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一种经济易行闭式叶轮逆向设计方法 　　[摘 要] 介绍一种经济易行的逆向反求离心泵闭式叶轮的设计方法。利用中小型企业中常见的坐标床和Solidworks软件，进行离心泵叶轮的坐标数据采集和模型重构。通过实际应用，验证其方法的合理性和准确性。 [关键词] 逆向设计；闭式叶轮；数据采集；模型重构 [中图分类号] TH122 [文献标识码] A 1 引言 逆向设计的关键技术是逆向对象的坐标数据采集和数据处理及模型重构。逆向对象的坐标数据测量是进行实物逆向设计的前提，对结构复杂、表面不规则，尤其是含有内腔复杂空间曲面的零件，比如离心泵的闭式叶轮，这是很困难的事情。 大部分测量设备，只能反映零件的外表面坐标数据，只有工业CT机既可以采集零件的外表面坐标，也可以采集零件的内腔表面数据。但目前工业CT机价格非常昂贵，对中小型企业来说，也是难以实施的测量方法。 在长期的工作实践中，摸索出了一种针对离心泵闭式叶轮的逆向设计方法，该方法仅需要一台有三维坐标轴和带刻度旋转工作台的机械加工设备（例如坐标镗床或坐标铣床等），以及一些简单的测量工具即可进行数据采集。而后再利用Solidworks软件，对数据进行整理，重建模型。这种设备和工具，一般中小企业都可找到，所以说是一种经济易行的逆向设计方法。 2 闭式叶轮的坐标数据采集 叶轮是泵类产品的核心零件，主要由空间扭曲的叶片、前盖板和后盖板组成。泵的技术性能参数，如流量、扬程、效率、抗汽蚀能力等均与叶轮的水力设计有重要关系，尤其是叶轮叶片的型线决定了离心泵的水力性能，所以准确地采集叶片的坐标数据是叶轮逆向设计的关键技术。 2.1 数据采集所需设备和工具 本文所介绍的逆向设计方法，数据采集的关键设备是坐标床或坐标铣床等，只要有带刻度的旋转工作台，横向、纵向以及高度方向的行进标尺即可。 测量还需要的其他工具有：百分表、万能电表、钢丝探针、压板、螺栓、螺母、中心定位顶尖等。 2.2 数据采集操作方法 为了保证采集数据的准确性，在测量前必须选择一表面光滑、规则的叶片，清理、擦拭干净，必要时在叶片表面的缺陷处涂上石膏或环氧树脂，待干燥后用砂布打磨平整。 具体操作方法，如图1： 2.2.1 将叶轮放置在测量设备的旋转工作台上。因为叶轮轮毂的内圆与泵轴配合，加工精度很高，所以用叶轮轮毂内圆为基准，百分表找正，保证叶轮的中心轴线与旋转工作台的回转中心一致。 2.2.2 用压板、螺栓、螺母等工具，将叶轮固定在旋转工作台上。 2.2.3 选一长度适宜，直径3 mm左右的钢丝，一端在砂轮机上打磨成尖状，做成探针，另一端固定在坐标镗床的立轴上。探针的长短以及固定的位置等，以方便测量叶片的型线为宜。 2.2.4 将万能电表的一个电极接在设备床身上，另一个电极接在立轴上。原理是只要探针的尖端轻轻接触叶轮表面，便与设备床身形成一个电流回路，电表的指针即会摆动。也就是说，用电表指针的摆动来显示探针是否接触到零件。 2.2.5 按照叶片扭曲形状，并兼顾叶轮的前、后盖板，弯曲制成探针，使其可以顺利穿过叶轮流道。并且在探针进出叶轮流道的过程中，只有探针的针尖可以接触叶轮，而其他任何部位都不能接触到零件。实际操作中，可以根据叶轮流道的形状修整探针，再通过旋转工作台、纵向进给、横向进给、高度进给各方向的同时调整，反复实验，直到探针能适合进出叶轮流道。对流道较窄的离心泵叶轮来说，往往不能一次测量出一条完整的型线，这时可以分两段，甚至三段，从叶轮的进口和出口分别测量。 2.2.6 将探针的针尖与叶轮中心的定位顶尖对齐，锁紧横向或纵向的进给坐标，同时记录另一坐标的中心位置数值。这样可以保证在其他几个方向的运动中，探针一直在叶轮的直径方向。 2.2.7 高度基准的选定，一般以叶轮轮毂端面为基准，读取其在高度标尺上的数值并做好记录，这便是叶轮高度坐标数据的基准值。 2.2.8 通过旋转工作台、纵向进给或横向进给、高度进给各方向的同时调整，将探针探入流道内。注意：探针不到测量点，不能接触叶轮，保证其对中的位置不变。分5度或10度转动旋转工作台，这样相当于通过叶轮中心线做一组轴面，在同一轴面上取几个高度曲线，分别测出角度平面与高度曲线交点的坐标值，如图2。这样测得叶轮的柱面坐标值，即每一测量点的角度、半径、高度数值。 2.2.9 用这样的方法，分别测量叶轮的前盖板、后盖板曲线，叶片的工作面、非工作面型线坐标数据。在叶片的工作面和非工作面上，按照不同的高度分别测出至少3条型线，最好是工作面、非工作面分别与前盖板、后盖板的交线以及其中间曲线。测得型线越多，建造的模型越准确。 2.2.10 将测得的数据记录在预先制成的表格中