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基于SolidWorks的离心通风机参数化建模

张师帅 秦松江 仇生生 蔡兆麟 / 华中科技大学能源学院 李欢峰/东软软件股份有限公司    

摘要 : 利用 Visual Basic 6.0 对 SolidWorks 软件进行二次开发,实现了离心通 风机建模的参数化及整机自动化装配。在参数化建模过程中,针对离心通风机各零部件的不同特性,采用了不同的建模方法。

关键词: 离心式通风机; SolidWorks ; 二次开发 ; 参数化

中图分类号: TH432      文献标识码: B

Parameterized Geometry Model for Centrifugal Fan Based on SolidWorks

Abstract: The parameterized geometry model and the whole automatic assemble of centrifugal fan are achieved by the secondary development for solidworks software using Visual-basic 6.0. In this process, the different ways are used to build the model according to the different characteristics of the parts in centrifugal fan.

Key words: centrifugal fan; SolidWorks; secondary development; parameterize


0 引言

  计算机辅助技术( CAM\CAE )的应用,极大地提高了产品研发的效率,降低了产品开发的成本。在产品的研发过程中,产品的三维 CAD 建模必不可少。而且随着产品结构、参数的变化,还需要对模型进行相应的调整,这其中需要花费大量的时间和人力。因此, 为了提高产品三维建模的速度,通过对三维 CAD 软件 SolidWorks 进行二次开发,实现产品三维建模的参数化具有重要的现实意义 [1-5] 。

  不同型号的离心通风机虽然尺寸不同,但结构相似 [6] ,便于进行参数化建模。本文拟通过对三维 CAD 软件 SolidWorks 进行二次开发,实现离心通风机建模的参数化。

1 SolidWorks 软件二次开发

  SolidWorks 提供上百个 API ( Application Program Interface )函数,用户可以使用 VB\VBA\VC\Delphi 等高级语言调用这些函数进行二次开发,建立适合于用户需要的、专用的 SolidWorks 参数化建模模块。

  SolidWorks 的 API 接口分为两种:一种是基于 OLE 对象链接和嵌入技术;另一种是基于 W indows 的 COM 开发技术。笔者采用 OLE 来调用 SolidWorks 的 API 函数,实现自动化建模操作。

  SolidWorks 的主要开发方法有 3 种:( 1 )程序驱动(代码驱动)。该方法的优点是灵活多变,可以通过选型生成不同结构的模型,但该方法编程复杂,每次建立模型程序代码要全部运行,耗时长;( 2 )尺寸驱动(图库驱动)。该方法通过改变模型的尺寸,来实现新模型的建立,代码简单,运行速度快。但该方法必须建立在原有模型的基础上,只能改变模型的尺寸大小,不能改变结构,并且必须在原有模型上标注需要进行驱动的尺寸;( 3 )配置生成。该方法首先通过 Excel 建立零件的尺寸表,然后将 Execl 尺寸表插入模型文件中生成配置。该方法简单快捷,但只适合于建立系列化零件。基于离心通风机不同零部件的几何特征,综合考虑建模的效率及灵活性,在离心通风机的参数化建模中,上述 3 种建模方法均能用到。

2 离心通风机参数化建模

  离心通风机主要由叶轮、蜗壳、集流器、进风箱和传动轴组成。以下就各个部件的参数化建模分别展开讨论。

2.1 参数化建模流程

  参数化建模的流程见图 1 。建模过程中所需数据可以从数据库调用,也可以直接从界面输入。

2.2 叶轮参数化建模

  叶轮是离心通风机所有部件中最为复杂的部件,它由前盘、叶片和后盘组成。建模的顺序是:叶片 — 前盘—后盘。对于弧形叶片和平板叶片,首先创建叶片的型线草图;然后拉伸为一个曲面,经剪切后,加厚形成为叶片。在完成单个叶片的建模后,叶轮中其余叶片由单叶片阵列生成。对于机翼型叶片,首先绘制出机翼型叶片的若干截面,放样生成实体,经剪切后形成叶片。前盘的建模比较简单,首先绘制前盘截面的一半;然后旋转生成整个前盘实体。后盘则由一个圆环拉伸即可生成。叶轮参数化建模界面见图 2 。

