利用UG軟件對水輪發電機定子扇形片進行參數化設計

王旭

（哈爾濱電機廠有限責任公司工裝分廠，哈爾濱150040）

1 對產品圖紙的分析及設置控制變量

定子裝配是水輪發電機中最重要的部件，通常因為水輪發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，由一定數量的扇形片疊合成一個整圓，每片的夾角相等。按照簡化設計的原則，將扇形片的參數化設計分為四部分：外形、下線槽、鴿尾槽、通風孔。對每個部分分別進行參數化設計，并建立約束關系使得整個工件在修改尺寸時能夠保持相對的位置關系。

1.1 設置外形的控制變量

根據不同的產品設計要求，定子扇形片的外圓、內圓、組成整圓的扇形片數量及每個扇形片上的下線槽數量都不是固定的，因此需相應地建立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 設置鴿尾槽的控制變量

如 圖3 所 示，設 立 對 應 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 設置通風孔的控制變量

圖2 槽型

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

2 水輪發電機定子扇形片的參數化設計

2.1 外形的參數化設計

圖3 鴿尾槽

（1）首先插入一個直徑2WR，厚度H 的圓柱，這里設立厚度參數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）和定子通風槽片（如0.65 的酸洗鋼板）可以形成參數化。（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 軸的基準平面，保證兩個基準平面間的夾角為每張定子扇形片間的夾角，所以此基準平面偏轉角度的表達式應分別為±360/（number*2）。（5）用上步所做的兩個基準平面修剪圓柱體，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化設計

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的側立面分別做插入→同步建模→移動面，選擇“移動面”對話框中的“角度”選項，偏轉角度分別是60°和30°，然后對形成的兩個偏轉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”，“角度”值按公式360/（number*dianpiannumber），“副本數”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 鴿尾槽的參數化設計

根據以往的設計經驗，水輪發電機的定子扇形片的鴿尾槽形狀一樣，左右兩個鴿尾槽關于中心線對稱。區別在于有的機組具有中間的鴿尾槽，有的沒有。因此對鴿尾槽的設計應分為兩種形式，以適應不同機組的參數化設計。（1）建立草圖：以定子扇形片的圓柱體坐標系建立草圖，以圖2 的尺寸要求畫中間鴿尾槽的草圖，并按圖示尺寸標注驅動，標注鴿尾槽底到外圓弧中心的驅動尺寸為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 的尺寸畫左側的鴿尾槽，并標注鴿尾槽底到外圓弧中心的驅動尺寸為WR-GWD。鏡像曲線，生成右側鴿尾槽的草圖。（6）拉伸草圖，生成兩側的鴿尾槽。

2.4 通風孔的參數化設計

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

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

其中，TFK_y 是表示最右側的通風孔與定子扇形片對稱軸所夾下線槽的個數。

（2）其余通風孔的處理：生成最右側的通風孔后，其余的通風孔應用“插入→關聯復制→對特征形成圖樣”命令，因為每臺機組的定子扇形片的通風孔數量和每相鄰的兩個通風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：“數量”欄中選擇變量TFK_number，“節距角”欄的公式設為：

TFK_singleangle*（360/（number*dianpiannumber））

2.5 對不含中間鴿尾槽和通風孔的定子扇形片的處理

有的水輪發電機定子扇形片不含有中間的鴿尾槽或通風孔，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孔通過按表達式抑制來實現選擇，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 來分別控制通風孔和中間鴿尾槽的有沒有。設定圖示中p1414 和p1415 表達式的公式為if（TFK_T_F=1）（1）else（0）即可實現通風孔的抑制由變量TFK_T_F 來控制的目的。重復上述過程可實現中間的鴿尾槽的抑制由變量GW_T_F 來控制。

圖5

至此，定子扇形片的參數化建模已經完成，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賦一個初始值，這里可以選一個現有機組的數據做為初始值。在第四行寫入結束標示“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）選擇側邊欄的“重用庫”標簽，定位到存有模型文件的目錄下，在模型文件上單擊鼠標右鍵，選擇菜單中的“創建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，定子扇形片的參數化設計全部完成。

此模型已在NX8.0 軟件中驗證通過，完全達到了當初的預想，實現了設計目標。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。