CAD/CAM技术的水轮机叶片三维建模及分析

2 水轮机叶片的分析

    2.1 物性分析

    利用CAD/CAM的软件，可以方便地对所设计的几何模型进行物性分析，也就是对其质量属性分析，它包括体积、面积、质量，回转半径和重量，还有各种座标下的惯性矩等。

    对上例转轮进行分析。步骤如下：

    1)打开文件SLJYP进入UG的建模界面。

    2)点击【分析】/【质量属性】，根据分析的物理量进行选择和分析，如果想分析重量就择之，就会得出结果，如果要得出全部详细信息，则点击信息符号，则会显示出全部信息。如图5则是得出的部分信息表。

    图5 转轮的质量属性信息

    2.2 几何属性分析

    利用CAD/CAM的软件，可以方便地对所设计的几何模型进行几何属性分析，包括最大最小曲率半径、任意点的X、Y、Z坐标等所有参数。如我们对一张叶片进行分析它的曲率半径、5个点的坐标等，具体步骤是：

    1)打开文件SLJYP进入UG的建模界面。

    2)点击【分析】/【几何属性】，弹出几何属性对话框。

    3)移动鼠标到叶片上，点击左键，在几何属性对话框中就得出一个点的值。依次点击5个点，得出5组数据。其结果如图6所示。

    图6 叶片的几何信息

3 结论

    通过对叶片的建模和分析，说明了：

    1)实现优化设计。利用CAD/CAM技术先直接建立模型，进行物性分析，达到需要的要求；再进行虚拟装配，进行干涉分析，方便地进行修改来达到需求；最后进行运动仿真，可以分析其运动轨迹和运动规律直到满足要求，从而实现优化设计。

    2)缩短产品的设计研发周期，提高了生产效率。如果我们是研发产品，如用CAD/CAM技术来完成，会缩短产品的研发周期，提高生产效率。按传统的设计和研发方法和步骤，要通过制图设计，然后试制，再进行试验，整个周期相当长，特别是在试制阶段。如果结果不能满足要求还要进行重新设计试制和试验，直到合格。

    3)再次开发产品性强。CAD/CAM技术的CAD能直观反映零件的实际形状，方便地实现复杂曲面的设计和实物仿真，并通过参数化设计的电子表单和表达式或通过导航器，方便地进行修改，对不满意的结构进行改进，进行再次研发。

    4)为二维识图带来方便。曲面的二维工程图表达起来不易识别，但结合三维空间图形，识别起来就方便多了。

    5)为现代加工提供方便。利用CAD/CAM技术的分析技术，可以很方便地获取质量信息和几何信息，从而获取程序数据，使加工更为方便。在大中型机组制造工艺上，长期以来采用“砂型铸造-砂轮铲磨-立体样板检测”的制造工艺已不能满足技术进步的要求，已不能有效地保证叶片型面准确性和制造质量，更不能满足当今发电设备市场竞争的要求。当今水轮机叶片的数控加工的研究正处发展中，数控编程重要而复杂的环节就是数学处理，利用UG这先进的软件，这一环节就变得简单、容易，从而对数控加工提供了有利数据。