基于proe的屏蔽電泵三維造型與機構仿真

2013-05-25 by:廣州有限元分析、培訓中心-1CAE.COM 來源:仿真在線

在分析屏蔽電泵造型和結構特點的基礎上,介紹了基于proe平臺的屏蔽電泵二次開發過程,詳細說明了主要部件三維實體造型方法,以及整個泵的裝配和機構仿真的全過程,摒棄了泵的傳統二維設計方法,大大提高了設計效率,為泵三維CAD/CAM提供了強有力的工具,具有廣闊的應用前景。

吳婷張禮兵來源:萬方數據
關鍵字:屏蔽電泵三維造型機構仿真 proe

0前言

隨著現代制造技術的飛速發展,泵CAD技術在我國取得了巨大的進步。但是由于泵內部流動及其結構的復雜性,現有的泵水力設計大部分還尚未完全融人三維實體模型可視化技術。無論是有限元分析、數控加工等,都需要提供三維造型數據模型。很顯然,這種用2D工程圖來描述3D產品模型的假三維造型的做法,已不能滿足現代CAD與CAM的需要。
本研究利用proe實現了屏蔽電泵的各零件的實體造型和組件裝配,并對整個泵的運動干涉過程進行研究。

1屏蔽電泵的結構特點

屏蔽電泵的基本結構,如圖1所示。

基于proe的屏蔽電泵三維造型與機構仿真+有限元項目服務資料圖圖片1

電動機的轉子和泵的葉輪固定在同一根軸上,定子內表面和轉子外表面裝有用非磁性耐腐蝕金屬薄板做成的屏蔽套,另外,在各自的側面用耐腐蝕的金屬厚板與其焊接密封起來,使定子鐵芯和轉子鐵芯不與輸送液體接觸,以避免浸蝕。

2屏蔽電泵主要零件的設計

2. 1葉輪的設計

葉輪是整個泵的關鍵部件,目前,葉片水力設計CAD的輸出結果,一般仍然是給出二維的葉片木模圖,這種方法制造精度差。因此本研究根據葉輪水力設計原則,選擇VC十+為開發工具,以Pro/ E為平臺,開發一個CAD軟件,創建一個proe接口模塊,將其數據轉換成proe接受的數據文件格式,就可生成三維模型。proe所支持的數據文件是后綴名為ibl的文件,具體內容為:

基于proe的屏蔽電泵三維造型與機構仿真+有限元項目服務資料圖圖片2

其中,數字部分第I行是點坐標的編號,編號右邊依次是直角坐標的X,Y,Z坐標值C
根據葉片軸面流線分點坐標和方格網包角變換法繪型原理可知,每個分點都可用柱面坐標形式表示(y,θ,x),將柱面坐標轉換成直角坐標,即為( ycosθ, ysinθ, x )。因此,將軟件系統計算得到的型值點數據通過文件輸出模塊以文本格式(* . IBL文件)保存起來,即轉化成proe所支持的數據文件格式。
生成接口文件后,通過選擇 proe軟件中的"插人(inset)"-"基準(datum )"-"曲線(curve )"-"來自文件(from file ) ",選擇proe系統中的一個坐標系,然后選擇上面保存的葉片型值點文件"* . IBL" ,即可將葉片型值點數據輸人到proe中,并自動連成曲線。將此3條曲線看作是葉片工作面上的3條流線。曲線形成后,即可運用proe的邊界混合Boundarie。工具,將所形成的葉片流線連成曲面,如圖2所示。
用同樣的方法可生成背面曲面。葉片與前后蓋板的貼合面均是回轉面的一部分。以葉片與前蓋板的貼合面為例,將前蓋板流線繞葉輪軸旋轉3600,即得前蓋板回轉面。利用CAD軟件的曲面裁剪功能,將前蓋板回轉面與葉片自由曲面體進行相應的剪裁(Trim)即可得葉片與前蓋板的貼合面。同理,可以生成葉片與后蓋板的貼合面。葉片的工作面、背面、與前后蓋板的貼合面、進水邊面和出水邊面在空間形成一個封閉的空間曲面體二采用實體造型的邊界表示法,將該封閉的曲面體生成最終的三維實體(即葉片體)。在對其進行旋轉后陣列,即可得到其他的葉片,如圖3所示。

