（机械设计及理论专业论文）基于solidworks罗茨风机cad系统设计.pdf

原创性声明 一ii一i1111lll。lhllljlllll3hilll9lllll。illiliiii ￥ 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研 究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人 或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集 体，均已在文中以明确方式标明。本声明的法律责任由本人承担。 学位论文作者：传芬茎 日期： q ，o 年月日 学位论文使用授权声明 本人在导师指导下完成的论文及相关的职务作品，知识产权归属郑州大学。 根据郑州大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留或向国家有关部 门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅；本人授权郑州 大学可以将本学位论文的全部或部分编入有关数据库进行检索，可以采用影印、 缩印或者其他复制手段保存论文和汇编本学位论文。本人离校后发表、使用学 位论文或与该学位论文直接相关的学术论文或成果时，第一署名单位仍然为郑 州大学。保密论文在解密后应遵守此规定。 学位论文作者：债袁查 日期：沙屈年占月f 日 摘要 摘要 罗茨风机作为双转子气体压缩和输送机械被广泛应用于各工业领域，其在 设计过程中存在大量修改、设计计算和重复性工作等特点；为提高罗茨风机的 设计效率和设计质量，本文使用v i s u a lb a s i c 语言对s o l i d w o r k s 进行二次开发， 对罗茨风机c a d 系统的设计进行研究。 论文分析了罗茨风机的各种叶型的型线，推导了实际的型线参数方程，研 究了风机的各种结构参数和性能参数，并建立它们之间的关系；对s o l i d w o r k s 二次开发体系进行研究，详细介绍了o l e 技术和c o m 技术，阐述了s o l i d w o r k s a p i 对象的访问方式和接口技术。 论文对罗茨风机c a d 系统进行了整体分析、总体规划，对系统各功能模块 进行了剖析分类，设计了系统操作流程图；采用基于特征建模技术的参数化设 计方法和原理，使用v i s u a lb a s i c 6 0 语言调用s o l i d w o r k sa p i 接口函数，通过宏 录制并修改关键代码的方法，实现了s o l i d w o r k s 的二次开发，建立了系统数据 库，所设计的c a d 系统能够完成罗茨风机的设计计算和自动化几何建模工作。 运行调试并实例建模实验，结果表明：系统能够根据用户输入的基本参数 顺利完成三维模型的建立；系统界面美观，与用户交互方便，能大大提高罗茨 风机的设计效率和质量，缩短产品研发周期，降低企业成本，提高市场竞争力， 具有实际的使用价值。 关键字：c a d 技术，二次开发，罗茨风机，s o l i d w o r k s a b s t r a c t a b s t r a c t a sad u a lr o t o rg a sc o m p r e s s i o na n dt r a n s p o r t a t i o nm a c h i n e r y , r o o t sb l o w e ri s w i d e l yu s e d i nv a r i o u si n d u s t r i a lf i e l d s i th a sc h a r a c t e r i s t i c so fn u m e r o u s m o d i f i c a t i o n s ，d e s i g nc a l c u l a t i o n sa n dr e p e t i t i v ej o b se x i s t i n gi nt h ed e s i g np r o c e s so f r o o t sb l o w e r i no r d e rt oe n h a n c et h