SolidWorks 在水輪機械設(shè)計中的應(yīng)用

寂靜天花板

水輪機是一種結(jié)構(gòu)非常復雜的大型特殊機械產(chǎn)品,其特殊性主要表現(xiàn)在:一是每個水電站的設(shè)計參數(shù)各不相同,一般都需要新設(shè)計產(chǎn)品圖來進行生產(chǎn),很少有一套產(chǎn)品圖可用于若干個水電站的情況；二是水輪機尺寸一般比較龐大,結(jié)構(gòu)復雜,產(chǎn)品設(shè)計出圖量非常大。

2 e: d0 F4 Z$ P) A0 ^; B

隨著市場競爭的日趨激烈,水輪機的交貨期越來越短,而用戶對水輪機產(chǎn)品的技術(shù)要求又越來越高,如何有效地縮短水輪機產(chǎn)品圖設(shè)計周期、提高設(shè)計質(zhì)量以適應(yīng)市場要求,已為各水輪機制造企業(yè)所關(guān)注。為此，如何提高產(chǎn)品設(shè)計、出圖效率是解決這些問題的關(guān)鍵所在。通過三維參數(shù)化設(shè)計，可以實現(xiàn)水輪機全參數(shù)化設(shè)計,做到既縮短周期又能提高準確性。
  u3 q# b; h4 ~6 C

通過與水輪機設(shè)計人員長期的交流，我們認為SolidWorks可以從以下三個主要的方面幫助工程師提高設(shè)計效率的設(shè)計能力，包括：1）、參數(shù)化設(shè)計、出二維工程圖；2）、結(jié)構(gòu)仿真分析，包括強度校核，頻率分析；3）、水輪機流場模擬，包括流速、壓力、葉輪效率等；

1）、草圖：SolidWorks草圖可以插入?yún)⒖紙D片，圖線可以自由拖動，自動解算，自動標注，自我修復。尺寸驅(qū)動形狀，設(shè)計時先把大體輪廓繪制出來，再輸入尺寸，驅(qū)動圖形到正確的大小和位置。
0 J. s; b6 O1 t. G+ ?! i( Q
6 e. T- M; _0 K  ]8 A6 Y6 P

圖1、尺寸驅(qū)動草圖，使設(shè)計更快捷簡便

2）配置：SolidWorks獨特的配置功能可以幫助你迅速展示不同的設(shè)計方案，以及零件不同的狀態(tài)。比如：能夠迅速獲得零件毛坯形態(tài)和尺寸，不僅僅為設(shè)計，更延伸到對工藝過程的支持。

* G) ?# ?$ V  w0 }7 X  V

圖2、通過excel可以快速地生成不同的設(shè)計方案

; h  ^0 x4 }  L! F: |+ ^2 `4 N3）多實體建模：多實體建模為復雜模型建造帶來了更多實用手段，甚至能像裝配體那樣移動重組實體，完美地實現(xiàn)零件插入零件的復合造型。
, u! n. f& ^& S4 `- q
! V$ h! D' Y$ _& d$ K+ a0 d

圖3、多實體技術(shù)的應(yīng)用

; w# X& g( m( c; t& \3 L4）、特征造型：SolidWorks具有豐富的特征造型功能，可以通過尺寸和參數(shù)來驅(qū)動造型形狀，能夠幫助工程師將復雜的結(jié)構(gòu)方便快捷的設(shè)計出來，快速獲得重量、重心等數(shù)據(jù)；

% j& Y6 }5 ~7 y1 O. ]

圖4、利用特征造型繪制蝸殼及轉(zhuǎn)輪

5）、鈑金：強大的鈑金功能含有多種造型模式，能夠完成復雜鈑金件的快速建模、展開。比如：放樣鈑金造型能夠展開含有復雜曲面的鈑金件，為相關(guān)工藝準備提供迅捷支持。
6 F* [* m- q; u. W. E, F

圖5、蝸殼的放樣及展開

+ }5 l' ^; }: p( @& @6）曲面造型：全面而富于特色的曲面工具，豐富的選項，甚至能夠完成動物、運動鞋那樣的復雜模型。

: c; `8 ~, @9 ?9 c, ]# g/ B; j0 y

圖6、利用特征造型繪制轉(zhuǎn)輪葉片

7）裝配：自動添加合適的配合關(guān)系，智能零部件與扣件還能自動調(diào)整參數(shù)以適應(yīng)裝配需要，可對運動部件進行動態(tài)模擬，進行碰撞、干涉檢查；支持自頂而下的設(shè)計，使用圖塊進行總體布局放樣；

