涡轮分子泵参数化设计软件_钟亮
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
[1 ]
应的图形 。 参数化设计的方法主要分为 : ①使用高级 程序语言对操作系统提供的标准图形接口函数进行 设计和开发 ,制作出绘图软件来
[3 ]
, 这种方法适合于
开发商用、 专业的大型参数化软件 , 其运行效率高 , 但开发周期长 、难度大 , 需要具有一定的编程经验 ; ②使用现有的绘图平台 , 根据其提供的开放图形库 函数进行二次开发 , 这种方法适合于开发零件少的 中小型参数化软件 , 其运行效率稍差 ,但是其编程简 单、开发周期短 。 由于计算机技术的飞速发展 , 出现了各种各样 的程序开发方法 , 选择适合自己并适合项目的方法 是非常重要的 , 只有适合的方法才能有效地缩短软 件开发周期和完善软件设计功能。 参数化设计软件 的开发有如下几种方法。 ( 1) 开发大型或商用参数化设计软件方法 使用 C + + 、C 、 Fo rtran、 jav a 等高级语言进行图 形库的开发 (推荐使用 C+ + 面向对象程序设计语 言 ) , 图形库函数包括: Borland C + + 提供的 BGI 图 形接口 , UN IX 系统提供的 Xlib 库接口 , SGI 提供的
3 参数选择
软件设计的关键是正确选择参数 , 参数包括设 计参数和性能参数。 图 1为涡轮分子泵组合叶列的 抽气模型 , 其中 N jJ 为从 j 到 J 的入射分子数。 涡轮 分子泵的设计中涉及很多参数的设定和选择 , 其中 最主要的设计参数是: 主轴转速 N , 入口直径 D , 叶 列的几何参数 (包括叶齿的叶倾角 T , 节弦比 s0 , 速 度比 c , 叶齿厚度 b , 叶齿长度 l 等 ) , 叶列级数 n 等 ; 主要性能参数为 : 最大压缩比 Km ax , 抽速 s 等 。 它们 的关系如下 。
1 参数化设计方法
参数化设计的关键在于输入不同的参数时 , 程 序将能进行相应的计算和参数选择 , 并能绘制出相
收稿日期 : 2003-0918 作者简介 : 钟 亮 ( 1981-) ,男 ,四川省德阳市人 ,在 读硕士 。 基金项目 : 教育部博士点基金 ( 2000014520)
第 2 期 钟 亮 ,等 : 涡轮分子 泵参数化设计软件
Key words: t urbo -molecular pump; paramet rical desi gn; 3D model li ng 涡轮分子泵是以高速旋转的转子和定子互相配 合来工作的 。 其定子和转子是叶齿倾角方向相反 的涡轮叶轮 , 按照转子— 定子— 转子— 定子— …… 转子组合在一起 , 转子高速旋 转 , 定子固定于泵体 上 , 气体分子从入口侧流向出口侧的正向传输几率 远大于出口侧流向入口侧的反向传输几率 , 这样气 体分子的净流量表现为从入口到出口的宏观流动 , 从而达到抽气的目的。 人们对涡轮分子泵组合叶列抽气性能优化、制造 工艺、润滑系统和冷却系统等方面已进行了研究。 如今 参数化设计已经深入到了许多产品的设计过程中 , 而 对涡轮分子泵的参数化设计却鲜有提及。 我们开发了 简便实用的涡轮分子泵参数化设计软件。 该软件具有 智能设计、自主设计、三维造型、 动态模拟等功能 , 对产 品开发、泵性能优化研究等方面具有实际意义。
[ 4] [4 ]
使用 V B对 Auto CAD的二次开发。
2 软件设计目标
在今天的机械行业中 , 国际发展的趋势是从三 维模型开始 , 再到二维 , 然后参与制造 , 这与以往的 从二维开始再应用于制造之中不同 , 从三维开始可 以很容易的实现参数化 , 在生产过程中很容易实现 柔性制造 , 因为在如今的制造业中 , 随着用户要求的 不断变化 , 交货时间的限制 , 市场竞争的日益激烈 , 企业在生产中实现柔性制造是非常重要的 。 进行 CIM S改造的企业在设计 、制造 、管理都实现了计算 机化 , 其人员和财力方面也精简不少。 我们研究涡轮分子泵的柔性设计 , 可以将数据 计算和绘图通过高级语言编写相应的应用程序 , 只 需输入不同参数便可以运行出不同的结果 , 计算和 绘图过程自动完成。 通过修改某一参数就可直接改 动所有设计 , 显而易见 , 这不仅大大提高 了设计效 率 ,而且可以直观地观察到设计产品的最终效果。 本软件可以通过设定涡轮分子泵的几个主要参 数 ,经设计计算最终确定泵的其它参数 , 然后通过程 序自动生成涡轮分子泵的三维模型 , 并可生成二维 图纸 , 也可进行剖视 , 动态模拟观察 , 并为软件制作 了一个较完善的帮助文件 。
1) 1
=
( AJ + AXJ ) ) AJ - I Mj 1 M( j+ 1) j ( AJ - I + AX( J - I ) ) AJ Mj ( j+ 1 ) + ( AJ + AXJ ) AJ - I Mj 1 - AJ - I AJ Mj 1 Mj ( j +
1)
( 2)
图 2 软件总结构 Fig. 2 A rchi tect ure of th e sof t ware
[2 ]