ed e s i g ne f f i c i e n c ya n dq u a l i t y , t h i st h e s i su s e s t h ev i s u a lb a s i cl a n g u a g ei nt h es e c o n d a r yd e v e l o p m e n to fs o l i d w o r k s ，s t u d i e st h e d e s i g no fr o o t sb l o w e rc a ds y s t e m t h i st h e s i sa n a l y z e sv a r i o u sl e a ft y p ep r o f i l eo fr o o t sb l o w e r , d e r i v e st h ea c t u a l p r o f i l ep a r a m e t e re q u a t i o n ，s t u d i e sr o o t sb l o w e rv a r i o u ss t r u c t u r a lp a r a m e t e r sa n d p e r f o r m a l a c ep a r a m e t e r sa n de s t a b l i s h e st h er e l a t i o n s h i pb e t w e e nt h e m t h ep a p e r s t u d i e ss o l i d w o r k ss e c o n d a r yd e v e l o p m e n ts y s t e m ，i n t r o d u c e st h eo l et e c h n o l o g y a n dt h ec o m t e c h n o l o g y , e l a b o r a t e so b j e c t sa c c e s s i n gm e t h o d so fs o l i d w o r k sa p i a n di n t e r f a c et e c h n o l o g i e s t h e s i sg i v e so v e r a l la n a l y s i so ft h er o o t sb l o w e rc a ds y s t e m ，p l a n st h ed e s i g n g o a l so ft h es y s t e m ，d e s i g n st h es y s t e mo p e r a t i o nf l o wc h a r t ；u s i n gp a r a m e t r i c d e s i g np r i n c i p l e sb a s e do nf e a t u r em o d e l i n gt e c h n o l o g y u s i n gv i s u a lb a s i c 6 0 l a n g u a g ec a l l i n gs o l i d w o r k sa p ii n t e r f a c ef u n c t i o n ，t h r o u g hm a c r or e c o r d i n ga n d m o d i f y i n gt h ek e yc o d e ，a c h i e v e dt h es e c o n d a r yd e v e l o p m e n to ft h es o l i d w o r k sa n d e s t a b l i s h e dt h es y s t e md a t a b a s e i tc a na u t o m a t i o nd e s i g nc a l c u l a t i o n so fp a r a m e t e r a n dg e o m e t r i cm o d e l i n g d e b u g g i n g a n d m o d e l i n ge x p e r i m e n t s i l l