使用SolidWorks/COSMOS进行轴流压缩机扩压器自动设计与分析

    随着国内经济的迅速发展，陕西鼓风机(集团)有限公司的轴流压缩机在各行各业得到了广泛应用。现在的用户要求在不降低质量的前提下缩短产品的设计、制造周期，而且从2002开始，该公司的轴流压缩机设计一直处于一种超饱和的状态。轴流压缩机是该公司的主导产品，为使该公司轴流压缩机产品立于不败之地，加强技术攻关，使用新的设汁方法缩短设计周期、提高产品质量成为了公司的迫切需要。
   
    二维CAD在该公司的应用已经相当成熟。但相对于三维CAD，二维CAD在确定产品结构参数的过程中，人为因素太多，设计周期太长。设计完成后，还不能直观的休现设计有无缺陷。应用三维CAD技术，司极大地缩短产品设计周期。直观的三维模型，对于表达设计概念和体现设计缺陷有非常实用的指导意义。运动分析和干涉检查还大大提高了设计的准确性。由于三维CAD具有参数化和全相关特性，设计更改非常快捷，工作效率和设计质量大大提高，更好的满足了客户需求，使产品更具市场竟争力。
   
    使用三维进行设计是一项长期的、基础工作量很大的工作。从2002年上半年开始，我们使用SolidWorks软件，选择轴流压缩机扩压器进行三维设计和分析，保证了产品的安全性。工作完成后，还能够自动进行计算结果格式的转换，自动生成三维装配体模型，自动进行有限元分析，自动生成工程图。
   
    使用三维CAD需要做许多前期工作。以扩压器设计为例，需要做的工作有:编制计算结果格式转换程序。建立系列零件设计表中数据和三维模型的对应关系;三维建模;约束的设置;尺寸之问的关系的建立;工程图的建立、明细表格式的建立等。具体过程如下。
   
    (1)计算结果自动转换
    使用专用的扩压器计算程序，得出计算结果(为txt文件)。将扩压器计算程序的计算结果用计算机程序进行自动转换，转换成为SolidWorks所要求的格式，如图1所示。
    (2)数据导人系列零件设计表将转换后的文件导人SolidWorks中已建好模型的系列零件设计表中，如图2所示。
    (3)流道型线自动生成后的草图如见图3所示。
    (4)自动生成三维模型，查看有无缺陷，修改属性，包括名称、代号和材料等如图4所示。
    (5)直接利用SolidWorks三维实体模型，采用与SolidWorks无缝集成的分析软件COSMOS进行有限元分析，从而得到修正和优化设计所需的必要信息。图5为有限元分析网格图。
    (6)自动生成装配体模型，进行T涉检查，可及时地发现并改正问题，确保设计的正确性，如图6所示。
    (7)自动生成的工程图，因为三维CAD的全相关性，调人的工程图(见图7)中相应的尺寸已经作了相应的修改(包括明细表以及工程图中的各种属性)，只需将尺寸和注释等移到合适的位置即可。
   

    经过半年多的工作，我们完成了轴流压缩机扩压器自动设计这个课题。经过统计，使用三维CAD进行扩压器设计约需1天时间，而使用三维CAD只需20多分钟时间。由以上步骤可以看出，在轴流压缩机扩压器设计过程中，大部分工作都是计算机自动完成的。在产品的设计阶段，就可以直观的查看设汁有无缺陷，装配体可以进行干涉检查，将出现错误的可能性降至最低，极大地提高r产品质量，而且产品的性能、可靠性、安全性和经济性上都有提高。在结构分析上，通过SolidWorks与COSMOS的无缝接口，保证了三维建模的完全一致，通过给定载荷和边界条件、确定网格划分方法，使得有限元分析计算与实际状况相符。
   
    本课题是陕鼓公司第一个使用三维CAD并生成了工程图的项目，是产品设计力法的一个重大变革。而且从计算开始一直到出工程图，对产品设计的全过程实施了自动化。从2002年11月完成以后，至今已完成了10多台轴流压缩机扩压器、进口圈的设计工作。
   
    在本课题的实施过程中，也遇到了许多困难，经过我们的通力合作，解决了这些困难，同时积累许多宝贵的经验。这些经验为后续的主导产品采用三维CAD设计打下了基础，对产品设计思想和设计方法的影响是不可枯量的。