图 1 组合叶列抽气模型 Fig. 1 Pum pi ng model of combined blad es
· 16 · ( 1) 正向传输几率 M1( j+
1)
真 空 VACUUM 第 41卷
=
( AJ - I + AX( J - I ) ) AJ M1j Mj Mj ( j+ 1) ( AJ - I + AX( J - I ) ) AJ Mj ( j+ 1 ) + ( AJ + AXJ ) AJ - I Mj 1 - AJ - I AJ Mj 1 Mj ( j +
· 15 ·
Open GL图形接口 ( UNIX、 Window s N T、 DOS 等操 作系统都集成了 Open GL) [3 ]。 利用这些接口函数可 以很方便地设计出二维、 三维图形 [3 ]。 特别是使用 Open GL库函数可以很方便实现实时三维变换。 ( 2) 二次开发方法 所谓二次开发 , 就是使用某种高级语言或开发 环境编写与绘图软件 (如 Auto C AD、 SolidW orks)连 接的接口程序 ,通过接口程序对数据进行处理 , 按照 绘图软件的绘图标准向绘图软件的外部接口发出绘 图命令 , 绘图软件对输入的命令进行处理并绘制出 二维或三维图形。 其缺点是不能离开相应的绘图软 件 。 二次开发主要包括以下三种类型 。 ① 使用绘图软件提供的二次开发环境 其中 包括最常 用的二次 开发软件 Auto C AD 本身提供的开发环境: VB A 、 Auto Li sp 、 Vi sual Lisp 等 ; SolidWo rks 也提供了 V BA 开发环境 ; Pro / E 提 供了 C 语言 的二 次 开发 方法 ; UG 也有自己的 prog ram 开发方法 ; M DT 提供了 V BA 开发环境等 等。 这种方式程序设计简单 , 但编程环境的功能不强。 ② 使用 V B 等外部编程环境对绘图软件进行 二次开发 像 Aut oC AD、 SolidW orks 这 些软件的 图形库 函数对外部程序都是开放的 , 外部程序可以对其进 行调用 , 控制其绘图环境进行绘图 ,这种方法开发出 来的应用程序界面友好、 控件丰富 、设计灵活 , 并可 制作安装程序和帮助文件 , 另外这种方式可以很容 易与数据库连接 , 使软件更完善更系统 ,其一般方法 是在 V B 的工 程中引 用 Auto CAD 、 Soli dWo rks 的 图形库 , 可以实现自动运行 Aut oC AD、 Soli dWo rks 并能对其绘图命令直接调用 。 其优点是: 可充分利用 编程环境所提供的各种功能 。 另外 , Aut o CAD 还提 供 一 种 运 行 效 率 最 高 的二 次 开 发 方 法 , 即 使 用 Object ARX , 它是使用 Object ARX插件在 Visual C + + 中的 M FC 编程 , 生成一个动态链接库文件 , 其 缺点是它只能编译出一种加载程序 , 而不能编译成 一个可执行文件。 ③ 使用高级语言对图形接口文件进行设计 使用高级语言编写 DXF等图形交换文件 , 在绘 图软件中可以将其转化为图形。这种方法比较繁琐。 综上所述 , 较复杂的方法是使用 C+ + 进行设 计 , 最简便、 最理想的方法是使用 VB 对 Auto C AD 进行二次开发 。 因为涡轮分子泵零件相对较少 , 尺寸 不大 , 我们开发的涡轮分子泵参数化设计软件选择
1)
( 1)
式中 A 为叶列的入口面积 ; J - I 等表示叶列序号 ; M1j 为 1 到 j 的气体分子传输几率 ; Mj ( j+ 1) 为 j 到 j+ 1 的气体分子传输几率 ; AX为叶齿的流阻面积 , AX= zdl /sin , z 为齿数 , d 为齿厚 , l 为齿长。 T ( 2) 反向传输几率 M(j+
wenku.baidu.com
图 3 智能设计结构与流程图 Fig. 3 Archi t ectu re and f low chart of i nt elli gen t desi gn
( 3) 最大抽速 1 8R T A 1 Hn ( 3) 4 c Μ 式中 Hn 为 n 级组合叶列的何氏系数 , 其中 M S max = 为分子摩尔质量。 ( 4) 最大压缩比 P j+ 1 AI M1( j+ 1) K max = = P 1 W= 0 A J M( j+ 1) 1 ( 5) 最大何氏系数 W m ax
cha racte ristics, a co nv enient and practica ble par ameterized desig n sof twa re was dev elo ped fo r tur bo mo lecula r pump. Its functio ns include intelligent design, a uto nomo us design, 3D modelling and dynamic simula tio n. It has practical significa nce in pro duct dev elopment and pump per for mance o ptimization .