  从图2 中的叶轮参数化建模界面看出, 叶轮 参数化建模过程:首先选择风机型号,程序自动从数据库中调用与所选定风机型号相对应的数据,并显示在叶轮建模界面上;接下来选择风机类型,风机类型包括两种单吸和双吸两种。与之对应的双吸和单吸叶轮模型见图 3 。

    如果叶轮为单吸气,那么叶轮需要通过轴盘实现与转轴的配合。不同尺寸的叶轮,要求采用不同尺寸的轴盘。为此,轴盘的参数化建模采用针对不同型号的轴盘进行系列化轴盘设计,生成关于轴盘的配置。轴盘配置的生成过程:首先建立轴盘模型,在建模过程中需要标注草图尺寸和特征尺寸。接下来建立 Excel 工作表,在工作表的第一列输入轴盘型号,在工作表的第一行依次输入建模过程中需要标注的草图尺寸和特征尺寸的名称(注意:尺寸的名称可以在尺寸属性中查看和修改)。在 Excel 表的单元格中输入轴盘的型号和尺寸名称所对应的尺寸值。最后,将已建好的 Excel 表,通过 SolidWorks 的“插入系列零件设计表 ” 功能插入到 SolidWorks 中,即可生成配置。在叶轮建模时,只要选择相应型号的轴盘插入到叶轮模型中即可。轴盘的配置和模型见图 4 。

2.3 蜗壳参数化建模

  蜗壳的蜗旋线采用 4 段圆弧近似代替,建模顺序为蜗旋板—后侧板—前侧板—出口法兰—加固圈—进口—轴孔。绘制蜗旋板的截面草图,经拉伸生成蜗旋板。前侧板和后侧板的建模思路和蜗旋板一致。考虑到前侧板和后侧板在有些情况下的厚度不一样,因而不能完成一个侧板的建模后通过镜像来生成另一个侧板,两侧板必须建立不同的草图,通过对草图的拉伸而生成不同厚度的侧板。

蜗壳的数据输入包括两部分。一部分为与蜗壳型线相关的数据,包括 4 段圆弧的圆心和半径,蜗壳的出口长度、高度、宽度和蜗舌半径。这些数据是与叶轮直径相关的数据,随着叶轮直径的变化而成比例的变化。其余的蜗壳数据与叶轮直径没有直接关系,可以根据不同的要求合理设置尺寸的大小。

  蜗壳 参数化 建模界面和叶轮 参数化 建模界面类似,见图 5 。

  与单吸和双吸两种类型风机对应的 蜗壳模型见图 6 。


2.4  集风器参数化建模

  集风器的结构相对蜗壳和叶轮而言比较简单,其建模思路:以集风器截面的一半为草图进行绘制,然后经旋转生成实体。但是在实际的建模过程中,考虑到装配的需要,要对集风器的装配要素进行命名。而在 SolidWorks 实体模型中,实体元素(实体的边线和实体的面)的获取需通过相应元素的指针,实体模型中各元素的指针是按顺序进行分配的。由于安装盘位置的不确定,边或面的顺序发生改变,这样势必给配合元素的命名带来很多困难。因此,在建模过程中,一般先建立集风器与蜗壳之间需要进行配合的安装盘模型,经过对配合元素命名后,再生成整个集风器模型。集风器 模型见图 7 。

2.5 传动轴参数化建模

  传动轴一般由几段锥形轴或者几段阶梯轴组成,只需按照顺序输入各段轴两端的半径值和长度值,即可完成建模。在界面中输入轴端半径和轴长度后,进行判断,若轴两端的直径不同,则还需计算出轴的锥角,然后根据输入的轴长度将草图中绘制的圆拉伸成实体。当建立下一段轴时,可将已建立轴的端面作为基准面绘制草图,这样反复进行,直至完成整个传动轴的建模。