u s t r a t et h a ti tc a n c o m p l e t e t h r e e - d i m e n s i o n a lm o d e lb a s e do nu s e ri n p u to ft h eb a s i cp a r a m e t e r s s y s t e mh a sa a m a z i n gi n t e r f a c ea n dc a ni n t e r a c tw i t hu s e r si nam o s tc o n v e n i e n tw a y i tc a ng r e a t l y e n h a n c et h ed e s i g ne f f i c i e n c ya n dq u a l i t yo fr o o t sb l o w e r , s h o r t e nt h ep r o d u c t d e v e l o p m e n tc y c l e s ， r e d u c eb u s i n e s sp r o d u c t i o nc o s t s ，a n d i m p r o v em a r k e t c o m p e t i t i v e n e s s i th a sap r a c t i c a lv a l u e k e y w o r d s ：c a dt e c h n o l o g y , s e c o n d a r yd e v e l o p m e n t ，r o o t sb l o w e r , s o l i d w o r k s i l 目录 目录 摘要i a b s t r a c t i i 目录i 插图清单。v i i 附表清单 t 1 绪论1 1 1 课题研究背景和意义1 1 1 1 课题研究的社会和技术背景一1 1 1 2 课题研究的意义。2 1 2 国内外研究概况2 1 2 1c a d 技术国内外发展现状及特点、趋势2 1 2 2 罗茨风机的发展现状。5 1 2 3c a d 技术在罗茨风机中应用的研究现状6 1 3 本课题研究内容和特点6 1 3 1 课题研究内容一6 1 3 2 本课题的关键技术、创新点和系统的特点一7 2 罗茨风机理论9 2 1 罗茨风机结构9 2 2 工作原理1 0 2 3 罗茨风机叶型分析1 0 i i l 目录 2 3 1 圆弧线叶型l1 2 3 2 渐开线叶型1 4 2 3 3 摆线叶型1 6 2 4 主要参数18 2 4 1 流量1 8 2 4 2 叶轮参数1 9 2 4 3 齿轮参数。2 0 2 4 4 进、排气口径2 l 3c a d 二次开发技术的研究2 2 3 1c a d 支撑软件的选择2 2 3 1 1 国内外市场c a d 软件2 2 3 1 2 支撑软件的选择2 2 3 2 二次开发工具的选择2 3 3 3 二次开发技术理论2 3 3 3 1s o l i d w o r k s 二次开发接口技术2 3 3 3 2s o l i d w o r k sa p i 对象的访问方式2 4 3 3 3s o l i d w o r k s 二次开发的方法的选择2 5 3 4s o l i d w o r k s 二次开发步骤及软件设计阶段2 6 4 罗茨风机c a d 系统分析2 8 4 1 系统分析一：2 8 4 1 1 需求分析2 8 4 1 2 可行性分析2 8 4 2 系统总体设计2 9 4 2 1 系统目标2 9 4 2 2 系统的功能结构2 9 4 2 3 系统预览3 0 4 2 4 系统操作流程3 2 i v 目录 5 罗茨风机c a d 系统的实现3 3 5 1 数据库模块设计3 3 5 1 1 数据库访问技术3 3 5 1 2 数据库概念设计3 4 5 1 3 数据库逻辑关系设计3 6 5 2 公共模块设计3 8 5 2 1 全局变量声明3 9 5 2 2 三角函数定义3 9 5 2 3 数据库打开和关闭函数定义3 9 5 3 登录模块设计4 0 5 3 1 登录模块技术分析4 l 5 3 2 登录模块窗体设计4 l 5 3 3 登录模块代码设计4 2 5 4 主窗体设计。