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Creo中典型扇叶建模的几种方法

2017/9/5    来源:互联网    作者:阎汉生  肖正涛  林泽泳  陈奕文  龙宇辉      
关键字:Creo  扇叶  三维建模  
介绍了典型扇叶的几何特点,分析了影响其造型的因素,利用Creo软件的三维建模功能给出了4种构建扇叶模型的方法,并对4种构建方法的优缺点进行分析对比,可供设计人员根据自身情况灵活采用。

    0 引言

    Creo软件是美国PTC公司2010年末推出的一款三维软件,集成了完整的CAD/CAE/CAM功能,其前身为Pro/Engineer野火版5.0,包含了多项先进的软件工具,能帮助企业提高制造业生产力。Creo(Pro/E)软件在国内外产品设计市场上长期占据着重要地位,引领业界的标准。

    Creo是基于特征的3D参数化实体建模系统,其建模的基本流程是在草图工具中创建曲线,完成对象不同方向截面的绘制,再通过实体命令、曲面命令建立三维特征,以树状三维特征为基础,生成完整的参数化零件模型。随着版本的更新,Creo的设计功能越来越强,在工业产品外观设计、跨平台数据对接和与渲染软件结合等方面也有了长足进步。不少企业和院校已将Creo直接用于产品外观设计,而无需再从Rhino或3DS MAX的方案中导入模型。

    典型扇叶是家电风扇、风冷散热器、螺旋桨等产品的主要零件,其外观大致为一空间扭转的自由曲面,具有较小的厚度和特定的投影轮廓'扇叶的三维模型既要表现出扇叶曲面本身在空间的扭转,又要表现出扇叶和转轴之间的安装关系,还要适当地表达出扇叶截面形状的变化,所以其建模是有一定难度的。由于Creo具有强大的建模功能,在构建三维模型时,往往实际构建方法灵活多变,用不同的方法可以实现相同或相近的结果。本文在分析家用风扇叶片形状特点的基础上,在Creo三维建模环境中操作,以一个普通的三叶风扇的扇叶的外观设计为例,给出4种不同的构建方法,供研讨采用。

    1 影响扇叶形状的主要因素

    1)叶片数。家用电风扇多为3个叶片,因为三片叶有较好的动平衡,不易产生振动和噪声,从而减少轴承的磨损,达到延长产品使用期限,提升产品使用舒适度的目的。

    2)叶片截面形状。常见的扇叶截面曲线,一般基于茹科夫斯基机翼截面曲线设计,不过作为家用风扇和普通散热器的叶片,其截面相对于机翼截面来说简单很多。多数情况下,这类扇叶的截面是等厚度的,个别情况下截面在外轮廓处较薄、锋利,在中部稍厚。不过本文作为产品造型设计阶段的工作,对截面形状的设计只需表达其大致形态即可,无需考虑精确的数值拟合曲线。

    3)安装角。指的是叶片的倾斜角度,一般家用风扇的叶根与最大外径处的倾斜程度是不同的,即不同半径处的倾斜角都不同,在本设计中表现为扇叶曲面沿径向的扭转。

    4)偏转角。扇叶沿径向不是直线延伸,否则气流会呈发散状,造成送风效率低下。为了使风力集中,扇叶通常会往旋转方向稍稍弯曲,即偏转角。在本设计中体现为扇叶沿圆周的弯曲。

    考虑到最典型的扇叶为家用电风扇,本文以三叶风扇为例子,列举并分析4种建模方法。

    2 典型扇叶的建模方法

    2.1 方法一

    根据风扇叶片的大致造型,拉伸一个造型与叶片相似的曲面,进行外轮廓修剪。建模的方法是:以top面为草绘面绘制一个圆并拉伸为圆柱体,作为风扇转轴,以front视图为草绘面绘制一条曲线,如图1(a)所示。将该曲线拉伸为一个曲面,如图1(b)所示。以top视图为草绘面绘制一个叶片形状的图形,作为叶片外轮廓,如图1(c)所示。按叶片外轮廓线进行拉伸切除后,对剩下的曲面进行加厚并倒圆角,得到一片扇叶的实体模型,之后阵列[11]即可,如图1(d)所示。

    该方法非常直观,以最简单的方法模拟出风扇叶片的形状,但此时扇叶是没用偏转角的,与家用风扇的真实情况差别较大,所以这个建模方法仅适合一些特殊的扇叶使用,或在对普通扇叶三维模型真实度要求不高时使用。

    2.2 建模方法二

    利用插入中的扫描特征下的曲面这个命令,该方法的主要思想是:扇叶面的形状主要沿两个方向,那就确定这个两个方向的轨迹线,通过扫描曲面来构建曲面,然后进行加厚处理。

    建模的方法是:以top面为草绘面绘制一个圆并拉伸为圆柱体,在front面上绘制一条曲线a并投影到圆柱体的一侧柱面上,如图2(a)。然后使用扫描命令里的曲面特征,以得到的曲线为轨迹,属性选择封闭端,在截面绘制如图2(b)中的曲线6,完成后形成曲面如图2(c)。加厚曲面后再进行阵列、倒圆角后得到如图2(d)所示的扇叶模型。

    1

    图1 建模方法一

    该方法优点简单明了,能表达曲面在两个方向上的弯曲程度,易于设计者掌握使用,不足之处是对设计师造型能力的要求较高,设计师对线的操控要精确。

责任编辑:张纯子
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