双偏心蝶阀三维模型构建方法的研究

2013-06-29 王旭电子科技大学成都学院电子信息工程系

　　阐述了建立双偏心蝶阀三维实体模型的意义。比较了两种模型构建方法的特点，最终确定了装配设计的模型建立方式，绘制了完善的双偏心蝶阀三维模型。最后，对模型进行干涉性检查，验证了设计的合理性。

　　双偏心蝶阀的设计，关键的要点主要有：1)零部件的强度(静水力矩、动水力矩等)满足要求;2)准确的质量计算;3)零部件之间不存在干涉性问题。因此，对产品设计而言，需要进行有限元分析、模型的体积以及重量计算、干涉性检查等操作。以便让蝶阀的各个性能指标(如漏水量、活门压差等)均满足要求。而这一系列工序能否顺利开展的前提，就是构建完善的三维模型。

1、建模方法的确定

　　蝶阀的三维实体模型构建，传统的方法，是在零件设计模块，利用草图绘制、旋转、扫掠等命令，直接绘制阀门的整体模型。然而，该方法却存在着一些缺点：1)就双偏心蝶阀而言，其零部件繁多，部件之间的配合复杂，尤其是活门和阀体之间，存在着偏心关系，直接建立整机模型，零部件之间的相对定位比较困难;2)直接在零件设计模块建立的整机模型，只能够描述阀门在全关或全开时刻的单一状态，而由于要对模型进行干涉行检查、水动力学分析等操作，需要将模型调整至各种需要的运行状态。因此，在该模块中要实现所有的工作状态，就必须建立多种模型，工作费时费力。

　　鉴于传统建模方法的弊端，结合双偏心蝶阀自身的特点。本文提出了另外一种建模方式——装配设计。其设计步骤是：1)在零件设计模块单独设计各个零部件;2)根据零部件彼此之间的几何约束关系，进行定位装配操作。这种建模方式的最大优点是：可以准确描述阀门的各个工作状态，便于对产品进行后续有限元分析、干涉性检查等操作。因此，本文采取装配设计的方法对蝶阀进行建模。

2、双偏心蝶阀三维模型的构建

　　本文所构建的双偏心蝶阀模型为卧轴、双平板、带重锤关闭结构。其特征参数主要有：公称直径(D)、活门厚度(b)、接力器直径(Dj)以及阀轴直径(Df)等。

　　模型建立的步骤是：1)分别在零件设计模块绘制上游管路、下游管路、活门以及阀体等零部件的实体模型;2)在装配模块中，调入所有零件，再利用各部件之间的对应关系(如同心、垂直等)，利用约束命令，逐步进行装配，继而完成整机的模型构建操作。

2.1、蝶阀零部件模型的建立

　　组成双偏心蝶阀的零件，主要有：上游管路、下游管路、阀体、活门、阀轴、重锤以及伸缩节。因此，第一步需要分别在装配设计模块中建立这7个零件的模型。具体操作是：首先，在草图模式绘制平面图;其次，返回到设计模块，进行旋转、拉伸以及多截面曲线等功能，完成模型的绘制。建立的三维实体模型如图1至图7所示。

图1 上游管路

2.2、双偏心蝶阀三维模型装配

　　绘制完零件图之后，进入装配模块，加载所有零件，进行模型装配。具体操作步骤为：

图2 下游管路　　图3 阀体

图4 活门　　图5 阀轴

图6 重锤　　图7 伸缩节

　　1)设阀体为基准零件;

　　2)利用零件之间的相对关系，利用软件的偏移、角度调整等命令，完成装配。

　　本文以阀体和活门为例，介绍装配过程。阀体与活门之间的对应关系是：1)阀体与活门同心;2)活门两边的阀轴与阀体两边的轴孔同心同轴。因此，针对条件1)和2)可以分别设定一致性约束。从而完成二者的装配(如图8所示)。

图8 阀体与活门装配

　　采用上述方法，设置各零件的相应约束，完成双偏心蝶阀的整机模型构建(如图9所示)。

图9 蝶阀装配三维实体模型

2.3、干涉性检查

　　双偏心蝶阀在正常运行的时候，活门是全开的状态。此时，重锤的位置是以蝶阀阀轴中心线为基准，转动90°的上游管路右侧上方。因此，重锤是否会与上游管路右侧上方45°的取水管座干涉，是一个需要检查的步骤。该操作的实现，利用装配模块中的旋转命令，以阀轴轴线为旋转轴，调整活门至全开位置。此时，重锤的状态如图10所示。