4 2 5 4 1 主窗体技术分析4 3 5 4 2 主窗体实现过程4 4 5 4 3 主窗体代码设计4 6 5 5 建模模块的实现。：4 7 5 5 1 叶轮模块技术分析4 7 5 5 2 叶轮模块窗体的实现4 8 5 5 3 代码设计4 9 5 5 4 其它模块窗体界面5 2 6 罗茨风机c a d 系统实例测试5 3 6 1 实例l 5 3 6 2 实例2 5 4 7 总结与展望5 6 7 1 全文总结5 6 v 目录 7 2 展望5 6 参考文献5 8 致 射6 0 个人简历6 l v i 插图清单 插图清单 图1 1 计算机辅助设计过程3 图2 1 二叶立式罗茨风机结构图9 图2 2 二叶罗茨风机工作过程原理图。l o 图2 3 圆弧线型。1l 图2 4 圆弧线叶型分析图。1 2 图2 5b a 值对叶谷形状的影响1 3 图2 6 圆弧线叶轮横断面积示意图1 4 图2 7 渐开线型。1 5 图2 8 叶型发生干涉的极限位置1 6 图2 9 摆线型1 7 图3 1s o l i d w o r k s 开发系统图2 5 图3 2s o l i d w o d 【s a p l 对象层次图2 5 图4 1 系统功能结构3 0 图4 2 系统登录窗体界面。3 0 图4 3 系统主窗体界面。3 l 图4 4 圆弧线叶轮建模窗体界面。3 l 图4 5 圆弧线叶轮型线参数计算窗体3 1 图4 6 机壳建模窗体界面3 2 图4 7 齿轮建模窗体界面3 2 图4 8 本系统操作流程图3 2 图5 1a d o 对象模型。3 4 图5 2 绑定控件、数据控件和数据库的关系3 4 图5 3 数据结构表3 5 图5 4 用户信息实体e r 图3 5 图5 5 叶轮信息实体e - r 图3 5 图5 6 机壳实体e - r 图3 6 图5 7 齿轮实体e - r 图。3 6 图5 8 系统登录界面4 0 图5 9 消息提示框4 l 图5 1 0 主界面4 3 图5 11 菜单编辑器设计及菜单运行效果4 4 图5 1 2i m a g e l i s t 属性设置4 5 图5 1 3 工具栏运行效果图4 5 图5 1 4 状态栏运行效果图4 6 图5 1 5 叶轮渐开线叶型界面4 7 i 插图清单 图5 1 6 添加s s t a b 控件4 8 图5 1 7s s t a b 控件属性设置4 9 图5 1 8 叶轮建模程序实现流程图5 0 图5 1 9 渐开线参数界面图5 2 图5 2 0 为摆线叶型界面5 2 图5 2 l 板墙建模界面5 2 图5 2 2 主油箱建模界面5 2 图6 7 渐开线叶型5 3 图6 8 渐开线叶型参数5 3 图6 9 两叶渐开线直叶叶轮实例模型。5 4 图6 1 0 摆线叶轮参数检测j 5 4 图6 1l 建成模型5 4 图6 1 2 机壳参数输入5 5 图6 1 3 机壳模型5 5 图6 1 4 罗茨风机总装5 5 图6 1 5 罗茨风机爆炸图5 5 l l 附表清单 附表清单 表5 1y o n g h u d e n g l u 用户信息表的结构3 6 表5 2y e l u n 表的结构3 7 表5 3 j i k e 表的结构3 7 表5 4c h i h m 表的结构3 8 i x 1 绪论 1 绪论 2 0 世纪8 0 年代，美国首先在国家计划中提出了先进制造技术( a d v a n c e d m a n u f a c t u r i n gt e c h n o l o g y ，a m t ) 这个概念，它是传统制造技术与信息等技术 的结合。先进制造技术与传统制造技术相比具有更突出的特点和更广泛的内涵， 它包括了从市场分析、产品设计、制造、装配、到销售、服务，以及再生产全 过程。先进制造技术涵盖了先进制造工艺、现代设计技术和装备以及系统管理 技术等三部分l l j 。伴随着计算机技术与网络技术的高速发展，计算机快速的信息 处理优势在计算机辅助设计系统中充分的展示出来，c a d 技术强大的辅助功能 极大地减少了设计人员的重复性工作，并朝着工程设计智能化的方向发展。 1 1 课题研究背景和意义 1 1 1 课题研究的社会和技术背景 2 0 世纪9 0 年代以来，随着计算机网络和信息技术的快速发展，生产力及社 会的不断进步，经济金融日益全球化，中国经济和世界经济联系也更加紧密， 市场全球化而导致的全球性竞争严峻地考验着企业的生命力。