+ 中图分类号 : T P391. 72; T B752 27 文献标识码 : A 文章编号 : 1002-0322( 2004) 02-0014-04
-molecular pump Parameterized design software of turbo ZHONG Lia ng , W AN G Xiao -do ng , BA De-chun ( Vacuum and Fluid Engineering Research Center , Northeastern Universit y , Shenyang 110004, China ) Abstract : Co mpa ring sev era l me tho ds o f pa rame terized desig n and acco rding to the tur bo -mo lecula r pump 's co nstr uc tion
第 41卷第 2期 2004 年 3月
真 空 VACUUM
Vol. 41, No. 2 Mar. 2004
涡轮分子泵参数化设计软件
钟 亮 ,王晓冬 ,巴德纯
(东北大学真空与流体工程 研究中心 , 辽宁 沈阳 110004) 摘 要 : 对几种参数化设计方法进行了比较 ,根据涡轮分子泵的结构特点 , 开发了简便实用的涡轮分子泵参数 化设计软件 。 该软件具有智能设计 、自主设计 、 三维造型 、动态模拟等 功能 ,对产品开发 、 泵性能优化等具有实 际意义 。 关键词 : 涡轮分子泵 ; 参数化设计 ; 三维造型
应的图形 。 参数化设计的方法主要分为 : ①使用高级 程序语言对操作系统提供的标准图形接口函数进行 设计和开发 ,制作出绘图软件来
[3 ]
, 这种方法适合于
开发商用、 专业的大型参数化软件 , 其运行效率高 , 但开发周期长 、难度大 , 需要具有一定的编程经验 ; ②使用现有的绘图平台 , 根据其提供的开放图形库 函数进行二次开发 , 这种方法适合于开发零件少的 中小型参数化软件 , 其运行效率稍差 ,但是其编程简 单、开发周期短 。 由于计算机技术的飞速发展 , 出现了各种各样 的程序开发方法 , 选择适合自己并适合项目的方法 是非常重要的 , 只有适合的方法才能有效地缩短软 件开发周期和完善软件设计功能。 参数化设计软件 的开发有如下几种方法。 ( 1) 开发大型或商用参数化设计软件方法 使用 C + + 、C 、 Fo rtran、 jav a 等高级语言进行图 形库的开发 (推荐使用 C+ + 面向对象程序设计语 言 ) , 图形库函数包括: Borland C + + 提供的 BGI 图 形接口 , UN IX 系统提供的 Xlib 库接口 , SGI 提供的
3 参数选择
软件设计的关键是正确选择参数 , 参数包括设 计参数和性能参数。 图 1为涡轮分子泵组合叶列的 抽气模型 , 其中 N jJ 为从 j 到 J 的入射分子数。 涡轮 分子泵的设计中涉及很多参数的设定和选择 , 其中 最主要的设计参数是: 主轴转速 N , 入口直径 D , 叶 列的几何参数 (包括叶齿的叶倾角 T , 节弦比 s0 , 速 度比 c , 叶齿厚度 b , 叶齿长度 l 等 ) , 叶列级数 n 等 ; 主要性能参数为 : 最大压缩比 Km ax , 抽速 s 等 。 它们 的关系如下 。
1 参数化设计方法
参数化设计的关键在于输入不同的参数时 , 程 序将能进行相应的计算和参数选择 , 并能绘制出相
收稿日期 : 2003-0918 作者简介 : 钟 亮 ( 1981-) ,男 ,四川省德阳市人 ,在 读硕士 。 基金项目 : 教育部博士点基金 ( 2000014520)
第 2 期 钟 亮 ,等 : 涡轮分子 泵参数化设计软件
Key words: t urbo -molecular pump; paramet rical desi gn; 3D model li ng 涡轮分子泵是以高速旋转的转子和定子互相配 合来工作的 。 其定子和转子是叶齿倾角方向相反 的涡轮叶轮 , 按照转子— 定子— 转子— 定子— …… 转子组合在一起 , 转子高速旋 转 , 定子固定于泵体 上 , 气体分子从入口侧流向出口侧的正向传输几率 远大于出口侧流向入口侧的反向传输几率 , 这样气 体分子的净流量表现为从入口到出口的宏观流动 , 从而达到抽气的目的。 人们对涡轮分子泵组合叶列抽气性能优化、制造 工艺、润滑系统和冷却系统等方面已进行了研究。 如今 参数化设计已经深入到了许多产品的设计过程中 , 而 对涡轮分子泵的参数化设计却鲜有提及。 我们开发了 简便实用的涡轮分子泵参数化设计软件。 该软件具有 智能设计、自主设计、三维造型、 动态模拟等功能 , 对产 品开发、泵性能优化研究等方面具有实际意义。
