基于proe的屏蔽电泵三维造型与机构仿真

2013-05-25 by:广州有限元分析、培训中心-1CAE.COM 来源:仿真在线

在分析屏蔽电泵造型和结构特点的基础上,介绍了基于proe平台的屏蔽电泵二次开发过程,详细说明了主要部件三维实体造型方法,以及整个泵的装配和机构仿真的全过程,摒弃了泵的传统二维设计方法,大大提高了设计效率,为泵三维CAD/CAM提供了强有力的工具,具有广阔的应用前景。

吴婷张礼兵来源:万方数据
关键字:屏蔽电泵三维造型机构仿真 proe

0前言

随着现代制造技术的飞速发展,泵CAD技术在我国取得了巨大的进步。但是由于泵内部流动及其结构的复杂性,现有的泵水力设计大部分还尚未完全融人三维实体模型可视化技术。无论是有限元分析、数控加工等,都需要提供三维造型数据模型。很显然,这种用2D工程图来描述3D产品模型的假三维造型的做法,已不能满足现代CAD与CAM的需要。
本研究利用proe实现了屏蔽电泵的各零件的实体造型和组件装配,并对整个泵的运动干涉过程进行研究。

1屏蔽电泵的结构特点

屏蔽电泵的基本结构,如图1所示。

基于proe的屏蔽电泵三维造型与机构仿真+有限元项目服务资料图图片1

电动机的转子和泵的叶轮固定在同一根轴上,定子内表面和转子外表面装有用非磁性耐腐蚀金属薄板做成的屏蔽套,另外,在各自的侧面用耐腐蚀的金属厚板与其焊接密封起来,使定子铁芯和转子铁芯不与输送液体接触,以避免浸蚀。

2屏蔽电泵主要零件的设计

2. 1叶轮的设计

叶轮是整个泵的关键部件,目前,叶片水力设计CAD的输出结果,一般仍然是给出二维的叶片木模图,这种方法制造精度差。因此本研究根据叶轮水力设计原则,选择VC十+为开发工具,以Pro/ E为平台,开发一个CAD软件,创建一个proe接口模块,将其数据转换成proe接受的数据文件格式,就可生成三维模型。proe所支持的数据文件是后缀名为ibl的文件,具体内容为:

基于proe的屏蔽电泵三维造型与机构仿真+有限元项目服务资料图图片2

其中,数字部分第I行是点坐标的编号,编号右边依次是直角坐标的X,Y,Z坐标值C
根据叶片轴面流线分点坐标和方格网包角变换法绘型原理可知,每个分点都可用柱面坐标形式表示(y,θ,x),将柱面坐标转换成直角坐标,即为( ycosθ, ysinθ, x )。因此,将软件系统计算得到的型值点数据通过文件输出模块以文本格式(* . IBL文件)保存起来,即转化成proe所支持的数据文件格式。
生成接口文件后,通过选择 proe软件中的"插人(inset)"-"基准(datum )"-"曲线(curve )"-"来自文件(from file ) ",选择proe系统中的一个坐标系,然后选择上面保存的叶片型值点文件"* . IBL" ,即可将叶片型值点数据输人到proe中,并自动连成曲线。将此3条曲线看作是叶片工作面上的3条流线。曲线形成后,即可运用proe的边界混合Boundarie。工具,将所形成的叶片流线连成曲面,如图2所示。
用同样的方法可生成背面曲面。叶片与前后盖板的贴合面均是回转面的一部分。以叶片与前盖板的贴合面为例,将前盖板流线绕叶轮轴旋转3600,即得前盖板回转面。利用CAD软件的曲面裁剪功能,将前盖板回转面与叶片自由曲面体进行相应的剪裁(Trim)即可得叶片与前盖板的贴合面。同理,可以生成叶片与后盖板的贴合面。叶片的工作面、背面、与前后盖板的贴合面、进水边面和出水边面在空间形成一个封闭的空间曲面体二采用实体造型的边界表示法,将该封闭的曲面体生成最终的三维实体(即叶片体)。在对其进行旋转后阵列,即可得到其他的叶片,如图3所示。

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2. 2泵体的设计

泵体包括吸水室、蜗壳和出水弯管3部分,其中蜗壳的三维造型尤为重要。蜗壳创建的大致步骤为:过基圆的圆心,用8个互成45。的平面切割室,隔舌位置处也要建立平面,分别以这几个平面为草绘平面,作出蜗壳的断面轮廓,再利用proe的扫面混合功能就可得到蜗室曲面。
其他部分均可采用相同的方式构建,然后与吸水室和出水弯管共同构建出泵体模型,如图4所示。

2. 3滑动轴承设计

屏蔽泵一般采用滑动轴承,轴承设计是整个泵设计中的关键之一。考虑各方面的因素后,设计好的三维模型,如图5所示。

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2.4其他零件的三维模型

其它零件结构大致上都为回转类,只不过复杂性不同,主要应用旋转(Revolve)建模法。

3机构仿真

3.1组件装配

在装配模式下,选择"插入(Insert )"-"7G件( Component"-"装配( Assemble )"命令,进人元件放置(Component Placement)对话框,点击对话框上部的连接(Connection)字段,展开连接界面,本研究提供了8种连接方式,如表1所示。

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3.1.1屏蔽泵总组件

首先新建一个屏蔽电泵总组件,从屏蔽电泵的运动原理来看,可以把支座、支架、泵壳体、法兰、前后轴承座、泵体、轴承、定子等零件看作是不动的组件,并按此顺序以固定(Rigid)方式--装配进来。另外,由于为了易于在以后装配传动轴等零件,以及看清叶轮和电机在泵体内部进行旋转的运动过程,最好将装好的壳体、端盖等组件进行半剖。

3.1.2转子组件

转子组件是由传动轴、转子、叶轮等组成的子组件。由于叶轮是通过传动轴上的键与传动轴配合,在运动过程中是和传动轴一起旋转的,最好先把转子和叶轮以固定的方式装到传动轴上,形成一个转子组件。而转子组件是在壳体里的轴承里作旋转运动。因此,将其以销钉(Pin 方式装配到总组件当中。装配渲染后的结果,如图6所示。

3. 2. 1创建伺服电动机

伺服电动机好比机构运动的动力源,只有定义它,机构才会动起来,因此只要将创建的伺服电动机的连接轴选取为转子组件,装配到泵总组件的销钉接头,并输人转速就可以了。

3.2.2创建运动学分析

选取"机构(Mechanism )"-"分析(Analyses)"。建立运动分析,类型选取"运动学",然后输人运动时间,单击"运行",运动就开始了,如果上一步装配错误或装死了,机构就动不了了。

3.2.3进行千步检查并保存结果

选择"机构"( Mechanism)"回放"( Playback )打开"回放"(Playbacks)对话框,单击"保存"可将整个运动分析文件结果保存起来。还可将整个运动的动画过程保存成电影格式文件。
另外,还可以对某个点的运动轨迹或某个连接所受的力等进行测量。

4结束语

本研究通过对屏蔽泵结构的深人分析,充分利用proe的各种资源,完成了整个组件的三维造型设计和机构仿真。
proe的强大功能不仅能够实现CAD/CAM一体化,而且可作为产品结构分析、故障分析、振动分析等有力工具,具有巨大的教学、科研利用价值,以及广泛的应用前景。

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