抽取影響蝶閥性能的幾何參數(shù)，建立參數(shù)化模型，在Solidworks環(huán)境中利用VBA實(shí)現(xiàn)了蝶閥零件的參數(shù)化建模。將模型導(dǎo)入有限元分析環(huán)境，實(shí)現(xiàn)了CAD/CAE 的集成。有限元計(jì)算表明，參數(shù)化模型可以實(shí)現(xiàn)不同參數(shù)幾何模型的快速重構(gòu)，為數(shù)字化設(shè)計(jì)和方案優(yōu)化提供了可能。

　　蝶閥被廣泛應(yīng)用于管道系統(tǒng)，特別是其他控制閥難以滿足的大口徑管道控制系統(tǒng)。近年來(lái)，隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，蝶閥的使用已從低壓供水?dāng)U展到高溫，或者低溫介質(zhì)，壓力也從低到高，廣泛用于空分、化工、冶金、污水處理等領(lǐng)域。而且口徑越來(lái)越大，性能要求不斷提高，壽命要求不斷延長(zhǎng)。三偏心蝶閥，在相同的工況條件下，具有摩擦力矩小、閥軸承受的力矩小、可滿足更高的工藝要求等特點(diǎn)。三偏心金屬密封蝶閥閥座的密封形線周長(zhǎng)是隨角度偏心增加而增加，能滿足較高的溫度和壓力工況，但金屬閥座的彈性小，密封性能較差。同時(shí)三偏心結(jié)構(gòu)蝶閥的空間運(yùn)動(dòng)較為復(fù)雜，常常因結(jié)構(gòu)寸設(shè)計(jì)不合理，導(dǎo)致密封副相互卡塞、干涉而使蝶板不能正常啟閉。傳統(tǒng)設(shè)計(jì)由于計(jì)算理論粗糙，設(shè)計(jì)理念保守，造成結(jié)構(gòu)笨重，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理，使用壽命短，同時(shí)性能提高困難等問(wèn)題的困擾。

　　利用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）計(jì)算機(jī)輔助分析（CAE）技術(shù)，對(duì)產(chǎn)品的運(yùn)動(dòng)干涉、強(qiáng)度、剛度等各項(xiàng)性能進(jìn)行評(píng)價(jià)和優(yōu)化，使企業(yè)在新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)和舊產(chǎn)品的改造過(guò)程中，縮短產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期、提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低成本，從而提高了企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)能力。參數(shù)化建模是CAD/CAE 設(shè)計(jì)中一項(xiàng)非常重要的關(guān)鍵技術(shù)^[1,5-7] 。采用參數(shù)化模型，設(shè)計(jì)者可以通過(guò)調(diào)整參數(shù)來(lái)修改和控制產(chǎn)品的幾何形狀，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的精確的數(shù)字化幾何造型^[2] ；對(duì)己有設(shè)計(jì)的修改，只需變動(dòng)相應(yīng)參數(shù)，而無(wú)需重復(fù)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的全過(guò)程，提高了設(shè)計(jì)效率，縮短設(shè)計(jì)周期^[3-4] 。

　　基于SolidWorks 平臺(tái)，開(kāi)發(fā)了三偏心蝶閥的三維參數(shù)化設(shè)計(jì)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)三偏心蝶閥的參數(shù)化設(shè)計(jì)。利用Workbench 軟件提供的有限元分析功能實(shí)現(xiàn)了參數(shù)化模型的有限元分析和性能評(píng)價(jià)，為設(shè)計(jì)者提供了設(shè)計(jì)產(chǎn)品和評(píng)估產(chǎn)品性能的支撐環(huán)境，在設(shè)計(jì)階段就可以對(duì)閥門整機(jī)進(jìn)行各種性能分析評(píng)價(jià)，包括強(qiáng)度、啟閉性能和密封性能等，以達(dá)到在實(shí)際產(chǎn)品開(kāi)發(fā)出來(lái)之前，能及早發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)問(wèn)題，并不斷提升閥門的各項(xiàng)性能。

1、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和面臨的關(guān)鍵問(wèn)題

　　三偏心結(jié)構(gòu)的密封副為一對(duì)斜圓錐面，其結(jié)構(gòu)如圖1 所示。其蝶板由圓錐斜切而成，閥座是與碟板錐度相同的內(nèi)錐面，圓錐角為A2。3 個(gè)偏心分別為：蝶板回轉(zhuǎn)中心相對(duì)于通徑軸線的徑向偏心E1、蝶板回轉(zhuǎn)中心相對(duì)于閥座中面的軸向偏心E2 以及圓錐面軸線相對(duì)于通徑軸線的角度偏心A1；同時(shí)圓錐軸線與閥座中面的交點(diǎn)相對(duì)于通徑軸線之間有徑向偏心E3。

