搜索葉輪參數(shù)建模系統(tǒng)
2013-05-23 by:廣州有限元分析、培訓(xùn)中心-1CAE.COM 來源:仿真在線
張健偉 楊昌明 來源:萬方數(shù)據(jù)
關(guān)鍵字:泵 葉輪 自動(dòng)建模 曲面 SolidWorks
針對離心葉輪建模的難點(diǎn),探討了基于SolidWorks環(huán)境下離心葉輪的三維設(shè)計(jì)方法與參數(shù)化設(shè)計(jì)的原理,給出了SolidWorks構(gòu)造曲線曲面的數(shù)學(xué)模型。通過VB、Microsoft Access對SolidWorks進(jìn)行二次開發(fā)實(shí)現(xiàn)了離心葉輪自動(dòng)建模。對離心泵葉片的空間扭曲問題提出了有效的解決方法,提高了建模效率和設(shè)計(jì)精度。
在機(jī)械設(shè)計(jì)尤其在三維設(shè)計(jì)中,利用計(jì)算機(jī)軟件來完成機(jī)械零件設(shè)計(jì)已經(jīng)成為主流,并且是不可短缺的。設(shè)計(jì)的參數(shù)化、自動(dòng)建模以及自動(dòng)輸出數(shù)控機(jī)床的加工代碼更是成為企業(yè)加工的主要手段。泵在國民生產(chǎn)生活中廣泛使用,離心泵則更為普遍。而泵葉片的形狀又較為復(fù)雜,多數(shù)存在扭曲,在設(shè)計(jì)泵葉輪時(shí),葉片的造型是重要的環(huán)節(jié),在設(shè)計(jì)中占主要地位,且設(shè)計(jì)過程較為復(fù)雜。如果用傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法,會(huì)使設(shè)計(jì)人員耗費(fèi)大量時(shí)間,效率會(huì)很低,誤差也較大,而且設(shè)計(jì)過程中會(huì)遇到很多復(fù)雜的難以控制的問題,因此有必要開發(fā)一個(gè)參數(shù)化的建模系統(tǒng)以減少不必要的開發(fā)時(shí)間來提高效率和精度。
1工具
SolidWorks:Solidworks是基于Parasolid幾何造型核心,采用VC+十編程和面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)庫來開發(fā)的,是一套基于Windows的CAD/CAE/CAM/PDM桌面集成系統(tǒng),集設(shè)計(jì)、分析、加工和數(shù)據(jù)管理于一體;solidworks還提供了大量的APl ,Solidworks APl是Solidworks的OLE應(yīng)用程序開發(fā)接口,用戶可以利用它并通過支持OLE編程的開發(fā)工具,如Visual Basic,C,Visual C++等對Solidworks進(jìn)行一:次開發(fā),建立適合用戶需要的、專用的Solidworks功能模塊。
Visual Basic 6.0: Visual Basic提供了開發(fā)windows應(yīng)用程序迅速、簡潔的方法。具有面向?qū)ο蟮目梢暬幊?、事件?qū)動(dòng)的編程方式、結(jié)構(gòu)化的程序設(shè)計(jì)語言、應(yīng)用程序集成開發(fā)環(huán)境、支持多種數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的訪問、支持動(dòng)DDE,DLL和。LE等特點(diǎn)。
Microsoft Access: Microsoft Acces,是Microsoft的軟件:Office的組建之一,是在windows環(huán)境下運(yùn)行的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)。通過Access可以方便的建立用戶需要的數(shù)據(jù)庫,與Solidworks連接。
2建模原理
離心泵的葉片通常是空間扭曲的,加上曲面精度要求較高,因此葉片的工作面與背面造型是葉輪建模的關(guān)鍵問題。
這里是經(jīng)從線框到實(shí)體造型的過程來完成葉片建模的,即首先構(gòu)造出組成葉片的輪廓線框,為使葉片有更好的精度,這其中還包括工作面與背面上的軸面截線,所有這些曲線都是由Solidworks軟件的Curve Through Free Points命令繪制的。這樣,有了葉片的輪廓線框,就相當(dāng)于有了葉片的骨架,然后再根據(jù)葉片骨架將葉片實(shí)體化。
在Solidworks中,可以完成將葉片線框?qū)嶓w化的特征命令只有掃描與放樣,二者進(jìn)行比較,掃描特征中的掃描路徑較難確定的,且掃描輪廓也不唯一,因?yàn)槿~片存在扭曲問題,采用放樣特征較為合理,且精度高。Solidworks采用NURBS ( non-uniform rational B-spline)構(gòu)造曲線曲面。在CAGD的曲線曲面造型技術(shù)中,NURBS是當(dāng)前公認(rèn)的一種較為滿意的解決方案。NURBS曲線曲面函數(shù)式分別為:
NURBS技術(shù)可以精確表示規(guī)則曲線與曲面,把規(guī)則曲面和自由曲面統(tǒng)一起來,易于對曲線曲面形狀的控制和修改,是非有理貝齊爾和B樣條形式的真正推廣。這樣采用放樣特征將葉片輪廓線框進(jìn)行實(shí)體化的模型曲面光滑性、連續(xù)性都非常好(圖1).
