基于Pr0E的罗茨鼓风机三叶扭叶叶轮参数化设计关闭阀

基于Pr0／E的罗茨鼓风机三叶扭叶叶轮参数化设计

基于Pr0／E的罗茨鼓风机三叶扭叶叶轮参数化设计 2012年10月29日 罗茨鼓风机是一种容积式的气体增压与输送机械，因其结构简单、安装灵活、输送介质不含油、在使用压力范围内排气量几乎不变等优点，已广泛应用于经济建设的各个行业。罗茨鼓风机的主要部件是叶轮，叶轮的结构决定了罗茨鼓风机的性能，叶轮按头数可以分为两叶与三叶，按形状分为直叶与扭叶。就性能而言三叶优于两叶，扭叶优于直叶，三叶扭叶形状的叶轮性能为最佳。但由于三叶扭叶叶轮的叶型曲线复杂，按常规设计方法不但效率低而且精度差。应用Pr0／E通过输入叶轮不同段的参数方程，自动绘制出复杂的叶轮齿形，并进行三维实体造型，冉利用PR0／E软件中建立族表的命令，便可以方便地得到同类型一系列叶轮的三维实体造型，提高了设计效率，对实际工程设计具有积极的参考价值。1 参数化设计的基本原理及特征 最初的CAD系统所构造的产品模型都是几何元素(点、线、圆等)的简单堆叠，仅仅描述了设计产品的可视形状，不包含设计者的设计思想，因而难以对模型进行改动，生成新的产品实例。参数化设计是将原有设计中某些尺寸，如定形、定位或装配尺寸定义为变量，修改这些变量的同时由一些简单公式计算出并变动其他相关尺寸，计算机根据这些新的参数值自动完成产品设计。参数化为产品模型的可变性、可重用性、并行设计等提供了手段，使用户可以利用以前的模型方便的重建模型，并可以在遵循原设计意图的情况下方便地改动模型，生成系列产品，大大提高了生产效率。 参数化设计的研究范围已由最初的二维图样参数化设计发展到了覆盖产品的整个生命周期参数化设计，研究的对象除了传统的二维图样、三维零件实体等以外，还包括了零部件间的装配火系、产品特征、产品变型设计等产品层次的参数化表示模型，这使得参数化自身的含义得到了进一步的拓宽。 参数化设计方法到目前为止形成了变动几何法、几何推理法、变量设计法和参数编程法，针对用户来说可分为尺寸驱动、变量驱动和图形驱动3种方式。 参数化概念的引入代表了设计思想上的一次变革，即从避免改动设计到鼓励使用参数化设计修改设计。对参数化设计技术的研究兀疑将会进一步提高产品设计和生产效率，同时也是未来研究的热点问题。2 Pr0／E中参数化建模方法2.1 Pr0／E中参数化设计原理 Pr0／E软件是美围PTC公司推出的大型CAD／CAM软件，具有强大的参数化设计功能。Pr0／E是采用参数化设计的、基于特征的实体模型化系统，具有全尺寸约束、全数据相火和尺寸驱动设计修改等特点。在Pr0／E中，配合单一的数据库，所有设计过程中所使用的尺寸(参数)都存在数据库中，设计者只需要更改三维零件的尺寸，则二维工程图、三维组合、模贝等就会依照尺寸的改变而修改几何形状，以达到设计修改工作的一致性，避免发生认为改图的疏漏情况，并减少许多认为改图的时间和精力消耗。也正因为有了参数化设计，用户才可以运用强人的数学运算方式，建立各尺寸参数间的火系式，使模型可自动计算出应有的外型，减少尺寸逐一修改的繁琐费时，并减少错误发生。 参数化设计的本质是基于约束的产品描述方法。产品的整个设计过程是约束规定、约束变换求解以及约束评估的一个约束求解过程。通过约束来表达产品模型的几何形状特征，以参数来控制几何外形，比较常用的方法是尺寸驱动。参数设计用一组参数来定义几何图形尺寸数值并约定尺寸关系，提供给设计者进行几何造型使用。参数的求解较简单，参数与设计对象的控制尺寸有显式的对应火系，设尺寸的修改受到尺寸驱动。生产中常用于设计对象的结构形状比较定型的产品系列化标准件。2.2模型特征及界面分析 Pr0／E的三维模型建模是由相火联的二维截而通过一定的变形生成的。因此，在参数化设计前要对设计模型进行特征分析，以确定成型方法及截面特征。模型的特征主要来自产品需求，而产品特征来自于三个方面的约束：功能、结构和制造。功能约束是对产品所能完成的功能的描述；结构约束是对产品结构强度、刚度等的表示；制造约束是对制造资源环境和加工方法的表达。在产品设计过程中，需将这些限制综合成设计目标，并将它们映射成特定的三维模型结构，从而分析出三维模型的造型工具及截而几何约束。几何约束就是要求几何元素之间必须满足某种特定的关系。将截面几何约束作为构成模型几何基准要素和表面轮廓要素的基础，导出各形状结构的位置和形状参数，从而形成参数化的产品几何模型。对产品的几何约束主要包括两个方而：拓扑约束和尺寸约束。拓扑约束指对产品结构的定性描述，它表示几何元素之间的固定联系；尺寸约束则为特征几何元素间相对位置的定量表示。尺寸约束是参数化驱动的对象，其不仅可以变动，而且需要标注和显示。PR0／E中不仅充分体现拓扑约束和尺寸约束，还可加入方程式约束，这些使得它的建模功能十分强人。2.3参数的选择 对于尺寸驱动的参数化设计技术，参数的合理选择是很重要的，选择参数的原则可以归纳为以下几条： 1)所选的参数必须能完整地体现零件的主要结构，对于标准件通常以工程设计手册上的参数作为设计参数； 2、)参数必须是零件主要尺寸链上的组成环； 3)选择参数时应该考虑整体系统，考虑与其他零件之间的配合问题； 4)参数的完整性：参数和其他尺寸、拓扑约束之间必须构成一个完整的封闭环，形成唯一的几何约束； 5、)参数的唯一性：尺寸参数、拓扑几何约束及各方程式之间不能出现冲突，不能过约束。综合以上几条原则，即可确定出驱动的主要尺寸参数．3 实例分析 根据Pr0／E建模方法，首先要分析罗茨鼓风机扭叶叶轮的模型特征。渐开线型三叶轮的端面叶形如图l所示。

