離心通風器的設計

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山 東 科 技 大 學 泰 山 科 技 學 院 畢 業(yè) 論 文摘 要離心通風器作為航空發(fā)動機的一個完整的獨立附件，其性能好壞影響著發(fā)動機的正常工作。系統(tǒng)采用當今世界 CAD 的優(yōu)秀代表 Pro/Engineer軟件作為支撐軟件，采用 Windows XP 作為操作系統(tǒng)，以目前廣泛流行的Microsoft Visual C++6.0 作為設計計算程序的開發(fā)工具。作者首先對可獲得的有限資料進行仔細的研究，逐步地歸納總結，最后形成離心通風器的常規(guī)設計的總體步驟：通過對離心通風器的設計計算的推導，得出可以用于離心通風器的計算公式，并且將設計的全過程程序化；綜合考慮離心通風器各個部件的結構和功能確定出各自的參數化設計的主參數；通過Pro/Engineer 軟件的強大的參數化設計功能，實現(xiàn)了零件的參數化設計；運用 Pro/Engineer 軟件的二次開發(fā)模塊，實現(xiàn)離心通風器的計算機輔助參數化設計功能，建立了離心通風器的參數化設計系統(tǒng)。關鍵詞：離心通風器； 設計計算；參數化設計；Pro/Engineer 二次開山東科技大學泰山科技學院畢業(yè)論文目錄1 緒論 .11.1 課題來源、背景和意義 .11.2 課題研究領域的發(fā)展和現(xiàn)狀 21.3 計算機輔助設計技術的發(fā)展現(xiàn)狀簡介 31.4 參數化設計簡介 31.5 課題研究的主要內容 42 離心通風器的常規(guī)設計 52.1 航空發(fā)動機潤滑油系統(tǒng)通風簡介 52.2 航空發(fā)動機通風器的基本設計要求 62.3 離心通風器的工作原理 63 離心通風器的設計計算 .73.1 轉子主要結構尺寸計算 83.2 離心通風器消耗功率計算 .163.3 通風器的分離能力試驗計算 .184 離心通風器的三維參數化設計 204.1 基本原理 .204.2 參數的分類 204.3 主參數的確定 214.4 零件模型的建立 .225 Pro/E的二次開發(fā) .245.1 Pro/TOOLKIT 簡介 245.2 Pro/TOOLKIT 的工作模式 245.3 二次開發(fā)具體過程 .26山東科技大學泰山科技學院畢業(yè)論文1 緒論1.1 課題來源、背景和意義航空發(fā)動機是知識密集、技術密集、資金密集的產品，其研制屬于技術高、風險大、周期長和投資多的工程。航空發(fā)動機的發(fā)展雖然已各大部件的技術進步為代表，但也要求傳動與潤滑技術與之相適應。先進發(fā)動機高的渦輪進口溫度，高的主軸轉速及嚴格的空間限制，要求傳動及潤滑系統(tǒng)在高溫、高速、高負荷、輕質量、激烈的狀態(tài)變化、緊湊的空間限制、長壽命和高可靠性下發(fā)揮其功能。傳動及潤滑系統(tǒng)給發(fā)動機設計與研制帶來了大量不同于一般的機械的技術難題，是影響發(fā)動機可靠性、安全性、壽命和效率的重要研究領域，也是制約發(fā)動機發(fā)展的關鍵技術。我國航空發(fā)動機的機械傳動及潤滑系統(tǒng)的研制還處于低水平狀態(tài)，但已經從仿制走向了自行研制的道路，隨著各個型號發(fā)動機的研制的需求和預先研究有了較大的發(fā)展。沈陽發(fā)動機設計研究所是我國成立最早的航空發(fā)動機研究單位之一。在 2002 年 7 月由該所總設計的昆侖發(fā)動機，被國家軍工產品定型委員會正式批準設計定型，是我國第一臺擁有自主知識產權的軍用發(fā)動機。它的研制成功使我國成為繼美、俄、英、法之后世界上第五個能夠獨立研制航空發(fā)動機的國家，標志著我國航空發(fā)動機從只能測繪仿制、改進改型跨入了自行研制的新階段。1.2 課題研究領域的發(fā)展和現(xiàn)狀我國的航空發(fā)動機行業(yè)一直以仿制和改進外國的發(fā)動機為主，雖然也曾經自行研制過幾種發(fā)動機，但都因種種原因中途夭折。由于實踐范圍不廣，技術水平也不高，與航空技術先進的國家相比還有很大的差距。在二十一世紀初，我國自行設計、試制、試驗、試飛全過程的昆侖發(fā)動機已達到航空技術先進國家的二十一世紀九十年代中期的水平，是目前國內最先進的中等推力級的軍用渦噴發(fā)動機，我國自此也成為能夠真正獨立研制發(fā)山東科技大學泰山科技學院畢業(yè)論文動機的國家之一。目前，世界上真正能夠獨立研制航空發(fā)動機的國家只有中國、美國、俄羅斯、法國和英國。