基于ProENGINEER的化工机器零件造型设计.pdf

重 型机械科技 ) 2 0 0 5年第 3期 基 于 P r 0 E NGI NE E R 的 化工机器零件造型设计 石艳田建 平 ( 四川理工学院机电工程系 ， 四川 自贡 6 4 3 0 0 0 ) 摘要： 针对化工机器零件的特征和设计中存在的问题，应用基于特征的参数化造型软件 P r o E N G I N E E R 对零件进行参数化造型， 对造型设计技术要点进行了探讨 ， 通过叶轮特征建模实例，实现了基于 P r o E N G I N E E R的参数化特征设计， 提高了设计效率。 关键词： P r o E N G I N E E R； 三维实体模型； 化工机器 中图分类号 ： T P 3 9 1 7 2 文献标识码 ： A Th e Mo d e l De s i g n f o r t h e Ch e mi c a l Ma c hi n e r y Co mp o n e n t Ba s e d o n Pr o ENGI NEER S h i Ya n， Ti a n J i a n p i n g Ab s t r a ： Re g a r d i n g t o t h e c h ara c t e ris t i c o f t h e c h e mi c a l e n g i n e e ri n g ma c hin e ry p a r t s a n d t h e i s s u e s e x i s t e d d u ri n g t h e e n g i n e e rin g t h e p a r a me t e ri z a t i o n mo d e l i n g s o f t wa r e P r o E NGI NE ER h a s p e r f o r me d t h e p ara me t e ri z e d mod e l i n g f o r t h e ma c h i n e r y p a r t s b a s e d o n t h e c h ara c t e ris t i c ，a n d e x p l o r e t h e t e c h n i c al k e y p o i n t s o f t h e mod e l i n g d e s i g nTh r o u g h t h e a c t u al p r a c t i c e o f t h e mo d e l i n g c o n s t r u c t i o n for t h e i mp e l l e r c h ara c t e r ，t h e p a r a me t e ri z a t i o n c h a r a c t e r d e s i gn i n a e c o r d a i l c e wi t h Pr o ENGI NEER ha s b e e n r e ali z e d ， wh i c h i mprov e s t he d e s i gn e f f i c i e n c y Ke y wo r d s： P r o EN GI NEE R； 3 D s o l i d ma s s mod e l ； c h e mi c al ma c h i n e ry 1 P r o E NGI N EE R功 能简 介 P r o E N G I N E E R系统是美 国参数技术公司( P a r a m e t r i c T e c h n o l o g y C o r p o r a t i o n， 简称 P T C)的 产品， 现已发展成为 3 D C AD C A M C A E系统 的 标准软件， 广泛应用 于机械设计 和工业设计领域 的设计 、 分析 和加工。特别是在复杂零 件的实体 造型设 计上 ， P r o E N G I N E E R更 是 显 出其 优越 性 ， 它提供了拉伸 、 旋转 、 扫描 、 混成 、 扫描混成 、 变 截面扫描 、 螺旋扫描 、 三维扫描 、 倒角等生成特征 的方法 ， 再配合复制 、 阵列 、 镜像 、 重定义等编辑功 能以及多种复杂 曲面的造型方法 ， 使得复杂零 件 的实体造 型成 为可能。P r o E N G I N E E R融人 了 单一数据库 、 参数化、 基于特征 、 全相关的设计概 念 ， 可以将设计至生产全过程集成到一起 ， 让所有 的用户能够同时进行 同一产 品的设计制造工作 ， 即实现所谓的并行工程 。 2 P r o E N G I N E E R在化工机器零件设计 中的应用 化工机器是在化工 、 石油及冶金生产中对加 收稿 日期 ： 2 0 0 50 61 6 作者简介 ： 石艳( 1 9 7 1一) ， 女 ， 四J I 1 人 ， 讲 师， 硕士在读 ， 主要从 事 计算机辅助设计及过程机械研究。 28 工的介 质进行机械作用 的机 械 ， 如 压缩机 、 离心 机 、 泵等。虽然化工机器的种类甚多， 但都属于运 动的机械 ， 具有运动件 ， 而且处理的介质大多是流 体 ， 因此 ， 整台机器效率高低的决定性 因素之一是 运动件的形状特征 ， 运动件的常见形状是复杂的 曲线 、 曲面。 在传统设计中 ， 设计者首先把零 件以平 面图 的形式表达出来 ， 然后对其进行校 核、 修改， 最后 再根据平面图将实物生产出来。整个过程使设计 者要将很大的精力用于将三维构想转化到二维工 程图上 ， 产品的设计周期长 、 成本高 ， 而且许多问 题只有在产品生成后才能发现 。 