[ 4] [4 ]
使用 V B对 Auto CAD的二次开发。
2 软件设计目标
在今天的机械行业中 , 国际发展的趋势是从三 维模型开始 , 再到二维 , 然后参与制造 , 这与以往的 从二维开始再应用于制造之中不同 , 从三维开始可 以很容易的实现参数化 , 在生产过程中很容易实现 柔性制造 , 因为在如今的制造业中 , 随着用户要求的 不断变化 , 交货时间的限制 , 市场竞争的日益激烈 , 企业在生产中实现柔性制造是非常重要的 。 进行 CIM S改造的企业在设计 、制造 、管理都实现了计算 机化 , 其人员和财力方面也精简不少。 我们研究涡轮分子泵的柔性设计 , 可以将数据 计算和绘图通过高级语言编写相应的应用程序 , 只 需输入不同参数便可以运行出不同的结果 , 计算和 绘图过程自动完成。 通过修改某一参数就可直接改 动所有设计 , 显而易见 , 这不仅大大提高 了设计效 率 ,而且可以直观地观察到设计产品的最终效果。 本软件可以通过设定涡轮分子泵的几个主要参 数 ,经设计计算最终确定泵的其它参数 , 然后通过程 序自动生成涡轮分子泵的三维模型 , 并可生成二维 图纸 , 也可进行剖视 , 动态模拟观察 , 并为软件制作 了一个较完善的帮助文件 。
1) 1
=
( AJ + AXJ ) ) AJ - I Mj 1 M( j+ 1) j ( AJ - I + AX( J - I ) ) AJ Mj ( j+ 1 ) + ( AJ + AXJ ) AJ - I Mj 1 - AJ - I AJ Mj 1 Mj ( j +
1)
( 2)
图 2 软件总结构 Fig. 2 A rchi tect ure of th e sof t ware
[2 ]
图 1 组合叶列抽气模型 Fig. 1 Pum pi ng model of combined blad es
· 16 · ( 1) 正向传输几率 M1( j+
1)
真 空 VACUUM 第 41卷
=
( AJ - I + AX( J - I ) ) AJ M1j Mj Mj ( j+ 1) ( AJ - I + AX( J - I ) ) AJ Mj ( j+ 1 ) + ( AJ + AXJ ) AJ - I Mj 1 - AJ - I AJ Mj 1 Mj ( j +
· 15 ·
Open GL图形接口 ( UNIX、 Window s N T、 DOS 等操 作系统都集成了 Open GL) [3 ]。 利用这些接口函数可 以很方便地设计出二维、 三维图形 [3 ]。 特别是使用 Open GL库函数可以很方便实现实时三维变换。 ( 2) 二次开发方法 所谓二次开发 , 就是使用某种高级语言或开发 环境编写与绘图软件 (如 Auto C AD、 SolidW orks)连 接的接口程序 ,通过接口程序对数据进行处理 , 按照 绘图软件的绘图标准向绘图软件的外部接口发出绘 图命令 , 绘图软件对输入的命令进行处理并绘制出 二维或三维图形。 其缺点是不能离开相应的绘图软 件 。 二次开发主要包括以下三种类型 。 ① 使用绘图软件提供的二次开发环境 其中 包括最常 用的二次 开发软件 Auto C AD 本身提供的开发环境: VB A 、 Auto Li sp 、 Vi sual Lisp 等 ; SolidWo rks 也提供了 V BA 开发环境 ; Pro / E 提 供了 C 语言 的二 次 开发 方法 ; UG 也有自己的 prog ram 开发方法 ; M DT 提供了 V BA 开发环境等 等。 这种方式程序设计简单 , 但编程环境的功能不强。 ② 使用 V B 等外部编程环境对绘图软件进行 二次开发 像 Aut oC AD、 SolidW orks 这 些软件的 图形库 函数对外部程序都是开放的 , 外部程序可以对其进 行调用 , 控制其绘图环境进行绘图 ,这种方法开发出 来的应用程序界面友好、 控件丰富 、设计灵活 , 并可 制作安装程序和帮助文件 , 另外这种方式可以很容 易与数据库连接 , 使软件更完善更系统 ,其一般方法 是在 V B 的工 程中引 用 Auto CAD 、 Soli dWo rks 的 图形库 , 可以实现自动运行 Aut oC AD、 Soli dWo rks 并能对其绘图命令直接调用 。 