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水輪機是一種結構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計參數(shù)各不相同,一般都需要新設計產(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,結構復雜,產(chǎn)品設計出圖量非常大。, O) c2 e J) v! }1 h$ C. z) X0 j: y
3 ]0 H+ V9 _8 F1 O 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)品的技術要求又越來越高,如何有效地縮短水輪機產(chǎn)品圖設計周期、提高設計質量以適應市場要求,已為各水輪機制造企業(yè)所關注。為此，如何提高產(chǎn)品設計、出圖效率是解決這些問題的關鍵所在。通過三維參數(shù)化設計，可以實現(xiàn)水輪機全參數(shù)化設計,做到既縮短周期又能提高準確性。
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通過與水輪機設計人員長期的交流，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計效率的設計能力，包括：1）、參數(shù)化設計、出二維工程圖；2）、結構仿真分析，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。尺寸驅動形狀，設計時先把大體輪廓繪制出來，再輸入尺寸，驅動圖形到正確的大小和位置。$ ?. y4 p) g. r' v4 P- M
6 K" O X' q0 p 圖1、尺寸驅動草圖，使設計更快捷簡便
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2）配置：SolidWorks獨特的配置功能可以幫助你迅速展示不同的設計方案，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，不僅僅為設計，更延伸到對工藝過程的支持。
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圖2、通過excel可以快速地生成不同的設計方案
' g+ g* h" r+ U' P) x2 _0 g1 R8 }* b3）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。( A! Q* D9 p [" t9 ]
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圖3、多實體技術的應用 / m5 N; y$ W+ Z, b0 f- y1 S; J6 ?
4）、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)來驅動造型形狀，能夠幫助工程師將復雜的結構方便快捷的設計出來，快速獲得重量、重心等數(shù)據(jù)；
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' H8 V& n% a( y 圖4、利用特征造型繪制蝸殼及轉輪. b. A7 o' t! G" K
* ^+ l2 n3 T2 x5）、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，為相關工藝準備提供迅捷支持。7 _2 F; L! S5 O4 m. Z1 M
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圖5、蝸殼的放樣及展開 + ^9 V* C- m! q; P# }7 d. k% E
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。6 d% U9 |( Y+ R& e
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圖6、利用特征造型繪制轉輪葉片 ! }- [: m" p+ X2 ^+ h6 K, i9 Z0 a
7）裝配：自動添加合適的配合關系，智能零部件與扣件還能自動調整參數(shù)以適應裝配需要，可對運動部件進行動態(tài)模擬，進行碰撞、干涉檢查；支持自頂而下的設計，使用圖塊進行總體布局放樣； + C: r* O! u6 l
- j- j& F8 Q4 H g4 V圖7、自頂向下的設計 圖8、虛擬裝配
?$ q7 A8 v3 e: M 圖9、爆炸圖，幫助工程師更好的展示設備 6 c3 F) ^' V8 X0 h
8）、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、短周期的設計要求。' R: ^( S3 X$ R
9 ]8 K7 J7 W9 B* I 圖10、自動生成工程圖 3、SolidWorks Simulation幫助工程師提高產(chǎn)品質量 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…
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5 A8 g9 s# F! E+ A; Ea、完全中文化界面：
圖11、完全中文化界面
h9 n' G& H# bb、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
: F+ ^- o0 h8 x2 z+ yc、一體化設計理念，SolidWorks Simulation集成于SolidWorks三維設計平臺，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)轉換和導入導出等操作，提高了分析的準確性和效率。
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圖13一體化設計理念，使仿真高效快捷3 S2 C; {' G3 l: s9 s! b- `
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d、功能強大，能夠解決機械設計中幾乎所有結構仿真問題
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4 W1 ]: g5 _2 y8 Y' \% R 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構進行剛強度計算以及新結構的試驗研究及科研開發(fā)。主要研究內容：應力和變形計算，結構優(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。4 |+ H: f* Q |
- c: f) M, N. A' U1 Y( [3 da）、強度校核：計算水輪機結構的強度、剛度、安全系數(shù)等，幫助工程師改進產(chǎn)品質量，選擇最優(yōu)方案。
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圖15、水電設備的強度校核 5 w$ M# |$ q: A9 [$ G
b）、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，避免結構發(fā)生共振。
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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。
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7 `* H) v( M7 S% Ca）、完全中文化的流體分析界面
0 Y/ B4 V4 I, j# q, H9 X& K( m圖17、全球第一款完全中文化的分析軟件8 f$ J7 u$ i+ d0 R
b）、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
# w5 p5 N+ F( u- J" g( i4 i4 s: i5 V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
: r2 A* l, C, Y. b9 N 4、總結 文章提出了水輪機三維設計的一般思路，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)，其強大的設計功能可以滿足破碎機產(chǎn)品的設計需要。 | 
發(fā)表于 2016-5-20 19:01:42
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