1、第 6章 流体机械中典型零件的几何数字化设计主要内容6.1几何数字化设计软件平台6.2叶轮类部件的三维几何造型6.3叶轮几何设计的数字化建模方法6.4流体机械的其他零件三维几何造型6.5流体机械产品的数字化装配 6.1 几何数字化设计的软件平台6.1.1 几何数字化设计软件的基本功能要求在叶片式流体机械的三维几何数字化设计过程中，由于涉及到复杂的雕塑曲面零部件几何造型，零部件的装配关系复杂，考虑到数字化加工一体化，应该采用功能强大的CAD/CAM商业 软件作 为数字化设计开发平台。选择CAD/CAM商业软件至少应该具备有以下几个方面的处理能力。（ 1）交互图形输入和输出功能（ 2）几何造型功能
2、和数字化装配功能（ 3）与其他应用系统的数据交换（ 4）统一的数据管理功能（ 5）二维绘图功能6.1.2 商业化的几何数字化设计软件的发展状况 在 20世纪 70年代 ，开始 出现商品化的硬件和软件。以小型和超级小型计算机为主的 CAD/CAM系统进入市场并成为主流。如 Computer Vision、Intergraph、 Calma、 Applicon等 。 70年代末以后， 32位工作站和微型计算机的出现对 CAD/CAM技术的发展起了极大的推动作用 。 1979年美国的 SDRC公司推出了世界上第一个基于实体造型技术的大型 CAD CAM软件 I-DEAS。实体造型技术是 CAD技术上
3、的第二次技术革命 。 20世纪 80年代中期后，以工作站为基础的 CAD/CAM系统发展很快，其功能达到甚至超过小型机 CAD/CAM系统 。 80年代末期，美国的参数技术公司 PTC(Parameter Technology Corp)研制的命名为 Pro Engineer的参数化软件，引起了 CAD技术的第三次技术革命 。 SDRC公司以参数化技术为蓝本，提出了更为先进的实体造型技术 变量化技术 。被 视为 CAD技术的第四次技术革命。6.1.2 商业化的几何数字化设计软件的发展状况目前作为数字化设计与制造的主流 CAD/CAM系统有： 美国 UGS公司 Unigraphics NX； 美
4、国 PTC公司的 Pro/Engineer； 法国 Dassault公司研究开发的 CATIA； 美国洛克希德飞机制造公司研制开发的 CADAM； 法国 Matra Datavision公司研究开发的 EUCLID 等。这些软件都可以作为叶片式流体机械的几何数字化设计软件。6.2 叶轮类部件的三维几何造型6.2.1 叶轮几何模型与其他分析模型的关系 叶轮设计与制造技术涉及到多学科技术的综合应用，数字化设计与制造要求产品的数字化模型在各阶段的分析和应用模型能够保持信息的一致性和可重用性。 叶轮几何设计建模应注意事项 : 模型间的数据能够重用，从而建模时可减少大量的重复性劳动，各种分析模型应能从转
5、轮的几何数字化模型自动衍生。 模型间数据的一致性和可重用性，以大大减少了建模的工作量。 模型间可以实现数据的互操作，使有些相互密切关联的分析过程易以交流信息。 * 西华大学 赖喜德 教授 7叶轮的几何模型与各个应用模型的关系 6.2.2 叶轮的几何设计方法 在通常情况下，混流式（离心式）叶（转）轮由具有 回转体特征的前、后盖板 （上冠、下环）与 一组叶片组成 ，轴流式叶（转）轮由具有回特征的轮毂体与一组叶片组成。 回转体特征的零件的几何造型比较简单，叶轮类零件的几何设计重点在 叶片的几何造型 上。由于叶轮类型不同，其叶片曲面的形状会有所不同。 低比转速叶轮的叶片多是 直纹面 ，中高比转速叶轮的
6、叶片是 雕塑（自由）曲面 。采用专业 “木模图 ”表示来定义叶片存在的问题 传统设计，采用专业 “木模图 ”将空间三维几何计算转化为二维计算，回避了叶片空间曲面的三维几何设计和建模问题。对于数字化设计与制造将存在以下主要的问题： 叶片的 “木模图 ”数据不能准确地数字化定义叶片 不能满足数字化几何造型的要求 不能满足数字化设计与制造中的模型一致性要求6.3 叶轮几何设计的数字化建模方法6.3.1 叶片曲面数字化的几何模型选择 NURBS在数学和力学上有良好的保形性，而叶轮的叶片由多张自由曲线曲面封闭而成。正因为如此，在叶片几何建模时，一般采用 NURBS作为叶片曲面几何设计的数学模型。 在实际工程中，广泛三次 NURBS曲线来构造叶片的截面线。基于截面线族的蒙皮法构造曲面
