搜索葉輪參數建模系統
2013-05-23 by:廣州有限元分析、培訓中心-1CAE.COM 來源:仿真在線
張健偉 楊昌明 來源:萬方數據
關鍵字:泵 葉輪 自動建模 曲面 SolidWorks
針對離心葉輪建模的難點,探討了基于SolidWorks環境下離心葉輪的三維設計方法與參數化設計的原理,給出了SolidWorks構造曲線曲面的數學模型。通過VB、Microsoft Access對SolidWorks進行二次開發實現了離心葉輪自動建模。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計精度。
在機械設計尤其在三維設計中,利用計算機軟件來完成機械零件設計已經成為主流,并且是不可短缺的。設計的參數化、自動建模以及自動輸出數控機床的加工代碼更是成為企業加工的主要手段。泵在國民生產生活中廣泛使用,離心泵則更為普遍。而泵葉片的形狀又較為復雜,多數存在扭曲,在設計泵葉輪時,葉片的造型是重要的環節,在設計中占主要地位,且設計過程較為復雜。如果用傳統的設計方法,會使設計人員耗費大量時間,效率會很低,誤差也較大,而且設計過程中會遇到很多復雜的難以控制的問題,因此有必要開發一個參數化的建模系統以減少不必要的開發時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+十編程和面向對象的數據庫來開發的,是一套基于Windows的CAD/CAE/CAM/PDM桌面集成系統,集設計、分析、加工和數據管理于一體;solidworks還提供了大量的APl ,Solidworks APl是Solidworks的OLE應用程序開發接口,用戶可以利用它并通過支持OLE編程的開發工具,如Visual Basic,C,Visual C++等對Solidworks進行一:次開發,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windows應用程序迅速、簡潔的方法。具有面向對象的可視化編程、事件驅動的編程方式、結構化的程序設計語言、應用程序集成開發環境、支持多種數據庫系統的訪問、支持動DDE,DLL和。LE等特點。
Microsoft Access: Microsoft Acces,是Microsoft的軟件:Office的組建之一,是在windows環境下運行的關系型數據庫管理系統。通過Access可以方便的建立用戶需要的數據庫,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鍵問題。
這里是經從線框到實體造型的過程來完成葉片建模的,即首先構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,就相當于有了葉片的骨架,然后再根據葉片骨架將葉片實體化。
在Solidworks中,可以完成將葉片線框實體化的特征命令只有掃描與放樣,二者進行比較,掃描特征中的掃描路徑較難確定的,且掃描輪廓也不唯一,因為葉片存在扭曲問題,采用放樣特征較為合理,且精度高。Solidworks采用NURBS ( non-uniform rational B-spline)構造曲線曲面。在CAGD的曲線曲面造型技術中,NURBS是當前公認的一種較為滿意的解決方案。NURBS曲線曲面函數式分別為:
NURBS技術可以精確表示規則曲線與曲面,把規則曲面和自由曲面統一起來,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行實體化的模型曲面光滑性、連續性都非常好(圖1).
蓋板建模較為簡單,根據圖2給定的參數經過計算結合經驗參數確定蓋板厚度,繪出截面輪廓面輪進行旋轉,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系統開發
目前CAD/CAM系統的開發主要有兩種方式,一種是從底層作起,另一種是基于CAD/CAM軟件平臺的二次開發,有開發周期短、見效快、穩定性好等特點。筆者采用后者。
總體思想是根據SolidWorks系統所提供的API接口進行編程,對離心泵葉輪建模二次開發。系統工作流程為:由用戶界面訪問數據庫,然后根據從數據庫中所提取的數據對葉輪進行自動建模,最后顯示出葉輪模型實體。其中用戶界面和顯示葉輪實體模型是前臺部分,數據庫和自動建模是后臺部分。
用戶界面提供給用戶的功能有:創建數據庫、修改數據庫、提取數據建模,主要的工作是完成從數據庫中提取葉輪參數傳給自動建模模塊進行建模。這里VB所開發的用戶界面與數據庫的連接主要有三種方式,即Access數據庫引擎、Microsoft ODBC驅動程序、第三方ODBC驅動程序。筆者選用的是第一種方式,因為Access是VB的"內部數據庫",即在VB中可以直接建立Access數據庫,因為葉輪參數量不大,這樣較為方便,又可以滿足需要。
數據庫中所存放的是葉片的參數數據,都是Access數據表,表中的的字段為各個點的坐標。用戶可以選取數據庫中已有的數據建模,亦可以由用戶自己建立新的數據庫或是對已有數據進行修改再使用。對數據進行修改有兩種途徑,一種就是通過用戶界面中的修改數據功能,另一種是直接訪問Access數據表,對表中數據進行修改,這樣更為直接方便,但需要用戶對表中數據了解,否則容易出錯。
自動建模部分是根據從數據庫中提取的葉輪數據參數按上述建模原理進行建模。首先由提取的點坐標數據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體,即葉片曲面的構造。然后根據用戶所提供的參數經過計算同時結合經驗參數確定蓋板厚度,選擇蓋板輪廓和中心線(SolidWorks中草圖的中心線)進行旋轉,形成前后蓋板,與葉片配合在一起,然后將單片葉片進行圓周陣列,從而形成葉輪。
根據SolidWorks提供的APl接口函數,利用Visual Basic對SolidWorks進行二次開發。因為所有API函數名與VB Script的函數名相同或類似,所以利用VB對其:次開發較為方便。由SolidWorks提供的宏工具對葉輪建模進行宏錄制,然后再將宏代碼復制到VB中進行編輯以實現參數化建模的應用程序,這樣可節省很多時間。
葉輪自動建模部分代碼如下:
程序通過編譯后,運行時有兩種方法可供選擇,一種是生成可執行文件exe可以直接運行,另一種方法是將應用程序掛在Solidworks面板上,以執行宏方式運行此程序。
4結束語
提出了離心泵葉輪的自動建模,探討了離心泵葉輪的建模原理,研究了在SolidWorks環境下應用程序的二次開發,完成了在Solidworks環境下對離心泵葉輪的自動建模,給出了具體的實現方法。
通過對離心泵葉輪的自動建模系統的開發,可以將這種思想推廣到其他CAD軟件開發當中,方法類似,這樣既使CAD軟件得到了充分的發揮,又滿足了高效設計的需求,同時使得產品的設計周期減短.質量也大大提高。
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