而美國的惠普發(fā)動機公司、俄羅斯的米格集團公司及英國羅- 羅航空發(fā)動機公司等各大航空發(fā)動機公司研制單位均有了自己專用航空發(fā)動機潤滑油系統(tǒng)通風器的 CDA 軟件，但這些軟件都作為公司的機密對外保密。國內卻未見有人進行對這方面的研究工作，以往所做的工作主要集中在仿制、該型和維護等方面。1.3 計算機輔助設計技術的發(fā)展現(xiàn)狀簡介CAD（Computer Aided Design）指使用計算機系統(tǒng)進行設計的全過程，包括資料檢索、方按構思、零件造型、工程分析、工程制圖和文檔編制等。在設計的各個階段計算機都能發(fā)揮它的輔助作用，因此 CAD 概念一產生，就成為了一門新興的學科，引起了工程界的關注和支持，迅速地得到了發(fā)展并日益完善起來。目前，CAD 技術日益完善，許多發(fā)達國家相繼推出成熟的CAD/CAE/CAM 軟件集成化的商品軟件。在設計理論、設計方法、設計環(huán)境、設計工具等各個方面出現(xiàn)了許多較為成熟的現(xiàn)代化現(xiàn)代化設計軟件。現(xiàn)代 CAD 技術一方面向標準化、集成化、智能化、并行化、網絡化的方向發(fā)展，另一方面由二維工程圖形軟件向三維實體圖形軟件轉化。三維設計已成為今后機械設計的主流方向。1.4 參數化設計簡介1．4．1 參數化設計的提出與現(xiàn)狀當今各個公司都面臨著市場全球化、制造國際化和品種需求多樣化的挑戰(zhàn)，他們圍繞著時間、質量和成本的競爭越來越激烈。參數化技術是CAD 技術在實際應用中提出的課題?，F(xiàn)在參數化設計已經成為 CAD 技術應用領域的一個重要研究方向。利用參數化設計開發(fā)專用產品設計系統(tǒng)可山東科技大學泰山科技學院畢業(yè)論文使設計人員從大量煩瑣的繪圖工作中解脫出來，大大提高了設計速度，并減少了信息的存儲量。自美國的 PTC 公司于 1983 年推出參數化系統(tǒng)Pro/Engineer 以來，全球多數 CAD 軟件公司均在自己產品中實現(xiàn)了參數化設計功能，以圖在激烈的競爭中取得優(yōu)勢。具有代表性的產品有Pro/Engieer、UG、CATIA 及 SolidWorks 等，可以根據實際情況進行選用。1.4.2 參數化設計的特點參數化設計是由編程者預先設置一些幾何圖形約束，供設計者在建模時使用。與一個幾何圖形相關聯(lián)的所有尺寸參數可以用來產生其它幾何圖形。參數化設計的主要技術特點有：（1）基于特征。將某些具有代表性的平面幾何形狀定義為特征，并將其所有尺寸存為可調用參數，進而形成實體，以次為基礎進行更為復雜的幾何模型的構造。（2）全尺寸約束。將形狀和尺寸聯(lián)系起來考慮，通過尺寸約束來實現(xiàn)對幾何形狀的控制。建模時必須以完整的尺寸參數為出發(fā)點，不能漏注尺寸，也不能多注尺寸。（3）尺寸驅動設計。通過編輯尺寸數值來驅動幾何形狀的改變。（4）全數據相關。尺寸參數的修改將導致其他相關模塊中的相關尺寸得以全盤更新。1.5 課題研究的主要內容以航空發(fā)動機離心通風器和油氣分離器設計規(guī)范為基礎，研究、歸納、整理通風器的設計、計算，實現(xiàn)其設計計算的程序化，借助 VC++的強大開發(fā)功能和優(yōu)秀的 Por/Engineer 軟件完成專用于航空發(fā)動機潤滑油系統(tǒng)通山東科技大學泰山科技學院畢業(yè)論文風器設計的參數化 CAD 系統(tǒng)。具體地包括：完成離心通風器的設計、計算歸納、總結，形成一套較為完整的設計體系，并將其程序化；完成基于 Pro/Engineer 的離心通風器三維模型建立及參數化設計；通過對 Pro/Engineer 的二次開發(fā)，實現(xiàn)軟件的本地化、客戶化；利用 AutoCAD 完成離心通風器的零件工程圖及裝配圖。山東科技大學泰山科技學院畢業(yè)論文2 離心通風器的常規(guī)設計2.1 航空發(fā)動機潤滑油系統(tǒng)通風簡介航空發(fā)動機的主軸密封系統(tǒng)是靠一定的壓力進行密封。在發(fā)動機工作過程中，密封空氣返回通過密封裝置進入潤滑油系統(tǒng)軸承腔，在軸承腔中空氣與潤滑油參混在一起形成油霧，如果讓油霧直接排出軸承腔將要造成潤滑油的大量消耗。為此，在軸承腔與外界的通氣路上設置了一通風器，把空氣中潤滑油分離出來，以減少潤滑油的消耗量。發(fā)動機潤滑油油腔是用密封裝置與空氣及燃料腔分離開，由于密封裝置的漏氣，潤滑油的揮發(fā)，空氣被飛濺的潤滑油及環(huán)境加熱，都可能提高潤滑油的壓力為防止這一點，就需要通風。