離心式風(fēng)機(jī)葉片的一體化設(shè)計(jì)方法 - 徐青立 - 圖文-

1、離心式風(fēng)機(jī)葉片的一體化設(shè)計(jì)方法徐青立1,王喜倉(cāng)2(1.青島市高速公路管理處,山東青島266600;2.山東交通學(xué)院數(shù)理系,山東濟(jì)南250023摘要:在理解離心式風(fēng)機(jī)葉片的成形機(jī)理及形狀特點(diǎn)的基礎(chǔ)上,借助先進(jìn)的3D 設(shè)計(jì)軟件Pro Engineer ,將翼型風(fēng)機(jī)葉片的建模、運(yùn)算、繪圖以及最后的下料全部由計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)一體化設(shè)計(jì),最后得到精確的下料圖紙,可大大簡(jiǎn)化傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)過(guò)程,提高了設(shè)計(jì)精度。關(guān)鍵詞:Pro E ;風(fēng)機(jī)葉片;展開(kāi);一體化設(shè)計(jì)中圖分類號(hào):TH432文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1672-0032(200602-0060-03收稿日期:2006-01-24作者簡(jiǎn)介:徐青立(1974-,男,山

2、東萊西人,青島市高速公路管理處政工師.葉片是風(fēng)機(jī)的核心組成部分,它的形狀設(shè)計(jì)及制造都與風(fēng)機(jī)的性能緊密相連。由風(fēng)機(jī)氣動(dòng)設(shè)計(jì)原理可知,風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)主要有以下特點(diǎn):1風(fēng)機(jī)葉片可看作是由無(wú)數(shù)個(gè)疊積在一起的葉型面組成;2各葉型面的重心重合在同一條直線上,這條直線又叫做葉片軸線;3在扭曲葉片中,葉片軸線為葉片各截面扭轉(zhuǎn)時(shí)的旋轉(zhuǎn)軸。對(duì)于葉片來(lái)說(shuō),當(dāng)葉型的弦長(zhǎng)從葉根到葉頂呈直線規(guī)律變化時(shí),便形成了變截面非扭曲葉片如圖1所示。雖然葉片每個(gè)截面的葉型面積不等,但其形狀一樣,因而由葉型面疊積規(guī)律知,各截面的水平投影為位似圖形,如圖2所示,且葉軸的水平投影P O (x O ,y O ,0就是它們的位似中心。所以葉片上下底

3、面在水平面上的投影也是位似圖形,并以P O (x O ,y O ,0為位似中心。由其形成原理及運(yùn)動(dòng)規(guī)律知,該葉片曲面也是直紋曲面,屬于可展的盤(pán)旋面,因此這類葉片的設(shè)計(jì)及制造生產(chǎn)比較簡(jiǎn)單。但是由流體力學(xué)可知,由于離心力場(chǎng)的影響,葉片沿葉高方向的理想形狀應(yīng)為扭曲面,且從葉根至葉頂?shù)淖兓瘧?yīng)符合空氣動(dòng)力學(xué)的要求,否則將影響氣體的流動(dòng)造成能量的損失,離心式風(fēng)機(jī)葉片的設(shè)計(jì)即是遵從這一設(shè)計(jì)理論。其葉片形狀是圖3所示的變截面扭曲葉片 。1一體化設(shè)計(jì)思路的討論由離心式風(fēng)機(jī)的設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)可知,曲面葉片是焊接在前盤(pán)和后盤(pán)之間的,并與輪轂成一定的角度,前盤(pán)是一回轉(zhuǎn)曲面,后盤(pán)是一圓盤(pán)平面。因此,與葉輪軸線斜置的葉片與