　　由于三偏心蝶閥特殊的構(gòu)造和復(fù)雜的三維幾何關(guān)系，它的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程非常麻煩，一個(gè)合格的設(shè)計(jì)方案需要許多次的設(shè)計(jì)驗(yàn)算才能找到。特別是，它的各項(xiàng)性能與主要幾何參數(shù)之間的關(guān)系，到目前為止尚未解決。利用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）技術(shù)就可以大大簡(jiǎn)化三偏心蝶閥的設(shè)計(jì)過(guò)程，并將設(shè)計(jì)方案的驗(yàn)算和檢查通過(guò)計(jì)算機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)，減輕設(shè)計(jì)人員負(fù)擔(dān)。同時(shí)，利用計(jì)算機(jī)輔助分析（CAE）技術(shù)可以進(jìn)行設(shè)計(jì)方案的應(yīng)力分析和強(qiáng)度設(shè)計(jì)，使設(shè)計(jì)方案滿足設(shè)計(jì)規(guī)范的條件下結(jié)構(gòu)更加合理。

圖1 蝶閥密封結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

　　利用CAD 和CAE 軟件集成，對(duì)三偏心蝶閥進(jìn)行實(shí)際使用工況條件下的仿真試驗(yàn)，對(duì)其密封性能、啟閉性能及其主要部件的強(qiáng)度、剛度等在設(shè)計(jì)階段進(jìn)行分析、比較和仿真模擬，指導(dǎo)實(shí)際產(chǎn)品設(shè)計(jì)，并不斷對(duì)影響性能的幾何參數(shù)進(jìn)行改進(jìn)和優(yōu)化，使數(shù)字化設(shè)計(jì)階段的設(shè)計(jì)模型性能不斷改善，徹底擺脫基于經(jīng)驗(yàn)的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)模式。

4、結(jié)束語(yǔ)

　　基于CAD/CAE 集成的參數(shù)化設(shè)計(jì)和有限元建模，利用VBA 技術(shù)提供了三偏心蝶閥的參數(shù)化設(shè)計(jì)和計(jì)算仿真分析的一體化方案。不僅實(shí)現(xiàn)了三偏心蝶閥的參數(shù)化零件三維設(shè)計(jì)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品的有限元分析和性能評(píng)價(jià)。與傳統(tǒng)的產(chǎn)研發(fā)過(guò)程相比，本文方法為產(chǎn)品性能評(píng)價(jià)和改善提供了一種廉價(jià)高效的途徑，可以作為實(shí)物產(chǎn)品模型性能試驗(yàn)的補(bǔ)充和擴(kuò)展，大大節(jié)約產(chǎn)品研發(fā)費(fèi)用，縮短新產(chǎn)品研發(fā)周期。其研究方法有一定的實(shí)用價(jià)值。

參考文獻(xiàn)

　　[1] 熊光楞, 范文慧, 陳曉波. 復(fù)雜產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的仿真技術(shù)[J]. 系統(tǒng)仿真學(xué)報(bào), 2004, 16(2): 194-201.
　　[2] 龍靖宇, 吳小珍. 基于ANSYS 的偏軌箱形主梁參數(shù)化建模[J]. 武漢科技大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版), 2003,26(1): 58-60.
　　[3] 張 氫, 盧耀祖, 高順平, 等. 基于知識(shí)的產(chǎn)品級(jí)參數(shù)化虛擬設(shè)計(jì)的可重用性研究[J]. 中國(guó)機(jī)械工程,2003, 14(20): 1753-1757.
　　[4] 顏云輝, 張海燕, 楊會(huì)林, 等. 虛擬裝配系統(tǒng)的建模、干涉檢驗(yàn)及仿真[J]. 東北大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2004, 25(2): 153-155.
　　[5] 郭曉寧, 褚金奎, 楊 軒. 基于SolidWorks 的空間連桿機(jī)構(gòu)實(shí)體運(yùn)動(dòng)分析軟件的開(kāi)發(fā)[J]. 機(jī)械科學(xué)與技術(shù), 2003, 22(4): 619-621.
　　[6] 楊昌明, 陳次昌, 王金諾. 軸流泵的三維造型與數(shù)值模擬[J]. 西南交通大學(xué)學(xué)報(bào), 2004, 39(2):139-141.
　　[7] 關(guān)振群, 顧元憲, 張洪武, 等. 三維CAD/CAE一體化的參數(shù)化動(dòng)態(tài)有限元建模[J]. 計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)-CIMS, 2003, 9(12): 1112-1119.