社会对新产品独 特性的要求促使企业对产品研发多样式化，并促进企业加快新产品更新换代的 速度，同时对产品设计与制造的要求也越来越高。企业对新产品的研发能力大 小、设计周期长短以及效率和质量的高低无疑是其生命力强弱的关键因素。在 生产实践与高新科技快速结合的今天，计算机辅助设计( c o m p u t e ra i d e dd e s i g n ， c a d ) 技术将人类的创造性思维和计算机高速处理性能完美的结合起来，极快 的提高了产品的创新设计速度。在c a d 技术的支持下，人们对产品的设计方法 也有了新的认识，从简单机械零件到大型复杂装备的创造性设计思维，极大地 冲击了当今企业的设计和生产模式【2 】。 目前国内外多数c a d 软件已能实现参数化设计。参数化设计思想与传统的 设计思想有着根本的区别，它通过对整个设计过程记录跟踪，可以设计出功能 类似却形状不同的系列产品模型。在设计过程中设计者按照几何约束关系指定 设计要求，这种设计思想在产品概念设计阶段为设计人员提供了极大方便，它 可以让设计者大大减少重复性尺寸计算工作，集中主要精力解决产品的概念设 1 绪论 计和尺寸约束关系设计。参数化设计技术在零件的系列设计以及c a d 平台二次 开发方面有广阔的使用空间，对参数化设计技术的研究将会进一步提高产品研 发和生产效率。 1 1 2 课题研究的意义 罗茨风机是一种气体压缩和输送机械产品，具有制造简单、特性稳定、使 用寿命长和机械效率高等特点，在石油化工、电力、采矿冶金、机械及环保行 业的领域广泛使用。罗茨风机零件较多，包括机壳、叶轮、板墙、同步齿轮、 传动轴等；类型有二叶、三叶、圆弧型、渐开线型和摆线型等多种。但它们的 结构存在许多相同或相似的地方，因此在产品的设计过程中也存在大量相似的 变型设计和重复性工作比如尺寸计算和平面绘图等。另外，罗茨风机的主要零 件叶轮结构虽简单但其叶型复杂，结构尺寸计算和绘图时十分麻烦，这不仅使 得工作效率降低，而且修改设计时十分不便，对设计人员和设计工具都提出了 更高要求，以往的设计方法已不能满足这种需求。 应用c a d 软件对罗茨风机参数化设计可以大大改善以上分析中的不足，但 我国目前多数c a d 软件都属于三维建模软件的支撑软件，它们的功能并不能满 足所有企业的特殊要求。比如p r o e 、s o l i d w o r k s 等软件都是外国人按照它们的 标准编写，并不符合我国的国标，因此用户必须根据不同行业的特殊要求和规 范对c a d 软件进行不同程度的二次开发【3 】，以适应自身的需要。国内对罗茨风 机参数化设计软件开发方面主要是在二维方面，在三维方面，主要是对三维参 数化设计的算法如何实现进行探讨和研究，或者是建立标准件的零件库，对罗 茨风机系统进行三维参数化设计软件研究的很少。基于以上背景，开发一种具 有良好的人机交互、操作方便而且功能完善的三维罗茨鼓风机c a d 系统设计软 件亟待需求。 1 2 国内外研究概况 1 2 1c a d 技术国内外发展现状及特点、趋势 ( 1 ) c a d 的概念 计算机辅助设计( c o m p u t e ra i d e dd e s i g n ，c a d ) 产生于2 0 世纪6 0 年代， 它是计算机科学与工程科学之间跨学科的综合性科学，是以设计人员为主并充 分利用计算机高性能的软硬件对产品或零件进行设计的方法与技术【4 1 。计算机辅 2 1 绪论 助设计过程如图1 1 所示。在半个世纪的发展过程中c a d 技术已应用于科学技 术的各个方面，极大的改变了产品的设计与制造方式。c a d 系统为设计人员提 供了设计时需要的各种资源【5 】：具有精确的分析和计算功能，强大的建模功能， 能够实现动态仿真功能以及具有优秀的工程绘图功能。 图1 1 计算机辅助设计过程 ( 2 ) c a d 技术的发展历程 起步于2 0 世纪5 0 年代后期的c a d 技术从诞生至今先后经历了四个不同的 发展时期。5 0 年代到7 0 年代是c a d 技术的发展初期。麻省理工学院于1 9 5 0 年开发出了“旋风1 号图形显示设备，c a l c o m p 和g e r b e r 公司于1 9 5 8 年分别 研制出滚筒式绘图仪和平板绘图仪 6 1 。