2.6 整机自动化装配

  当各个部件建模完成后,接下来对风机进行整体装配,这就需要对配合元素(实体的边线或者面)进行命名,以便于在装配过程中通过名称对配合元素进行操作。对实体面的命名不能由宏录制得到,需要通过代码来遍历所有面,并记下所需面在实体所有面中的排序,然后根据它的排序来选择面并且命名。对实体面的遍历不同于对实体边的遍历,对面的遍历代码如下:

Set body = Part.body

Set face=body.GetFirstFace

While Not Face Is Nothing

face.Select (false)

index=index +1

Set face=face.GetNextFace

Wend

  完成部件的配合元素命名后,对风机进行整体装配。装配顺序:传动轴 — 蜗壳—叶轮—集风器——轴承箱。装配时,先打开各个模型的零部件并激活文件;然后打开装配体,依次添加零部件。具体过程如下:

  首先,将传动轴作为第一个部件放入装配体中。为了便于装配,通常让传动轴零件模型中的原点与装配体中的原点保持一致,这需要进行矩阵转换。在 SolidWorks 中可以调用 MathUtility : CreateTransform 来创建一个矩阵,矩阵转换的元素是 16 个,分别表示如下:

( 1 )前 9 位是一个 3×3 的旋转子矩阵。

( 2 ) 10 ~ 12 位定义转换点。

( 3 ) 13 位是一个比例因子。

( 4 )最后的 3 位没有用到。

Retval=MathUtility.CreatTransform(ArrayData)

Retval : 指向创建的矩阵对象。

ArrayData : 16 位矩阵数据。

  当传动轴的位置确定后,安装蜗壳。分别由蜗壳的两个面和轴的两个面配合完成装配。通过调用部件名称和与之配合的面的名称来完成实体的装配。

  依次安装完成各个零件,即可完成风机的整体装配。图 8 给出了 双吸入离心通风机的装配体模型。

3 结论

  通过 VB6.0 对 SolidWorks 进行 二次开发,完成离心通风机的参数化建模及整体装配,简单可行,快速精确,极大地提高了在产品设计过程中建模的速度和效率。随着计算机性能的不断提高,计算机辅助设计已经成为产品开发的不可或缺的一个环节,针对不同的产品,为了快速高效的完成产品建模,对 CAD 软件的二次开发已经渗透到产品设计的各个领域。

  笔者在对 SolidWorks 进行二次开发过程中,不但完成了零部件的参数化建模及风机的自动化整体装配,而且利用 SolidWorks 的二维工程图功能完成了离心风机零件和装配体的二维工程图的自动化生成。

参 考 文 献

[1] 刘荣润,孙苏榕 . SolidWorks 二次开发技术 [J]. 机电产品开发与创新, 2004(2 ): 62-63.

[2] 张师帅,罗亮 . 空调用贯流风机叶轮几何建模的参数化 [J]. 风机技术, 2006(5):14-16.

[3] 张师帅,李伟华 . 空调用多翼离心风机几何建模的参数化 [J]. 风机技术, 2007( 5):26-28.

[4] 潘地林,施昆 . 基于 SolidWorks 的机翼型叶片造型 [J]. 风机技术, 2007(6 ):13-15.

[5] 赵韩,陈兴玉 . 基于 SolidWorks 二次开发的微小尺寸解决方法的探讨 [J]. 机械设计与制造, 2007(9):69-70.

[6] 李庆宜 . 通风机 [M] . 北京:机械工业出版社, 1981.

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  评论人:不锈钢网   打分:0 分  发表时间:2015-7-20 16:42:04
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  评论人:西门塔尔牛   打分:0 分  发表时间:2015-4-28 6:23:16
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