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基于Creo的BCL离心压缩机三维自顶向下设计方法研究

2018/1/16    来源:互联网    作者:王玉旌  吕晓峰      
关键字:BCL离心压缩机  自顶向下设计  骨架模型  参数控制  
阐述了基于Creo的三维自顶向下的设计方法,利用Creo软件中的骨架装配完成BCL型离心压缩机的虚拟装配——定义BCL压缩机的产品结构,将骨架中的设计参数依次传递到各级的零、部件,从而实现BCL型压缩机的参数化结构设计,也为BCL型离心压缩机的相似机型快速设计奠定了基础。

引言

    BCL型离心压缩机是一种大型结构复杂的装配体,零部件多,配合关系复杂,设计过程要考虑定子结构强度和转子稳定性。因此,采用三维自顶向下设计方法对产品的设计顺序、关联关系、装配流程等进行合理的分析,创建配置部件表和BOM表来展示产品的结构十分必要。

1 三维自顶向下设计方法

    自顶向下设计方法是一种由最顶层的产品结构传递设计规范到所有相关次系统的设计方法。

    离心压缩机传统的二维设计也可以理解为自顶向下设计方法,主导设计师通过离心压缩机本体的1比1图纸完成压缩机的整体布置、外形尺寸、以及零部件之间的装配关系进行表达。1比1图纸就是“顶”,通过1比1图纸来拆分零部件图的过程就是零部件的详细设计过程,即自顶向下的设计过程。

    虽然传统的二维设计方法也可以实现自顶向下的离心压缩机设计,但是在一张平面图上表达出离心压缩机近百多个零部件各个方位上的定位、尺寸和装配关系,是非常困难的。而且二维设计方法不能满足1比1图设计修改过程中各零部件之间装配关系的联动,给设计中的修正带来很多困难,同时埋下很多的隐患。

    在Creo中,自顶向下设计能够让1比1图中的信息变更自动反映到详细设计模型里。它通过骨架模型表达设计意图、定义参照关系并搭建产品结构,实现设计参数自顶向下的传递和共享。复杂产品通常会分解成多层次结构的设计单元,设计单元之间参数权限严格控制。

    骨架模型是产品基本结构的三维布局模型,设计参数是产品结构设计所需的设计意图、参照关系等参数化信息。

2 BCL离心压缩机自顶向下设计思路

2.1 BCL离心压缩机模型树搭建

    根据离心压缩机的逻辑结构层次来搭建和装配模型树。首先,创建总装配部件,在总装配部件中创建运动骨架,用于顶层设计参数和位置特征的创建。在运动骨架中创建流道、转子和定子三个骨架,用于接收运动骨架的设计参数和定位基准。然后创建转、定子的装配部件的模型树,并在转、定子装配部件中分别装配转、定子骨架。这样,顶层的设计信息将通过转、定子骨架分别传递到转、定子的装配体中。最后,完成转、定子装配体中的详细零部件的模型树的搭建。

2.2 BCL离心压缩机骨架模型

    骨架模型是实现特征驱动和参数化设计的关键。骨架模型是指在分析产品功能需求的基础上,在概念设计阶段抽象出产品的结构布局、设计约束、参照基准等,并利用参数草图构建描述产品空间布局、几何特征、拓扑关系等的空间线框构架的过程。

    基于BCL离心压缩机结构形式和装配关系,骨架需要创建为多层骨架结构,可以归纳为顶层控制骨架和底层形状骨架。以运动骨架作为顶层控制骨架,同时在下面创建了流道骨架、转子骨架和定子骨架三个控制子骨架,运动骨架作为顶层设计信息的载体,可以实现输入和管理设计参数。其中设计参数包括产品布局参数、产品框架设计参数和产品局部细节设计参数等。

    布局参数主要包括零部件间接口与定位、级的形式和安装定位,隔板、端盖区与机壳的配合与基准定位,隔板与叶轮的搭配等。产品框架设计参数主要包括叶轮模型级的直径、机壳的空间尺寸以及转子支撑跨距等等。这部分参数统一集中到运动骨架中创建,进而传递到流道、转子和定子骨架中,这样就实现了控制参数的统一管理,实现了自顶向下控制。

    流道骨架集成了压缩机的核心部分,所有的零部件的设计都是为了实现流道的最优化。在流道骨架中,由各级叶轮和相对应的隔板形成的流道草图和基准来完成对叶轮和隔板的定位;通过运动骨架中的全局参数来对压缩机基本骨架进行参数控制,就完成了对流道骨架的创建,最后,利用发布几何将流道中的设计信息发布给转、定子骨架。转子骨架首先通过复制几何接收流道骨架中转子设计所需的定位基准以及叶轮模型级的直径等设计参数,完成转子基本框架的搭建。然后在此框架基础上在完成对转子装配体中其他详细零部件的定位和外形骨架。采用同样方式,将转子的子部件的定位和外形发布几何,可以完成转子骨架对其子部件的顶层控制。

    定子骨架的创建和转子骨架原理是一样的,只是定子骨架的层次要比转子骨架要多,这是由定子的结构复杂程度决定的。

2.3 底层零部件的详细设计

    在完成骨架零件的设计后,便可自上而下地分解设计目标,将设计信息传递给转、定子统一进行详细设计,转、定子模型从上层骨架获得参数信息和定位基准,并在顶层骨架确定的规则内展开产品的整个设计过程,最终完成压缩机本体最优的设计。

    转子和定子的零部件建模是根据顶层的控制骨架创建完成后开始设计工作。骨架信息通过“发布几何”特征,在各相关零部件中进行“外部复制几何”,将在各个建模模块中需要的接口复制到零部件中,然后再以这些点、线、面、坐标系为基准进行零部件的详细设计。

    转、定子依据控制骨架的信息,自下往上,逐级构造零件,形成转、定子装配模型,直到完成BCL型离心压缩机的本体的装配模型,如图1所示。

    1

    图1 BCL型离心压缩机的本体装配模型图

2.4 设计思路小结

    在BCL型离心压缩机本体设计工作中,采Creo软件并使用自顶向下的三维并行设计方法,通过创建离心压缩机的产品结构、控制骨架、模型,完成了离心压缩机本体设备的三维设计和虚拟装配。BCL型离心压缩机的自顶向下设计为压缩机标准化、系列化提供了思路,为离心压缩机的快速设计和参数化变形设计奠定了基础,提高了离心压缩机的设计效率和设计质量。

3 结语

    三维的自顶向下设计不仅仅可以实现BCL离心压缩机的顶层设计,还可推广应用到其他类型的离心压缩机设计过程中,通过建立离心压缩机的顶层控制骨架,将控制骨架的设计信息传递到转子和定子骨架,在设计的过程中始终保证顶层控制骨架作为唯一的核心设计信息;通过改变顶层控制骨架模型参数即可完成压缩机在一定范围的变形设计,从而提高设计效率及设计质量,缩短设计周期,还可以实现团队间的协同工作,提高了设计效率。

责任编辑:张纯子
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