雙偏心蝶閥三維模型構建方法的研究

　　闡述了建立雙偏心蝶閥三維實(shí)體模型的意義。比較了兩種模型構建方法的特點(diǎn)，最終確定了裝配設計的模型建立方式，繪制了完善的雙偏心蝶閥三維模型。最后，對模型進(jìn)行干涉性檢查，驗證了設計的合理性。

　　雙偏心蝶閥的設計，關(guān)鍵的要點(diǎn)主要有：1)零部件的強度(靜水力矩、動(dòng)水力矩等)滿(mǎn)足要求;2)準確的質(zhì)量計算;3)零部件之間不存在干涉性問(wèn)題。因此，對產(chǎn)品設計而言，需要進(jìn)行有限元分析、模型的體積以及重量計算、干涉性檢查等操作。以便讓蝶閥的各個(gè)性能指標(如漏水量、活門(mén)壓差等)均滿(mǎn)足要求。而這一系列工序能否順利開(kāi)展的前提，就是構建完善的三維模型。

1、建模方法的確定

　　蝶閥的三維實(shí)體模型構建，傳統的方法，是在零件設計模塊，利用草圖繪制、旋轉、掃掠等命令，直接繪制閥門(mén)的整體模型。然而，該方法卻存在著(zhù)一些缺點(diǎn)：1)就雙偏心蝶閥而言，其零部件繁多，部件之間的配合復雜，尤其是活門(mén)和閥體之間，存在著(zhù)偏心關(guān)系，直接建立整機模型，零部件之間的相對定位比較困難;2)直接在零件設計模塊建立的整機模型，只能夠描述閥門(mén)在全關(guān)或全開(kāi)時(shí)刻的單一狀態(tài)，而由于要對模型進(jìn)行干涉行檢查、水動(dòng)力學(xué)分析等操作，需要將模型調整至各種需要的運行狀態(tài)。因此，在該模塊中要實(shí)現所有的工作狀態(tài)，就必須建立多種模型，工作費時(shí)費力。

　　鑒于傳統建模方法的弊端，結合雙偏心蝶閥自身的特點(diǎn)。本文提出了另外一種建模方式——裝配設計。其設計步驟是：1)在零件設計模塊單獨設計各個(gè)零部件;2)根據零部件彼此之間的幾何約束關(guān)系，進(jìn)行定位裝配操作。這種建模方式的最大優(yōu)點(diǎn)是：可以準確描述閥門(mén)的各個(gè)工作狀態(tài)，便于對產(chǎn)品進(jìn)行后續有限元分析、干涉性檢查等操作。因此，本文采取裝配設計的方法對蝶閥進(jìn)行建模。

2、雙偏心蝶閥三維模型的構建

　　本文所構建的雙偏心蝶閥模型為臥軸、雙平板、帶重錘關(guān)閉結構。其特征參數主要有：公稱(chēng)直徑(D)、活門(mén)厚度(b)、接力器直徑(Dj)以及閥軸直徑(Df)等。

　　模型建立的步驟是：1)分別在零件設計模塊繪制上游管路、下游管路、活門(mén)以及閥體等零部件的實(shí)體模型;2)在裝配模塊中，調入所有零件，再利用各部件之間的對應關(guān)系(如同心、垂直等)，利用約束命令，逐步進(jìn)行裝配，繼而完成整機的模型構建操作。

2.1、蝶閥零部件模型的建立

　　組成雙偏心蝶閥的零件，主要有：上游管路、下游管路、閥體、活門(mén)、閥軸、重錘以及伸縮節。因此，第一步需要分別在裝配設計模塊中建立這7個(gè)零件的模型。具體操作是：首先，在草圖模式繪制平面圖;其次，返回到設計模塊，進(jìn)行旋轉、拉伸以及多截面曲線(xiàn)等功能，完成模型的繪制。建立的三維實(shí)體模型如圖1至圖7所示。

圖1 上游管路

2.2、雙偏心蝶閥三維模型裝配

　　繪制完零件圖之后，進(jìn)入裝配模塊，加載所有零件，進(jìn)行模型裝配。具體操作步驟為：

圖2 下游管路　　圖3 閥體

圖4 活門(mén)　　圖5 閥軸

圖6 重錘　　圖7 伸縮節

　　1)設閥體為基準零件;

　　2)利用零件之間的相對關(guān)系，利用軟件的偏移、角度調整等命令，完成裝配。

　　本文以閥體和活門(mén)為例，介紹裝配過(guò)程。閥體與活門(mén)之間的對應關(guān)系是：1)閥體與活門(mén)同心;2)活門(mén)兩邊的閥軸與閥體兩邊的軸孔同心同軸。因此，針對條件1)和2)可以分別設定一致性約束。從而完成二者的裝配(如圖8所示)。

圖8 閥體與活門(mén)裝配

　　采用上述方法，設置各零件的相應約束，完成雙偏心蝶閥的整機模型構建(如圖9所示)。

圖9 蝶閥裝配三維實(shí)體模型

2.3、干涉性檢查

　　雙偏心蝶閥在正常運行的時(shí)候，活門(mén)是全開(kāi)的狀態(tài)。此時(shí)，重錘的位置是以蝶閥閥軸中心線(xiàn)為基準，轉動(dòng)90°的上游管路右側上方。因此，重錘是否會(huì )與上游管路右側上方45°的取水管座干涉，是一個(gè)需要檢查的步驟。該操作的實(shí)現，利用裝配模塊中的旋轉命令，以閥軸軸線(xiàn)為旋轉軸，調整活門(mén)至全開(kāi)位置。此時(shí)，重錘的狀態(tài)如圖10所示。

圖10 蝶閥活門(mén)全開(kāi)狀態(tài)

　　由圖10可知，重錘與取水管座沒(méi)有產(chǎn)生干涉。所以，模型符合設計要求。

3、結束語(yǔ)

　　本文對臥軸、雙平板、帶重錘關(guān)閉結構的雙偏心蝶閥建模，采用先建立蝶閥的各個(gè)零部件三維模型;再利用裝配設計功能，實(shí)現模型的裝配，完成整機的模型構建，為后續的流動(dòng)性能計算、產(chǎn)品的生產(chǎn)、運輸提供了有力的理論基礎。