利用UG軟件對水輪發(fā)電機定子扇形片進行參數(shù)化設(shè)計

王旭

（哈爾濱電機廠有限責(zé)任公司工裝分廠，哈爾濱150040）

1 對產(chǎn)品圖紙的分析及設(shè)置控制變量

定子裝配是水輪發(fā)電機中最重要的部件，通常因為水輪發(fā)電機的外圓尺寸較大，定子部分會分成定子扇形片，在裝配時疊裝成整圓。定子扇形片的基本形狀如圖1所示，由一定數(shù)量的扇形片疊合成一個整圓，每片的夾角相等。按照簡化設(shè)計的原則，將扇形片的參數(shù)化設(shè)計分為四部分：外形、下線槽、鴿尾槽、通風(fēng)孔。對每個部分分別進行參數(shù)化設(shè)計，并建立約束關(guān)系使得整個工件在修改尺寸時能夠保持相對的位置關(guān)系。

1.1 設(shè)置外形的控制變量

根據(jù)不同的產(chǎn)品設(shè)計要求，定子扇形片的外圓、內(nèi)圓、組成整圓的扇形片數(shù)量及每個扇形片上的下線槽數(shù)量都不是固定的，因此需相應(yīng)地建立4 個變量：WR、R、number、dianpiannumber，以建立上述4 個基本尺寸的表達式。

圖1 定子扇形片的基本形狀

1.2 設(shè)置下線槽及開口槽的控制變量

下線槽的基本尺寸如圖2，其中槽底的R 尺寸恒定為R1，其余的槽寬、槽深、開口的位置和尺寸每個產(chǎn)品的要求各不相同，因此需建立b、t、u、h、b1計5 個變量來建立下線槽的表達式。

1.3 設(shè)置鴿尾槽的控制變量

如 圖3 所 示，設(shè) 立 對 應(yīng) 的GWL、GWL1、GWL2、GWKK、GWKK1、GWD、GWA1、GWA2等8 個變量來建立鴿尾槽的表達式。

1.4 設(shè)置通風(fēng)孔的控制變量

圖2 槽型

部分水輪發(fā)電機的定子中有通風(fēng)孔，且每臺機組的通風(fēng)孔位置和個數(shù)都不固定，對通風(fēng)孔本身需要的參數(shù)建立直徑TFK_D 和通風(fēng)孔節(jié)圓TFK_R 計2 個變量。通風(fēng)孔個數(shù)和通風(fēng)孔與下線槽的位置控制表達式在后面通風(fēng)孔的參數(shù)化設(shè)計中論述。

2 水輪發(fā)電機定子扇形片的參數(shù)化設(shè)計

2.1 外形的參數(shù)化設(shè)計

圖3 鴿尾槽

（1）首先插入一個直徑2WR，厚度H 的圓柱，這里設(shè)立厚度參數(shù)H 是為了使以后不同厚度的定子扇形片（如0.35mm 及0.5mm的硅鋼片）和定子通風(fēng)槽片（如0.65 的酸洗鋼板）可以形成參數(shù)化。（2）鉆直徑2R的簡單孔。（3）插入X-Z 平 面 及Z 軸，作為定子扇形片的對稱中心。（4）做兩個與X-Z 平面成一角度、且過Z 軸的基準(zhǔn)平面，保證兩個基準(zhǔn)平面間的夾角為每張定子扇形片間的夾角，所以此基準(zhǔn)平面偏轉(zhuǎn)角度的表達式應(yīng)分別為±360/（number*2）。（5）用上步所做的兩個基準(zhǔn)平面修剪圓柱體，則得到定子扇形片的外形。

圖4

2.2 下線槽和開口槽的參數(shù)化設(shè)計

為了建模的方便及修改，對下線槽及開口槽的生成分為二步進行，第一步先生成定子扇形片中間下線槽和開口槽的特征；第二步對生成的下線槽及開口槽分別生成實例幾何體。具體操作如下：（1）插入長、寬、高分別為t+2、b、H 的長方體，長方體的原點選在點（R-2，-b/2，0）處。（2）插入矩形墊塊，其長、寬、高分別為h1、H、（b1-b）/2+1 的墊塊。（3）對矩形墊塊的兩個短邊對應(yīng)的側(cè)立面分別做插入→同步建?！苿用?，選擇“移動面”對話框中的“角度”選項，偏轉(zhuǎn)角度分別是60°和30°，然后對形成的兩個偏轉(zhuǎn)后的面的相交邊做半徑為R1的邊倒圓，即生成開口槽。（4）對生成后的下線槽及開口槽分左右兩半分別生成實例幾何體，“實例幾何體”對話框的類型選擇“旋轉(zhuǎn)”，“角度”值按公式360/（number*dianpiannumber），“副本數(shù)”的值按公式dianpiannumber/2，確定后即生成定子扇形片中的下線槽特征。

