收缩包络

因最终求解时需要内腔容积的完整的零件实体才能通过Creo直接测量得到体积，所以零件实体不能有破损的曲面（变速器总成的重合的部分、倒角等容易在收缩包络中产生破面）。通过二次收缩包络降低一定的零件模型精度，规避处理生成零件实体时产生的破面，快速得到完整的零件实体。

此时自由可以正常选择油液的水平面（图2），这个例子中选择的是实际的变速器观察油面，即实际的加油面。

通过拉伸命令得到观察油孔以下的模型

对得到的零件再次进行收缩包络，选择多面实体，质量等级尽量选高（10以上）

其中第二次收缩包络操作“创建方法”选择多面实体，“质量”精度选择10级，“特殊处理”不勾选，“多面实体选项”中输出格式选择零件

得到如图所示零件实体（图3）：

三、利用精度降低的零件实体，通过布尔运算功能求得容积空间

如图所示，需要对装配体零件的内腔进行求解，常见的利用三维软件求解的方案一般是将其分开计算，最后再通过加减计算得到最终得体积。这个例子中利用布尔运算可直接在三维软件中求出内腔空隙得模型，然后用软件直接求内腔空隙的体积。

布尔运算是由十九世纪的数学家乔治·布尔提出来的，又称为逻辑运算，是用数学的思想来解决逻辑问题的一种新方法，也可以称作是一种逻辑推演法。其中又有联合、相交、相减的概念、与集合运算中的并、交、差一一对应。[1]Creo 4.0中集成了布尔运算的功能，可以将两个实体进行上文中提到的并、交、差等运算，从而获得想要的实体部分。

下文中就是运用Creo 4.0中布尔运算功能以求解变速器中空隙体积的例子。

创建一个新的装配体，将刚刚得到的零件实体在默认位置组装，然后再创建一个立方体如图所示（图4）

调整新建的立方体的位置，需保证左右、前后、上下方向立方体将需测量的容积部分包容进去。（此时最好将立方体上表面略高于零件实体油位截面1mm，不然后一步布尔运算无法操作）

然后选择立方体，对立方体执行模型-元件-元件操作中的布尔运算命令（布尔运算是对实体进行并、剪、交操作）

布尔运算中，选择剪切，被修改模型选择立方体，修改元件选择之前的变速器实体模型，“方法”选择几何，“更新控制”选择自动更新，勾选关联放置和复制面组

执行布尔运算后得到如下模型（图5）

此时需要去除容积模型外的多余部分，因为多余部分与容积模型之间有壳体的空隙，所以利用拉伸命令较容易将多余的部分去除，最终容积模型及体积测量如图所示（图6），显示体积为3.4L。

四、结论

介绍了目前对复杂机械机构（如减速机、变速器、发动机）内腔容积计算的需求。

对复杂机械机构内腔容积计算的难点进行了介绍，并基于Creo 4.0软件的基础上，针对难点进行了相应的解决措施，包括如何降低模型精度，如何执行布尔运算，以求一个变速器内腔加油量求解为例，求得了准确的油量计算结果。

参考文献：

[1]唐亚刚， 实体布尔运算及建模技术研究，西安电子科技大学 2017.

[2]王丽娟 ，浅谈汽车变速器润滑的方式和设计原理，机械管理开发2016年第1期.