基于proe的屏蔽電泵三維造型與機(jī)構(gòu)仿真

2013-05-25  by:廣州有限元分析、培訓(xùn)中心-1CAE.COM  來(lái)源:仿真在線

在分析屏蔽電泵造型和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的基礎(chǔ)上,介紹了基于proe平臺(tái)的屏蔽電泵二次開(kāi)發(fā)過(guò)程,詳細(xì)說(shuō)明了主要部件三維實(shí)體造型方法,以及整個(gè)泵的裝配和機(jī)構(gòu)仿真的全過(guò)程,摒棄了泵的傳統(tǒng)二維設(shè)計(jì)方法,大大提高了設(shè)計(jì)效率,為泵三維CAD/CAM提供了強(qiáng)有力的工具,具有廣闊的應(yīng)用前景。

吳婷 張禮兵 來(lái)源:萬(wàn)方數(shù)據(jù)
關(guān)鍵字:屏蔽電泵 三維造型 機(jī)構(gòu)仿真 proe

0前言

隨著現(xiàn)代制造技術(shù)的飛速發(fā)展,泵CAD技術(shù)在我國(guó)取得了巨大的進(jìn)步。但是由于泵內(nèi)部流動(dòng)及其結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性,現(xiàn)有的泵水力設(shè)計(jì)大部分還尚未完全融人三維實(shí)體模型可視化技術(shù)。無(wú)論是有限元分析、數(shù)控加工等,都需要提供三維造型數(shù)據(jù)模型。很顯然,這種用2D工程圖來(lái)描述3D產(chǎn)品模型的假三維造型的做法,已不能滿足現(xiàn)代CAD與CAM的需要。
本研究利用proe實(shí)現(xiàn)了屏蔽電泵的各零件的實(shí)體造型和組件裝配,并對(duì)整個(gè)泵的運(yùn)動(dòng)干涉過(guò)程進(jìn)行研究。

1屏蔽電泵的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

    屏蔽電泵的基本結(jié)構(gòu),如圖1所示。

電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子和泵的葉輪固定在同一根軸上,定子內(nèi)表面和轉(zhuǎn)子外表面裝有用非磁性耐腐蝕金屬薄板做成的屏蔽套,另外,在各自的側(cè)面用耐腐蝕的金屬厚板與其焊接密封起來(lái),使定子鐵芯和轉(zhuǎn)子鐵芯不與輸送液體接觸,以避免浸蝕。

2屏蔽電泵主要零件的設(shè)計(jì)

2. 1葉輪的設(shè)計(jì)

葉輪是整個(gè)泵的關(guān)鍵部件,目前,葉片水力設(shè)計(jì)CAD的輸出結(jié)果,一般仍然是給出二維的葉片木模圖,這種方法制造精度差。因此本研究根據(jù)葉輪水力設(shè)計(jì)原則,選擇VC十+為開(kāi)發(fā)工具,以Pro/ E為平臺(tái),開(kāi)發(fā)一個(gè)CAD軟件,創(chuàng)建一個(gè)proe接口模塊,將其數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成proe接受的數(shù)據(jù)文件格式,就可生成三維模型。proe所支持的數(shù)據(jù)文件是后綴名為ibl的文件,具體內(nèi)容為:

其中,數(shù)字部分第I行是點(diǎn)坐標(biāo)的編號(hào),編號(hào)右邊依次是直角坐標(biāo)的X,Y,Z坐標(biāo)值C
根據(jù)葉片軸面流線分點(diǎn)坐標(biāo)和方格網(wǎng)包角變換法繪型原理可知,每個(gè)分點(diǎn)都可用柱面坐標(biāo)形式表示(y,θ,x),將柱面坐標(biāo)轉(zhuǎn)換成直角坐標(biāo),即為( ycosθ, ysinθ, x )。因此,將軟件系統(tǒng)計(jì)算得到的型值點(diǎn)數(shù)據(jù)通過(guò)文件輸出模塊以文本格式(* . IBL文件)保存起來(lái),即轉(zhuǎn)化成proe所支持的數(shù)據(jù)文件格式。
生成接口文件后,通過(guò)選擇 proe軟件中的"插人(inset)"-"基準(zhǔn)(datum )"-"曲線(curve )"-"來(lái)自文件(from file ) ",選擇proe系統(tǒng)中的一個(gè)坐標(biāo)系,然后選擇上面保存的葉片型值點(diǎn)文件"* . IBL" ,即可將葉片型值點(diǎn)數(shù)據(jù)輸人到proe中,并自動(dòng)連成曲線。將此3條曲線看作是葉片工作面上的3條流線。曲線形成后,即可運(yùn)用proe的邊界混合Boundarie。工具,將所形成的葉片流線連成曲面,如圖2所示。
用同樣的方法可生成背面曲面。葉片與前后蓋板的貼合面均是回轉(zhuǎn)面的一部分。以葉片與前蓋板的貼合面為例,將前蓋板流線繞葉輪軸旋轉(zhuǎn)3600,即得前蓋板回轉(zhuǎn)面。利用CAD軟件的曲面裁剪功能,將前蓋板回轉(zhuǎn)面與葉片自由曲面體進(jìn)行相應(yīng)的剪裁(Trim)即可得葉片與前蓋板的貼合面。同理,可以生成葉片與后蓋板的貼合面。葉片的工作面、背面、與前后蓋板的貼合面、進(jìn)水邊面和出水邊面在空間形成一個(gè)封閉的空間曲面體二采用實(shí)體造型的邊界表示法,將該封閉的曲面體生成最終的三維實(shí)體(即葉片體)。在對(duì)其進(jìn)行旋轉(zhuǎn)后陣列,即可得到其他的葉片,如圖3所示。