用 P r o E N G I N E E R三维实体设计 ， 其全参数 化的特点， 使零件模型的修改 和重新生成变得简 单 ， 把设计者的精 力从重复 的手工修改 中解放出 来 ， 而且这种修改在任何步骤都 可进行 ； P r o E N G I N E E R采用单一数据库 ， 因此在零件设计 、 模具 设计和加工制造的每个环节对数据 的修改都会 自 动反映到相关 的各个环节 ， 这种全相关性 ， 可以保 证设计和加工等各环节数据的一致性 ； P r o E N G I N E E R采用基于特征 的实体 建模技术 ， 即使用用 户熟悉的特征作为零件几何模型的构造要素， 如 ： 切削 、 园角、 拔模等， 设计者依据加工过程， 逐个产 维普资讯 http:/ 重型机械科技) 2 o o 5年第 3期 生特征 ， 特征是设计的基本单元 ， 而产生特征的顺 序则根据设计者的设计意图而决定。构成机器基 本单元 的零件必须通过装配才能成为机器 ， P r o E N G I N E E R的装配管理提供 了“ 啮合 ” 、 “ 插入 ” 、 “ 对齐” 等装配功 能， 很容易把零件装 配起 来 ， 同 时保持设计意 图。而且高级装配功能支持大型复 杂装配体的构造 和管理 ， 这在我们设计大型复杂 化工机器上尤为重要。 3机器零件造型设计举例 离心式压缩机是透平式压缩机的一种 ， 叶轮 是离心式压缩机 中唯一对气体作功的元件 ， 且是 高速回转件 ， 所以对叶轮的设计 、 材料和制造要求 都很高， 它是关系到整台机器的安全问题 、 效率高 低和性能好坏的重要元件 ， 叶轮设计的首要 任务 是结构形状设计 。 3 1 叶轮零件设计 图 1 为叶轮 的外形 图， 它 的三维模 型 ( 见 图 2 ) 可分为轮毂和叶片两部分， 而在创建时又将叶 片分 为 包 覆 曲 面 ( S h r o u d s u r f a c e ) 、 压 力 曲 面 ( P r e s s u r e s u r f a c e ) 和吸力曲面( S u c t i o n s u r f a c e ) 三 部 分 。 图 1 幽 2 3 1 1 模型创建的思路 首先建立叶片的包覆 曲线和轮毂 曲线 ， 使之 绕转轴旋转， 定义出轮毂面和包覆曲面 ； 其次建立 用来定义叶轮三维叶片几何形状 的弯形 曲面 ， 沿 弯形曲面的法线方 向做双 向的不等偏移( O f f s e t ) 形成压力曲面和吸力曲面 ； 所有叶片几何形状都 相同， 用复制的方法创建其他叶片 ， 并将叶片曲面 和轮毂曲面合并 ； 此时的模型仅是面 ， 还应在内部 填人材料， 形成叶轮实体模型 ； 最后创建叶轮的底 部和顶部 的其他特征。 3 1 2 模型创建步骤 模型创建的步骤是 ： ( 1 ) 创建新 的零件 文件 ， 在 系统 默认 的基准 平面和坐标系下 ， 单击工具栏 中加入基准点的图 标 ， 选择偏距坐标系 ( O ff s e t C s y s ) 创建 包覆 曲线 通过 的点数据 ( P N T 1P N T 5 ) 和轮毂曲线通过的 点数据( P N 1 7一P N T 1 1 ) ， 见图 3 。 ( 2 ) 单击 工具栏 中加入 曲线 的图标 ， 分别点 击包覆端和轮毂端 的任意数据 点 ， 创建包 覆曲线 和轮毂曲线。 ( 3 ) 创建包覆端和轮毂端 的曲面 ： 以扫描混 成( S w e p t b l e n d ) 的方式创 建， 扫描混成是使用一 条轨迹线与几个截面来创 建一个实 体或 曲面特 征 ， 轨迹线就是包覆曲线和轮毂 曲线 ， 而截面要在 草绘 ( S k e t c h ) 环境下创 建 ； 生成 叶片的上下端 曲 线 ； 用边界 ( B o u n d a ri e s ) 创建 叶片的数个曲面； 用 合并( M e r g e ) 将所有 的曲面并在一起 ， 如果 叶片 还有其他特 征 ， 在此 时添加 ， 叶片 曲面完成 。以 P N T 3定 义 轮 毂 曲面 的旋 转 曲线 ； 以旋转 ( R e v o l v e ) 创建轮毂 曲面 ， 见图 4； 调整轮毂曲面和叶 片曲面 的高度 ， 因为轮毂曲面在 z方 向的高度 比 叶片曲面小 ， 可采用 P r o E N G I N E E R提供的延拓 ( E x t e n d ) 功能将轮毂曲面的上 、 下边缘做延伸 ， 以 使轮毂和叶片能合并。 ( 4 ) 创建轮毂实体： 分别调用平整 曲面( F l a t s u rf a c e ) 命令完成轮毂曲面上下端封闭为平整 曲 面， 并将它与轮毂曲面用合并 ( M e r g e ) 并在一起 ， 再调用 P r o t r u s i o n ( 加材料) l U s e Q u i l t ( 使用面组) l S o l i d ( 实体 ) ， 将合 并 的 Q u i l t ( 面组 ) 创建 为实 体 ， 见 图 5 。 ( 5 ) 创建 叶片 实体 ： 首先 用 C r e a t e ( 创 建 )l S u rf a c e ( 面用 ) l T ri m( 裁剪)l U s e C u r v e s ( 使 用曲 线) l S o l i d ( 实体) ， 将叶片曲面埋在轮毂实体部分 裁剪掉， 再用 P r o t r u s i o n ( 加材料 ) I U s e Q u i l t ( 使用 面组 ) I S o l i d ( 实体) ， 将 叶片曲面创建为实体 ； 输 入叶片的个数和角度增量 ， 以 P a t t e r n复制叶片实 体至完成， 见图 6 。 ( 6 ) 叶轮实体 的主体部 分完成后 ， 各用户根 据需要对 叶轮进行修整 ， 主要是加减材料 、 创建倒 角和钻中心孔。 ( 7 ) 存档 ， 得到一个扩展名为 R P T的文件。 2 9 维普资讯 http:/ 重型机械科技 2 0 0 5年第 3期 3 0 图 3 图 4 图 5 图 6 3 2 零件设计中的技巧 化工机器零件一般结构复杂 。 细部特征多 ， 可 利用一些技巧使设计和修改更轻松 、