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1、基于UG的離心泵蝸殼造型張江源，唐學林，王福軍（中國農(nóng)業(yè)大學水利與土木工程學院北京100083）摘要：蝸殼三維實體造型是離心泵全流道數(shù)值模擬的關鍵步驟之一，其造型的優(yōu)劣特別是蝸殼隔舌部分的準確建模，直接關系到加工制造或流場數(shù)值模擬結果的真實可靠。結合一通用離心泵實例，采用UG軟件以拉伸結合布爾運算和片體縫合生成實體兩種不同的方法，進行了離心泵蝸殼的三維實體造型。研究表明，結合工程實際選擇合理造型方法可縮短造型周期，提高建模質量。該成果對于其他類似流體機械造型具有參考價值。關鍵詞：UG；離心泵蝸殼；三維實體造型；數(shù)值模擬中圖分
2、類號：TV675文獻標識碼：A60前言UG（UnigraphicsNX）由EDS公司出品的以機械產(chǎn)品為主的CAD/CAM/CAE軟件。其優(yōu)越的參數(shù)化設計與傳統(tǒng)的實體、曲面和線框功能結合在一起，能夠提高造型效率和造型質量，為后續(xù)的數(shù)值模擬奠定良好基礎[1,2]。尤其在機械零、部件設計和多維數(shù)控加工中得到了廣泛的應用[3-5]。離心泵螺旋形壓水室常稱為蝸殼，是轉換能量的過流部件。具有適應性強，效率高，高效區(qū)寬等優(yōu)點，其主要作用是收集從葉輪中流出的液體，并輸送到排出口或下一級葉輪吸入口[6]。蝸殼區(qū)域壓力脈動是離心泵壓力脈動研究的
3、熱點，葉輪與蝸殼動靜干涉問題也常常圍繞蝸殼隔舌與葉輪間隙展開[7-9]?？梢娢仛ぴ煨陀绕涫歉羯嗖糠值臏蚀_造型將對非定常湍流流場模擬的結果產(chǎn)生顯著影響。之前的參數(shù)化造型主要圍繞離心泵葉輪展開，對蝸殼造型研究較少[10]。1工程實例本實例是一單級離心泵的蝸殼，蝸殼主要分為螺旋段和擴散段兩部分，由0斷面到10斷面共分為11收稿日期：2011-06-25基金項目：國家自然科學基金項目（51079151）；中國農(nóng)業(yè)大學研究生科研創(chuàng)新專項項目（KYCX2011080）作者簡介：張江源（1978-），男，博士研究生，主要從事水力機械方面的
4、研究。6個斷面，其主要結構如圖1所示?；鶊A直徑為242mm，隔舌安放角約14°。蝸殼進口寬度32mm，斷面為梯形斷面，側向出水，出口直徑80mm，擴散段總長220mm。2UG建模蝸殼螺旋段構造比較復雜，其壁面沿螺旋型線由隔舌延伸至第八斷面，斷面輪廓線為帶過渡圓弧的梯形。隔舌位于螺旋段與擴散段圓滑過渡處，并與擴散段存在高度差。擴散段由第八斷面開始直至蝸殼出口，由帶過渡圓弧的梯形光滑過渡為圓。為保證模型完整、準確表達實體特征，常采用從二維草圖繪制為基礎，再調用“通過曲線網(wǎng)格”（“”為引用UG中的命令，下同）生成三維實體。以下分
5、兩種造型方法進行詳細介紹。圖1蝸殼各斷面示意圖2.1拉伸+布爾求和首先，在XY平面內依據(jù)二維CAD圖進行草圖繪制，各斷面由“自參考對象”表示，螺旋段由“3次樣條”生成。此步驟中應注意生成隔舌時，倒圓角會引起擴散段輪廓線偏移，需要對相應輪廓線條進行固定約束。完成草圖后在x-z平面內繪出各個斷面輪廓線。圖2蝸殼各斷面輪廓線采用“通過曲線網(wǎng)格”生成1斷面至出口的片體部分。應注意選擇主線串時，確認后有一個方向的箭頭提示，必須保證一致性，否則生成的曲面會產(chǎn)生嚴重扭曲。依次點選交叉線串如圖3中螺旋段輪廓線和基圓，生成片體如圖4。生成如圖
6、4中的片體后，在1斷面和出口斷面采用“n邊曲面”生成兩端的片體，“縫合”片體即可得到實體。0斷面至1斷面（包含隔舌部分），在本方法中可采用“拉伸”成型。在x-y平面草圖中提取0斷面至1斷面，并將輪廓向螺旋段和擴散段相應延伸，按蝸殼進口寬度32mm向兩側拉伸，最后通過“布爾求和”就能快速獲得最終造型如圖5。當在1斷面拉伸體與實體出現(xiàn)高度差時，應將實體的1斷面向隔舌方向“偏置”并適當修剪，保證輪廓的圓滑過渡。6圖31斷面至出口片體造型關鍵步驟圖41斷面至出口片體縫合后圖5布爾求和生成實體2.2片體縫合本方法中在隔舌安放角位置添加
7、輔助平面，相當于將方法1中拉伸成體的隔舌部分按實際尺寸由片體勾勒出來。擴散段和螺旋段輔助平面高度應與蝸殼進口高度一致，其余部分由過渡圓弧圍成。由“空間曲線”繪制螺旋段與擴散段連接所需小片如圖6。隨后利用“通過曲線網(wǎng)格”生成其他片體，再利用“縫合”和“用平面做鏡像”最終生成實體。圖6補片3分析方法一生成實體快，但僅適用于矩形斷面蝸室和1斷面過渡圓弧較小的梯形斷面蝸室。過網(wǎng)格生成曲面命令中，主線串和交叉線串可互換，推薦將較復雜線串定為主線串，這樣有利于片體的生成。如果螺旋段輪廓線曲率較小，片體扭曲程度較大，常導致片體無法生成，一
8、是要注意繪圖細節(jié)捕捉正確的節(jié)點，另一點是可分段進行片體生成。當螺旋段過渡圓弧最小半徑很小時，應先對隔舌處小半徑部分進行倒圓，然后再對大半徑部分進行倒圓，否則會導致倒圓命令不能實現(xiàn)。當拉伸生成的隔舌部分與1斷面實體輪廓存在較大誤差時，為保證與水力圖一致性，應采用方法二生成。由布爾求和直接生成
