螺旋桨三维建模方法研究.pdf
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螺旋桨三维建模方法研究.pdf
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1994-2010ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.http:
/螺旋桨三维建模方法研究张宏伟,王树新,侯巍,何漫丽(天津大学机械工程学院,天津300072)摘要:
推导了螺旋桨叶切面处局部坐标系到全局坐标系的坐标变换公式,并提出了相应的坐标点计算程序设计方法,在此基础上用实例介绍了在Pro/ENGINEER绘图环境下的螺旋桨三维实体建模过程。
关键词:
螺旋桨;坐标变换;三维建模中图分类号:
TP391172文献标识码:
A文章编号:
1001-3881(2006)5-060-3Researchon3DModelingofPropellerZHANGHongwei,WANGShuxin,HOUWei,HEManli(SchoolofMechanicalEngineering,TianjinUniversity,Tianjin300072,China)Abstract:
Thecoordinatetransformationformulaoftransformingthelocalcoordinatesofthepointsonthesectionplaneofpropel2lertoglobalcoordinateswasdeduced,andthemethodofdevelopingtheprogramaccordingtotheformulawasintroduced1AnexampleofPropeller3DModelingwaspresentedbasedonPro/ENGINEER1Keywords:
Propeller;Transformationofcoordinates;3Dmodeling0引言螺旋桨是目前船用推进器中效率较高、应用最广的一种。
近年来,随着我国海洋经济的发展,近海经济型船只和水下航行器的设计制造需求不断增多。
对于大量使用的内河及近海船用小型螺旋桨的加工,传统的手工操作方式越来越多地被具有良好加工精度的数控加工方式取代。
螺旋桨的数控加工编程首先需要对螺旋桨进行三维实体建模。
在已知螺旋桨几何参数的情况下,购买和使用大型船舶CAD系统必然会显著地增加成本。
本文利用坐标变换方法获得螺旋桨曲面型值空间坐标,再使用计算机辅助设计软件生成曲面,从而提供了一种简便实用的螺旋桨三维建模方法。
1基于坐标变换方法的螺旋桨曲面型值的计算图1螺旋桨投影原理图螺旋桨总体的造型设计是以桨叶的基本投影原理为基础的。
不同半径的同心圆柱面与桨叶相截得到一系列的叶切面。
传统的螺旋桨手工作图法的几何视图表达方式是根据螺旋桨图谱提供的桨叶轮廓尺寸表和桨叶切面尺寸表等数据绘制出正投影图,侧投影图和伸张轮廓图。
对于三维建模来说,螺旋桨曲面型值计算的任务是通过导出绘制螺旋桨曲面所需的所有型值点的空间坐标与已知设计条件之间的关系式,再用此式计算得到计算机辅助设计软件绘图所能直接使用的曲面基准点坐标值,进而为数控加工程序的生成工作做准备。
已知螺旋桨基本参数,且已知螺旋桨各叶切面的形状尺寸,即已知辐射基线至随边、辐射基线至导边、切面弦长、切面最大厚度、切面最厚处至导边的尺寸和不同半径处切面纵坐标。
以半径为Ri的共轴圆柱面与螺旋桨桨叶相截,所得的叶切面如图1(a)中阴影部分所示,将此叶切面沿圆柱面展开得到图1(b)中所示的叶切面展开图。
螺旋桨图谱以切面最厚处为基准提供了叶切面展开图中面线和背线上各等分点的相对位置关系。
下面推导将各叶切面上等分点的局部坐标值转换为全局坐标系中的坐标值的坐标变换式。
图1中OH为基线。
为纵斜角,螺旋角为。
全局坐标系OXYZ的OXY平面与螺旋桨轮毂端面平行。
O点为基线与圆柱面的交点,坐标系OXYZ与OXYZ平行。
坐标系O1X1Y1Z1中,O1Z1轴经过叶切面的最厚处,O1点为螺旋线与叶切面的切点。
O1UVW坐标系的规定如图1(b)中所示。
O1UVW坐标系可以通过一次旋转与O1X1Y1Z1坐标系重合,由此可得:
X1Y1Z1=1000cossin0-sincosUVW
(1)由
(1)式可得:
06机床与液压20061No151994-2010ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.http:
/UVW=1000cos-sin0sincosX1Y1Z1
(2)如果已知O1X1Y1Z1中点M的坐标(X1,Y1,Z1),由式
(2)可得其在O1UVW坐标系中的坐标。
由图1(b)可知:
XYZ=UV+LsinW+Lcos(3)其中L=L1-L2式中:
L1为导边至基线长度,L2为最厚处至基线长度。
将其转换到原点与O点重合的柱坐标系(Ri,Z)中,可得:
XYZ=URisinW+Lsin(4)其中=V+LsinRi由图1(a)可得到坐标变换关系:
XYZ=X+RicosYZ-Ritan(5)由公式
(2)(5)整理可得:
XYZ=RicosY1cos-Z1sin+LcosRiRisinY1cos-Z1sin+LcosRiY1sin+Z1cos+Lsin-Ritan(6)式(6)即为曲面型值点的局部坐标到全局坐标的转换公式。
2螺旋桨曲面型值点坐标编程计算在已知螺旋桨基本参数和各叶切面几何参数的情况下,由式(6),通过计算机编程就可以很方便地得到螺旋桨所有曲面型值点坐标。
其过程要点如下:
(1)计算各个同心圆柱面的半径Ri和相应半径情况下的螺旋角。
图谱提供的Ri序列值为螺旋桨半径的0121倍,步长为011。
这样,在纵斜角已知的情况下,通过循环计算可以得到各叶切面在基线上的位置。
(2)确定图谱提供的叶切面的面线和背线的各离散点在O1X1Y1Z1坐标系中的横纵坐标值。
如B型桨叶图谱分别为面线和背线提供了13个点,其中两条线的首尾两点为重合点。
(3)在螺旋桨叶梢部位曲线缩为一点,此处切面弦长和最大厚度都为零,导边和随边重合。
这时图谱提供的叶梢处辐射基线至随边的长度即为公式(6)中的L。
图2曲面型值点坐标计算流程整个程序的流程如图2所示。
最终得到16条曲线(叶面8条,叶背8条)的离散点和叶梢点在全局坐标系中的三维坐标,其中每条曲线有13个点。
3螺旋桨曲面造型过程下面以盘面比为35%的B型三叶螺旋桨为例,以Pro/ENGI2NEER为绘图软件,对螺旋桨曲面三维造型过程进行了详细讲解。
Pro/ENGINEER提供了包括高级曲面特征创建在内的完善的命令体系,并拥有方便的曲线三维空间点文件读入和空间基准曲线生成功能。
具体的造型过程如下:
(1)用上面获得的坐标点创建一个Pro/ENGI2NEER能够识别的31ibl格式文件,为后面创建基准曲线时坐标点资料的读入做准备。
其格式样例如下:
OpenArclengthBeginsection!