1 9 6 2 年i e s u t h e r l a n d t 7 】发表了 “s k e t c h p a d ：一种人机通信的图形系统论文，交互技术、计算机图形学和 分层存储符号的数据结构等新概念被提出来。7 0 末到8 0 年代中期是c a d 技 术首次快速发展时则引。但是在大型制造业飞机和汽车等领域设计曲面时简单的 线框造型系统遇到了很大麻烦，由于线框模型的缺点严重影响了行业的发展， 工业界强烈要求更新设计手段。随后c o o n s 和b e z i e r 提出利用计算机对曲线和 曲面问题进行处理的新的算法，法国达索公司在此基础上研发出了三维曲面制 造系统( c a t i a ) ，从此c a d 技术由平面二维图形设计向三维立体发展【9 1 。 8 0 年代末到9 0 年代初是c a d 技术第二次快速发展时期l 1 0 1 。这主要是由于参数 化概念的提出和发展，8 0 年代中期，p t c 公司研发了基于特征、全尺寸约束、 全数据相关和尺寸驱动设计修改等特点p r o e 三维设计软件，它极大地方便了对 3 l 绪论 产品系列的设计和再设计，大大改变了传统的设计理念，c a d 从此走上参数化 技术道路。9 0 年代中期至今是c a d 技术又一轮高速速发展阶段。c a d 技术 在计算机性能不断提升和发展的基础上飞跃前进。各种图形处理技术以及图形 设计标准和数据交互技术的发展极大地推动了二维c a d 向三维实体造型的转 移，随着w i n d o w s 系统的不断完善和强大，c a d 系统新技术也不断涌现。 ( 3 ) c a d 技术在我国的发展】 我国计算机应用在7 0 年代末还处于起始阶段，c a d 技术主要应用在图纸二 维设计上。8 0 年代初开始，c a d 技术在我国得到推广和应用。目前c a d 技术 在我国已经应用于建筑、机械、航空航天、船舶汽车等领域。部分大型企业已 经建立起较为完善的c a d 系统，不少中小型企业也在保证提高质量和劳动效率 等方面也取得了明显的效益。尽管我国开展c a d 技术研究和普及工作并不晚， 但国内c a d 技术普及应用的深度和广度仍然很低，国外机械企业c a d 技术普 及率接近1 0 0 ，而我国还不足3 0 。在绝大多数已经应用c a d 系统的企业中 使用的是实用性不高的只具有初级平台的国外软件，我国c a d 的应用还处于较 低水平。我国c a d c a m 研究普遍存在的特点是科研水平高而商品化程度低， 许多研究成果不能及时转变为生产力来指导实践，因此只能购买外国产品，这 导致了极大的资源浪费。 ( 4 ) c a d 技术的特点及发展趋势 计算机辅助设计技术( c a d ) 具有以下显著的特点【4 】：设计速度快，在高 性能的计算机的支持下c a d 系统能够快速的绘图建模和方便的进行结构设计， 因此大大的缩短新产品的研发周期；设计质量高，通过计算机的精确计算和 分析，能够大大降低出错的概率，提高了产品的可靠性和设计质量；在数据 库的统一管理下，系统中的数据时相互关联，在各个绘图模块中修改的图形都 能反映到数据库中；通用件和标准件及标准设计流程能够十分方便的进行成 组设计；设计者通过对产品模型数据进行分析可以轻松地预知产品的性能； 继承性，标准化的产品数据包易于企业积累产品资源，方便产品数据的存储、 传递、转换和理解；网络协同，利用i n t e r n e t 网路设计者可以在不同的地点工 作并交流；通过提供c a m 或c i m s 基础数据可以实现无图纸化生产；可以 实现全产品生命周期管理。 c a d 技术理论经过萌芽初期发展和快速成长阶段之后，随着计算机硬件性 能不断提高，c a d 技术理论的进一步发展和完善。c a d 技术已走向智能化【8 】 ( i n t e l l i g e n t ) 、集成化( i n t e g r a t e d ) 、人机交互化( i n t e r a c t i v e ) 和网络化 4 1 绪论 ( i n t e m e t w o r k i n g ) ，c a d 技术设计理念也将向概念设计f 1 2 1 5 1 、敏捷设计、智能 设计、虚拟设计【1 d 1 明以及协同设计方向发展。 