基于ProE的螺旋桨设计与实体建模
浅谈基于PROE 的船舶机舱相关设计
浅谈基于PROE 的船舶机舱相关设计作者：赵云博来源：《中小企业管理与科技·上旬刊》 2013年第8期赵云博（江苏海事职业技术学院）摘要：本文的主要目的就是要利用PROE 软件对船舶机舱进行三维布置设计研究，首先从PROE 软件的特点和用途入手，着重分析了船舶机舱设计过程中要注意的一些事项原则，最后对基于PROE 的船舶机舱相关设计步骤做了介绍，为利用PROE 软件进行设计提供了参考。
关键词：船舶机舱设计PROE 软件设计原则三维实体建模1 PROE 软件介绍PROE 软件，其全称为Pro/Engineer 软件，是一款同时具有CAD、CAM、CAE 各项功能的一种三维造型软件，这类软件是目前三维造型软件中应用最广泛最方便的软件之一，已被广泛应用于各个领域。
从PROE 软件的程序构成来看，可以发现PROE 软件是由许多功能完善且又彼此相对独立的功能模块构成，同时各模块之间的数据有着彼此的联系和关联，PROE 软件通过采取这种模块构成方式，可以确保用户按照自己的需要进行草图绘制、零件制作和各种设计等工作，这样不仅可以满足设计要求，同时还可以大大提高通用性、便捷性和工作效率。
对比其他类造型软件，可以发现PROE 软件具有其他软件所不具备的一些良好特性，PROE 软件作为一种基于特征的实体造型系统，会将产品按照不同的类型简化为不同的几何模型，而无论这些几何模型的复杂程度如何，都要受制于具有独特参数的构成特征，同时该软件的运作是依赖于一个统一的基本数据库，而不像一些传统的CAD／CAM 系统那样是基于多个数据库的。
2 船舶机舱设计的原则在进行船舶机舱相关设计时，既要满足相关规定，还要确保各项设计达到最优，因而需要遵循以下设计原则和规律：2.1 要尽可能的减小船舶机舱的容积，之所以这样做是可以确保在船舶整体尺度不变的条件下货舱的容积可以最大，而船舶的货舱面积越大，所运输的货物就可以越多，从而可以大大增加船舶的经济性。
基于PROE的螺旋机构的建模与分析
基于PROE的螺旋机构的建模与分析————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期:攀枝花学院专科毕业论文(设计)基于Ｐrｏ/Ｅ的CＡ61４0A机床螺旋机构的建模与分析学生姓名：伏蓉学生学号: 2院（系）：工程技术学院年级专业: ０９级机电一体化技术指导教师: 张健讲师助理指导教师:二零一二年五月摘要螺旋传动是一种重要的传动方式,每个机床都有螺旋传动机构。
机床中运用的一般是传导螺旋和调整螺旋,传导螺旋用在机床的刀架和工作台的进给机构中，而调整螺旋起到微调的作用。
典型的螺旋运动方式是丝杠转动、螺母移动。
利用传动均匀、平稳、准确的优点，以传递运动为主,有较高的传动精度,可承受较大的轴向负荷，主要用于高速回转、连续工作、要求高效率、高精度的场合，如机床的刀架和工作台的进给机构。
本文主要研究螺旋传动及其在机床上的应用,将机床中的螺旋机构运用PRO/E绘图软件进行建模,为机床螺旋机构的设计及优化提供一定的理论依据。
关键词机床,螺旋机构，ＰRO/E软件，建模,机构分析ＡＢSＴRＡCTSｃrｅw ｄｒivｅｉs anｉmportant traｎｓmiｓｓiｏn moｄel；eacｈmａchine haｓａｓcrewｄrive meｃｈａnism. Mａｃｈine is gｅnerally ｃonｄucｔed inｔhe use of screw aｎｄadjｕsｔs thｅｓcrｅｗ, scｒeｗtrａnsｍｉｓsｉoｎuｓｅｄin thｅｍachine tooｌhｏldeｒａｎd the tａｂle ｆee ｄmeｃhanｉsｍ，whilｅfine-tｕning aｄjｕstment scrｅｗpｌaｙａrole.A typical way tｏｓpread spiｒal screw rotatiｏn，ｔhｅnut moｖｅs. U ｓｉｎg