基于特征的典型零件參數(shù)化設(shè)計(jì)

1、基于特征的典型零件參數(shù)化設(shè)計(jì)摘 要：本文針對(duì)渦輪通用零部件花鍵、圓弧端齒和渦輪軸，先經(jīng)過(guò)初步設(shè)計(jì)將限制條件和尺寸驅(qū)動(dòng)參數(shù)連接起來(lái)；再通過(guò)對(duì)UG二次開(kāi)發(fā)完成的參數(shù)化建模實(shí)現(xiàn)了對(duì)零件及特征模型的快速建模和快速修改，驗(yàn)證了參數(shù)化設(shè)計(jì)方法的便捷性，同時(shí)在單個(gè)零部件參數(shù)化建模開(kāi)發(fā)完成之后將其整理成了一整個(gè)的典型零部件建模系統(tǒng)，減少其在設(shè)計(jì)過(guò)程中的重復(fù)勞動(dòng)，節(jié)省設(shè)計(jì)時(shí)間。關(guān)鍵詞：參數(shù)化；設(shè)計(jì)方法；渦輪典型零部件；設(shè)計(jì)流程中圖分類號(hào)：TP391 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A1 引言航空發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)造設(shè)計(jì)是計(jì)算與實(shí)驗(yàn)相結(jié)合，理論與經(jīng)歷相結(jié)合的復(fù)雜的過(guò)程。伴隨著CAD/CAE技術(shù)在航空發(fā)動(dòng)機(jī)領(lǐng)域內(nèi)越來(lái)越廣泛的應(yīng)用以及參數(shù)化設(shè)計(jì)的

2、開(kāi)展，國(guó)內(nèi)外已有許多學(xué)者將參數(shù)化建模引入發(fā)動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)和分析過(guò)程中，并對(duì)此進(jìn)展了大量研究。本文是基于一個(gè)成熟的花鍵、圓弧端齒、渦輪軸設(shè)計(jì)方案，引入?yún)?shù)化設(shè)計(jì)思想，提出其快速建模的方法，以滿足工程設(shè)計(jì)中的需求，降低設(shè)計(jì)過(guò)程中反復(fù)修改尺寸帶來(lái)的重復(fù)建模工作量，在此根底上整理已有程序，為渦輪設(shè)計(jì)生成一個(gè)典型構(gòu)造件建模系統(tǒng)。2 花鍵、圓弧端齒、渦輪軸構(gòu)造形式及特點(diǎn)2.1 花鍵及其構(gòu)造設(shè)計(jì)花鍵在航空發(fā)動(dòng)機(jī)壓氣機(jī)和渦輪中是很常用的一種零件，它主要借助鍵齒連接傳遞扭矩。本文主要討論廣泛應(yīng)用于航空發(fā)動(dòng)機(jī)上的漸開(kāi)線花鍵。繪制花鍵主要參數(shù)有：模數(shù)m、齒數(shù)z、壓力角、大徑De，內(nèi)花鍵的齒根圓或外花鍵的齒頂圓的直徑、小

3、徑 Di，內(nèi)花鍵的齒頂圓或外花鍵的齒根圓的直徑以及分度圓直徑 D。壓力角可以取30、37.5和45；齒根分為平齒根和圓齒根。根據(jù)三種齒形角和兩種齒根規(guī)定了四種根本齒廓，在對(duì)花鍵進(jìn)展參數(shù)化建模時(shí)，四種齒廓作為四種拓?fù)錁?gòu)造供用戶單項(xiàng)選擇，內(nèi)外花鍵形式作為兩種拓?fù)錁?gòu)造供用戶單項(xiàng)選擇，用戶僅僅需要輸入模數(shù)m、齒數(shù)z、拉伸起始位置和拉伸終止位置即可，其余的參數(shù)可以通過(guò)這些參數(shù)計(jì)算得出。2.2 圓弧端齒及其構(gòu)造設(shè)計(jì)圓弧端齒是一種特殊構(gòu)造形式的端齒盤，其輪齒呈弧形，由專用機(jī)床磨削加工而成，本文進(jìn)展參數(shù)化建模研究的是兩側(cè)齒面不同的固定式、單排構(gòu)造形式的圓弧端齒。圓弧端齒的主要設(shè)計(jì)參數(shù)包括圓弧端齒內(nèi)外徑、齒寬、

