三元整体叶轮的曲面造型及其计算机辅助制造技术

针对一种三元整体叶轮,采用B样条方法对叶片中性面上顶部和根部的两组数据点进行了插值曲线的反算,进而构造出直纹面形式的叶片中性面和叶片曲面;研究了在五坐标机床上采用球头棒铣刀侧铣加工叶轮时的刀位计算方法,给出了在UG环境下的叶轮曲面建模方法及其数控加工仿真步骤。     

离心叶轮叶片前缘椭圆长短轴比对性能的影响

使用数值研究方法研究了三个机器马赫数(Mu)下,小尺寸离心叶轮叶片前缘采用长短轴比例分别为1:1,2:1,3:1,4:1的椭圆形(圆形前缘可认为长短轴比为1:1)时叶片前缘附近流场情况及不同前缘形状对压缩机气动性能的影响(Mu主要应用于工程中,在离心压缩机中是用来衡量叶轮转速的一个无量纲量)。结果表明,椭圆形前缘随着长短轴比例的增大,可有效减小叶轮入口处的分离损失,使压缩机性能明显提高,喘振裕度及工作范围没有明显变化,并对结果进行了实验验证。经过静力分析,叶片前缘椭圆形长短轴比例的增加对叶轮强度影响不大。在小尺寸叶轮的设计和加工中,如压缩机在正常叶轮入口机器马赫数下运行(Mu=0.95附近),叶轮叶片前缘椭圆形长短轴比例对压缩机性能略有影响,可折衷考虑加工效率和压缩机性能;如压缩机在叶轮入口机器马赫数较高工况下运行较多(Mu大于1),叶轮叶片前缘椭圆形长短轴比例对压缩机性能影响较为显著,可将比例选为3:1或4:1。     

三元整体叶轮的几何造型与数控加工刀具路径规划

采用三次B样条曲线对叶轮中性面上盖盘和轴盘的两组数据点进行插值，得到盖盘曲线和轴盘曲线，进而得到直纹面形式的叶轮中性面；按照叶片的厚度做盖盘曲线和轴盘曲线的变距偏置曲线，得到叶片曲面的直纹化表达式；在此基础上，讨论了三元叶轮加工的刀具路径规划方法，给出了确定球头刀刀心位置和计算残留误差的两种迭代算法，最后给出了加工实例。     

通道曲面的柱面逼近方法及其在叶轮插铣中的应用

为了使叶轮粗加工后的通道表面与其设计曲面尽可能接近,将整体叶轮的定轴插铣理论模型概括为通道曲面的最大内接柱面优化问题。同时,为简化该问题的计算难度,将最大内接柱面的优化问题转化为柱面直母线方向和柱面准线的确定两个步骤。提出了确定内接柱面直母线方向的最小二乘模型与解算方法,在此基础上,将通道曲面沿柱面的直母线方向进行投影,通过相关曲线间的裁剪操作,获得了最大内接柱面的准线。以最大内接柱面的准线作为插铣加工时的边界曲线,以柱面直母线方向作为插铣加工时平头刀的轴线方向,给出了计算刀心位置和安全高度的迭代算法。最后通过数值算例验证了所提方法的正确性。该方法将有助于叶轮粗加工效率的提高,同时为叶轮的精加工预留较均匀的加工余量。