寧夏銀川能源學(xué)院機械與汽車工程學(xué)院　　馬婕　張衛(wèi)軍

基于SolidWorks的扭曲葉片三維參數(shù)化造型系統(tǒng)的開發(fā)

寧夏銀川能源學(xué)院機械與汽車工程學(xué)院馬婕張衛(wèi)軍

扭曲葉片的3D造型是實現(xiàn)葉輪3D造型、葉輪流場CFD數(shù)值模擬及葉片CAM的關(guān)鍵。為實現(xiàn)扭曲葉片的3D參數(shù)化造型，本文以SolidWorks為平臺，Microsoft Excel為數(shù)據(jù)庫，應(yīng)用VB程序和Solid-Works API函數(shù)，基于二維木模圖上扭曲葉片表面離散的型值點，采用無原型參數(shù)化方法實現(xiàn)了扭曲葉片的3D參數(shù)化造型。為生成葉輪3D造型和CFD/CAM奠定了基礎(chǔ)。

SolidWorks；扭曲葉片；參數(shù)化；宏程序

引言

離心泵的CFD計算和CAM制造都是以葉輪的3D模型為前提。而葉片的3D模型是生成葉輪3D模型的關(guān)鍵和難點。

離心泵葉片分圓柱形和扭曲形兩種。文獻［2-3］講述了離心泵圓柱葉片的三維參數(shù)化建模。本文僅討論扭曲葉片的3D參數(shù)化建模，該方法同樣適合圓柱葉片的三維參數(shù)化建模。

文獻［4-5］引用雙三次Bezier曲面，利用反演計算確定扭曲葉片控制頂點的方法獲得扭曲葉片造型。該造型方法精度較低，不宜用于后期質(zhì)量設(shè)計和特性分析。

本文依據(jù)泵水力設(shè)計CAD軟件得到木模圖上扭曲葉片表面離散的型值點，應(yīng)用無原型參數(shù)化建模方法實現(xiàn)了扭曲葉片的3D參數(shù)化建模，為實現(xiàn)離心泵葉輪的3D造型奠定了基礎(chǔ)。

1　確定扭曲葉片參數(shù)化建模方案

扭曲葉片是復(fù)雜的空間自由曲面，無法精確描述，依據(jù)泵水力設(shè)計CAD軟件獲得的扭曲葉片的二維木模圖上離散的型值點是用于扭曲葉片造型的唯一數(shù)據(jù)。因而，通過尺寸變量驅(qū)動原型生成系列化葉片模型是行不通的。結(jié)合扭曲葉片的特點，以三維CAD軟件SolidWorks為平臺，用可視化編程軟件VB為開發(fā)工具，用VB提供的OLE控件封裝Microsoft Excel數(shù)據(jù)表，通過無原型參數(shù)化程序，由點到面，由面到體，最終放樣生成與設(shè)計參數(shù)相符的扭曲葉片的3D模型。

2　扭曲葉片無原型參數(shù)化建模流程

依據(jù)泵水力設(shè)計CAD軟件生成扭曲葉片的水力模型，讀取、轉(zhuǎn)換木模圖上扭曲葉片的型值點并保存于Excel數(shù)據(jù)表，由參數(shù)化程序獲取型值點，生成單個扭曲葉片的三維框架和實體流程如圖1所示，經(jīng)圓周陣列生成扭曲葉片的3D參數(shù)化模型。

圖1　無原型參數(shù)化建模流程圖

3　扭曲葉片的數(shù)學(xué)描述

依據(jù)泵水力設(shè)計CAD軟件得到的比轉(zhuǎn)速120，流量23m3/h，

離心泵葉片的軸面截線圖和木模圖，如圖2（a）、2（b）所示。

圖2　（a）葉片軸面截線圖

圖2?。╞）葉片木模圖

3.1型值點坐標(biāo)的讀取/轉(zhuǎn)換

葉片軸面截線圖上獲取的葉片表面型值點坐標(biāo)用（r，θ，Z）表示，而SolidWorks軟件中點坐標(biāo)用（X，Y，Z）描述，因此需要將該柱面坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換成笛卡爾直角坐標(biāo)系。文獻［6］詳細介紹了型值點坐標(biāo)的讀取/轉(zhuǎn)換步驟，這里不再贅述。本文在讀取和轉(zhuǎn)換扭曲葉片表面的型值點坐標(biāo)時，采用了同樣的方法。最后將木模圖上的型值點（r，θ，Z）和轉(zhuǎn)化后的坐標(biāo)（X，Y，Z）存儲至Microsoft Excel軟件，如圖3所示，供參數(shù)化程序調(diào)用。