transmiｓｓion uｎｉform，smootｈ,ａccｕｒate aｎd advａnｔａges, tｈe main motｉｏn to pass， a higｈｅｒtraｎsmiｓsｉon accuｒacy,a ｎd cａn beaｒlarｇe axial ｌoad, ｍaiｎｌy for high－ｓpeed rｏｔation，ｃｏntinuoｕs worλ, ｒeｑｕiｒｉng ｈigh efficｉｅnｃy,ｈigｈｐrecｉsion ｏｆthe ocｃａｓioｎ,If ｔhe macｈｉne tool ｈoｌder and tｈe tableｂｏdy ｉｎsｔitutions.This main screｗdrive aｎｄitｓapplication ｉnｔhe ｍacｈine, thｅmachine screw mechanism in the use of PRO / E mｏｄel mapping software oｎt ｈe ｌine,ａnd theｉr boｄies ｏn ｔｈe line soｍe ｂｒｉｅf ａnａlysiｓfor ｔhe mａchｉne ｄesｉｇn ａnd ｏptimiｚation of scｒｅw mecｈａｎism providｅｓａtheoretical ｂasis.ΛeｙwordｓＭachiｎｅtoolｓ，screw meｃhaｎisｍ, PRO/Ｅsofｔwaｒｅ, modelinｇ，institutｉｏｎaｌanalｙsis目录摘要ﻩ错误!未定义书签。
基于PropCad的螺旋桨几何建模研究
图1 基于PropCad 的螺旋桨几何建模1 建模输入螺旋桨设计所得到的螺旋桨主要参数和水动力性能外加主要船舶参数，即为螺旋桨几何建模输入。
本例输入包括船舶参数和螺旋桨参数。
1）船舶参数船舶设计水线长为21 ft （1 ft=0.304 8 m ）；设计功率为150 HP ；轴系设计转速为1 250 r/min 。
入级ABS ，无冰区要求。
2）螺旋桨参数桨型为B 型定距桨；旋向为右旋；桨径为20 in （1 in=2.54 cm ）；参考螺距为20 in ；盘面比为0.65；纵倾角为10°；螺旋桨材质为镍铝青铜；螺距分布规律；侧斜分布规律等。
2 几何建模螺旋桨几何建模分为6步，依次为：单位设置、螺旋桨主要参数设置、强度及材料设置、桨叶几何建模设置、桨毂几何建模设置、叶梢几何修正设置。
2.1 单位设置螺旋桨设计所获取的螺旋桨主要参数中有些需带单位，比如桨径、螺距等。
因此在进行螺旋桨几何建模前，首先需进行单位设置，以便统一。
点击“SI ”可以一键实现国际单位制默认设置，点击“Imperial ”可以一键实现英制单位制默认设置，通过下拉框可以逐项进行单位设置。
本文单位设置如图2所示。
2.2 螺旋桨主要参数设置需要设置的螺旋桨主要参数包括：桨型、旋向、桨叶数、桨径、参考螺距、后倾角、毂径比等。
该船桨型为定螺距螺旋桨，旋向为右旋，桨叶数选4叶，桨径为20 in ，参考螺距为20 in ，后倾角为10°，毂径比采用标准B 型桨推荐值0.18（换算后的桨毂中心直径为3.6 in ）。
设置如图3所示。
图2 单位设置图3 螺旋桨主要参数设置2.3 强度及材料设置螺旋桨强度及材料设置的理论依据为船级社规范。
目前，PropCad 可依据的船级社包括：ABS 、BV/RINA 、KR 、LR 、CCS 、NK 、Baltic 等。
本文基于建模输入中的入级要求，船级社选择ABS 。
该船设计水线长为21 ft ，为钢制海船，因此参照“Steel Under 90 m (2014)”规范进行螺旋桨强度计算设置。
ProE软件实体建模过程分析及设计
第46卷第6期2020年12月农业装备技术Agricultural Equipment&TechnologyVol.467.6Dec.2020Pro/E软件实体建程分*及设计陈硕，张萍（辽宁轨道交通职业学院，辽宁沈阳110023）摘要：Pro/E软件是一种三维制图软件，它主要以参数化设计为核心，在实体建模的过程中，Pro/E软件建模具有非常好的作用。