設計通風系統(tǒng)時要考慮以下幾點：（1）保持腔壓低于密封增壓空氣壓力，特別注意過度態(tài)，以保持潤滑油密封增壓空氣的流動任何時候都不反向；（2）保持腔壓不低于潤滑油泵最小進口壓力；（3）為減少潤滑油消耗，通風流量要設計盡量小些并經過離心通風器至機外；（4）如果通風口位于熱端油腔出口，在系統(tǒng)分析時候要考慮是否需要加著火消除器。通風的方法往往與密封裝置結構和密封增壓系統(tǒng)有關，可由多種方法實現(xiàn)。2.2 航空發(fā)動機通風器的基本設計要求航空發(fā)動機的附件有很多，在進行發(fā)動機設計中對其附件的設計提出了一些基本要求，既工作可靠性要高（附件的壽命影響發(fā)動機本身的壽命）山東科技大學泰山科技學院畢業(yè)論文，附件的可靠性能延長發(fā)動機的使用壽命，重量和外形尺寸要小。為此結構要緊湊，采用輕合金、合成材料和塑料，以及高轉速。有結合連接處要密封（液壓附件的密封是其可靠性的保證） ，易于在發(fā)動機上固定和與傳動裝置連接，易于在發(fā)動機上調整和進行定期工作。離心通風器作為航空發(fā)動機潤滑油系統(tǒng)的一個獨立的完善附件也必須滿足上述各項設計要求。2.3 離心通風器的工作原理離心通風器是利用離心力平衡原理進行油氣中液相油珠分離的。在工作時候，空氣夾雜著潤滑油小油珠進入離心通風器。由于轉子的高速旋轉使得空氣與小油珠受到一個向外的徑向力，由于潤滑油密度比空氣密度大，所以作用在小油珠上的離心力比作用在空氣上的離心力大，這樣潤滑油小油珠就被甩到殼體內壁上，并在動壓作用下通過壁上的小孔流回傳動腔。分離后的空氣在壓差的作用下通過軸上的通氣路排除，實現(xiàn)了軸承腔與外界大氣的通風。這樣不但有效地實現(xiàn)了發(fā)動機主軸密封系統(tǒng)的封嚴，也確保了避免潤滑油的大量流失。采用離心通風器的發(fā)動機型號有 WP7、P29-300、10A 等。山東科技大學泰山科技學院畢業(yè)論文3 離心通風器的設計計算本系統(tǒng)的離心通風器的設計計算主要是指轉子的設計計算。對轉子主要結構尺寸（葉片長度、葉片外徑和流通部分直徑）的進行了設計計算研究。對于轉子其他結構尺寸的設計，一般按經驗設計即可滿足使用要求。此外，離心通風器作為一個獨立的附件，需要由專門的傳動機構來驅動，因此設計時還需要計算其所消耗的傳動功率。同時作為一個新產品，也需要進行試驗，在計算中的計算主要是計算分離效率，在此也一并給出。最后，給出離心通風器的工作性能評價公式。為了滿足生產加工的需要作者給出了零件及裝配體的工程圖。3.1 轉子主要結構尺寸計算3.1.1 油珠的運動分析進入殼體內腔的空氣實際上是空氣和潤滑油的兩相混合物，既空氣中含有少量潤滑油的霧狀混合物，由于殼體內腔里的轉子以極高的轉速（11300r/min—14600r/min）旋轉，在殼體內腔中形成離心力場，在轉子葉片的作用下，油氣混合物在殼體內腔的運動變得十分復雜，給分析油珠的運動造成較大的困難，故作如下處理：● 空氣油霧是由液態(tài)的油珠和空氣兩部分組成，故油珠的密度大于空氣的密度；● 由于油珠所占空間體積很小，認為流入殼體內腔的主要是空氣，油珠則是空氣中的球形“雜質” ，油珠雜質隨空氣一起運動，故可忽略二者的速度差；● 空氣油霧通過殼體和轉子時的流動是連續(xù)且穩(wěn)定的；● 油珠在運動中其質量不變化，沒有任何損失；● 空氣密度不發(fā)生改變，即空氣是不可壓縮的流體。山東科技大學泰山科技學院畢業(yè)論文根據上述假設，以油珠為研究對象，并且設定油珠處在臨界狀態(tài)，即通風器所能分離出的油珠直徑為最小 時的運動狀態(tài)，也是最壞情形，mind油珠在被分離前沒有接觸到葉片，或者只是在離開葉片的瞬間接觸到葉片如圖 3.1 所示的 M 點。為方便分析、作圖，把 M 點移至 O 點進行分析。油珠在殼體內腔的運動屬于多重空間運動，一是油珠隨空氣一起向前的軸向運動，一是在葉片作用下隨空氣一起旋轉的旋轉運動以及在離心力作用下產生的離心運動。因為離心力與逃逸力（空氣阻力與向心力的合力）相等，故油珠的離心運動屬動平衡運動。由此可見油珠的運動速度有油珠的相對徑向速度 ，軸向運動速度 ，油珠的圓周方向的切向速度 等。參1v2v 3v見圖 3.1。圖 3.1 油珠運動分析簡圖3.1.2 構造轉子的設計計算模型由上述運動分析可知， “雜質”油珠的受力情況為：在軸線方向上，油珠與空氣一起以相同的速度運動，故油珠在軸向無阻力；在旋轉半徑方向上，油珠雜質受到離心力 、空氣旋轉所施加的向心力 以及空氣阻1p2p力 ；油珠所受的重力 G。