圖3　扭曲葉片表面型值點數(shù)據(jù)表

4　扭曲葉片無原型參數(shù)化建模主要程序

下面僅將VB開發(fā)SolidWorks生成扭曲葉片中比較重要的參數(shù)化程序歸納如下［7］。

DimswApp As Object'聲明Sldworks應(yīng)用程序?qū)ο?/p>

Set swApp=CreateObject（"SldWorks.Application"）'打開solidworks應(yīng)用程序

swApp.ExitApp'退出solidworks

DimPart As Object'創(chuàng)建solidworks零件圖

DimxlApp As Excel.Application'定義excel對象

Set xlApp=CreateObject（"Excel.Application"）'啟動Excel對象

DimxlBook As Excel.Workbook

DimxlSheet As Excel.Worksheet'打開EXCEL數(shù)據(jù)文件

Set xlBook=xlApp.Workbooks.Open（"APP.Path&””型值點. xls"）Set xlSheet=xlBook.Worksheets（"sheet1"）'打開并激活工作表

xlSheet.Activate

OLE1.CreateLink"APP.Path&””型值點.xls"'在OLE中打開EXCEL表

畫扭曲葉片的軸面截線程序如下：

For k=3 To200

If OLE1.object.Sheets（1）.Cells（k，3）.Value=""Then

boolstatus=Part.InsertCurveFileEnd（）'結(jié)束繪制3d樣條曲線曲線

Part.ClearSelection2 True

Set Part=swApp.ActiveDoc

Part.InsertCurveFileBegin'繪制3d樣條曲線曲線

Else

boolstatus=Part.InsertCurveFilePoint（OLE1.object.Sheets（1）. Cells（k，3）*0.001，OLE1.object.Sheets（1）.Cells（k，4）*0.001，OLE1.object.Sheets（1）.Cells（k，5）*0.001）

End If

Next k

運行參數(shù)化程序后，即可得扭曲葉片3D模型，如圖4（a）、4 （b）、4（c）所示。

圖4?。╝）扭曲葉片框架

圖4　（b）扭曲葉片

圖4?。╟）扭曲葉片3D模型

5　總結(jié)

以SolidWorks為開發(fā)平臺，采用無原型參數(shù)化建模方法實現(xiàn)了扭曲葉片的3D參數(shù)化模型。造型精度高、速度快，大大縮短了泵的設(shè)計周期，為后續(xù)生成葉輪的3D參數(shù)化造型、CFD模擬計算及葉片CAM奠定了基礎(chǔ)，該參數(shù)化方法同樣適用于其他葉片、機翼造型的開發(fā)。

［1］羅先武，季斌，許洪元.流體機械設(shè)計及優(yōu)化［M］.北京：清華大學(xué)出版社，2015.5.

［2］張艷偉.離心泵葉輪CAD系統(tǒng)及三維實體造型研究［D］.吉林大學(xué)，2005.

［3］王桃，嚴(yán)敬，宋文武.低比轉(zhuǎn)速離心葉輪圓柱形葉片的三維建模方法［J］.蘭州理工大學(xué)學(xué)報，2010（4）：43-46.

［4］袁春元，王琪.流體機械的扭曲葉片造型方法研究［J］.廣西大學(xué)學(xué)報，2010（5）：747-751.

［5］王剛，趙萬生，狄士春.扭曲葉片CAD造型方法的研究［J］.哈爾濱工業(yè)大學(xué)學(xué)報，1999（5）：94-97.

［6］嚴(yán)建華，滕國榮，朱連邦等.基于SolidWorks離心泵扭曲葉片三種精確建模方法［J］.制造業(yè)信息化，2014（11）：167-170.

［7］江洪，魏崢，王濤威等.SolidWorks二次開發(fā)實例解析［M］.北京：機械工業(yè)出版社，2004.

馬婕，1981年出生，寧夏銀川人，講師，碩士研究生。