2.3 鴿尾槽的參數(shù)化設(shè)計

根據(jù)以往的設(shè)計經(jīng)驗，水輪發(fā)電機的定子扇形片的鴿尾槽形狀一樣，左右兩個鴿尾槽關(guān)于中心線對稱。區(qū)別在于有的機組具有中間的鴿尾槽，有的沒有。因此對鴿尾槽的設(shè)計應(yīng)分為兩種形式，以適應(yīng)不同機組的參數(shù)化設(shè)計。（1）建立草圖：以定子扇形片的圓柱體坐標(biāo)系建立草圖，以圖2 的尺寸要求畫中間鴿尾槽的草圖，并按圖示尺寸標(biāo)注驅(qū)動，標(biāo)注鴿尾槽底到外圓弧中心的驅(qū)動尺寸為WR-GWD。（2）拉伸草圖，生成中間的鴿尾槽。（3）工具-表達式，建立一個變量Y，用以控制與鴿尾槽對應(yīng)的下線槽與扇形片對稱軸的夾角，即鴿尾槽與對稱軸的夾角為（360/（number*dianpiannumber））*Y。（4）插入基本平面，使平面過Z 軸，并與X-Z 平面成一角度，角度值即為（360/（number*dianpiannumber））*Y。（5）以X-Y 面為平面，以上步建立的基準(zhǔn)平面為X 軸向，以（0，0，0）為原點建立草圖，按照圖2 的尺寸畫左側(cè)的鴿尾槽，并標(biāo)注鴿尾槽底到外圓弧中心的驅(qū)動尺寸為WR-GWD。鏡像曲線，生成右側(cè)鴿尾槽的草圖。（6）拉伸草圖，生成兩側(cè)的鴿尾槽。

2.4 通風(fēng)孔的參數(shù)化設(shè)計

（1）在拉伸出的定子扇形片實體上鉆簡單孔，孔的直徑是通風(fēng)孔直徑的變量TFK_D，孔的中心點坐標(biāo)為：

x=TFK_R*cos（360/（number*dianpiannumber））*TFK_y y=TFK_R*sin（360/（number*dianpiannumber））*TFK_y

其中，TFK_y 是表示最右側(cè)的通風(fēng)孔與定子扇形片對稱軸所夾下線槽的個數(shù)。

（2）其余通風(fēng)孔的處理：生成最右側(cè)的通風(fēng)孔后，其余的通風(fēng)孔應(yīng)用“插入→關(guān)聯(lián)復(fù)制→對特征形成圖樣”命令，因為每臺機組的定子扇形片的通風(fēng)孔數(shù)量和每相鄰的兩個通風(fēng)孔之間的夾角不固定，所以需要建立兩個變量TFK_number 和TFK_singleangle 來建立模型。在“對特征形成圖樣”對話框中：“數(shù)量”欄中選擇變量TFK_number，“節(jié)距角”欄的公式設(shè)為：

TFK_singleangle*（360/（number*dianpiannumber））

2.5 對不含中間鴿尾槽和通風(fēng)孔的定子扇形片的處理

有的水輪發(fā)電機定子扇形片不含有中間的鴿尾槽或通風(fēng)孔，對這種類型的定子扇形片可以按上述步驟正常建立模型后，對中間的鴿尾槽和通風(fēng)孔通過按表達式抑制來實現(xiàn)選擇，具體的操作如下：

（1）編輯-特征-由表達式抑制，在選擇了要由表達式抑制的特征后，在工具-表達式中可以看到系統(tǒng)建立的抑制特征表達式，如圖5 所示。建立兩個變量TFK_T_F 和GW_T_F 來分別控制通風(fēng)孔和中間鴿尾槽的有沒有。設(shè)定圖示中p1414 和p1415 表達式的公式為if（TFK_T_F=1）（1）else（0）即可實現(xiàn)通風(fēng)孔的抑制由變量TFK_T_F 來控制的目的。重復(fù)上述過程可實現(xiàn)中間的鴿尾槽的抑制由變量GW_T_F 來控制。

圖5

至此，定子扇形片的參數(shù)化建模已經(jīng)完成，將建好的模型放入一個不含漢字字符的目錄，并改名字為shanxing.prt。

3 參數(shù)化模型的使用

（1）建立一個Excel 表，名稱與模型文件相同，擴展名為.xls，并與模型文件放在同一目錄下。在Excel 表的第一行寫入變量名“PARAMETERS”，第二行寫入上面建立的各個部分的控制參量，在第三行給每個參數(shù)賦一個初始值，這里可以選一個現(xiàn)有機組的數(shù)據(jù)做為初始值。在第四行寫入結(jié)束標(biāo)示“END”。（2）進入NX 軟件，選擇工具→重用庫→重用庫管理，將放有模型文件和同名Excel 表的目錄添加入重用庫。（3）選擇側(cè)邊欄的“重用庫”標(biāo)簽，定位到存有模型文件的目錄下，在模型文件上單擊鼠標(biāo)右鍵，選擇菜單中的“創(chuàng)建Krx 文件”命令，在彈出的對話框中選擇建好的Excel 表格，并添加主參數(shù)為上述各控制變量，單擊“確定”按鈕后即在同一個目錄下生成了同名的.krx 文件，至此，定子扇形片的參數(shù)化設(shè)計全部完成。

此模型已在NX8.0 軟件中驗證通過，完全達到了當(dāng)初的預(yù)想，實現(xiàn)了設(shè)計目標(biāo)。并在實際工作中極大地提高了工作效率，取得了良好的效果。