基于特征的典型零件參數化設計

1、基于特征的典型零件參數化設計摘 要：本文針對渦輪通用零部件花鍵、圓弧端齒和渦輪軸，先經過初步設計將限制條件和尺寸驅動參數連接起來；再通過對UG二次開發(fā)完成的參數化建模實現了對零件及特征模型的快速建模和快速修改，驗證了參數化設計方法的便捷性，同時在單個零部件參數化建模開發(fā)完成之后將其整理成了一整個的典型零部件建模系統(tǒng)，減少其在設計過程中的重復勞動，節(jié)省設計時間。關鍵詞：參數化；設計方法；渦輪典型零部件；設計流程中圖分類號：TP391 文獻標識碼：A1 引言航空發(fā)動機構造設計是計算與實驗相結合，理論與經歷相結合的復雜的過程。伴隨著CAD/CAE技術在航空發(fā)動機領域內越來越廣泛的應用以及參數化設計的

2、開展，國內外已有許多學者將參數化建模引入發(fā)動機的設計和分析過程中，并對此進展了大量研究。本文是基于一個成熟的花鍵、圓弧端齒、渦輪軸設計方案，引入參數化設計思想，提出其快速建模的方法，以滿足工程設計中的需求，降低設計過程中反復修改尺寸帶來的重復建模工作量，在此根底上整理已有程序，為渦輪設計生成一個典型構造件建模系統(tǒng)。2 花鍵、圓弧端齒、渦輪軸構造形式及特點2.1 花鍵及其構造設計花鍵在航空發(fā)動機壓氣機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用于航空發(fā)動機上的漸開線花鍵。繪制花鍵主要參數有：模數m、齒數z、壓力角、大徑De，內花鍵的齒根圓或外花鍵的齒頂圓的直徑、小

3、徑 Di，內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。根據三種齒形角和兩種齒根規(guī)定了四種根本齒廓，在對花鍵進展參數化建模時，四種齒廓作為四種拓撲構造供用戶單項選擇，內外花鍵形式作為兩種拓撲構造供用戶單項選擇，用戶僅僅需要輸入模數m、齒數z、拉伸起始位置和拉伸終止位置即可，其余的參數可以通過這些參數計算得出。2.2 圓弧端齒及其構造設計圓弧端齒是一種特殊構造形式的端齒盤，其輪齒呈弧形，由專用機床磨削加工而成，本文進展參數化建模研究的是兩側齒面不同的固定式、單排構造形式的圓弧端齒。圓弧端齒的主要設計參數包括圓弧端齒內外徑、齒寬、

4、齒數和模數、齒頂倒角、過渡圓弧設計等。選擇圓弧端齒外徑時推薦兩種方式：一種方式是利用扭矩-端齒外徑經歷關系曲線圖來選擇端齒外徑，第二種方法是根據公式進展計算。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。假設端齒外徑已經確定，那么可以根據徑節(jié)確定齒數。齒頂倒角高由式T=f2m確定；齒頂倒角推薦角度范圍為2030。2.3 渦輪軸及其構造設計對輸出軸做輸出功的渦輪稱為動力渦輪，動力渦輪分為定軸渦輪和自由渦輪兩種，真實的自由渦輪軸上包含小孔、倒角和套齒等小尺寸構造?？紤]這些細節(jié)的精細建模可能因為分網等原因使得計算結果失真，因此，參數化模型時對構造進展部分簡化。不考慮套齒、花鍵、

5、軸孔等構造特征的簡化渦輪軸，可視作一個經復雜截面回轉360而成的實體。3 花鍵、圓弧端齒渦輪軸的參數化設計3.1 花鍵的參數化建模首先對花鍵進展手動建模，對UG進展二次開發(fā)。根據上一節(jié)提到的花鍵建模所需參數，設計出MFC對話框，作為參數化建模的人機交互的用戶界面；對輸入尺寸驅動參數的編輯框插入成員變量；聲明、定義諸如拓撲構造所對應的參數及繪圖所需的函數；建立草圖，再經過一系列函數及程序的調用，完成特征創(chuàng)立，最后得到給定條件的花鍵。3.2 圓弧端齒的參數化建模參照實際加工過程，完成圓弧端齒的手動建模，根據上一節(jié)提到的圓弧端齒建模所需參數，設計出MFC對話框，作為參數化建模的人機交互的用戶界面；對

6、輸入尺寸驅動參數的編輯框插入成員變量；聲明、定義諸如拓撲構造所對應的參數及繪圖所需的函數；生成圓弧端齒底座，即帶孔圓臺；通過函數的調用生成圓弧端齒的三個齒形面，對生成的三個面進展縫合，再通過修剪實體修剪出該實體；將修剪出的實體進展陣列，與前面生成的帶孔圓臺進展布爾求差得到圓弧端齒。3.3 渦輪軸參數化建模首先對渦輪軸進展手動建模，對UG進展二次開發(fā)。根據上一節(jié)提到的渦輪軸建模所需參數，設計出MFC對話框，作為參數化建模的人機交互的用戶界面。然后，對輸入尺寸驅動參數的編輯框插入成員變量；聲明、定義諸如拓撲構造所對應的參數及繪圖所需的函數；利用函數建立草圖，創(chuàng)立特征回轉將第一步生成的渦輪軸草圖以X

7、方向即渦輪盤軸向為旋轉軸，旋轉360度，即可生成渦輪軸的三維圖，對鍵槽草圖進展拉伸和陣列，創(chuàng)立鍵槽。4 參數化建模系統(tǒng)的建立4.1 參數化建模本文所包含的參數化的建模是通過UG軟件二次開發(fā)實現，并通過編寫二次開發(fā)程序完成人機交互平臺，使參數化建模通過這個人機交互平臺實現，設計人員將尺寸驅動參數的詳細量輸入到用戶界面中的相應位置，平臺通過二次開發(fā)程序將模型輸出到UG中，實現建模。二次開發(fā)使用UG API系統(tǒng)，支持C，C+語言。首先，設置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、運行庫、附加庫目錄、附加依賴項等。4.2 各特征設計模塊集成應用本文開發(fā)的渦輪盤典型特征參數化設

8、計模塊所適用的CAD平臺為UG NX，編制語言為VS編程平臺下的MFC對話框技術。實現功能為在UG中呼出自行設計的用戶操作界面，按照界面中的指示輸入設計此構造所需要的尺寸及位置定位參數，程序執(zhí)行完畢后自動生成滿足設計要求的幾何模型。VS平臺開發(fā)UG參數化建模二次開發(fā)程序時，需要對程序工程屬性進展設置，保證其包含UGOPEN中所用到的函數庫。各設計模塊程序在VS平臺編譯運行結果為DLL格式應用程序文件，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，將各參數化設計模塊功能集成于UG人機交互界面菜單中。結語本文將參數化設計思想引入到花鍵、圓弧端齒、渦輪軸構造設計中，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計中的需求，降低設計過程中反復修改尺寸帶來的重復建模工作量，將設計人員從大量的重復勞動中解放出來。參