就Pro/E软件在《CAD/CAM》中的建模方法进行了探讨，同时提出了Pro/E软件建模的一些新思路。
关键词：Pro/E软件;实体建模;参数化设计当前,CAD/CAM绘图软件种类繁多，国内的绘图软件主要有CAXA制造工程师、CAXA实体设计等，国外的主要有UG软件、CATIA软件、Solidwork 软件等，这些软件实体建模的过程都有所区别。
本文主要针对Pro/E软件的建模，进行理论分析。
从建模的过程来看,Pro/E软件建模主要分为4个步骤:首先,分析图纸，对图纸的平面图进行分析,辨别尺寸,最好能够想象岀立体图形，这样对以后的绘图会有一个好的概括。
第二，建模的思想,比如第一步拉伸，之后建立实体等。
第三，运用软件的，绘岀实体。
最后，进行，所的实体，图纸的要，之后保存实体。
在整个建模过程中,要充分考虑到个，这样作图的能1参数化设计的内涵设计设计的一种，主要针对，之后进行设计图形，，每一个、线、面都有一个的考，这种三实体面模造。
设计的的绘制图形，图。
1.1命令运用Pro/E软件的多，有在用个的分，所以，要个的造。
如，绘一个实体，3个件:第一，有考第二，图形在考的一第三，图形。
只有这3个条件,总第220期------------------------------才可以绘画岀一个正确的旋转实体。
在Pro/E软件，一，都用图形来进行拉伸实体，这个比，图形一能，之后出来了。
所以，的Pro/E软件的造实体最关键的一。
1.2作图方法在Pro/E软件的之后，要思考软件图的，比如，建一个的实体。
基于UG的系列船用螺旋桨三维建模和数控编程技术研究
基于UG的系列船用螺旋桨三维建模和数控编程技术研究船用螺旋桨是船舶推进系统中至关重要的部件，其影响着船舶的航行性能和能效。
为了提高船舶的推进效率和节能减排，需要对船用螺旋桨进行优化设计和制造。
在这个过程中，基于UG软件的三维建模和数控编程技术成为了不可或缺的工具。
UG（Unigraphics）是一款功能强大的三维设计软件，具有先进的建模和分析功能，可以实现复杂曲面的建模和细节设计。
利用UG软件，可以对船用螺旋桨进行精确的三维建模，包括叶片的设计、螺旋桨的结构等。
通过建模过程，可以快速生成螺旋桨的几何形状，并进行各种仿真分析，验证设计是否符合要求。
在完成三维建模后，需要进行数控编程，将设计好的螺旋桨转化为机器能够识别和加工的代码。
数控编程是将设计好的零件信息转换成机器指令的过程，需要考虑到机床的加工能力和工艺要求。
通过UG软件的CAM功能，可以进行数控编程，生成加工路径和刀具轨迹等信息，确保螺旋桨的加工质量和效率。
同时，基于UG的系列船用螺旋桨三维建模和数控编程技术研究还可以实现以下几个方面的优势：1.提高设计效率：利用UG软件的智能建模和分析功能，可以快速设计出符合要求的螺旋桨，减少设计周期和成本。
2.提高加工精度：通过数控编程生成的加工路径可以实现高精度的加工，保证螺旋桨的形状和尺寸准确度。
3.优化性能：通过三维建模和仿真分析，可以对螺旋桨的结构和叶片形状进行优化设计，提高船舶的推进性能和节能效果。
4.减少人为错误：数控编程可以减少人为的操作错误和误差，提高加工的一致性和稳定性。
总的来说，基于UG的系列船用螺旋桨三维建模和数控编程技术研究对提高船用螺旋桨的设计制造效率和质量具有重要的意义。
随着船舶工业的不断发展和技术的进步，这些技术将会在航运领域发挥更大的作用，为船舶的推进性能和安全提供更好的支持。
基于PRO／E软件的船用螺旋桨建模
１ 螺 旋 桨 建 模 特 点 分 析
螺 旋 桨 由桨 毂 和若干 径 向 固定 于桨 毂上 的桨 叶
所组 成 的推 进 器 ， 桨 叶的叶面呈螺旋曲面形 （ 既 定
螺旋 桨 的桨毂 是标准 的 回转体 ， 其 建模较 简 单 。
５． ９ ３． ５
ｌ １ ． ９ ８ ． ９
面 坐
０
．
４ ０
４ ． ５