4、后盤(pán)的交線是一條平面曲線(葉型曲線,而與前盤(pán)的交線則是一條空間曲線(相貫線,見(jiàn)圖4。該曲線繪制的準(zhǔn)確與否,直接影響到曲面展開(kāi)和板材下料的準(zhǔn)確程度,最終影響葉片與前盤(pán)的吻合。第14卷第2期2006年6月山東交通學(xué)院學(xué)報(bào)J OUR NAL OF S HANDONG JIAOTONG UNIVER SITY Vol .14No .2Jun .2006 圖4風(fēng)機(jī)葉輪通常,求解該曲線有2條思路:在大多數(shù)的工廠中,如果要求精度不高可用手工展開(kāi)圖解法;在一些重要場(chǎng)合,如航空航天的部件中則采用解析的方法通過(guò)求解方程組,來(lái)得到交線各個(gè)空間點(diǎn)的坐標(biāo)。手工圖解法雖然相對(duì)簡(jiǎn)單一點(diǎn),但是由于風(fēng)機(jī)葉片多為復(fù)雜曲面,而葉片

5、與前盤(pán)的相對(duì)位置又是多變的,數(shù)據(jù)采集點(diǎn)是離散的,采用手工展開(kāi)達(dá)不到很高的求解精度。解析法的思路是以空間曲線曲面方程形成一組方程組,采用數(shù)值解法進(jìn)行迭代求解,然后將求解結(jié)果用三次樣條曲線來(lái)進(jìn)行曲線擬合,以保證翼型曲線的精度和光順。利用該方法可以實(shí)現(xiàn)空間曲線較為精確的展開(kāi),但在一些奇異點(diǎn),如拐點(diǎn)等處不能做到很好的收斂。另外,它要求設(shè)計(jì)者必須掌握較高的語(yǔ)言編程能力,因此使用并不十分廣泛。目前,各種大型C AD CAM 設(shè)計(jì)軟件的普及和應(yīng)用,為我們解決此類問(wèn)題找到了更為便捷而準(zhǔn)確的方法:采用Pro Engineer 1軟件,基于風(fēng)機(jī)葉片的成型過(guò)程,將葉片設(shè)計(jì)并虛擬制造出來(lái)后,利用軟件本身所提供的強(qiáng)大的

6、曲面展開(kāi)功能,將該三維葉片展開(kāi)成二維鈑金件工程圖,即可按工程圖的尺寸要求下料生產(chǎn)。該方法的優(yōu)點(diǎn)在于:設(shè)計(jì)周期短,同時(shí)由于參數(shù)化設(shè)計(jì)理念的應(yīng)用,可以隨時(shí)對(duì)某些特征進(jìn)行修改,實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的系列化設(shè)計(jì);另外,由于曲面展開(kāi)功能的應(yīng)用,使得設(shè)計(jì)精度大大提高,完全可以滿足設(shè)計(jì)要求。2三維風(fēng)機(jī)葉片的建模2.1風(fēng)機(jī)葉片毛坯的設(shè)計(jì)在進(jìn)入Pro Engineer 界面后,選擇“Part ”選項(xiàng)進(jìn)入零件繪制狀態(tài),然后指定生成文件的工作目錄。在Feature 菜單中選擇Create Surface Blend ,進(jìn)入Sketch 平面草繪狀態(tài),這時(shí)即可按照尺寸要求繪制葉型的底面,表12是大量應(yīng)用的Clerk y 葉型底面

7、圖形截面型值點(diǎn)的坐標(biāo)值。具體操作步驟如下:先根據(jù)型值點(diǎn)底坐標(biāo)值,利用Point 命令繪制各個(gè)型值點(diǎn),然后用Spine 命令通過(guò)各型值點(diǎn)建立封閉圖形如圖5所示。然后點(diǎn)擊鼠標(biāo)右鍵,選擇Toggle Section ,將剛才所繪圖形鎖定,再在該葉型的位似中心用Point 命令建立一點(diǎn),點(diǎn)擊完成按鍵退出Sketch 狀態(tài)。利用位似圖形的相似比,我們可事先計(jì)算出當(dāng)葉片向上收縮為一點(diǎn)時(shí)的葉片高度。此時(shí),在菜單命令行中輸入葉片高度,單擊OK 按鈕,完成葉片毛坯的繪制,如圖6所示。這一步基本類似于模擬現(xiàn)實(shí)制作毛坯的工序。表1Cler ky 葉型截面型值點(diǎn)坐標(biāo)值距前緣坐標(biāo)x 00圖5Clerky 型截面圖6葉片