4、齒數(shù)和模數(shù)、齒頂?shù)菇?、過(guò)渡圓弧設(shè)計(jì)等。選擇圓弧端齒外徑時(shí)推薦兩種方式：一種方式是利用扭矩-端齒外徑經(jīng)歷關(guān)系曲線圖來(lái)選擇端齒外徑，第二種方法是根據(jù)公式進(jìn)展計(jì)算。齒寬常常選為圓弧端齒外徑的0.125倍，以保證齒面輪徑向的弧度適宜。假設(shè)端齒外徑已經(jīng)確定，那么可以根據(jù)徑節(jié)確定齒數(shù)。齒頂?shù)菇歉哂墒絋=f2m確定；齒頂?shù)菇峭扑]角度范圍為2030。2.3 渦輪軸及其構(gòu)造設(shè)計(jì)對(duì)輸出軸做輸出功的渦輪稱為動(dòng)力渦輪，動(dòng)力渦輪分為定軸渦輪和自由渦輪兩種，真實(shí)的自由渦輪軸上包含小孔、倒角和套齒等小尺寸構(gòu)造?？紤]這些細(xì)節(jié)的精細(xì)建模可能因?yàn)榉志W(wǎng)等原因使得計(jì)算結(jié)果失真，因此，參數(shù)化模型時(shí)對(duì)構(gòu)造進(jìn)展部分簡(jiǎn)化。不考慮套齒、花鍵、

5、軸孔等構(gòu)造特征的簡(jiǎn)化渦輪軸，可視作一個(gè)經(jīng)復(fù)雜截面回轉(zhuǎn)360而成的實(shí)體。3 花鍵、圓弧端齒渦輪軸的參數(shù)化設(shè)計(jì)3.1 花鍵的參數(shù)化建模首先對(duì)花鍵進(jìn)展手動(dòng)建模，對(duì)UG進(jìn)展二次開(kāi)發(fā)。根據(jù)上一節(jié)提到的花鍵建模所需參數(shù)，設(shè)計(jì)出MFC對(duì)話框，作為參數(shù)化建模的人機(jī)交互的用戶界面；對(duì)輸入尺寸驅(qū)動(dòng)參數(shù)的編輯框插入成員變量；聲明、定義諸如拓?fù)錁?gòu)造所對(duì)應(yīng)的參數(shù)及繪圖所需的函數(shù)；建立草圖，再經(jīng)過(guò)一系列函數(shù)及程序的調(diào)用，完成特征創(chuàng)立，最后得到給定條件的花鍵。3.2 圓弧端齒的參數(shù)化建模參照實(shí)際加工過(guò)程，完成圓弧端齒的手動(dòng)建模，根據(jù)上一節(jié)提到的圓弧端齒建模所需參數(shù)，設(shè)計(jì)出MFC對(duì)話框，作為參數(shù)化建模的人機(jī)交互的用戶界面；對(duì)