取離心力、向心力、空氣阻力和重力位于同一3p垂直平面的時刻進行受力分析，如圖 3.3 所示。山東科技大學泰山科技學院畢業(yè)論文圖 3.3 油珠受力分析簡圖1. 離心力（3.1）min320121 )(6dRmp?????式中： ——油珠所受的離心力，N；1p——油珠的質量；kg；1m——油珠的旋轉半徑，m 3；R——油珠的旋轉角速度，rad/s；0?——油珠直徑（可被分離出去的最小直徑） ，um ；ind——潤滑油密度，kg/m 3 ；1?——油珠的角速度對轉子角速度的滯后系數；?——轉子的旋轉角速度，rad/s。0?2. 向心力3min2022)(6dRmp?????（3.2）式中： ——油珠所受的向心力，N；2p——與油珠同體積的空氣的質量，kg；m山東科技大學泰山科技學院畢業(yè)論文——空氣密度，kg/m 3。2?油珠能夠從空氣中飛離出去，就是離心力和向心力的合力的結果，在此把二者稱為逃逸力 p，其方向為沿旋轉半徑從圓心指向外，大小為3min2021)(6dRp???????（3.3）式中： ——潤滑油密度與空氣密度差， 。??3/kg3. 空氣阻力241minvdCpf????（3.4）式中： ——空氣阻力；3p——阻力系數，為雷諾數的函數。fC在斯托克斯區(qū)域內 = （3.5）feR24油珠的雷諾數為??2min1dve?（3.6）故得到空氣阻力為min112min2in13 3424dvdvP????????（3.7）式中： ——油珠所受空氣阻力，N；3p——空氣的動力粘度，kg/m.s；?山東科技大學泰山科技學院畢業(yè)論文——油珠的相對徑向速度，m/s；1v——油珠的直徑，m。ind4. 重力可以證明重力相對于離心力很小，故在此計算中省略不計。油珠在運動中逃逸力與空氣阻力相等，即3p?（3.8）將式（3.3） 、式（3.7）代入式（3.8）得3min20)(6dR?????min1dv???由此得直徑為 的油珠在旋轉半徑為 R 處的瞬時相對速度 為mind 1v????8)(li 20in201dtvt ????（3.9）整理得?Rdtd????18)(20min2兩端積分tRdd??max020in18)(12得?21lnRmax20in28)(td????由此可得油珠被拋離到殼體內腔上所需的最長拋離時間2120min2max l]18)([Rdt ??山東科技大學泰山科技學院畢業(yè)論文（3.10）式中： ——轉子葉片外圓半徑，mm；1R——轉子流通部分的半徑，mm。2在工程設計中，根據實際需要及方便計算，常取流體的平均流速來進行計算，其計算公式為Avd??（3.11）如果已知有效截面上的流速分布及有效截面，或已知流量與有效截面，均可求得平均速度，但事實上流速分布很難確定，所以一般多采用由已知流量與有效截面來求平均流速，既取AQv?（3.12）根據假設Av?2（3.13）故油珠通過殼體內腔的最長通過時間為QRLAvt )(2122max' ????（3.14）式中： ——油珠隨空氣流過殼體內腔的速度，m/s；2vL——轉子葉片的長度，mm；Q——單位時間內通過殼體內腔的空氣流量， kg/s；A——殼體的通道面積，m 2；山東科技大學泰山科技學院畢業(yè)論文——因轉子葉片而減少殼體的通道面積的系數。?欲使直徑為 的油珠被拋離出去，只需油珠的拋離時間不大于其通過時mind間即可，即'maxt?將式（3.10） 、式（3.14）代入得2120in2l]18)([RRd???????QRL)(212???整理得油珠被分離出去時，轉子的葉片有效長度應滿足的關系式。20212min)((l?????RdQL???（3.15）又有經驗公式1kdL?（3.16）12?（3.17）式中 k——長徑比例系數；——直徑比例系數；?——轉子葉片外圓直徑， mm；1d——轉子流通部分直徑，mm。2把式（3.16） 、式（3.17）代入式（3.15）得312min02])(l7[dkQL??????????（3.18）在實際計算中可取山東科技大學泰山科技學院畢業(yè)論文312min02])(l7[dkQL??????????（3.19）綜上，在給定離心通風器的空氣流量、空氣密度及黏度、潤滑油的密度、轉子轉速的情況下，若能確定轉子的長徑比例系數及直徑比例系數、油珠直徑、角速度滯后系數及流通面積減少系數，就可由式（3.19） 、式（3.16） 、式（3.17）計算出轉子的有效長度，轉子葉片外圓直徑及轉子流通部分的直徑等主要結構尺寸（如圖 3.4 所示） 。據此可設計的離心通風器能夠把所有直徑小于 的油珠分離出來。