1 2 2 罗茨风机的发展现状 罗茨鼓风机属于双转子回转式压缩机械，1 8 4 9 年英国乔治琼斯设计了双转 子鼓风机，1 8 5 4 年美国菲兰德罗茨( f r a n c i s 和p h i l a n d e rr o o t s ) 兄弟在设计 水轮车时也构想出这种风机，并在自己的毛纺厂里生产出来，1 8 6 7 年在巴黎博 览会展出【2 0 j 并命名为罗茨风机。 美国赫德森制造协会研制出“t 系列产品；俄罗斯着重于改进风机的气动 性能，联邦德国t r l ( t u r b ol u f l t e c h i n k ) 公司主要研究液压式动叶可调解技术； 丹麦诺迪斯公司研制了动叶可调式风机。日本研制出了高效轴流式和高比转速 机翼型叶片离心式风，并发展了d h 型双轴四级式压缩机【2 。 我国于1 9 5 1 年开始生产罗茨鼓风机【2 2 1 ，5 0 年代我国风机行业正处于起步初 期，这时期主要是仿造苏联产品或按苏联图纸生产。 六七十年代我国进一步学习国外先进的风机设计经验，大幅度得提高了我 国国产风机产品设计水平；这一时期长沙鼓风机厂研制出d 系列空冷鼓风机和 s d 系列水冷鼓风机等，国产罗茨鼓风机逐步开始形成正式系列。 到了8 0 年代，我国大型通风机和透平压缩机达到世界8 0 年代先进行列。 在“六五 期间，我国机械委把罗茨鼓风机的更新设计研究纳入3 8 项重点攻关 项目之列，上海鼓风机厂、天津鼓风机厂以及武汉鼓风机厂和长沙鼓风机厂等 长共同设计出了l 系列罗茨鼓风机，并把l x x ；d 系列罗茨风机纳迸机械工业第 九批节能环保产品推广项卧2 3 】。 9 0 年代后，我国各厂加快罗茨鼓风机技术研发。长沙鼓风机厂先后研发设 计了w r 系列水下鼓风机，s r 系列三叶鼓风机，j r 系列两叶成组和j s 系列三 叶成组鼓风机，承担了国家“八五 科技攻关任务，开发出r v t 系列单级干式 高负压真空泵和r - c t 系列单级高压鼓风机，弥补了国内空白【2 2 1 。 通过近五十年的发展，尤其是近几十年的努力，我国罗茨鼓风机制造业技 术己经达到与国际社会相同的水平。罗茨鼓风机市场发展也非常迅速，特别是 近些年来，我国罗茨风种类逐渐齐全，随着经济的发展，罗茨鼓风机将会拥有 更加广阔的市场发展前景。 5 l 绪论 1 2 3c a d 技术在罗茨风机中应用的研究现状 我国自从7 0 年代开始c a d 技术研究以来，c a d 技术就已经应用于机械行 业。随着c a d 技术的不断提升和价位的大幅度降低，其应用范围已延伸到各个 行业领域。近十年来，有很多企业和高校科研单位对c a d 技术在罗茨风机设计、 分析和制造应用方面进行研究。如长沙鼓风机厂有限责任公司庹德荣和高进【2 4 】 对罗茨鼓风机叶轮型面的数控加工进行研究，对三叶叶轮的数控铣切数学模型 进行了分析，选择了加工刀具、规划了加工工艺并设计了加工代码。中南大学 机械工程学院符明【2 5 】对d w g 文件向p r o e 二维草图模型的转换方法进行了研 究，并建立了r d 系列罗茨风机叶轮产品的p r o e 族表。唐志林、杨岳彭波【2 6 】 等研究了s o l i d w o r k s 的二次开发技术，讨论了罗茨鼓风机圆弧型叶轮的参数化 设计方法。中南大学霍明，刘厚根，陈焕新【2 7 】等对罗茨鼓风机性能参数进行了 研究，并对风机参数的计算机辅助设计系统进行了开发。福州大学机械工程及 自动化学院李建磊与叶仲和【2 8 】研究了罗茨鼓风机扭叶叶轮的螺旋曲面方程，在 对罗茨风机叶轮曲面方程进行微分几何分析的基础上，提取了球面铣刀的参数， 建立了使用刀具切削叶轮型面的步长和行距的数学模型。电子科技大学肖辉进【2 9 1 在a u t o c a d 环境下对罗茨风机的叶轮系统进行开发，完成了罗茨鼓风机叶轮 c a d 系统模型和主体结构的构建。 他们的研究大大推动了c a d 技术在罗茨风机行业中的发展，提高了罗茨风 机的设计效率和设计质量。但他们的研究主要集中在个别零件，并没有对罗茨 风机的整机进行研究，主要是对风机零件二维参数化设计研究，三维参数化和 多功能研究较少。 