2. 2泵體的設(shè)計(jì)

泵體包括吸水室、蝸殼和出水彎管3部分,其中蝸殼的三維造型尤為重要。蝸殼創(chuàng)建的大致步驟為:過(guò)基圓的圓心,用8個(gè)互成45。的平面切割室,隔舌位置處也要建立平面,分別以這幾個(gè)平面為草繪平面,作出蝸殼的斷面輪廓,再利用proe的掃面混合功能就可得到蝸室曲面。
其他部分均可采用相同的方式構(gòu)建,然后與吸水室和出水彎管共同構(gòu)建出泵體模型,如圖4所示。

2. 3滑動(dòng)軸承設(shè)計(jì)

屏蔽泵一般采用滑動(dòng)軸承,軸承設(shè)計(jì)是整個(gè)泵設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵之一?？紤]各方面的因素后,設(shè)計(jì)好的三維模型,如圖5所示。

2.4其他零件的三維模型

其它零件結(jié)構(gòu)大致上都為回轉(zhuǎn)類,只不過(guò)復(fù)雜性不同,主要應(yīng)用旋轉(zhuǎn)(Revolve)建模法。

3機(jī)構(gòu)仿真

3.1組件裝配

在裝配模式下,選擇"插入(Insert )"-"7G件( Component"-"裝配( Assemble )"命令,進(jìn)人元件放置(Component Placement)對(duì)話框,點(diǎn)擊對(duì)話框上部的連接(Connection)字段,展開(kāi)連接界面,本研究提供了8種連接方式,如表1所示。

3.1.1屏蔽泵總組件
 
首先新建一個(gè)屏蔽電泵總組件,從屏蔽電泵的運(yùn)動(dòng)原理來(lái)看,可以把支座、支架、泵殼體、法蘭、前后軸承座、泵體、軸承、定子等零件看作是不動(dòng)的組件,并按此順序以固定(Rigid)方式--裝配進(jìn)來(lái)。另外,由于為了易于在以后裝配傳動(dòng)軸等零件,以及看清葉輪和電機(jī)在泵體內(nèi)部進(jìn)行旋轉(zhuǎn)的運(yùn)動(dòng)過(guò)程,最好將裝好的殼體、端蓋等組件進(jìn)行半剖。

3.1.2轉(zhuǎn)子組件

轉(zhuǎn)子組件是由傳動(dòng)軸、轉(zhuǎn)子、葉輪等組成的子組件。由于葉輪是通過(guò)傳動(dòng)軸上的鍵與傳動(dòng)軸配合,在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中是和傳動(dòng)軸一起旋轉(zhuǎn)的,最好先把轉(zhuǎn)子和葉輪以固定的方式裝到傳動(dòng)軸上,形成一個(gè)轉(zhuǎn)子組件。而轉(zhuǎn)子組件是在殼體里的軸承里作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。因此,將其以銷釘(Pin 方式裝配到總組件當(dāng)中。裝配渲染后的結(jié)果,如圖6所示。

3. 2. 1創(chuàng)建伺服電動(dòng)機(jī)

伺服電動(dòng)機(jī)好比機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力源,只有定義它,機(jī)構(gòu)才會(huì)動(dòng)起來(lái),因此只要將創(chuàng)建的伺服電動(dòng)機(jī)的連接軸選取為轉(zhuǎn)子組件,裝配到泵總組件的銷釘接頭,并輸人轉(zhuǎn)速就可以了。

3.2.2創(chuàng)建運(yùn)動(dòng)學(xué)分析

選取"機(jī)構(gòu)(Mechanism )"-"分析(Analyses)"。建立運(yùn)動(dòng)分析,類型選取"運(yùn)動(dòng)學(xué)",然后輸人運(yùn)動(dòng)時(shí)間,單擊"運(yùn)行",運(yùn)動(dòng)就開(kāi)始了,如果上一步裝配錯(cuò)誤或裝死了,機(jī)構(gòu)就動(dòng)不了了。

3.2.3進(jìn)行千步檢查并保存結(jié)果

選擇"機(jī)構(gòu)"( Mechanism)"回放"( Playback )打開(kāi)"回放"(Playbacks)對(duì)話框,單擊"保存"可將整個(gè)運(yùn)動(dòng)分析文件結(jié)果保存起來(lái)。還可將整個(gè)運(yùn)動(dòng)的動(dòng)畫(huà)過(guò)程保存成電影格式文件。
另外,還可以對(duì)某個(gè)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡或某個(gè)連接所受的力等進(jìn)行測(cè)量。

4結(jié)束語(yǔ)

本研究通過(guò)對(duì)屏蔽泵結(jié)構(gòu)的深人分析,充分利用proe的各種資源,完成了整個(gè)組件的三維造型設(shè)計(jì)和機(jī)構(gòu)仿真。
proe的強(qiáng)大功能不僅能夠?qū)崿F(xiàn)CAD/CAM一體化,而且可作為產(chǎn)品結(jié)構(gòu)分析、故障分析、振動(dòng)分析等有力工具,具有巨大的教學(xué)、科研利用價(jià)值,以及廣泛的應(yīng)用前景。

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