１ ． ５
Ｏ ． ４
Ｏ ． １
Ｏ ． ４
Ｏ． １
１ ． ５
０ ． ４
２ ． ５
０ ． ９
Ｏ ． １
３ ． ４
１ ． ５
０． ３
６ ． １
３． ６
工 艺时 ， 其 误 差往往 较 大 ， 对 实船 的航 速有 决定 性 的 影响 ， 因此建 立精 细 化 的船用 螺 旋 桨 三 维模 型 为 实 现 螺旋 桨细 化分 析和 精加 工提 供基 础 。
本建模方法主要依据型值表和其他参数来建模 。
２ 桨 叶 三 维 建模 简 介
根据 某船 Ｂ型 螺 旋 桨 举 例 来 介 绍 其 三 维 模 型
２ １ ． ６
ｌ ８． ３
１ ５． Ｏ １ １ ． ９ ８ ． ８ ５ ． ８ １ ． ８ Ｏ． ５
２ ４ ． ２
２ ０． ６
１ ７． １ １ ３ ． ５ １ Ｏ． Ｏ ６． ４ Ｏ． ５
２ ４ ． ３
２ ０ ． ６
１ ７． ３ １ ３． ６ １ ０． ０ ６． ４ Ｏ． １ ０ ． Ｏ
２条 曲线 ， 考 虑各 剖 面的下 螺 距 角 ， 以及 螺 旋 桨 的纵 倾角。 （ ２ ） 绘制 各 切 面 半 径 处 的 圆 柱 面 ， 再 分 别 将 不 同半 径 处 的切 面 曲线通 过 软件 的缠绕 或者 垂 直 曲面 投 影功 能做 到相 应 的圆柱 曲面 上 。
基于Pro／E的螺旋桨曲面建模方法
螺旋 桨 是船 用 推 进器 中应 用最 广 的一 种 ，它 主 要 由
叶 ，每 个桨 叶 由定 义在 叶片展 开面 上 的一 系 列 型值 点 和
螺旋桨桨叶计算机实体造型方法研究_陈艳锋
文章编号:1009-3486(2005)04-0104-04螺旋桨桨叶计算机实体造型方法研究①陈艳锋,吴新跃(海军工程大学船舶与动力学院,湖北武汉430033)摘 要:提出了一种螺旋桨桨叶造型的新方法———采用UG 软件对螺旋桨桨叶进行精确实体缝合造型法,充分利用M atlab 与U G 的接口技术,对桨叶截面曲线的形成进行了优化,提高了造型精度,得到了光顺的螺旋桨桨叶的三维实体模型,为螺旋桨的性能优化及数控精加工创造了条件.关键词:螺旋桨;U G 软件;桨叶;实体造型中图分类号:U 664.33 文献标识码:AOn way of 3D solid modeling of propeller leafCH EN Yan -feng ,WU Xin -yue(College o f Nav al Architecture and Pow er ,Naval Univ.of Eng ineering ,Wuhan 430033,China )A bstract :This paper puts forw ard a new method of making 3D solid modeling of the pro peller leaf ,and applies sew ing to m ake the mo del by UG softw are based on the leaf ′s section ,and optimizes the pro cess of drawing points fo r making section curve through the I /O of Matlab and UG ,meanwhile improves the precisio n o f the mo del and a lubricity m odel o f the propeller leaf is g otten.The method pro vides co nditions fo r the im provement of the propeller perfo rmances and NC machining.Key words :propeller ;UG softw are ;leaf ;3D solid mo deling螺旋桨[1](见图1)作为船舶动力的核心部件,长期工作在水下,使用环境非常恶劣.