1Begincurve!
11-33.074982163.71375554.1222072-28.771095164.52468552.2239253-24.394579165.23030250.515490Begincurve!
2111.178253166.64691640.834568215.222363166.32626940.122382316.619980166.19243240.068769其中OpenArclength为Pro/ENGINEER的关键词。
Begincurve!
后面的数字代表曲线序号,每行的起始数字代表各条曲线上点的序号,其后面的3个数分别为此点的X、Y、Z坐标。
该文件用Windows记事本创建后保存为3.ilb格式即可生成。
(2)获得的坐标点生成16条基准曲线(Datum16机床与液压20061No151994-2010ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.http:
/Curve)。
点选Datum/Curve菜单下的FromeFile选项,选取坐标原点后,在自动弹出的open对话框中选择刚才生成的ibl文件,螺旋桨叶切面曲线族将自动生成并显示在屏幕上。
(3)Datum/Point(基准点)模式下选用OffsetCsys(坐标偏移)方式生成叶梢点。
图3螺旋桨空间边界曲线图(4)生成螺旋桨叶空间轮廓曲线。
选择Datum/Curve下的ThroughPoints选项,然后由底至顶逐点选取所生成曲线族的端点。
至此完成了螺旋桨空间边界曲线图,如图3所示,面向我们观察方向的为叶面方向。
(5)利用边界曲线图生成螺旋桨桨叶曲面图。
边界(Boundaries)是曲面绘制经图4螺旋桨的Pro/ENGINEER实体模型常用到的方法,使用边界命令提供的混成曲面(BlendedSurf)方式能够很方便地完成桨叶曲面造型,得到3个光滑曲面:
叶面、叶背、和叶根面。
然后将3个曲面使用Merge(合并)命令合并成封闭曲面,再用实体生成命令将封闭曲面转换为实体模型。
最终生成的螺旋桨实体模型如图4所示。
4结论本文推导了螺旋桨叶切面局部坐标系到全局坐标系的坐标转换公式。
从而解决了将图谱提供的空间叶切面的几何数据应用到三维CAD造型过程之中的问题,使整个造型过程变得简便直观,因此具有一定的普遍意义。
对于螺旋桨曲面创建过程,基于本文提出的方法,可以简便地完成造型过程,可操作性强。
据此,对于常用的叶型,利用二次开发工具可以编制灵活而实用的螺旋桨参数化设计制图软件,进而生成系列化的螺旋桨,极大地提高了效率。
本文提供的螺旋桨三维实体建模方法是实用而切实可行的。
参考文献【1】郭永崧,董国祥.现代船用螺旋桨设计应用程序研究J1交通部上海船舶运输科学研究所学报,2001,24
(2):
71-77.【2】张佐厚,胡志安.船舶推进M1国防工业出版社,1980112.【3】盛振邦,等.中国船用螺旋桨图谱集M1中国造船,198314.【4】林清安.Pro/ENGINEER2000i2零件设计M1清华大学出版社,200117.作者简介:
张宏伟(1976),男,博士研究生。
研究领域:
智能机器人技术。
电话:
022-87401637,E-mail:
zhanghongweitrueeyou1com。
收稿时间:
2005-02-28(上接第119页)图34结论所设计的低流量脉动泵能很好地满足该流变实验的要求,且根据上述实验结果可以看出,润滑脂在不同管径的相同管壁条件下测得的总流流动曲线不重合,尽管方程在形式上一样,但参数不同,分析可知正是由于壁滑移所引起附加流动的程度不同造成的。
因此,为研究润滑脂真实的流动情况,必须对壁滑移因素的影响予以修正。
参考文献【1】赫尔姆特1舒尔茨1泵M1北京:
宇航出版社,19951【2】孙全淑1润滑脂性能及应用M1北京:
烃加工出版社,1988191【3】程卫国,等1MATLAB513精要、编程及高级应用M1北京:
机械工业出版社,20001【4】关醒凡1现代泵技术手册M1北京:
宇航出版社,19951【5】SwartzCJ,HardyBJ1MathematicalmodelofgreaseflowinpipesJ1NLGISpokesman,1991,55(6):
141作者简介:
刘玉宝,男,1962年2月生,本科,工程师。
主要从事机械设计教学和科研工作。
E-mail:
lincumt1631com。
收稿时间:
2005-03-1526机床与液压20061No15
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- 螺旋桨 三维 建模 方法 研究