蓋板建模較為簡單,根據(jù)圖2給定的參數(shù)經(jīng)過計(jì)算結(jié)合經(jīng)驗(yàn)參數(shù)確定蓋板厚度,繪出截面輪廓面輪進(jìn)行旋轉(zhuǎn),形成的前后蓋板與先前的葉片配合在一起,再將葉片圓周陣列形成葉輪。(見圖3).
3系統(tǒng)開發(fā)
目前CAD/CAM系統(tǒng)的開發(fā)主要有兩種方式,一種是從底層作起,另一種是基于CAD/CAM軟件平臺(tái)的二次開發(fā),有開發(fā)周期短、見效快、穩(wěn)定性好等特點(diǎn)。筆者采用后者。
總體思想是根據(jù)SolidWorks系統(tǒng)所提供的API接口進(jìn)行編程,對離心泵葉輪建模二次開發(fā)。系統(tǒng)工作流程為:由用戶界面訪問數(shù)據(jù)庫,然后根據(jù)從數(shù)據(jù)庫中所提取的數(shù)據(jù)對葉輪進(jìn)行自動(dòng)建模,最后顯示出葉輪模型實(shí)體。其中用戶界面和顯示葉輪實(shí)體模型是前臺(tái)部分,數(shù)據(jù)庫和自動(dòng)建模是后臺(tái)部分。
用戶界面提供給用戶的功能有:創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫、修改數(shù)據(jù)庫、提取數(shù)據(jù)建模,主要的工作是完成從數(shù)據(jù)庫中提取葉輪參數(shù)傳給自動(dòng)建模模塊進(jìn)行建模。這里VB所開發(fā)的用戶界面與數(shù)據(jù)庫的連接主要有三種方式,即Access數(shù)據(jù)庫引擎、Microsoft ODBC驅(qū)動(dòng)程序、第三方ODBC驅(qū)動(dòng)程序。筆者選用的是第一種方式,因?yàn)锳ccess是VB的"內(nèi)部數(shù)據(jù)庫",即在VB中可以直接建立Access數(shù)據(jù)庫,因?yàn)槿~輪參數(shù)量不大,這樣較為方便,又可以滿足需要。
數(shù)據(jù)庫中所存放的是葉片的參數(shù)數(shù)據(jù),都是Access數(shù)據(jù)表,表中的的字段為各個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)。用戶可以選取數(shù)據(jù)庫中已有的數(shù)據(jù)建模,亦可以由用戶自己建立新的數(shù)據(jù)庫或是對已有數(shù)據(jù)進(jìn)行修改再使用。對數(shù)據(jù)進(jìn)行修改有兩種途徑,一種就是通過用戶界面中的修改數(shù)據(jù)功能,另一種是直接訪問Access數(shù)據(jù)表,對表中數(shù)據(jù)進(jìn)行修改,這樣更為直接方便,但需要用戶對表中數(shù)據(jù)了解,否則容易出錯(cuò)。
自動(dòng)建模部分是根據(jù)從數(shù)據(jù)庫中提取的葉輪數(shù)據(jù)參數(shù)按上述建模原理進(jìn)行建模。首先由提取的點(diǎn)坐標(biāo)數(shù)據(jù)生成葉片的所有輪廓曲線,分別是過流面上的輪廓曲線和控制放樣軌跡的約束曲線,再由這些曲線放樣生成葉片實(shí)體,即葉片曲面的構(gòu)造。然后根據(jù)用戶所提供的參數(shù)經(jīng)過計(jì)算同時(shí)結(jié)合經(jīng)驗(yàn)參數(shù)確定蓋板厚度,選擇蓋板輪廓和中心線(SolidWorks中草圖的中心線)進(jìn)行旋轉(zhuǎn),形成前后蓋板,與葉片配合在一起,然后將單片葉片進(jìn)行圓周陣列,從而形成葉輪。
根據(jù)SolidWorks提供的APl接口函數(shù),利用Visual Basic對SolidWorks進(jìn)行二次開發(fā)。因?yàn)樗蠥PI函數(shù)名與VB Script的函數(shù)名相同或類似,所以利用VB對其:次開發(fā)較為方便。由SolidWorks提供的宏工具對葉輪建模進(jìn)行宏錄制,然后再將宏代碼復(fù)制到VB中進(jìn)行編輯以實(shí)現(xiàn)參數(shù)化建模的應(yīng)用程序,這樣可節(jié)省很多時(shí)間。
葉輪自動(dòng)建模部分代碼如下:
程序通過編譯后,運(yùn)行時(shí)有兩種方法可供選擇,一種是生成可執(zhí)行文件exe可以直接運(yùn)行,另一種方法是將應(yīng)用程序掛在Solidworks面板上,以執(zhí)行宏方式運(yùn)行此程序。
4結(jié)束語
提出了離心泵葉輪的自動(dòng)建模,探討了離心泵葉輪的建模原理,研究了在SolidWorks環(huán)境下應(yīng)用程序的二次開發(fā),完成了在Solidworks環(huán)境下對離心泵葉輪的自動(dòng)建模,給出了具體的實(shí)現(xiàn)方法。
通過對離心泵葉輪的自動(dòng)建模系統(tǒng)的開發(fā),可以將這種思想推廣到其他CAD軟件開發(fā)當(dāng)中,方法類似,這樣既使CAD軟件得到了充分的發(fā)揮,又滿足了高效設(shè)計(jì)的需求,同時(shí)使得產(chǎn)品的設(shè)計(jì)周期減短.質(zhì)量也大大提高。
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