6、輸入尺寸驅(qū)動(dòng)參數(shù)的編輯框插入成員變量；聲明、定義諸如拓?fù)錁?gòu)造所對(duì)應(yīng)的參數(shù)及繪圖所需的函數(shù)；生成圓弧端齒底座，即帶孔圓臺(tái)；通過(guò)函數(shù)的調(diào)用生成圓弧端齒的三個(gè)齒形面，對(duì)生成的三個(gè)面進(jìn)展縫合，再通過(guò)修剪實(shí)體修剪出該實(shí)體；將修剪出的實(shí)體進(jìn)展陣列，與前面生成的帶孔圓臺(tái)進(jìn)展布爾求差得到圓弧端齒。3.3 渦輪軸參數(shù)化建模首先對(duì)渦輪軸進(jìn)展手動(dòng)建模，對(duì)UG進(jìn)展二次開(kāi)發(fā)。根據(jù)上一節(jié)提到的渦輪軸建模所需參數(shù)，設(shè)計(jì)出MFC對(duì)話框，作為參數(shù)化建模的人機(jī)交互的用戶界面。然后，對(duì)輸入尺寸驅(qū)動(dòng)參數(shù)的編輯框插入成員變量；聲明、定義諸如拓?fù)錁?gòu)造所對(duì)應(yīng)的參數(shù)及繪圖所需的函數(shù)；利用函數(shù)建立草圖，創(chuàng)立特征回轉(zhuǎn)將第一步生成的渦輪軸草圖以X

7、方向即渦輪盤軸向?yàn)樾D(zhuǎn)軸，旋轉(zhuǎn)360度，即可生成渦輪軸的三維圖，對(duì)鍵槽草圖進(jìn)展拉伸和陣列，創(chuàng)立鍵槽。4 參數(shù)化建模系統(tǒng)的建立4.1 參數(shù)化建模本文所包含的參數(shù)化的建模是通過(guò)UG軟件二次開(kāi)發(fā)實(shí)現(xiàn)，并通過(guò)編寫二次開(kāi)發(fā)程序完成人機(jī)交互平臺(tái)，使參數(shù)化建模通過(guò)這個(gè)人機(jī)交互平臺(tái)實(shí)現(xiàn)，設(shè)計(jì)人員將尺寸驅(qū)動(dòng)參數(shù)的詳細(xì)量輸入到用戶界面中的相應(yīng)位置，平臺(tái)通過(guò)二次開(kāi)發(fā)程序?qū)⒛Ｐ洼敵龅経G中，實(shí)現(xiàn)建模。二次開(kāi)發(fā)使用UG API系統(tǒng)，支持C，C+語(yǔ)言。首先，設(shè)置Windows環(huán)境變量，然后逐一更改新建工程的屬性：包括附加目錄、運(yùn)行庫(kù)、附加庫(kù)目錄、附加依賴項(xiàng)等。4.2 各特征設(shè)計(jì)模塊集成應(yīng)用本文開(kāi)發(fā)的渦輪盤典型特征參數(shù)化設(shè)

8、計(jì)模塊所適用的CAD平臺(tái)為UG NX，編制語(yǔ)言為VS編程平臺(tái)下的MFC對(duì)話框技術(shù)。實(shí)現(xiàn)功能為在UG中呼出自行設(shè)計(jì)的用戶操作界面，按照界面中的指示輸入設(shè)計(jì)此構(gòu)造所需要的尺寸及位置定位參數(shù)，程序執(zhí)行完畢后自動(dòng)生成滿足設(shè)計(jì)要求的幾何模型。VS平臺(tái)開(kāi)發(fā)UG參數(shù)化建模二次開(kāi)發(fā)程序時(shí)，需要對(duì)程序工程屬性進(jìn)展設(shè)置，保證其包含UGOPEN中所用到的函數(shù)庫(kù)。各設(shè)計(jì)模塊程序在VS平臺(tái)編譯運(yùn)行結(jié)果為DLL格式應(yīng)用程序文件，此文件可在UG中直接菜單閱讀執(zhí)行，也可以制作為用戶菜單，將各參數(shù)化設(shè)計(jì)模塊功能集成于UG人機(jī)交互界面菜單中。結(jié)語(yǔ)本文將參數(shù)化設(shè)計(jì)思想引入到花鍵、圓弧端齒、渦輪軸構(gòu)造設(shè)計(jì)中，提出并建立了一種快速建模的方法。該方法旨在滿足工程設(shè)計(jì)中的需求，降低設(shè)計(jì)過(guò)程中反復(fù)修改尺寸帶來(lái)的重復(fù)建模工作量，將設(shè)計(jì)人員從大量的重復(fù)勞動(dòng)中解放出來(lái)。參