任何设计和制图1 螺旋桨的组成图造中的缺陷都可能导致工作效率的降低,甚至带来重大经济损失.为此,在螺旋桨的设计、分析和制造中较早地就应用了CAD /CAM 技术来解决一些传统的设计和制造手段所无法或很难解决的问题.而所有研究改进工作的开展,都需要以建立完善的螺旋桨几何模型为基础,特别是桨叶的实体模型.在几何造型技术中,根据不同的设计对象和应用的不同,可采用线框、曲面和实体等造型方法.如型线样板的设计和加工一般只需二维线框模型[2],而计算桨叶质量、惯性矩等几何特性时,就需要建立实体模型.由于实体模型中包含了设计对象的所有几何信息[3],各种应用中所需要的线框或曲面信息都可直接从实体模型中提取.因此,建立桨叶的实体模型是解决各种设计、分析和制造问题的关键.由于一般CAD /CAM 软件中的实体造型功能比较适合形状比较规则的零件造型,而桨叶的实体造型中涉及到复杂度很高的自由曲面构造,并要解决好曲面至实体的转换问题,有相当大的难度.因此,在桨叶的实体造型过程中,对造型软件的选择及造型技巧的处理显得尤为重要.否则,会导致造型的失败 第17卷 第4期 2005年8月 海军工程大学学报 JO U RN A L O F NA V A L U NI VERSI T Y O F ENG IN EERIN G Vo l.17 N o.4 A ug.2005 ①收稿日期:2005-01-29;修订日期:2005-03-05作者简介:陈艳锋(1980-),男,硕士生.或模型的不理想.由于螺旋桨具有这样的复杂结构,其生产制造早期是利用实样木模进行铸造加工[4],精度较差.随着对船舶性能要求的提高,对螺旋桨加工精度提出了新的要求,数控加工技术应运而生.目前,桨叶叶面的加工精度的提高有赖于计算机实体造型精度的提高,而在实体造型研究中过去人们过多地关注造型的效率,如文献[5]给出了一种快速生成螺旋面的方法,但在螺旋桨的造型精度方面的研究却较少,目前未见关于螺旋桨精确实体造型方法的报道.文中就螺旋桨桨叶的精确造型进行了详细的分析,提出了一种实用的造型方法———基于UG 软件[6]的缝合法,进一步应用Ma tlab 编程技术[7],对作图坐标的转化提出了一种优化方法,所编程序可用于螺旋桨桨叶的数控精加工,可大大提高螺旋桨的加工精度.1 实体造型根据图纸上标出的各个截面上若干点的实际坐标,把各个截面上的点做出来,用光滑曲线连接各点,得到截面的形状,再将各个截面移到相应的位置,通过缠绕、直纹面、缝合等命令,得到桨叶的三维实体造型,即缝合法造型.1.1 绘制截面曲线根据螺旋桨剖面型值表依次输入第1个截面的所有坐标,依次选择插入(Insert )—曲线(Curve)— 图2 截面拟合曲线由点生成样条(Spline By Points ),其中曲线阶次(Curve Degree )的设置较为重要,由于高阶插值是不稳定的[5],因此当插值节点很多时,往往改用分段低阶插值.但是,分段低阶插值只能保证插值曲线在插值节点处的连续性,而不能保证整条曲线在插值节点处的光滑性.这在应用上,不能满足工程设计中的精度要求,因此采用样条插值,从而可得到在连接点处有连续曲率的光滑样条曲线.本文作图中采用3次样条曲线进行拟合,样条函数S (x )可作如下描述.设在区间[a ,b ]上给出一组节点a =x 0<x 1<…<x n =b 和一组相应函数值y 0,y 1,…,y n ,如果函数S (x )满足:①在每个子区间[x i -1,x i ](i =1,2,…,n -1)上,S (x )是一个不超过三次的多项式.②S (x )=y i (i =0,1,…,n ).③S (x )在[a ,b ]上具有二阶连续导数.此时,S (x )即为在节点{x i ,i =0,1,…,n }上插值于y 的三次样条函数.在UG 软件中依次用三阶样条曲线连接各点形成光滑的拟合曲线,这样一个截面的光滑平面曲线就得到了(见图2).