1 3 本课题研究内容和特点 1 3 1 课题研究内容 本文以罗茨风机为研究对象，针对传统罗茨鼓风机系列产品在设计过程中 存在计算量大、重复工作多、效率低和设计质量不高等不足，在已有的通用c a d 平台软件上，通过二次开发研发出供罗茨鼓风机设计专用的c a d 系统软件。它 基于国内目前先进的罗茨鼓风机设计技术，能集参数辅助计算和自动化三维建 模为一体，减少不必要的人为干预，从而大大提高罗茨风机设的计速度和和设 计质量。本系统软件是在s o l i d w o r k s 三维绘图软件平台上以v i s u a lb a s i c 6 0 编 6 1 绪论 程语言为开发工具，采用c o m 技术调用s o l i d w o r k sa p i 的方法，对罗茨风机进 行三维参数化c a d 研究。本文主要工作内容有以下几点： 对罗茨风机结构、功能、特性进行分析研究，研究风机性能参数和结 构参数之间的关系，对罗茨风机的三种主要叶型进行分析，研究渐开线、摆线 和圆弧线三种叶型型线的基本理论参数方程和工作中的实际参数方程，确定其 数值解法和三维模型的实现方法。 对罗茨风机的主从动轴、机壳、板墙和主副油箱等主要零件的结构尺 寸进行研究，确定罗茨风机各零件结构的主要驱动参数，其中主要对风叶叶型 轮廓生成进行研究。 研究s o l i d w o r k s 三维制图软件的参数化设计方法和对其进行二次开发 的技术，并研究v i s u a l b a s i c 6 0 和s o l i d w o r k s 之间的连接关系以及利用v b 调用 s o l i d w o r k s 内部a p i 函数以实现对其开发的具体方法与步骤。 设计了系统的功能界面，构建了关系数据库；以每个零件为一个模块， 对每个模块进行开发设计，并把它们集成在一起，实现系统的自动建模和装配 的功能。 1 3 2 本课题的关键技术、创新点和系统的特点 本课题研制了罗茨风机三维c a d 设计系统，它是采用基于对象技术的集成 化c a d 系统，能够实现功能上的集成化、结构上的模块化。关键技术有： 各零件结构尺寸同主要驱动参数之间关系的确定。 数据库的建立和管理及a d o 控件的技术和方法。 v i s u a l b a s i c 高级语言和s o l i d w o r k s 之间的相互连接和数据交换技术。 s o l i d w o r k sa p i 接口函数的方法。 本课题的创新点是：首次实现了罗茨风机整机的三维c a d 系统设计，包括 风机的叶轮转子、机壳、墙板、主副油箱以及主副传动轴等零件的建模设计模 块，并实现了集自动化建模和设计计算于一体的功能，很大程度的提高了设计 效率和软件的使用效率。 本系统的特点有： ( 1 ) 具有很大的继承性，罗茨风机c a d 系统是在s o l i d w o r k s 软件的基础 上根据具体行业需要开发出来的，s o l i d w o r k s 的建模环境、造型方法以及功能 结构很大程度上影响着本软件的性能。 7 l 绪论 ( 2 ) 又有很强的专业性，本软件是罗茨风机c a d 系统，它主要是用来辅 助罗茨风机的设计和研发，只能在罗茨风机领域使用。 ( 3 ) 提供了操作方便的设计环境，它采用w i n d o w s 工作风格，人机交互式 界面简单，具有直观形象的图标菜单，使用方便。 ( 4 ) 采用模块化设计方法，通过对系统的分析进行了模块的分类和集成， 各模块之间有较强的独立性，能够方便的对本系统进行完善和增加新的功能模 块。 ( 5 ) 建立了a c c e s s 数据库，能够对罗茨风机c a d 系统内的数据统一管理， 最大量的减少数据的存储冗余，实现数据共享。 8 2 罗茨风机理论 2 罗茨风机理论 2 1 罗茨风机结构 罗茨风机主要由转子、机壳、同步齿轮、油箱、板墙和轴承等组成。如图 2 1 所示。 ir r 汹 ：罔 卅l f f 矗， 辱瀚 l i厂、f l l 厂、 ll 。： il 戮fll界黝l 制 。f 1 k 重 1l 一! i 一 l _ ， 黼 ij i e j l s譬l黼穆盟 7卜 i 7 4il 。三赞格子；2 - 憎l 争千；3 囊秃毛嗣步鸯耙曩圭曲蔫；8 瓤l , l i 秦8 j j 曲t t 图2 1 二叶立式罗茨风机结构图 转子是罗茨风机最主要的零部件，它是由叶轮和轴经过热套或者是冷压后 结合而成，分为主动轴和从动轴，如图中1 、2