mind圖 3.4 離心通風器轉子主要結構尺寸簡圖3.1.3 計算實例設取小油珠直徑 =1.2694 m，轉子轉速mind610?Q=0.0495kg/s，空氣動力黏度 kg/m.s，潤i/120r?? 51037.2????滑密度 ，空氣密度 ，長徑比例系數 k=1.18,38kg?2/37.kg?直徑比例系數 =0.34，角速度滯后系數 =1，流通面積減少系數 =0.9。???把上述數據代入公式（3.19）得山東科技大學泰山科技學院畢業(yè)論文 mL 65]1089.)34.01(29.0)37.180(4.3 ln7452[ 3225 ??????? ?代入式（3.16） 、式（3.17）得到轉子的外徑和流通部分直徑分別為mkLd5/1?md12??程序界面如圖 3.5圖 3.5 轉子設計對話框3.2 離心通風器消耗功率計算轉子轉動所需驅動功率由轉子所消耗的功率、轉子對油霧旋轉所消耗的功率及支承軸承的摩擦功率損耗三部分組成，即321N??（3.20）式中 ——轉子所消耗的總功率，W；N——轉子轉動所消耗的功率，W；1——轉子對油霧旋轉所消耗的功率，W；2——支承軸承的摩擦損耗功率，W。3下面分別給出這三個公式的計算方法。山東科技大學泰山科技學院畢業(yè)論文1. 轉子轉動所消耗的功率帶動轉子所需功率是在發(fā)動機啟動或加速過程中，在一定加速時間內所需的帶動轉子加速的功率。tIN2)(11???（3.21）式中 ——轉子轉動慣量，kgm 2；I——轉子的初始角速度，rad/s；1w——轉子的最終角速度，rad/s；2?——加速時間，S。t2. 轉子對油霧旋轉所消耗的功率aHQrN???2（3.22）式中 ——折算成標準大氣壓狀態(tài)下的空氣泄露量，m 3/s；Q——轉子外半徑，m；r——轉子角速度，rad/s；?——空氣密度，kg/m 3；?——壓頭系數。aH3. 支承軸承的摩擦功率損耗603dnFfN??（3.23）式中 F——軸承上的徑向載荷， N；d——軸承內徑，m；n——轉子轉速，r/min；山東科技大學泰山科技學院畢業(yè)論文f——軸承內滾動體與跑道的摩擦系數。功率計算程序界面如圖 3.6圖 3.6 功率計算對話框3.3 通風器的分離能力試驗計算通風器的分離能力試驗是通過試驗測出轉子或葉輪的切線速度、空氣流量等對潤滑油質點分離量及分離效率的影響，測出通風器可分離的最小油珠的臨界直徑，從而得到通風器的分離性能隨切線速度和氣體流量的變化關系曲線。通風器的分離能力用分離率表示，其計算公式如下：qQ???（3.24）式中 Q——潤滑油的分離量，L/min；q——潤滑油的未被分離量，L/min。試驗時，測出通風器在不同轉速或不同空氣流量下的分離前后的潤滑油量，代入上式即可得到通風器的分離效率。3.4 離心通風器分離能力評價計算山東科技大學泰山科技學院畢業(yè)論文評價離心通風器的分離能力，設計時通過評價其可分離最小油珠直徑來說明。實際計算時把理論計算的臨界油珠直徑乘以一個修正系數得到油珠實際臨界直徑，既（3.25）minfds?式中 f——修正系數。由式 3.15 得（3.26）2102211min ln))((8RRLQd????????代入式 3.26 得2102211ln))((7ddfds（3.27）分離能力計算界面對話框如圖 3.7圖 3.7 分離能力計算對話框山東科技大學泰山科技學院畢業(yè)論文4 離心通風器的三維參數化設計當今市場上流行的多數 CAD 軟件都具有了參數化功能，可根據實際情況進行選用。Pro/E 軟件除了提供方便而強大的實體建模功能外，也提供了完善而先進的參數化設計。本系統(tǒng)選用 Pro/E 軟件的 2.0 版本完成了離心通風器的參數化設計。4.1 基本原理本系統(tǒng)采用三維模型與程序控制相結合的方法。三維模型不是由程序創(chuàng)建，而是利用交互方式產生。在已創(chuàng)建模型基礎上，進一步根據零件的設計要求建立一組可以完全控制三維模型形狀和大小的設計參數。參數化程序針對該零件的設計參數進行編程，實現(xiàn)設計參數的檢索、修改和根據新的參數值生成新的三維模型的功能，其過程如圖 4.1 所示圖 4.1 基于三維模型的參數化設計實現(xiàn)過程由于這種方式是在已有三維模型的基礎上，通過修改設計參數派生新的三維模型，因此，我們稱之為基于三維模型的參數化設計。4.2 參數的分類離心通風器各主要零件的結構都十分復雜，三維參數化設計所涉及到的參數比較多，參數的管理就是個很重要的內容。對于每個零件，利用建模時的標注尺寸參數作為驅動尺寸，當某個驅動尺寸發(fā)生改變時，實體大小也隨著改變。離心通風器的個零件都有自己的參數系列，在這里不是把每個參數都列入對話框當中，因為結構相同而大小不一的零件有些特征的參數是可以固定不變的。