軸流泵是一種通用的機械產品,廣泛應用于農田灌溉,給水排水。隨著CAD技術的發展與開發應用,水泵的計算機輔助設計日趨成熟。但水泵行業中的CAD設計系統進行三維造型,特別是三維自動建模的應用還不多見。目前在需要水泵三維模型的場合,如利用Fluent軟件進行CFD分析時,一般是手工交互建模。一方面要求用戶掌握足夠的建模知識,另一方面不利于模型的重復利用及快速修改。
葉輪是軸流泵的核心部分,一方面它與泵的揚程、流量、效率和抗汽蝕性能等有著重要關系;另一方面,其形狀復雜,難以進行三維精確描述,給設計結果的分析造成了障礙。為此,對軸流泵葉輪的參數化設計進行研究,以實現葉輪三維模型的自動建模。
1軸流泵葉輪的建模方法
軸流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。
軸流泵葉輪木模圖是多個與葉輪同心的假想圓柱面截切葉片所得的圖形,木模圖描述了各截面上的翼形型值點數據。在SolidWorks軟件中,由這些型值點所生成的輪廓曲線不是平面曲線,因而不能用實體放樣的方法直接建立葉片實體。為此,需先進行葉片的曲面造型,即采用多點成線,線簇成面,面構成體的建模過程。
軸流泵葉輪建模過程如下:
(1)建立輪廓曲線根據各截面的翼形型值點數據,利用SolidWorks軟件提供的通過空間自由點的樣條曲線繪制空間曲線的功能,生成各個截面上的輪廓曲線;同時,創建2條引導線;
(2)放樣放樣曲面建模較為靈活,可以選擇2個或2個以上的輪廓進行放樣,并且在選擇約束曲線時也比掃描曲面簡單方便,放樣曲面的方法方便合理,且精度較高,在所建輪廓線與引導線的基礎上,通過曲面放樣命令得到葉片曲面;
(3)延伸通常情況下,設計結果或圖樣均沒有提供葉片與輪毅結合部分的數據,故生成的葉片曲面與輪毅面之間有一定的間隙,如圖1所示。為了使由有限截面的翼形數據生成的葉片模型盡可能接近真實形狀,采用曲面延伸命令把葉片曲面向葉根方向延伸一定距離,使之與輪毅面相交,如圖2所示。同時,因建模需要,亦將葉片曲面向葉頂方向延伸;
(4)剪裁首先,利用輪毅面剪裁延伸曲面,保留輪毅面外圍的延伸曲面,生成一個剪裁曲面。其次,利用該剪裁曲面去剪裁輪毅面,生成葉根處的剪切曲面1。最后,利用該剪裁曲面去剪裁過葉頂的圓柱面,生成葉頂處的剪切曲面2;
(5)縫合通過曲面縫合命令把剪裁后的葉片曲面,剪切曲面1和剪切曲面2縫合為一個完整的曲面;
(6)填充采用曲面加厚命令把縫合曲面加厚為實體,如圖3所示。
最后,建立輪毅實體,并將上述葉片實體以輪嘲的中心線為陣列軸進行圓周陣列,生成軸流泵葉輪實體模型,如圖4所示。
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