双偏心蝶阀三维模型构建方法的研究

    双偏心蝶阀的设计，关键的要点主要有：1）零部件的强度（静水力矩、动水力矩等）满足要求；2）准确的质量计算；3）零部件之间不存在干涉性问题。因此，对产品设计而言，需要进行有限元分析、模型的体积以及重量计算、干涉性检查等操作。以便让蝶阀的各个性能指标（如漏水量、活门压差等）均满足要求。而这一系列工序能否顺利开展的前提，就是构建完善的三维模型。
    1 建模方法的确定
    蝶阀的三维实体模型构建，传统的方法，是在零件设计模块，利用草图绘制、旋转、扫掠等命令，直接绘制阀门的整体模型。然而，该方法却存在着一些缺点：1）就双偏心蝶阀而言，其零部件繁多，部件之间的配合复杂，尤其是活门和阀体之间，存在着偏心关系，直接建立整机模型，零部件之间的相对定位比较困难；2）直接在零件设计模块建立的整机模型，只能够描述阀门在全关或全开时刻的单一状态，而由于要对模型进行干涉行检查、水动力学分析等操作，需要将模型调整至各种需要的运行状态。因此，在该模块中要实现所有的工作状态，就必须建立多种模型，工作费时费力。
    鉴于传统建模方法的弊端，结合双偏心蝶阀自身的特点。本文提出了另外一种建模方式——装配设计。其设计步骤是：1）在零件设计模块单独设计各个零部件；2）根据零部件彼此之间的几何约束关系，进行定位装配操作。这种建模方式的最大优点是：可以准确描述阀门的各个工作状态，便于对产品进行后续有限元分析、干涉性检查等操作。因此，本文采取装配设计的方法对蝶阀进行建模。
    2 双偏心蝶阀三维模型的构建
    本文所构建的双偏心蝶阀模型为卧轴、双平板、带重锤关闭结构。其特征参数主要有：公称直径（D）、活门厚度（b）、接力器直径（Dj）以及阀轴直径（Df）等。
    模型建立的步骤是：1）分别在零件设计模块绘制上游管路、下游管路、活门以及阀体等零部件的实体模型；2）在装配模块中，调入所有零件，再利用各部件之间的对应关系（如同心、垂直等），利用约束命令，逐步进行装配，继而完成整机的模型构建操作。
    2.1 蝶阀零部件模型的建立
    组成双偏心蝶阀的零件，主要有：上游管路、下游管路、阀体、活门、阀轴、重锤以及伸缩节。因此，第一步需要分别在装配设计模块中建立这7个零件的模型。具体操作是：首先，在草图模式绘制平面图；其次，返回到设计模块，进行旋转、拉伸以及多截面曲线等功能，完成模型的绘制。建立的三维实体模型如图1至图7所示。

图1 上游管路

    2.2 双偏心蝶阀三维模型装配
    绘制完零件图之后，进入装配模块，加载所有零件，进行模型装配。具体操作步骤为：

图2 下游管路

图3 阀体

图4 活门

图5 阀轴

 ♂

图6 重锤

图7 伸缩节

    1）设阀体为基准零件；
    2）利用零件之间的相对关系，利用软件的偏移、角度调整等命令，完成装配。
    本文以阀体和活门为例，介绍装配过程。阀体与活门之间的对应关系是：1）阀体与活门同心；2）活门两边的阀轴与阀体两边的轴孔同心同轴。因此，针对条件1）和2）可以分别设定一致性约束。从而完成二者的装配（如图8所示）。

图8 阀体与活门装配

    采用上述方法，设置各零件的相应约束，完成双偏心蝶阀的整机模型构建（如图9所示）。

图9 蝶阀装配三维实体模型

    2.3 干涉性检查
    双偏心蝶阀在正常运行的时候，活门是全开的状态。此时，重锤的位置是以蝶阀阀轴中心线为基准，转动90°的上游管路右侧上方。因此，重锤是否会与上游管路右侧上方45°的取水管座干涉，是一个需要检查的步骤。该操作的实现，利用装配模块中的旋转命令，以阀轴轴线为旋转轴，调整活门至全开位置。此时，重锤的状态如图10所示。

图10 蝶阀活门全开状态

    由图10可知，重锤与取水管座没有产生干涉。所以，模型符合设计要求。
    3 结束语
    本文对卧轴、双平板、带重锤关闭结构的双偏心蝶阀建模，采用先建立蝶阀的各个零部件三维模型；再利用装配设计功能，实现模型的装配，完成整机的模型构建，为后续的流动性能计算、产品的生产、运输提供了有力的理论基础。