基于Creo4.0的一種計算復雜裝配體內部容積的方法

劉嘉宇 陳曦

摘 要：針對較復雜機械機構內腔容積計算的需求，以計算一種變速器潤滑油加注量為例，通過利用Creo4.0軟件快速計算三維體體積的功能，以及其中的布爾運算功能，較為快速簡便的計算出了準確的變速器潤滑油加注量。為類似的工程設計應用情景，提供了一種思路方法，具有很強的實用價值。

關鍵詞：復雜機械機構 Creo 4.0 ;布爾運算;內腔容積;加油量

引言：

針對較復雜機械機構（如減速機、變速器、發動機）內腔容積計算的需求（一般用于計算潤滑油、燃料、氣體等的體積），因現場實際測量較為費時費力，且受限于測量條件（機械結構相對水平角度、測量液體介質時一部分會沾在機構內腔上影響測量結果）。

目前三維軟件在機械設計中的應用非常廣泛，而利用其計算內腔容積時，受限于實際機械結構的三維模型內腔形狀較為復雜，利用常規的三維設計軟件難以直接測量結果。目前通過三維軟件計算復雜裝配三維實體體積的問題在于三維體過于復雜，需要檢查三維模型的破損面，并對其進行修補。這個過程較為繁瑣，對于設計工作中不斷產生的各種新結構，較為影響工作效率。

本文以PTC公司出品的三維設計軟件Creo 4.0為主要工具，通過合理降低復雜裝配體模型精度，利用布爾運算等功能，提出一種較為簡便的處理方法，能夠快速求得內腔容積。以求一款變速器加油量為例，快速準確的求得了注油量。

一、變速器注油量

變速箱潤滑油的作用是防止零部件燒傷、降低滑動及轉動摩擦力、磨損、發熱部位擴散熱量。在變速器設計、應用過程中，而變速器注油量是其中一項關鍵參數，過多和過低的油量會影響變速箱的可靠性、傳動效率等。所以求得一款變速箱的準確注油量很重要[2]。

下面以某款變速器為例（圖1），介紹下求解方法：

二、降低模型精度

因為一般工作用計算機算力有限，如果模型精度太高的話，對實際中對三維模型體積的求解造成了很大的影響。所以首先需要降低模型精度：

（一）對變速箱三維模型收縮包絡得到零件實體

首先對變速器總成進行收縮包絡處理，收縮包絡前可選擇隱藏不影響注油量的部件，如變速器上部不影響潤滑油體積的部分，操縱機構等。對裝配體ASM文件進行收縮包絡時的參數選擇。

其中“創建方法”選擇合并實體，“質量”精度選擇8級，“特殊處理”不勾選。

（二）對零件實體再次進行收縮包絡

因最終求解時需要內腔容積的完整的零件實體才能通過Creo直接測量得到體積，所以零件實體不能有破損的曲面（變速器總成的重合的部分、倒角等容易在收縮包絡中產生破面）。通過二次收縮包絡降低一定的零件模型精度，規避處理生成零件實體時產生的破面，快速得到完整的零件實體。

此時自由可以正常選擇油液的水平面（圖2），這個例子中選擇的是實際的變速器觀察油面，即實際的加油面。

通過拉伸命令得到觀察油孔以下的模型

對得到的零件再次進行收縮包絡，選擇多面實體，質量等級盡量選高（10以上）

其中第二次收縮包絡操作“創建方法”選擇多面實體，“質量”精度選擇10級，“特殊處理”不勾選，“多面實體選項”中輸出格式選擇零件

得到如圖所示零件實體（圖3）：

三、利用精度降低的零件實體，通過布爾運算功能求得容積空間

如圖所示，需要對裝配體零件的內腔進行求解，常見的利用三維軟件求解的方案一般是將其分開計算，最后再通過加減計算得到最終得體積。這個例子中利用布爾運算可直接在三維軟件中求出內腔空隙得模型，然后用軟件直接求內腔空隙的體積。

布爾運算是由十九世紀的數學家喬治·布爾提出來的，又稱為邏輯運算，是用數學的思想來解決邏輯問題的一種新方法，也可以稱作是一種邏輯推演法。其中又有聯合、相交、相減的概念、與集合運算中的并、交、差一一對應。[1]Creo 4.0中集成了布爾運算的功能，可以將兩個實體進行上文中提到的并、交、差等運算，從而獲得想要的實體部分。

下文中就是運用Creo 4.0中布爾運算功能以求解變速器中空隙體積的例子。

創建一個新的裝配體，將剛剛得到的零件實體在默認位置組裝，然后再創建一個立方體如圖所示（圖4）

調整新建的立方體的位置，需保證左右、前后、上下方向立方體將需測量的容積部分包容進去。（此時最好將立方體上表面略高于零件實體油位截面1mm，不然后一步布爾運算無法操作）

然后選擇立方體，對立方體執行模型-元件-元件操作中的布爾運算命令（布爾運算是對實體進行并、剪、交操作）

布爾運算中，選擇剪切，被修改模型選擇立方體，修改元件選擇之前的變速器實體模型，“方法”選擇幾何，“更新控制”選擇自動更新，勾選關聯放置和復制面組

執行布爾運算后得到如下模型（圖5）

此時需要去除容積模型外的多余部分，因為多余部分與容積模型之間有殼體的空隙，所以利用拉伸命令較容易將多余的部分去除，最終容積模型及體積測量如圖所示（圖6），顯示體積為3.4L。

四、結論

介紹了目前對復雜機械機構（如減速機、變速器、發動機）內腔容積計算的需求。

對復雜機械機構內腔容積計算的難點進行了介紹，并基于Creo 4.0軟件的基礎上，針對難點進行了相應的解決措施，包括如何降低模型精度，如何執行布爾運算，以求一個變速器內腔加油量求解為例，求得了準確的油量計算結果。

參考文獻：

[1]唐亞剛， 實體布爾運算及建模技術研究，西安電子科技大學 2017.

[2]王麗娟 ，淺談汽車變速器潤滑的方式和設計原理，機械管理開發2016年第1期.