同样的方法和步骤可以得到其它截面的闭合曲线.1.2 确定截面位置以X -Y 平面上截面半径r 为0.267R (R 为螺旋桨轮廓半径)的截面曲线为例,先将其沿X 轴负方向移动(Edit —T ransfo rm —M ove )b 2(b 2=400.35mm ),再沿Z 轴方向向上移动605.1mm ,然后以Z 轴为旋转中心轴,将截面曲线顺时针转过对应的几何螺距角β=arctan P 2πr=50.65°(P 为螺距),最后将所得曲线沿Y 轴正方向移动i g (i g =11.47mm ),其它截面曲线的获得依此法进行.1.3 桨叶实体成型选择插入—曲线操作(Curve Ope ration )—缠绕/展开(Wrap /Unw arp )命令,依次选取移动后的各截面曲线进行操作,得到一簇柱面曲线(见图3),然后选择插入—自由形式特征(Free Fo rm Feature )—直纹面命令(Ruled ),依次选择各柱面曲线确定之后,即可形成实体造型外表面,再选择插入—特征操作(Feature Operation )—缝合(Sew ),从而得到桨叶的三维实体造型(见图4). 105 第4期 陈艳峰等:螺旋桨桨叶计算机实体造型方法研究 图3 柱面曲线图4 桨叶三维立体图2 改 进利用上述方法进行描点耗时较多,而且容易出错,笔者作图时,将各点的参数进行分析,在M atlab 中编写了源程序,利用UG 与Matlab 接口,将源程序文件导入UG ,从而自动绘出各点实际坐标,精确描出拟合曲线,提高了精度,节省了大量时间.M atlab 描点的程序流程图如图5所示,部分源程序如下:……fo r i =8∶15xp (i ,∶)=cos (thet1(i )∶(thet2(i )-thet1(i ))/10∶thet2(i ))*re (i )+re (i );y p (i ,∶)=sin (thet1(i )∶(thet2(i )-thet1(i ))/10∶thet2(i ))*re (i );b (i -7,∶)=[xian (i ,12∶-1∶1)xp (i ,∶)xian (i ,1∶12)(xian (i ,13)+xian (i ,12))/2xian (i ,13)xian (i ,13)(xian (i ,13)+xian (i ,12))/2xian (i ,12)]-b1(i );c (i -7,∶)=[bei (i ,12∶-1∶1) yp (i ,∶) mian (i ,∶)mian (i ,12)-3.5/2-3.54.54.5+bei (i ,12)/2bei (i ,12)];endr f =-a tan (p./(2*p i *r ));……fo r i =18∶18i[xet (∶,i )ye t (∶,i )zt (∶,i )xut (∶,i )yut (∶,i )zrt (∶,i )sin (xc /r (16))*r (16)co s (x c /r (16))*r (16)zc ]end 图5 M atlab 实现精确坐标描述流程图106 海 军 工 程 大 学 学 报 第17卷 用缝合法造型有3点值得注意:(1)如何将图纸所给的柱坐标高效精确地转换为直角坐标.这一点是进行桨叶造型的重点,更是难点,本文给出了解决方法———Matlab 中编程实现.(2)截面选取时怎样保证它们切矢的方向一致.可这样来处理:形成截面曲线时按照固定的顺序连接各点,起始点应是对应的.选取截面曲线时,点击其同一侧,确认时将鼠标稍微向外移动一点,这样就能保证截面的方向一致,可以顺利形成直纹面.(3)在形成实体时,由于图纸数据有限,对桨叶顶面描述数据的处理是所有造型中都遇到的问题,处理是否得当,对造型精度有一定影响.作者根据螺旋桨的总体数据,按照一定比例添加了一个面,从而使其顶部光滑过渡,得到光顺的桨叶实体造型.3 结 论(1)要处理好类似螺旋桨桨叶这样的复杂零件造型,必须把握3点:①在造型过程中灵活应用各种功能,使造型过程尽量简洁,并保持良好的可编辑性.②要了解零件的结构特点和工艺要求.③具有一定的造型理论基础,这一点对于复杂曲面造型尤为重要.