搜索叶轮参数建模系统
2013-05-23 by:广州有限元分析、培训中心-1CAE.COM 来源:仿真在线
张健伟 杨昌明 来源:万方数据
关键字:泵 叶轮 自动建模 曲面 SolidWorks
针对离心叶轮建模的难点,探讨了基于SolidWorks环境下离心叶轮的三维设计方法与参数化设计的原理,给出了SolidWorks构造曲线曲面的数学模型。通过VB、Microsoft Access对SolidWorks进行二次开发实现了离心叶轮自动建模。对离心泵叶片的空间扭曲问题提出了有效的解决方法,提高了建模效率和设计精度。
在机械设计尤其在三维设计中,利用计算机软件来完成机械零件设计已经成为主流,并且是不可短缺的。设计的参数化、自动建模以及自动输出数控机床的加工代码更是成为企业加工的主要手段。泵在国民生产生活中广泛使用,离心泵则更为普遍。而泵叶片的形状又较为复杂,多数存在扭曲,在设计泵叶轮时,叶片的造型是重要的环节,在设计中占主要地位,且设计过程较为复杂。如果用传统的设计方法,会使设计人员耗费大量时间,效率会很低,误差也较大,而且设计过程中会遇到很多复杂的难以控制的问题,因此有必要开发一个参数化的建模系统以减少不必要的开发时间来提高效率和精度。
1工具
SolidWorks:Solidworks是基于Parasolid几何造型核心,采用VC+十编程和面向对象的数据库来开发的,是一套基于Windows的CAD/CAE/CAM/PDM桌面集成系统,集设计、分析、加工和数据管理于一体;solidworks还提供了大量的APl ,Solidworks APl是Solidworks的OLE应用程序开发接口,用户可以利用它并通过支持OLE编程的开发工具,如Visual Basic,C,Visual C++等对Solidworks进行一:次开发,建立适合用户需要的、专用的Solidworks功能模块。
Visual Basic 6.0: Visual Basic提供了开发windows应用程序迅速、简洁的方法。具有面向对象的可视化编程、事件驱动的编程方式、结构化的程序设计语言、应用程序集成开发环境、支持多种数据库系统的访问、支持动DDE,DLL和。LE等特点。
Microsoft Access: Microsoft Acces,是Microsoft的软件:Office的组建之一,是在windows环境下运行的关系型数据库管理系统。通过Access可以方便的建立用户需要的数据库,与Solidworks连接。
2建模原理
离心泵的叶片通常是空间扭曲的,加上曲面精度要求较高,因此叶片的工作面与背面造型是叶轮建模的关键问题。
这里是经从线框到实体造型的过程来完成叶片建模的,即首先构造出组成叶片的轮廓线框,为使叶片有更好的精度,这其中还包括工作面与背面上的轴面截线,所有这些曲线都是由Solidworks软件的Curve Through Free Points命令绘制的。这样,有了叶片的轮廓线框,就相当于有了叶片的骨架,然后再根据叶片骨架将叶片实体化。
在Solidworks中,可以完成将叶片线框实体化的特征命令只有扫描与放样,二者进行比较,扫描特征中的扫描路径较难确定的,且扫描轮廓也不唯一,因为叶片存在扭曲问题,采用放样特征较为合理,且精度高。Solidworks采用NURBS ( non-uniform rational B-spline)构造曲线曲面。在CAGD的曲线曲面造型技术中,NURBS是当前公认的一种较为满意的解决方案。NURBS曲线曲面函数式分别为:
NURBS技术可以精确表示规则曲线与曲面,把规则曲面和自由曲面统一起来,易于对曲线曲面形状的控制和修改,是非有理贝齐尔和B样条形式的真正推广。这样采用放样特征将叶片轮廓线框进行实体化的模型曲面光滑性、连续性都非常好(图1).
盖板建模较为简单,根据图2给定的参数经过计算结合经验参数确定盖板厚度,绘出截面轮廓面轮进行旋转,形成的前后盖板与先前的叶片配合在一起,再将叶片圆周阵列形成叶轮。(见图3).
3系统开发
目前CAD/CAM系统的开发主要有两种方式,一种是从底层作起,另一种是基于CAD/CAM软件平台的二次开发,有开发周期短、见效快、稳定性好等特点。笔者采用后者。
总体思想是根据SolidWorks系统所提供的API接口进行编程,对离心泵叶轮建模二次开发。系统工作流程为:由用户界面访问数据库,然后根据从数据库中所提取的数据对叶轮进行自动建模,最后显示出叶轮模型实体。其中用户界面和显示叶轮实体模型是前台部分,数据库和自动建模是后台部分。
用户界面提供给用户的功能有:创建数据库、修改数据库、提取数据建模,主要的工作是完成从数据库中提取叶轮参数传给自动建模模块进行建模。这里VB所开发的用户界面与数据库的连接主要有三种方式,即Access数据库引擎、Microsoft ODBC驱动程序、第三方ODBC驱动程序。笔者选用的是第一种方式,因为Access是VB的"内部数据库",即在VB中可以直接建立Access数据库,因为叶轮参数量不大,这样较为方便,又可以满足需要。
数据库中所存放的是叶片的参数数据,都是Access数据表,表中的的字段为各个点的坐标。用户可以选取数据库中已有的数据建模,亦可以由用户自己建立新的数据库或是对已有数据进行修改再使用。对数据进行修改有两种途径,一种就是通过用户界面中的修改数据功能,另一种是直接访问Access数据表,对表中数据进行修改,这样更为直接方便,但需要用户对表中数据了解,否则容易出错。
自动建模部分是根据从数据库中提取的叶轮数据参数按上述建模原理进行建模。首先由提取的点坐标数据生成叶片的所有轮廓曲线,分别是过流面上的轮廓曲线和控制放样轨迹的约束曲线,再由这些曲线放样生成叶片实体,即叶片曲面的构造。然后根据用户所提供的参数经过计算同时结合经验参数确定盖板厚度,选择盖板轮廓和中心线(SolidWorks中草图的中心线)进行旋转,形成前后盖板,与叶片配合在一起,然后将单片叶片进行圆周阵列,从而形成叶轮。
根据SolidWorks提供的APl接口函数,利用Visual Basic对SolidWorks进行二次开发。因为所有API函数名与VB Script的函数名相同或类似,所以利用VB对其:次开发较为方便。由SolidWorks提供的宏工具对叶轮建模进行宏录制,然后再将宏代码复制到VB中进行编辑以实现参数化建模的应用程序,这样可节省很多时间。
叶轮自动建模部分代码如下:
程序通过编译后,运行时有两种方法可供选择,一种是生成可执行文件exe可以直接运行,另一种方法是将应用程序挂在Solidworks面板上,以执行宏方式运行此程序。
4结束语
提出了离心泵叶轮的自动建模,探讨了离心泵叶轮的建模原理,研究了在SolidWorks环境下应用程序的二次开发,完成了在Solidworks环境下对离心泵叶轮的自动建模,给出了具体的实现方法。
通过对离心泵叶轮的自动建模系统的开发,可以将这种思想推广到其他CAD软件开发当中,方法类似,这样既使CAD软件得到了充分的发挥,又满足了高效设计的需求,同时使得产品的设计周期减短.质量也大大提高。
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