如果對于那些設計過程的不需要改變的參數也由三維模型樣板從三維模型中讀入設計參數參數化設計程序修改設計參數 派生新的三維模型山東科技大學泰山科技學院畢業(yè)論文用戶干預，就會給開發(fā)系統(tǒng)的后續(xù)使用復雜化，造成不必要的人力資源浪費。為此，將參數化為不同的等級，把用戶不關心的尺寸封閉起來，對用戶表現(xiàn)為不可見，將驅動模型的參數分為主參數，牽連參數和常值參數三類。4.3 主參數的確定實現(xiàn)零件的參數化尺寸驅動的關鍵在于提取主參數和尺寸關聯(lián)的完成，主參數應根據零件的結構功能進行提取，以滿足用戶需求為本。轉子是一帶有葉片的葉輪，葉片數目影響油珠的旋轉角速度，葉片數目越多，油珠的角速度越接近葉片的角速度。中心是支撐轉子的中心軸，軸上開有通氣孔，被分離后的空氣從中心孔排出，實現(xiàn)軸承腔與外界大氣的通風。通氣孔的數目與葉片數相同。綜合確定離心通風器的主參數為：轉子葉片的外圓半徑、葉片長度、葉片數目，流通部分的直徑。把結構尺寸中的除了主參數的尺寸盡可能的用主參數加以驅動，形成牽連參數。下面是確定參數關系的一段表達式列表。p85=葉片數d18=外徑d65=葉片長度d170=流通直徑d82=360/p85p123=p85d120=d82d31=d82/2p34=2*p85d36=d31p39=p34d151=d65+23.1-15.9728山東科技大學泰山科技學院畢業(yè)論文d6=d151-69.4d166=(d170/2)+2.54.4 零件模型的建立轉子模型如圖 4.1 所示，在離心通風器中轉子是核心組成零件，其設計是否合理直接影響通風器的性能，設計能否成功，因此轉子的建模就顯得十分重要。在 Pro/E 環(huán)境用人機交互方式建立三維模型樣板。模型樣板的創(chuàng)建方法與一般三維模型相同，但必須注意以下幾點：? 在對三維模型樣板進行特征造型時，對二維截面輪廓，利用尺寸標注和施加相切、固定點、共線、垂直及對稱等關系實現(xiàn)對幾何圖形的全約束。? 正確設置控制三維模型的設計參數。設計參數可以分為兩種情況：一是與他參數無關的獨立參數；另一種是與其他參數相關的非獨立參數。前者主要用來控制三維模型的幾何尺寸和拓撲關系、后者可以用獨立參數為自變量的關系式表達。實際上參數化設計采用程序采用的是第一種情況的設計參數，對于后者可以不設置參數而直接用關系式表示。正確建立設計參數與三維模型尺寸變量之間的關聯(lián)關系在 Pro/E 中創(chuàng)建草圖、加減材料和其他修飾特征時，系統(tǒng)將會以 d0、d1、d2 等默認符號給約束參數命名。系統(tǒng)的約束命名是由 Pro/E 系統(tǒng)自動創(chuàng)建的，其值控制三維模型的幾何尺寸和拓撲關系，與用戶建立的參數無關。要使用戶建立的設計參數能夠控制三維模型，必須使兩者相關聯(lián)。主要有兩種方法：? 需要輸入數值時，直接輸入參數名。如在草圖中標注或修改尺寸值時用參數名代替具體數值。? 利用 Pro/E 關系式功能創(chuàng)建新的關系式，使 Pro/E 系統(tǒng)自動創(chuàng)建的約束參數名與設計參數關聯(lián)。山東科技大學泰山科技學院畢業(yè)論文對于倒角或倒圓特征，必須用第二種方法使約束參數與設計參數相關聯(lián)。要在三維模型中或草圖中顯示參數名，可以在“信息”菜單中選擇“切換尺寸”菜單項。6 個葉片 原模型 7 個葉片圖 4.2 通風器轉子模型山東科技大學泰山科技學院畢業(yè)論文5 Pro/E的二次開發(fā)5.1 Pro/TOOLKIT 簡介雖然 Pro/E 軟件功能非常強大，通用性非常好，然而在具體使用中不能滿足各種設計要求，特別是國外的 CAD/CAE/CAM 系統(tǒng)在設計標準、規(guī)范標準及標準件庫方面和國內存在較大差異，因此，以 Pro/E 軟件為平臺進行二次開發(fā)，使之適合國內及企業(yè)設計要求，更大限度地發(fā)揮 Pro/E的作用，已成為該軟件應用過程中的一項重要工作。Pro/TOOLKIT 是美國 Parametric Technology Corporation (PTC)公司為Pro/E 軟件提供的開發(fā)的工具包，其主要目的是讓用戶或第三方通過 C 語言代碼擴充 Pro/E 系統(tǒng)的功能，開發(fā)基于 Pro/E 系統(tǒng)的應用程序模塊，從而滿足用戶的特殊要求。不僅如此，還可以利用 Pro/TOOLKIT 提供的 UI對話框、菜單以及 VC 的可視化技術，設計出方便實用的人機交互界面，從而大大提高系統(tǒng)的使用效率。