实现步骤是： STEPl：设定参数。依次点选Pr0／E叫J的命令：工具→程序→编辑设计→按需求依次输入数据参数→保存→输入(如图2所示)。 STEP2：在前端而导入渐丌线曲线方程。依次选择Pr0／E软件叫J的命令：曲线→从方程→输入方程→保存→确定(如图3所示)。

STEP3：通过STEP2的工作在Pr0／E的草绘而Front面中导入了所需的渐开线，然后根据各个参数之间的关系将端面叶型图绘制完整。

STEP5：根据端面叶型图，给出叶轮螺旋角和叶轮长度，安生成斜齿方法展成实体，经过上述步骤，最终生成左旋三叶扭叶叶轮实体模型(如图4所示、)。

STEP6：制作叶轮的族表。在Pr0／E中，具有相似特征的零件可以建立族表。因为同系列风机叶轮区别主要在于叶轮长度尺寸不同，这也为建立族表提供了很人的方便。依次选择Pr0／E软件中的命令：族表→创建表列→添加列。添加长度和叶轮螺旋角尺寸到族表参数中，这样就可以根据不同的叶轮长度生成系列叶轮的实体模型。之后，就可以逐一输入长度和叶轮螺旋角尺寸，并且必须通过验证，才能成功建立三叶扭叶系列叶轮的族表(如图5所示)。

4 结束语 基于Pr0／E罗茨鼓风机三叶扭叶叶轮的参数化设计，能通过输入叶轮不同段的参数方程，自动绘制出复杂的叶轮齿形，并进行三维实体造型，同时改变一些参数就能方便地得到同一类型的系列产品，易实现产品系列化，大大提高了设计效率和设计精度，解决了常规设计方法很难或无法实现的一些问题。

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