其优点是: 可充分利用 编程环境所提供的各种功能 。 另外 , Aut o CAD 还提 供 一 种 运 行 效 率 最 高 的二 次 开 发 方 法 , 即 使 用 Object ARX , 它是使用 Object ARX插件在 Visual C + + 中的 M FC 编程 , 生成一个动态链接库文件 , 其 缺点是它只能编译出一种加载程序 , 而不能编译成 一个可执行文件。 ③ 使用高级语言对图形接口文件进行设计 使用高级语言编写 DXF等图形交换文件 , 在绘 图软件中可以将其转化为图形。这种方法比较繁琐。 综上所述 , 较复杂的方法是使用 C+ + 进行设 计 , 最简便、 最理想的方法是使用 VB 对 Auto C AD 进行二次开发 。 因为涡轮分子泵零件相对较少 , 尺寸 不大 , 我们开发的涡轮分子泵参数化设计软件选择
1)
( 1)
式中 A 为叶列的入口面积 ; J - I 等表示叶列序号 ; M1j 为 1 到 j 的气体分子传输几率 ; Mj ( j+ 1) 为 j 到 j+ 1 的气体分子传输几率 ; AX为叶齿的流阻面积 , AX= zdl /sin , z 为齿数 , d 为齿厚 , l 为齿长。 T ( 2) 反向传输几率 M(j+
wenku.baidu.com
图 3 智能设计结构与流程图 Fig. 3 Archi t ectu re and f low chart of i nt elli gen t desi gn
( 3) 最大抽速 1 8R T A 1 Hn ( 3) 4 c Μ 式中 Hn 为 n 级组合叶列的何氏系数 , 其中 M S max = 为分子摩尔质量。 ( 4) 最大压缩比 P j+ 1 AI M1( j+ 1) K max = = P 1 W= 0 A J M( j+ 1) 1 ( 5) 最大何氏系数 W m ax
cha racte ristics, a co nv enient and practica ble par ameterized desig n sof twa re was dev elo ped fo r tur bo mo lecula r pump. Its functio ns include intelligent design, a uto nomo us design, 3D modelling and dynamic simula tio n. It has practical significa nce in pro duct dev elopment and pump per for mance o ptimization .
+ 中图分类号 : T P391. 72; T B752 27 文献标识码 : A 文章编号 : 1002-0322( 2004) 02-0014-04
-molecular pump Parameterized design software of turbo ZHONG Lia ng , W AN G Xiao -do ng , BA De-chun ( Vacuum and Fluid Engineering Research Center , Northeastern Universit y , Shenyang 110004, China ) Abstract : Co mpa ring sev era l me tho ds o f pa rame terized desig n and acco rding to the tur bo -mo lecula r pump 's co nstr uc tion
第 41卷第 2期 2004 年 3月
真 空 VACUUM
Vol. 41, No. 2 Mar. 2004
涡轮分子泵参数化设计软件
钟 亮 ,王晓冬 ,巴德纯
(东北大学真空与流体工程 研究中心 , 辽宁 沈阳 110004) 摘 要 : 对几种参数化设计方法进行了比较 ,根据涡轮分子泵的结构特点 , 开发了简便实用的涡轮分子泵参数 化设计软件 。 该软件具有智能设计 、自主设计 、 三维造型 、动态模拟等 功能 ,对产品开发 、 泵性能优化等具有实 际意义 。 关键词 : 涡轮分子泵 ; 参数化设计 ; 三维造型