毕业设计 基于SolidWorks水泵设计平台的应用分析.doc

基于SolidWorks水泵设计平台的应用分析 　　在全球性的、动态多变的市场竞争环境下，我国的水泵产品严重缺乏市场竞争力。产品技术水平低、技术创新能力弱成为制约企业发展的痼疾，这些缺陷是传统的设 计方法固有的，因此必须在产品研发工作中采用现代设计手段，在方案定型或产品加工前采用计算机仿真模拟，同时变“经验设计”为“科学设计”，变“实测手 段”为“仿真手段”，变“规范标准”为“分析标准”，企业才可能具有自主创新的设计能力。 　　一、水泵制造的特点及面临地挑战 　　水泵种类繁多，结构差异很大。注塞泵和叶片泵的结构完全不同，仿真分析的需求因此不同;同一类型的水泵，泵的体积不同，产品的设计特点也不同。由于叶片泵 的设计难度更大一些，故以叶片泵为例进行讨论。从设计的角度看，最核心的内容是过流件曲面的设计;从制造的角度看，最核心的技术是铸造、以及与铸造模样设 计与制造相关的数控加工和快速原形技术;从分析的角度看，主要涉及流体仿真分析和结构有限元分析。 　　基于二维CAD的水泵设计与制造模式存在的许多问题：其一是过流件曲面的描述不完整，设计效果无法预览，常存在歧义和错误;其二是检具设计与制造困难，无 法对过流件进行有效的检验，设计要求与制造结果的差别无法确定;其三是铸造模样制造周期长，模样制造中木模工要经历“读画法图、读点坐标值、计算铸造缩水 量、画曲面的剖面图”四个过程，对木模工的要求很高 　　SolidWorks 提供了一套包括产品结构设计、流体分析仿真、结构有限元分析仿真、数控加工和快速原形的完整解决方案。基于SolidWorks可以构建最理想的水泵自主 创新设计平台，SolidWorks核心包用于水泵的结构设计，SolidCAM用于铸造模样和水泵关键零件的数控加工，COSMOSFloWorks用 于水泵的内流场分析，COSMOSWorks 用于水泵的结构强度和疲劳分析。 　　二、水泵结构设计平台 　　SolidWorks 核心包提供了水泵结构设计所需的全部功能。下面讨论水泵结构设计中一些关键技术的处理方式。 　　1.过流件复杂曲面的设计 　　过流件是与流体接触的零件，如叶轮、导流体、泵体与泵盖等。为了保证良好的水力学特性，过流面一般都是曲面，描述过流件曲面的画法图称为水力学模型，曲 面的描述是水泵结构设计中最重要的内容。在二维CAD设计环境下，过流件的曲面采用画法图描述，即将曲面沿轴向或径向截为多个截面，在每个截面上确定一些 点，由这些点来描述曲面，优点是图形简单，缺点是信息不充分，经过指定点的曲线有无穷多条，存在多义性，一般与手工(木模)制模方式对应。三维CAD环境 下，可以用截面的曲线来描述，从日、美引进的铸造模样图纸多为截面曲线图(一般采用三维CAD软件生成)，优点是能描述曲线的拟合特性，包含的信息比“点 描述”要多，也存在一定的多义性，一般与手工(木模)制模方式对应。曲面的最佳描述方式是三维 CAD 模型，优点是设计信息完整准确，对应的加工方式为数控加工和快速原型。 　　水泵的设计方法仍然是类比设计法，即对水力学模型按比例放大或缩小，完成不同规格的水泵设计。SolidWorks提供了丰富的曲面造型功能和比例缩放 功能，可以设计复杂的曲面，并对其进行缩放满足水泵系列设计的需求。也可以把水力学模型(曲面上点的数据)输入到Excel 表中，设计新产品时对表中的数据进行比例换算，将结果传递到SolidWorks中，根据输入的点坐标生成曲面，对曲面进行光顺性分析，并对曲面进行编辑 以满足光顺性要求。 　　2.产品配置设计 　　大型水泵一般是按客户的要求定制化生产的，水泵的每一种变形，都需要一套完整的技术文件。水泵设计的相似性很大，许多企业都建立了一套自己的企业标准。 SolidWorks强大的配置设计功能、能对尺寸、特征、材料进行配置设计，支持零件、部件、产品的配置设计;SolidWorks 的设计库可以有效地管理这些配置。配置设计和设计库构成了一个理想的水泵定制化设计平台。 　　3.大型焊接件设计 　　SolidWorks 支持多实体建模技术，在产品设计过程中将焊接件作为一个零件处理，在工艺设计时按实体确定下料尺寸。SolidWorks提供了专门的焊接工具，包括焊 缝、角撑板、焊件切割清单、焊件工程图等功能，利用焊接工具能高效地完成焊接件设计。 　　在进行焊接件设计时，软件会自动生成两个配置，其中焊接配置仅包含焊 接件信息，加工配置则包含后续的机加工信息，分别满足产品设计和工艺设计的要求。 　　4.钣金件设计 　　大型水泵中的导流片、进水管、出水管一般都是钣金件，在二维环境下计算其下料尺寸是相当困难的。使用SolidWorks 的钣金模块，该难题可以迎刃而解。钣金件下料展开图中，曲线的尺寸标注一般是标注曲线上一些点的坐标值，这与