8、毛坯圖2.2葉片上部空間曲線的生成由于風(fēng)機(jī)上部的曲線是風(fēng)機(jī)葉片和頂部的圓錐相交所產(chǎn)生的相貫線,所以這一步要根據(jù)實(shí)際尺寸要求,建立一新坐標(biāo)系,從而建立上部的大圓錐。具體做法如下:選擇Dutam Create Offset 建立頂部圓第2期徐青立等:離心式風(fēng)機(jī)葉片的一體化設(shè)計(jì)方法61錐的坐標(biāo)系,在Menu Manager 菜單中選擇Feature Create Surface Trim Revolve ,繪制前盤(pán)圓錐面與葉片相交如圖7所示,圖中所示三角形即為頂部圓錐的平面投影的一半,然后單擊完成按鈕,完成葉片立體圖的繪制,如圖8所示。 圖7葉片底部曲線形成圖圖8葉片立體圖3翼型風(fēng)機(jī)葉片的二維展開(kāi)風(fēng)

9、機(jī)葉片的三維立體圖繪制好后,下一步的工作就是將上述葉片展開(kāi)成二維鈑金件工程圖,以便下料生產(chǎn)。為此,在Menu Manager 菜單中選擇Feature Create Surface Trim Use Quilt ,選中該葉片表面為目標(biāo)面,選中一坐標(biāo)面作為剖切面,完成后可在左邊的圖形樹(shù)中看到新產(chǎn)生的兩個(gè)Cut 曲面,如圖9所示,然后在此兩Cut 面的結(jié)合處建立一坐標(biāo)點(diǎn)Pnp0,在Menu Manager 菜單中選擇Feature Create Tweak 選項(xiàng),打開(kāi)此菜單后,選擇Flatten Quilt 選項(xiàng),打開(kāi)Flatten Quilt 菜單,先選中曲面,再選剛才所建立的點(diǎn)Pnp0,將一個(gè)

10、Cut 曲面展平;同樣的方法將另一個(gè)Cut 曲面也展平,就完成了曲面展開(kāi)。至此,風(fēng)機(jī)葉片已經(jīng)展開(kāi),但由于此圖中同時(shí)還存在風(fēng)機(jī)葉片立體圖,影響出圖效果,此時(shí)選擇File Save A Copy .,將打開(kāi)菜單的文件類型由*.prt 改為*.iges 格式,然后為展開(kāi)圖取個(gè)名字Flatten ,在彈出的菜單中選擇Surface 復(fù)選框,單擊Quilt 選項(xiàng),選擇以上2個(gè)展開(kāi)面,存儲(chǔ)完畢,將此當(dāng)前窗口關(guān)閉。單擊New 按鈕,選定Dra wing 模式,建立新窗口3,選擇Insert 菜單中Data From File .選項(xiàng),選擇Flatten .iges ,將展開(kāi)平面調(diào)入,此時(shí)圖中只有風(fēng)機(jī)葉片的展