Pro/TOOLKIT 工具包提供了開發(fā) Pro/E 所需的函數庫文件和頭文件，使用戶編寫的應用程序能夠安全地控制和訪問 Pro/E，并可以實現(xiàn)應用程序模塊與 Pro/E 系統(tǒng)無縫集成。在 Pro/E17 版本及該版本之前，PTC 公司提供的開發(fā)工具是Pro/DEVELOP,從 Pro/E18 版本之后，Pro/E 系統(tǒng)的開發(fā)環(huán)境采用Pro/TOOLKIT。Pro/TOOLKIT 支持在 Windows2000/NT/XP 操作系統(tǒng)中使用 C 和 C++語言設計程序，采用 Microsoft Visual C++6.0 作為編譯器和連接器，并可以在 Microsoft Visual C++6.0 集成環(huán)境下完成程序的設計、調試和編譯。5.2 Pro/TOOLKIT的工作模式總的來說，Pro/TOOLKIT 應用程序有兩種工作模式。一種為同步模式；另一種為異步模式。山東科技大學泰山科技學院畢業(yè)論文同步模式包含兩種模式，既動態(tài)連接庫模式（DLL 模式）和多進程模式也稱為派生模式，分述如下：動態(tài)連接模式是將 Pro/TOOLKIT 應用程序集成到 Pro/E 中的標準方法。用戶編譯 C 應用程序，與 Pro/TOOLKIT 庫連接，這種方法稱為 DLL 模式。多進程模式，是 Pro/TOOLKIT 支持的第二種將應用程序和 Pro/E 集成的方法在這種模式下，應用程序代碼經過編譯和連接，生成獨立的執(zhí)行文件。該文件由 Pro/E 派生，并作為 Pro/E 的子進程運行。兩種模式比較：在 DLL 模式下， Pro/TOOLKIT 應用程序與 Pro/E 的信息交換是通過直接函數調用實現(xiàn)的；在多進程模式下，信息交換是由進程之間消息系統(tǒng)完成的，該系統(tǒng)模擬直接函數調用，在兩個進程間傳遞函數的識別信息及其參數。多進程模式包含比 DLL 模式更多的交換過程，當 Pro/TOOLKIT 應用程序需要頻繁調用庫函數時，情況更是如此。多進程的優(yōu)點在于，能夠用源代碼調試器運行 Pro/TOOLKIT 程序，無需將整個 Pro/E 執(zhí)行程序加載到調試器中。在一個 Pro/E 會話中，可以運行多個 Pro/TOOLKIT 應用程序，并能綜合使用各種模式。如果為了調試方便，在開發(fā)階段使用多進程模式，在為客戶安裝應用程序時，需要轉換為 DLL 模式，因為 DLL 模式性能更好，在轉換時需要仔細測試程序，因此在不同模式下，錯誤的表現(xiàn)形式不同。雖然多進程模式包含兩個并行運行的進程，但是這些進程不提供真正的并行處理。Pro/TOOLKIT 的異步模式提供了真正的并行處理功能。異步模式和同步模式有著本質的不同。異步模式和同步模式相比，具有代碼復雜、執(zhí)行速度慢的缺點。除非特別需要，一般不建議采用異步模式。山東科技大學泰山科技學院畢業(yè)論文5.3 二次開發(fā)具體過程1. 編寫源文件源文件包括資源文件和程序源文件：資源文件包括菜單資源文件、窗口信息資源文件、對話框資源文件等（詳細代碼見附錄 A） 。程序源文件指我們所要編寫的 C 語言程序，它是整個 Pro/TOOLKIT 程序開發(fā)的核心部分。從結構上看可以分為 3 個部分，即頭文件包含部分、用戶初始化函數部分和用戶結束中斷函數部分。頭文件部分即應用程序包含文件部分，也就是指定 Pro/TOOLKIT 應用程序所使用對象函數的原形文件。每個 Pro/TOOLKIT 應用程序都必須包括的頭文件是“Pro/TOOLKIT.h” 。如果使用了 Pro/TOOLKIT 對象函數，則應包括該函數的原形的頭文件，否則在編譯該文件時，會出現(xiàn)編譯器不能對函數參數類型進行檢索的錯誤。Pro/TOOLKIT 應用程序的核心是用戶初始化函數 user_initialize()和用戶結束中斷函數 user_terminate()。在啟動和結束 Pro/TOOLKIT 應用程序時調用它們。user_initialize()函數用來初始化 Pro/TOOLKIT 應用程序且創(chuàng)建圖形窗口。該函數包括應用程序的所有初始化進程，包括對 Pro/E 菜單的修改、對話框的添加、窗口信息初始化等操作。若此函數的返回值為 0，則表明 Pro/TOOLKIT 應用程序初始化成功。其他返回值均說明程序有錯誤，系統(tǒng)會加以相應的錯誤代碼說明。User_terminate()是用戶結束中斷函數。