雙偏心蝶閥三維模型構建方法的研究

2013-06-29 王旭電子科技大學成都學院電子信息工程系

　　闡述了建立雙偏心蝶閥三維實體模型的意義。比較了兩種模型構建方法的特點，最終確定了裝配設計的模型建立方式，繪制了完善的雙偏心蝶閥三維模型。最后，對模型進行干涉性檢查，驗證了設計的合理性。

　　雙偏心蝶閥的設計，關鍵的要點主要有：1)零部件的強度(靜水力矩、動水力矩等)滿足要求;2)準確的質量計算;3)零部件之間不存在干涉性問題。因此，對產品設計而言，需要進行有限元分析、模型的體積以及重量計算、干涉性檢查等操作。以便讓蝶閥的各個性能指標(如漏水量、活門壓差等)均滿足要求。而這一系列工序能否順利開展的前提，就是構建完善的三維模型。

1、建模方法的確定

　　蝶閥的三維實體模型構建，傳統的方法，是在零件設計模塊，利用草圖繪制、旋轉、掃掠等命令，直接繪制閥門的整體模型。然而，該方法卻存在著一些缺點：1)就雙偏心蝶閥而言，其零部件繁多，部件之間的配合復雜，尤其是活門和閥體之間，存在著偏心關系，直接建立整機模型，零部件之間的相對定位比較困難;2)直接在零件設計模塊建立的整機模型，只能夠描述閥門在全關或全開時刻的單一狀態，而由于要對模型進行干涉行檢查、水動力學分析等操作，需要將模型調整至各種需要的運行狀態。因此，在該模塊中要實現所有的工作狀態，就必須建立多種模型，工作費時費力。

　　鑒于傳統建模方法的弊端，結合雙偏心蝶閥自身的特點。本文提出了另外一種建模方式——裝配設計。其設計步驟是：1)在零件設計模塊單獨設計各個零部件;2)根據零部件彼此之間的幾何約束關系，進行定位裝配操作。這種建模方式的最大優點是：可以準確描述閥門的各個工作狀態，便于對產品進行后續有限元分析、干涉性檢查等操作。因此，本文采取裝配設計的方法對蝶閥進行建模。

2、雙偏心蝶閥三維模型的構建

　　本文所構建的雙偏心蝶閥模型為臥軸、雙平板、帶重錘關閉結構。其特征參數主要有：公稱直徑(D)、活門厚度(b)、接力器直徑(Dj)以及閥軸直徑(Df)等。

　　模型建立的步驟是：1)分別在零件設計模塊繪制上游管路、下游管路、活門以及閥體等零部件的實體模型;2)在裝配模塊中，調入所有零件，再利用各部件之間的對應關系(如同心、垂直等)，利用約束命令，逐步進行裝配，繼而完成整機的模型構建操作。

2.1、蝶閥零部件模型的建立

　　組成雙偏心蝶閥的零件，主要有：上游管路、下游管路、閥體、活門、閥軸、重錘以及伸縮節。因此，第一步需要分別在裝配設計模塊中建立這7個零件的模型。具體操作是：首先，在草圖模式繪制平面圖;其次，返回到設計模塊，進行旋轉、拉伸以及多截面曲線等功能，完成模型的繪制。建立的三維實體模型如圖1至圖7所示。

圖1 上游管路

2.2、雙偏心蝶閥三維模型裝配

　　繪制完零件圖之后，進入裝配模塊，加載所有零件，進行模型裝配。具體操作步驟為：

圖2 下游管路　　圖3 閥體

圖4 活門　　圖5 閥軸

圖6 重錘　　圖7 伸縮節

　　1)設閥體為基準零件;

　　2)利用零件之間的相對關系，利用軟件的偏移、角度調整等命令，完成裝配。

　　本文以閥體和活門為例，介紹裝配過程。閥體與活門之間的對應關系是：1)閥體與活門同心;2)活門兩邊的閥軸與閥體兩邊的軸孔同心同軸。因此，針對條件1)和2)可以分別設定一致性約束。從而完成二者的裝配(如圖8所示)。

圖8 閥體與活門裝配

　　采用上述方法，設置各零件的相應約束，完成雙偏心蝶閥的整機模型構建(如圖9所示)。

圖9 蝶閥裝配三維實體模型

2.3、干涉性檢查

　　雙偏心蝶閥在正常運行的時候，活門是全開的狀態。此時，重錘的位置是以蝶閥閥軸中心線為基準，轉動90°的上游管路右側上方。因此，重錘是否會與上游管路右側上方45°的取水管座干涉，是一個需要檢查的步驟。該操作的實現，利用裝配模塊中的旋轉命令，以閥軸軸線為旋轉軸，調整活門至全開位置。此時，重錘的狀態如圖10所示。