基于proe的屏蔽電泵三維造型與機構仿真+有限元項目服務資料圖圖片3

2. 2泵體的設計

泵體包括吸水室、蝸殼和出水彎管3部分,其中蝸殼的三維造型尤為重要。蝸殼創建的大致步驟為:過基圓的圓心,用8個互成45。的平面切割室,隔舌位置處也要建立平面,分別以這幾個平面為草繪平面,作出蝸殼的斷面輪廓,再利用proe的掃面混合功能就可得到蝸室曲面。
其他部分均可采用相同的方式構建,然后與吸水室和出水彎管共同構建出泵體模型,如圖4所示。

2. 3滑動軸承設計

屏蔽泵一般采用滑動軸承,軸承設計是整個泵設計中的關鍵之一。考慮各方面的因素后,設計好的三維模型,如圖5所示。

基于proe的屏蔽電泵三維造型與機構仿真+有限元項目服務資料圖圖片4

2.4其他零件的三維模型

其它零件結構大致上都為回轉類,只不過復雜性不同,主要應用旋轉(Revolve)建模法。

3機構仿真

3.1組件裝配

在裝配模式下,選擇"插入(Insert )"-"7G件( Component"-"裝配( Assemble )"命令,進人元件放置(Component Placement)對話框,點擊對話框上部的連接(Connection)字段,展開連接界面,本研究提供了8種連接方式,如表1所示。

基于proe的屏蔽電泵三維造型與機構仿真+有限元項目服務資料圖圖片5

3.1.1屏蔽泵總組件

首先新建一個屏蔽電泵總組件,從屏蔽電泵的運動原理來看,可以把支座、支架、泵殼體、法蘭、前后軸承座、泵體、軸承、定子等零件看作是不動的組件,并按此順序以固定(Rigid)方式--裝配進來。另外,由于為了易于在以后裝配傳動軸等零件,以及看清葉輪和電機在泵體內部進行旋轉的運動過程,最好將裝好的殼體、端蓋等組件進行半剖。

3.1.2轉子組件

轉子組件是由傳動軸、轉子、葉輪等組成的子組件。由于葉輪是通過傳動軸上的鍵與傳動軸配合,在運動過程中是和傳動軸一起旋轉的,最好先把轉子和葉輪以固定的方式裝到傳動軸上,形成一個轉子組件。而轉子組件是在殼體里的軸承里作旋轉運動。因此,將其以銷釘(Pin 方式裝配到總組件當中。裝配渲染后的結果,如圖6所示。

3. 2. 1創建伺服電動機

伺服電動機好比機構運動的動力源,只有定義它,機構才會動起來,因此只要將創建的伺服電動機的連接軸選取為轉子組件,裝配到泵總組件的銷釘接頭,并輸人轉速就可以了。

3.2.2創建運動學分析

選取"機構(Mechanism )"-"分析(Analyses)"。建立運動分析,類型選取"運動學",然后輸人運動時間,單擊"運行",運動就開始了,如果上一步裝配錯誤或裝死了,機構就動不了了。

3.2.3進行千步檢查并保存結果

選擇"機構"( Mechanism)"回放"( Playback )打開"回放"(Playbacks)對話框,單擊"保存"可將整個運動分析文件結果保存起來。還可將整個運動的動畫過程保存成電影格式文件。
另外,還可以對某個點的運動軌跡或某個連接所受的力等進行測量。

4結束語

本研究通過對屏蔽泵結構的深人分析,充分利用proe的各種資源,完成了整個組件的三維造型設計和機構仿真。
proe的強大功能不僅能夠實現CAD/CAM一體化,而且可作為產品結構分析、故障分析、振動分析等有力工具,具有巨大的教學、科研利用價值,以及廣泛的應用前景。

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