用其結束 Pro/TOOLKIT 應用程序的執(zhí)行。程序界面如圖 5.1 所示山東科技大學泰山科技學院畢業(yè)論文圖 5.1 轉子設計對話框2. 程序的編譯和連接Makefile 是用來指定源文件如何進行編譯和連接，并最終生成可執(zhí)行文件或 DLL 文件，因此，可以根據 Makefile 內容進行編譯和連接工作。采用 VC++6.0 作為 Pro/TOOLKIT 調試器有兩種方法，一種是根據Makefile 文件直接編譯和調試程序；另一種則不需要編寫 Makefile 文件，直接由 VC++6.0 建立 Pro/TOOLKIT 應用程序項目，并進行編譯和連接等工作。直接采用 Makefile 文件進行編譯工作，需要編寫好源文件和Makefile 文件。步驟如下：? 將 Makefile 文件改名為*.mak 文件，用 VC 打開此文件并建立相應的工程項目。? 執(zhí)行 VC 主菜單命令 Build/Build All,編譯連接生成需要的可執(zhí)行文件或 DLL 文件。山東科技大學泰山科技學院畢業(yè)論文直接由 VC 建立并編譯 Pro/TOOLKIT 應用程序項目。步驟如下：? 編寫 C 語言源程序（可以由寫字板直接編寫，然后該名為*.C） ，雙擊打開此程序，運行選擇 VC 主菜單命令 Build/Build All 生成，默認的工程項目。? 選擇 VC 主菜單命令 ToolOption,系統(tǒng)彈出 Option 對話框，打開Directories 選項卡，在 Show directories for 下拉列表中選擇Includes files,在 Directories 中添加以下路徑：D:\PTC\proeWildfire\protoolkit\includesD:\PTC\proeWildfire\prodevelop\includesD:\PTC\proeWildfire\protoolkit\protk_appls\includesD:\PTC\proeWildfire在 Show directories for 下拉列表中選擇 Library file,在Directories 中添加以下路徑：D:\PTC\proeWildfire\protoolkit\i486_nt\objD:\PTC\proeWildfire\prodevelop\i486_nt\obj? 選擇 VC 主菜單命令 Project/Settings,系統(tǒng)彈出 Project Settings對話框。打開 Link 選項卡，在 Output file name 編輯框中填寫輸出文件名稱，在 Object/library modules 文本框中加入以下庫文件： protoolkit.libprotk_dll.liblibc.libwsock32.libmpr.liblibcd.lib3. 應用程序的注冊和運行編譯連接成功生成可執(zhí)行程序后，要把 Pro/TOOLKIT 應用程序集成山東科技大學泰山科技學院畢業(yè)論文Pro/E 系統(tǒng)中，必須進行應用程序的注冊，然后才能運行。注冊應用程序，就是向 Pro/E 系統(tǒng)提供該程序的相關信息，就是告訴Pro/E 此應用程序可執(zhí)行應用程序在哪里、以及此程序所依據的Pro/TOOLKIT 的版本信息等。為了囊括上述內容，需要制定一個 protk.dat 文件，通過該文件來實現(xiàn)應用程序的注冊。下面是注冊文件的內容：NAME canshuhuashejiEXEC_FILE .\參數化設計\Release\參數化設計.dllTEXT_DIR .\參數化設計\Release\textSTARTUP dllALLOW_STOP TRUEDELAY_START TRUEREVISION 2002END編好注冊文件后，就可以利用此注冊文件進行 Pro/TOOLKIT 應用程序的注冊了，有兩種注冊方式：一種是自動注冊方式；另一種是手動注冊方式。自動注冊方式，將注冊文件放在 Pro/E 啟動目錄下，當啟動 Pro/E 系統(tǒng)時系統(tǒng)就會自動讀取此注冊文件并運行相應的 Pro/TOOLKIT 應用程序。手動注冊方式，將 Pro/TOOLKIT 應用程序以輔助應用程序形式啟動。程序注冊運行的步驟如下：? 啟動 Pro/E 系統(tǒng)。? 選擇 Pro/E 主菜單命令的工具/輔助應用程序，系統(tǒng)彈出輔助應用對話框。? 單擊注冊按扭，系統(tǒng)彈出對話框。找到 Pro/TOOLKIT 應用程序的注冊文件，選取該文件，單擊打開按鈕。