基于ProE的离心机叶轮三维造型基于ProE的离心机叶轮三维造型.docVIP

基于Pro/E的离心压缩机叶轮三维造型 摘要：介绍了创建三维实体的思路，并以一个离心压缩机叶轮的三维造型为例，阐述了由计算数据到创建几何实体模型的过程，运用Matlab对曲线、曲面的处理，生成的数据与Pro/E接口来创建实体的方法。 关键词：离心式压缩机；叶轮；三维造型 引言 三元叶轮是离心压缩机中完成能量转换的核心部件。对于闭式叶轮而言，叶轮由轮盖，叶片轮盘组成，其中最为复杂的是叶片的造型，因为叶片是空间内的扭曲曲面体。然而叶轮的三维实体造型是实现数字化设计与制造的关键。只有在准确的三维实体模型基础上才能划分出优质的网格，并进行计算流体动力学分析（CFD）和性能预测、刚度计算分析（CAE）和数控加工（CAM）等。 目前市场上使用的CAD/CAM/CAE商业软件主要有UG、Pro/ENGINEER、CATIA等，其中Pro/E使用最为广泛，并且功能强大且接口友好，本文使用Pro/E进行三维实体建立，并将在Matlab里生成的叶片坐标数据保存为.lib文件，与Pro/E进行接口，从而生成空间扭曲叶片。探索一种实现自动建摸的途径。 三维实体造型的方法 三维建模是计算机图形学中的一种非常复杂的技术。目前，造型和建模的方法有5种[1]，即线框造型、曲面造型、实体造型、特征造型和分维造型。实体建模的方法包括边界描述、创建实体几何形状、截面扫描及旋转等。 1.1 边界描述 与表面建模方法非常相似，即先将目标实体的二维造型草绘出来。边界描述与表面建模方法的区别，在于对应于每一个小片或其他形状表面的数据，是否包含有关于实体内部和外部的信息。 1.2 创建实体几何形状 通过常用的布尔运算，即并、减和交运算来结合或组合适当的基本实体得到目标实体的几何形状。 1.3 截面扫描 应用一个平面(截面)沿一条线(轴)移动(扫描)来建立三维实体。 1.4 旋转 绕着一条轴线旋转一个平面图形或旋转一条曲线就可以得到一个三维实体(旋转体)。 三维实体造型的思路 曲面的空间造型 现有的三元叶片曲面大致可分为直纹面和自由曲面两种，而这两种曲面在造型过程中是通过中性面来构造的[2]。在实际的工程应用中，多使用自由曲面来进行造型。而叶片的压力面和吸力面是通过中性面来造型的。构造中性面的方法又可分为两种：试验数据的样条加密法和数值计算数据与Pro/E软件接口的方法。中性面造型过程框图见图1。 图1 三元叶片中性面造型过程 2.2 三元叶轮轮盘造型 三元叶轮的轮盘造型较为简单，为旋转体。造型的方法为先绘出二维草图，指定旋转轴，再通过旋转的方法构造轮盘的三维实体模型，或直接利用三维造型命令构造出规则实体模型，如长方体、圆柱体等，再利用拉伸、旋转、抽壳等功能，并对简单实体进行布尔运算，从而得到组合出的三元叶轮轮盘。用Pro/E创建的轮盘造型见图2。 图2 叶轮轮盘 离心压缩机空间扭曲叶片造型 在Pro/E下建立叶片的中性面 运行Pro/E, 建立新零件，默认坐标系及基准平面。 由.ibl文件生产空间曲线 .ibl文件[3]是Pro/E中生产基准曲线的文件格式。使用Matlab进行数值计算，并将计算得到的叶片坐标保存为.ibl文件。MATLAB ( Matrix Laboratory ) 即“矩阵实验室”[4],是一款集数值计算、符号运算、图形处理及程序设计等强大功能于一体的，当今国际上最流行的科学与工程计算的软件工具, 具有极高通用性、带有众多实用工具的运算操作平台。它具有强大的科学运算、灵活的程序设计流程、高质量的图形可视化与界面设计、便捷的与其他程序和语言接口的功能。为解决工程技术科学问题提供了强有力的数据分析、数值和符号计算、通信工程、信号处理等多个工具。其中.ibl文件是ascii码格式，也可以在文本编辑器中编辑。数 据文件的格式如下： Open Arclength Begin Section!1 Begin Curver!1 1 0.0000 0.0000 0.0301 2 0.0008 -0.0006 0.0301 3 0.0011 -0.0007 0.0301 4 0.0016 -0.0009 0.0301 5 0.0030 -0.0011 0.0301 ……Begin?Section!2Begin?Curver!1 1 0 0 　0.0301 2 -0.0002 0.0008 0.0301 3 -0.0001 0.0011 0.0301 4 0.0001 0.0017 0.0301 5