e-works数字化企业网  »  文章频道  »  产品创新数字化(PLM)  »  CAD

基于NX的离心泵叶轮叶片三维造型系统开发

2015/7/22    来源:互联网    作者:杜强  林江海  魏修亭  刘景成      
关键字:离心泵  叶片  NX  二次开发  
叶片水力模型提供的叶片表面型值点柱坐标不能直接用于NX三维造型。在叶片水力模型的基础上,给出计算叶片表面型值点直角坐标的算法流程,介绍沿轴面截线方向进行叶片三维造型的方法,简述基于NX平台的叶片三维造型二次开发的步骤,定义程序开发的数据结构,在支撑软件NX中程序化实现叶片的三维实体造型。实际使用结果表明该方法可以缩短叶片类产品的设计周期,提高设计精度。

    叶轮是水泵的关键过流部件,其叶片直接影响到水泵的水力性能、汽蚀性能及运行的稳定性。为了获得性能优良的叶型,传统的方法是先根据模型换算法或速度系数法计算出流道、叶片轴面截线及木模截线,然后根据图纸制成模型,并在试验台上反复试验,最终得出符合要求的叶型。

    为了替代复杂而繁琐的水力部件的水力模型的计算和绘图,人们研究开发了目前国内主流的二维水力设计CAD系统。这些系统大多在Windows操作系统下,以AutoCAD作为图形支撑软件,最终提供可以制作木模的二维水力模型图。该方法虽然具有一定的进步性,但是这种以二维函数点为基础的叶片木模图显然不能满足叶片CAD造型的要求,这也最终导致了这些二维系统不能适应现代化制造的要求。

    综合考虑NX的曲面造型、分析及加工性能,现在大多采用NX对叶片进行三维实体造型。但是直接利用NX的建模模块对叶片进行三维建模存在以下3点问题:(1)需要提前计算获得叶片表面型值点的直角坐标,数据量大并且容易出现错误;(2)表面型值点的输入过程繁琐,效率低下;(3)不同类型叶片的造型都要重复这个复杂、繁琐但步骤一致的过程。

    为解决上述问题,作者采用NX作为图形支撑软件,利用基于.NET框架的完全面向对象的编程语言VB.NET对其进行二次开发,程序化实现叶轮叶片的三维造型。

1 离心泵叶片三维造型原理

    从离心泵叶片水力设计的过程可知,叶片的形状主要由水力设计中的轴面流线和流线展开线的形状来确定,轴面截线就是叶片流线展开线的信息反映到轴面的结果,轴面流线与轴面截线(包括工作面和背面)的各个交点就构成了叶片表面的三维点群,将这些离散的三维点群按照一定的规则进行拟合,就得到叶片的表面模型。

    作者利用木模截线图(如图1)中的截面数据,结合轴面投影图(如图2),计算出叶片表面型值点的空间三维坐标,再采取沿轴面截线的方向进行叶片几何造型的规则,即采取“叶片表面型值点-轴面截线-工作面曲面、背面曲面-叶片三维实体”的方法替代传统造型方法实现叶片实体的三维造型。

图1 叶片木模截线图

图1 叶片木模截线图

图2 叶片轴面投影图

图2 叶片轴面投影图

1.1 型值点的获取

    由三维造型原理可知,叶片表面型值点的获取是造型成功的基础和关键步骤,它的精确与否将直接导致造型出来的三维实体是否符合设计者的设计意图。

    虽然叶片水力模型提供了表面型值点的柱坐标,但该坐标形式与NX建模时所要求的直角坐标不匹配,为此,必须利用叶片水力模型中包含的表面型值点信息计算出叶片表面型值点的直角坐标(x,y,z)。

1.2 叶片体的形成

    在获取了叶片表面型值点的直角坐标以后,通常首先调用NX的【Spline】功能生成通过所给点的样条曲线,然后再调用NX的【Through curves】功能生成通过一系列截面线的曲面,得到叶片的工作面曲面和背面曲面,但是数据点的输入繁琐、工作量大、容易出错,作者开发了叶片表面自动生成程序。

    作者采用VB.NET对NX进行二次开发时,通过调用NX Open.Net API函数在已经获得的叶片表面型值点坐标的基础上,程序化实现叶片工作面和背面的三维实体造型。开发的整体思想是在生成叶片轴面截线时采用NXOpen.Net API中的曲线生成函数NXOpen.UF.UFModl.CreateSpline(…)生成一条条光滑的3次NURBS曲线,每条曲线均穿过属于一条轴面截线方向的所有型值点;在生成叶片表面时采用曲面生成函数NXOpen.UF.UFModl.CreateThruCurves(…)生成两张双3次B-Spline曲面即叶片的工作面和背面,显然每张3次B-Spline曲面应穿过属于同一曲面上所有的轴面截线。

    生成叶片的工作面和背面之后,可以借助NX强大的曲线曲面分析功能对这两个曲面进行一些必要的分析,评估曲面的质量并诊断出潜在的问题。例如对轴面截线进行曲线分析以显示出所分析的轴面截线的曲率变化;对工作面、背面进行曲面的连续性、光顺性检测。运用NX提供的分析曲面工具检测曲面质量后,将分析结果交给叶片设计人员,如果对工作面和背面的曲面状态不满意,则需要对叶片水力模型进行必要的修正;当对工作面和背面的曲面状态满意后,可以进行侧面的生成和面的缝合,最后生成叶片实体。

责任编辑:郝秋红
本文来源于互联网,e-works本着传播知识、有益学习和研究的目的进行的转载,为网友免费提供,并以尽力标明作者与出处,如有著作权人或出版方提出异议,本站将立即删除。如果您对文章转载有任何疑问请告之我们,以便我们及时纠正。联系方式:editor@e-works.net.cn tel:027-87592219/20/21。
e-works
官方微信
掌上
信息化
编辑推荐
新闻推荐
博客推荐
视频推荐