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离心泵叶轮计算机辅助设计及其运动仿真研究

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摘要

第一章 绪论

1.1 论文的研究背景

1.1.1 CAD技术的发展历程

1.1.2 泵水力设计现状

1.2 国内外泵CAD的研究状况

1.3 论文研究的意义和内容

第二章 离心泵的水力设计

2.1 离心泵概述

2.1.1 离心泵的工作原理

2.1.2 离心泵的构造和分类

2.2 离心泵的性能参数

2.3 离心泵的设计方法

2.3.1 相似设计法

2.3.2 速度系数法

2.4 离心泵的设计步骤

2.4.1 主要的设计参数

2.4.2 泵的结构设计

2.4.3 离心泵部件几何参数的相似换算

2.5 本章小结

第三章 离心泵叶轮的绘型

3.1 叶轮的绘型方法

3.1.1 叶轮叶片轴面投影图的绘制原理

3.1.2 保角变换法的应用

3.2 离心泵叶轮叶片的绘制过程

3.2.1 流线的分点

3.2.2 Bezier曲线概述

3.2.3 叶片轴面图的控制

3.2.4 轴面流道和流线的绘制

3.2.5 轴面截线的绘制

3.2.6 叶片加厚及其剪裁图

3.3 本章小结

第四章 离心泵叶轮三维建模

4.1 三维实体建模的方法

4.2 叶轮的三维造型

4.2.1 曲面的空间造型

4.2.2 叶轮前后盖板造型

4.2.3 坐标变换

4.2.4 由.ibl文件产生前后盖板空间曲线

4.2.5 前后盖板曲面造型

4.2.6 创建叶轮实体模型

4.3 基于木模图的叶轮建模

4.3.1 叶轮叶片结构分析

4.4.2 叶轮三维建模

4.4 本章小结

第五章 离心泵叶轮参数化建模

5.1 Pro/TOOLKIT简介

5.2 Pro/E参数化设计概念及其特性

5.2.1 参数化设计概念

5.2.2 Pro/E参数化设计的特性

5.3 离心泵叶轮参数化建模过程分析

5.4 离心泵叶轮叶片流线NURBS表示法

5.5 离心泵叶轮三维模型自动生成方法

5.5.1 叶轮自动建模程序开发流程

5.5.2 程序开发部分代码

5.6 本章小结

第六章 离心泵叶轮的运动仿真

6.1 Pro/E运动仿真

6.2 Pro/E运动仿真的方法

6.2.1 Pro/E Mechanism的运动仿真

6.2.2 Pro/E Mechanica的运动仿真

6.3 叶轮的运动仿真

6.3.1 叶轮模型装配

6.3.2 定义伺服电动机

6.3.3 准备分析

6.3.4 运动学分析

6.3.5 运动结果分析

6.4 本章小结

第七章 总结和展望

7.1 总结

7.2 展望

参考文献

致谢

攻读学位期间主要的研究成果

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摘要

离心泵作为一种常见的水力机械,广泛应用于在给水排水及农业工程、工业工程、航空航天、航海工程和能源工程等领域。叶轮是离心泵的核心部件,它的设计速度和质量直接影响产品的研发周期和市场竞争力。本文在了解国内外的叶轮CAD应用的基础上,针对当前叶轮CAD的研究和应用现状的不足,以Pro/E为支撑软件,以面向对象的Visual C++6.0编程语言为开发工具,利用二次开发工具包Pro/TOOLKIT,采用三维叶轮模型与程序控制相结合的方式,实现了叶轮的参数化程序设计。本文的研究内容如下:
   1.在一元和三元流动的基础上给出了离心泵及叶轮各参数计算经验公式,为后来模型参数的设计提供了便利。
   2.针对传统离心泵设计步骤繁琐的不足,提出了采用4次Bezier曲线来设计叶轮的轴面流线方法,详细介绍了轴面流线的控制方法。绘制了叶片的轴面截线和木模图。
   3.采用NURBS曲线构造了离心泵叶轮叶片流线通用表达式,利用参数化设计原理,制定了离心泵叶轮三维模型自动生成方案,并阐述了基于Pro/TOOLKIT的离心叶轮三维建模的具体实现方法。
   4.在VC++编程环境下,利用Pro/TOOLKIT工具包,采用基于模型的方法,对叶轮模型进行开发,实现叶轮的参数化设计。
   5.利用Pro/E的Mechanism运动学分析模块,对离心泵叶轮进行运动学分析与仿真,得到并分析了叶轮运动的位置、速度和加速度曲线图。

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