: l9 a7 C9 v( a7 B- f4 y4 L

  e! y4 ?9 o7 y# L

圖7、自頂向下的設(shè)計

圖8、虛擬裝配

圖9、爆炸圖，幫助工程師更好的展示設(shè)備

: A5 o& Q% m3 U2 E7 E8）、工程圖：完全國標化的工程圖；零件與裝配體的工程圖都是自動投影生成，自動填寫標題欄，自動標注尺寸，還能根據(jù)不同的配置，給出零件不同狀態(tài)的工程圖，為工藝準備帶來極大的便利；工程圖和三維模型是完全關(guān)聯(lián)在一起的，即三維模型改了，工程圖自動修改，反之亦然；自動生成材料明細表；并且完全支持圖層、線型等二維CAD能力，并能生成二維CAD可讀的文件。自動出工程圖，使工程師完全從枯燥的二維畫圖工作中脫離出來，真正做到高效率、短周期的設(shè)計要求。

9 ]8 \: s- K* Q5 q

圖10、自動生成工程圖

3、SolidWorks Simulation幫助工程師提高產(chǎn)品質(zhì)量

1）、SolidWorks Simulation介紹

● SolidWorks Simulation第一款完全跟三維平臺完全集成的分析軟件…

● 第一款完全中文化的專業(yè)分析軟件…

● 第一款面向機械工程師的專業(yè)分析軟件…

● 易學易用，學習周期短…

● 功能強大，專注于解決制造業(yè)中的分析問題…

/ l; q2 g; Y5 ra、完全中文化界面：

圖11、完全中文化界面

b、無需掌握高深的力學理論，工程師真正能夠用得起來的分析軟件

圖12、工程師真正用得起的分析軟件

c、一體化設(shè)計理念，SolidWorks Simulation集成于SolidWorks三維設(shè)計平臺，在SolidWorks 里建立好分析模型后可直接切換到分析界面，無需進行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和導入導出等操作，提高了分析的準確性和效率。

' G& W3 G2 U1 r, g; W/ V

圖13一體化設(shè)計理念，使仿真高效快捷
, _9 y+ o2 E6 P: t4 r- d
d、功能強大，能夠解決機械設(shè)計中幾乎所有結(jié)構(gòu)仿真問題
. [/ g- i" N9 H- M4 g+ A
/ q+ E# U! t3 i, B7 {2 u5 s2 v5 s

圖14、SolidWorks仿真分析功能模塊

2）、SolidWorks Simulation 有限元分析：幫助工程師對水輪機結(jié)構(gòu)進行剛強度計算以及新結(jié)構(gòu)的試驗研究及科研開發(fā)。主要研究內(nèi)容：應(yīng)力和變形計算，結(jié)構(gòu)優(yōu)化分析，機組振動測試，產(chǎn)品的強度性能評估，失效原因分析等。

a）、強度校核：計算水輪機結(jié)構(gòu)的強度、剛度、安全系數(shù)等，幫助工程師改進產(chǎn)品質(zhì)量，選擇最優(yōu)方案。

圖15、水電設(shè)備的強度校核

8 |4 S, F* Z+ s1 N. gb）、頻率分析：通過頻率分析，幫助工程師了解水輪機械的共振模態(tài)及共振頻率，避免結(jié)構(gòu)發(fā)生共振。

4 g* `0 h, J) ]! y- \  E/ w

圖16、葉輪機械的振動模態(tài)

3、SolidWorks Flow Simulation流體仿真分析，幫助工程師了解水輪機等設(shè)備的各種流場參數(shù)，比如速度分布、壓力分布、流線、跡線、葉輪效率、噴射流等。

$ ^" h# O* E/ {  `a）、完全中文化的流體分析界面

圖17、全球第一款完全中文化的分析軟件
: x: x7 M( d: M4 a; ^) H' Zb）、強大的流場分析功能

圖18、葉片表面的壓力分布

圖19、水輪機流道絕對速度分布

圖20、葉片上的絕對速度分布

圖21、流線分布及壓力分布

圖21、流線分布及壓力分布

圖23、噴射流分析
+ A* V* r; E: w5 Q/ W- ?# `

4、總結(jié)

文章提出了水輪機三維設(shè)計的一般思路，建模、裝配、分析等都是在SolidWorks中實現(xiàn)的，實踐證明是有效可行的。而且，水輪機的三維模型還可以為CAM、CAPP、PDM 等提供良好可靠的數(shù)據(jù)，其強大的設(shè)計功能可以滿足破碎機產(chǎn)品的設(shè)計需要。

隨X風

頂頂頂

黃胖子

厲害至極

左手的幸福

贊一個