1 皮帶輪三維造型
1.1 皮帶輪結構特點
皮帶輪由輪緣、腹板（輪輻）和輪轂三部分組成，其典型結構主要有：實心型、腹板（輪輻）型、孔板型和輪輻型。腹板（輪輻）和輪轂結構形狀比較簡單，輪緣結構形狀根據不同帶的截面形狀而不同。國家標準規定了V帶的型號有Y、Z(SPZ)、A(SPA)、B(SPB)、C(SPC)、D、E幾種型號，同時規定了相應的皮帶輪輪槽尺寸。在規定的輪槽尺寸中，只有基準寬度、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，皮帶輪的基準直徑就是皮帶輪節線位置理論直徑，與齒輪的分度囡直徑類似，標準規定了皮帶輪的基準直徑系列。在設計中是由基準直徑和軸徑來選擇結構形式，根據帶型和皮帶根數確定輪槽尺寸。
1.2 皮帶輪三維結構設計思想
由于皮帶輪輪緣結構形式多樣化，用NX等軟件直接建模時，若設計參數變化，勢必要修改模型參數，從而帶來了許多重復性工作，造成設計資源浪費。參數化是一種基于特征、尺寸約束、數據相關、尺寸驅動設計修改的技術，為此，在皮帶輪三維結構設計中運用參數化建模功能，以便編輯修改，加速設計進程。根據皮帶輪的結構特點，在進行皮帶輪參數化三維結構設計時，利用NX/Open MenuScript編寫用戶菜單，直接掛在NX系統的主菜單上，形成與NX融合統一的界面；利用NXopen UIStyler制作NX風格的對話框，供用戶菜單調用：通過Visual C++和NXOpen API編寫參數化設計應用程序，并生成動態鏈接庫(*.dll)文件，在NX啟動時自動加載，實現對NX的二次開發。
1.3 皮帶輪輪緣剖面設計
在皮帶輪的設計過程中，輪緣的設計是關鍵，在現有資料中都是先設計皮帶輪槽的剖面形狀后，與輪體主干結構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-V帶根數Z，形成三維零件模板，再采用NX軟件的電子表單功能，用表驅動技術來創建系列零件的三維模型。由于國標(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計需求，除非建立龐大的零件族。通過對國標(GB/T13575.1-92)的深入理解和實踐，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體剖面，如圖1(a)粗實線所示，將其定義為兩端槽邊；②相鄰皮帶輪槽之間的實體剖面，如圖1(b)粗實線所示，將其定義為輪緣槽邊。同時，在設計輪體主干草圖時，一定要將最大回轉半徑設置為基準半徑(dd/2)與下槽深(hf)之差，如圖2和圖1(c)粗實線所示。這樣處理后，再經后續操作，用戶只需輸入相關參數，NX系統自動生成新的三維皮帶輪結構圖，提高設計效率。
圖1 草圖
圖2 尺寸示意圖
根據輪緣的結構特點，輪緣設計的過程為：提取特征尺寸dd（基準直徑）、bd（基準寬度）、e（槽間距）、ha（基準線上槽深）、hf（基準線下槽深）、φ（輪槽角）、z（輪槽數）、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）通過相關尺寸的計算轉換而來。啟動NX，單擊菜單“工具→表達式”，建立草圖所需的各表達式：先后進入草圖環境，完成圖1中的草圖，一定要完全約束各草圖。在進行帶輪寬度尺寸約束時，由于帶輪寬度尺寸B=（z-1）e+2f，若直接在表達式中輸入B=（z-1）e+2f時，系統報錯，原因是表達式右邊(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 皮帶輪三維結構設計
以草圖1(c)的圖形為截面曲線回轉形成皮帶輪的輪體主干結構，如圖3(a)所示；以草圖1(a)的圖形為截面曲線回轉并與輪體主干結構作布爾加形成兩端槽邊結構，如圖3(b)所示；以草圖1(b)的圖形為截面曲線回轉并與輪體主干結構作布爾加形成輪緣槽邊結構，如圖3(c)所示；對輪緣槽邊結構進行陣列得到輪緣結構，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構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 輪緣結構形成過程
1.5 皮帶輪結構參數驅動的實現
皮帶輪的三維結構完成后，可以通過改變其參數的方法，獲得不同的設計結果。為了方便參數修改，使用NXMenuScript和NXUIStyler開發了一個專用開發參數修改模塊。
(1)皮帶輪參數設計對話框設計
NX/Open UIStyler模塊提供了強大的制作NX風格窗口的功能。提供了讓開發人員建造NX風格對話框的可視化環境，通過選擇和放置對話框控件，能實現所見即所得。皮帶輪對話框由數據輸入框、按鈕和圖片等控件組成，如圖4所示。
圖4 設計對話框
(2)用戶菜單的設計
根據皮帶輪的結構特點，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）保存在用戶創建的\startup目錄內，通過設定NX的環境變量，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
進入NX建模環境，在主菜單中選擇：皮帶輪設計→腹板帶輪(P)型，系統彈出“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，點擊確定按鈕，NX就能按用戶輸入的皮帶輪參數，自動生成新的皮帶輪，如圖6所示。通過完善菜單中的選項，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 結語
綜合運用NX Open MenuScript、NX Open UIStyler、NX/Open API和Visual C++6.0等NX二次開發工具，可以方便、快速地對皮帶輪實行參數化建模，組建用戶自定制的零件庫。在建模環境中改變相關變量可以設計出不同結構、尺寸的皮帶輪三維模型，提高了設計人員的工作效率。為對皮帶輪進行平衡分析及虛擬裝配奠定了基礎。在輪緣的建模設計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構和輪緣槽邊結構分別與輪體主干結構進行布爾加的設計思路，有效地實現了參數驅動建模的目的，減少建立部件族的工作量，具有很強的實用性。
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本文標題：NX二次開發在皮帶輪設計中的應用
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