11、開(kāi)圖,如圖10所示,利用Analysis Measure 可方便及時(shí)地獲得各個(gè)所需尺寸。通過(guò)對(duì)打印機(jī)或繪圖儀進(jìn)行設(shè)置,可按11的比例將其轉(zhuǎn)化為工程圖。同時(shí),利用Pro E ngineer 集成的NC 后處理軟件,可將此展開(kāi)圖直接生成數(shù)控加工程序,從而實(shí)現(xiàn)建模、運(yùn)算、繪圖以及最后下料的一體化設(shè)計(jì)。 圖9曲面剪切為兩部分圖圖10曲面展開(kāi)圖4結(jié)語(yǔ)采用基于Pro Engineer 軟件將離心式風(fēng)機(jī)的翼型葉片展開(kāi)的設(shè)計(jì)方法與傳統(tǒng)的風(fēng)機(jī)葉片設(shè)計(jì)和制(下轉(zhuǎn)第66頁(yè)題的深入研究必將推動(dòng)模式識(shí)別、計(jì)算機(jī)視覺(jué)、人工智能等計(jì)算機(jī)科學(xué)分支的發(fā)展。參考文獻(xiàn):1張宏林.數(shù)字圖像模式識(shí)別技術(shù)及工程實(shí)踐M.北京:人民郵電出版

12、社,2003.2姜威,陳援非,孔勇,等.一種在復(fù)雜背景彩色圖像中劃分手部圖像的方法J.山東大學(xué)學(xué)報(bào)(工學(xué)版,2003,33(4:410-412.3任海兵,祝遠(yuǎn)新,徐光,等.復(fù)雜背景下的手勢(shì)分割與識(shí)別J.自動(dòng)化學(xué)報(bào),2002,28(2:256-261.4何斌,馬天予,王運(yùn)堅(jiān),等.數(shù)字圖像處理M.第二版.北京:人民郵電出版社,2002.5劉江華,陳佳品,程君實(shí).用于人機(jī)交互的靜態(tài)手勢(shì)識(shí)別系統(tǒng)J.紅外與激光工程,2002,31(6:499-503.Application of Artificial Neural Network for Hand Image RecognitionYUAN Xiang

13、-rong1,TIAN Xin-cheng2(1.ShanDong Yi ng Cai Voc ational Tec hnology C oll ege,Jinan250104,C hina;2.Sc hool of Contr ol Sci enc e and Enginee ring,Shandong Univ ers ity,Jinan250061,C hinaA bstract:In the experiment of hand recognition for a robot,we tried to use a BP neural network to recognize hand

14、image sequence.For this tar get,hand image is rec ognized after it is extracted fr om complex background.This method is based on the model of skin colors.Experimental results show that the method in this paper is simple and reliable.Key words:image recognition;neural network;hue transfor m(責(zé)任編輯:郎偉鋒(

15、上接第62頁(yè)造方法相比,既縮短了設(shè)計(jì)周期,又提高了設(shè)計(jì)精度,同時(shí)還大大改善了前盤(pán)與葉片的吻合性,省去了工廠中的磨弧工序,減輕了工作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度,并且下料精確,凈化了環(huán)境,能夠很好地滿足實(shí)際生產(chǎn)的要求。通過(guò)實(shí)際的工程試驗(yàn),其展開(kāi)精度超過(guò)了利用手工展開(kāi)方法所獲得的精度。當(dāng)然,對(duì)于一些更為復(fù)雜的變截面葉片,利用Pr o Engineer軟件來(lái)擬合時(shí),還需要進(jìn)一步的研究和開(kāi)發(fā)。參考文獻(xiàn):1李世國(guó),李強(qiáng),卜瑩瓊,等.Pro Engineer Wil dfire中文版范例教程M.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2004:20-45.2李紹珍,范波濤,王中豫.工程曲面M.濟(jì)南:山東大學(xué)出版社,1997:168-16

16、9.3二代龍震工作室.Pro Detail Wildfire2.0工程圖設(shè)計(jì)M.北京:電子工業(yè)出版社,2004:14-18.The Integrated Designing Method of Blower LaminaXU Qing-li1,WANG Xi-cang2(1.Qingdao Hi ghway Administ ration Bureau,Qingdao266600,C hina;2.Depar tment of Phys ics and Mathe matics,Shandong Jiaotong Uni ver sity,Ji nan250023,C hinaA bstracts:Based on the advanced3D designing software Pro Engineer,we can simulate the manufacturing course of the blower lamina.We can integrate the modeling,c