引言
離心泵的CFD計算和CAM制造都是以葉輪的3D模型為前提。而葉片的3D模型是生成葉輪3D模型的關鍵和難點。
離心泵葉片分圓柱形和扭曲形兩種。文獻講述了離心泵圓柱葉片的三維參數化建模。本文僅討論扭曲葉片的3D參數化建模，該方法同樣適合圓柱葉片的三維參數化建模。
文獻引用雙三次Bezier曲面，利用反演計算確定扭曲葉片控制頂點的方法獲得扭曲葉片造型。該造型方法精度較低，不宜用于后期質量設計和特性分析。
本文依據泵水力設計CAD軟件得到木模圖上扭曲葉片表面離散的型值點，應用無原型參數化建模方法實現了扭曲葉片的3D參數化建模，為實現離心泵葉輪的3D造型奠定了基礎。
1 確定扭曲葉片參數化建模方案
扭曲葉片是復雜的空間自由曲面，無法精確描述，依據泵水力設計CAD軟件獲得的扭曲葉片的二維木模圖上離散的型值點是用于扭曲葉片造型的唯一數據。因而，通過尺寸變量驅動原型生成系列化葉片模型是行不通的。結合扭曲葉片的特點，以三維CAD軟件SolidWorks為平臺，用可視化編程軟件VB為開發工具，用VB提供的OLE控件封裝Microsoft Excel數據表，通過無原型參數化程序，由點到面，由面到體，最終放樣生成與設計參數相符的扭曲葉片的3D模型。
2 扭曲葉片無原型參數化建模流程
依據泵水力設計CAD軟件生成扭曲葉片的水力模型，讀取、轉換木模圖上扭曲葉片的型值點并保存于Excel數據表，由參數化程序獲取型值點，生成單個扭曲葉片的三維框架和實體流程如圖1所示，經圓周陣列生成扭曲葉片的3D參數化模型。
圖1 無原型參數化建模流程圖
3 扭曲葉片的數學描述
依據泵水力設計CAD軟件得到的比轉速120，流量23m3/h，離心泵葉片的軸面截線圖和木模圖，如圖2（a）、2（b）所示。
3.1 型值點坐標的讀取/轉換
葉片軸面截線圖上獲取的葉片表面型值點坐標用（r,θ,Z）表示，而SolidWorks軟件中點坐標用（X,Y,Z）描述，因此需要將該柱面坐標系轉換成笛卡爾直角坐標系。本文在讀取和轉換扭曲葉片表面的型值點坐標時，采用了同樣的方法。最后將木模圖上的型值點（r,θ,Z）和轉化后的坐標（X,Y,Z）存儲至MicrosoftExcel軟件，如圖3所示，供參數化程序調用。
圖3 扭曲葉片表面型值點數據表
4 扭曲葉片無原型參數化建模主要程序
下面僅將VB開發SolidWorks生成扭曲葉片中比較重要的參數化程序歸納如下。
運行參數化程序后，即可得扭曲葉片3D模型，如圖4（a）、4（b）、4（c）所示。
5 總結
以SolidWorks為開發平臺，采用無原型參數化建模方法實現了扭曲葉片的3D參數化模型。造型精度高、速度快，大大縮短了泵的設計周期，為后續生成葉輪的3D參數化造型、CFD模擬計算及葉片CAM奠定了基礎，該參數化方法同樣適用于其他葉片、機翼造型的開發。
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