双偏心蝶阀三维模型构建方法的研究

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)电子科技大学成都学院电子信息工程系 作者:王旭

  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。

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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:

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图2 下游管路  图3 阀体

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图4 活门  图5 阀轴

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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)。

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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)。

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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。

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图10 蝶阀活门全开状态

  由图10可知,重锤与取水管座没有产生干涉。所以,模型符合设计要求。

3、结束语

  本文对卧轴、双平板、带重锤关闭结构的双偏心蝶阀建模,采用先建立蝶阀的各个零部件三维模型;再利用装配设计功能,实现模型的装配,完成整机的模型构建,为后续的流动性能计算、产品的生产、运输提供了有力的理论基础。

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