(2)从实际出发,将所给坐标描绘出来,利用缠绕、直纹面、缝合等命令实现了桨叶的三维实体造型.这种方法成功应用了逆向思维,准确把握了图纸中坐标的涵义,精度较高,方法易于掌握,就描点耗时较多的缺点,进行了改进,提高了造型效率与精度.(3)在UG 软件中对螺旋桨桨叶的三维实体模型赋予材料,测试其质量,理论与实际质量的误差仅在1%之内,造型精度较高.经过实体造型,为后续螺旋桨性能分析计算及优化创造了条件.参考文献:[1] 王国强,盛振邦.船舶推进[M ].上海:上海交通大学出版社,1995.[2] 吴新跃,朱石坚.人字齿轮传动的振动理论分析模型[J ].海军工程大学学报,2001,13(5):13-19.[3] 杨关良,徐小杰.O penG L 在舰艇实景仿真中的应用研究[J ].海军工程大学学报,2004,16(6):53-56.[4] 罗光汉.螺旋桨叶的坐标方程描述及划线作图[J ].铸造,1998,(5):45—46.[5] 李艳聪,郑清春,薛兆鹏.基于U G /G rip 的螺旋桨三维设计技术研究[J ].天津理工学院学报,2003,(1):40—43.[6] 曾向阳,谢国明,王学平.U GN X 高级开发实例[M ].北京:电子工业出版社,2004.[7] 王沫然.M atlab6.0与科学计算[M ].北京:电子工业出版社,2001.107 第4期 陈艳峰等:螺旋桨桨叶计算机实体造型方法研究 。
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第６期（总第１７５期）
２０１２年１２月机械工程与自动化
ＭＥＣＨＡＮＩＣＡＬ ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ ＆ ＡＵＴＯＭＡＴＩＯＮＮｏ．６
Ｄｅｃ．
文章编号：１６７２－６４１３（２０１２）０６－００５６－０
２基于Ｐｒｏ／Ｅ的螺旋桨设计与实体建模
张沛强，李文英，周晓萍
（太原理工大学机械电子工程研究所，山西 太原 ０３００２４
）摘要：螺旋桨是船用推进器中应用最广的一种。
对螺旋桨的参数计算设计思路以及实体建模方法进行了详细介绍，为螺旋桨的初学设计人员提供了一般性的思路，便于依据实际参数要求，便捷地设计螺旋桨和运用Ｐｒｏ／Ｅ软件进行螺旋桨的三维实体建模。
关键词：螺旋桨；参数计算；实体建模；设计
中图分类号：Ｕ６６１．３３＋
６∶ＴＰ３９１．７ 文献标识码：Ａ
收稿日期：２０１２－０５－０７；修回日期：２０１２－０６－２
９作者简介：张沛强（１９８７－）
，男，山西汾阳人，在读硕士研究生，研究方向：煤矿机械。
０ 引言
近年来，随着我国海洋经济的发展，近海经济型船只和水下航行器的设计制造需求不断提高。
对于大量使用的内河及近海船用小型螺旋桨的加工，传统的手工操作方式越来越多地被具有良好加工精度的数控加工方式取代。
螺旋桨的数控加工编程首先需要对螺旋桨进行三维实体建模，而实体建模又需要对螺旋桨参数有个初步的拟定。
本文结合工程实际情况，先对螺旋桨的设计思路进行简要介绍，再使用计算机辅助设计软件生成实体，从而提供了一种简便实用的螺旋桨三维建模方法。
１ 螺旋桨设计１．１ 螺旋桨的选型
船用螺旋桨使用的图谱桨一般以荷兰的Ｂ型桨和日本的ＡＵ型桨为主。
ＡＵ型桨为等螺距桨，叶切面为机翼型；Ｂ型桨根部叶切面为机翼型，梢部为弓形，除四叶桨０．６Ｒ（Ｒ为螺旋桨的梢圆半径）至叶根处为线性变螺距外，其余均为等螺距，桨叶有１５°
的后倾。
某船主机最大持续功率为６ １８０ｋＷ，转速为１６０ｒ／ｍｉｎ。
根据船型资料，选取伴流分数ω＝０．３５，按经验公式决定推力减额分数ｔ＝０．７４ω＝０．２１，取相对旋转效率ηＲ＝１．０，船身效率ηＨ＝（１－ｔ）／（１－ω）＝１．２１５ ４，则螺旋桨选用ＡＵ３型。
１．２ 负荷系数Ｂｐ的计算
按图谱设计最佳螺旋桨是从“最佳效率曲线”着
手。
对于一定的盘面比，给定一个负荷系数Ｂｐ，就有一个最佳效率及与其对应的螺距比Ｐ／Ｄ（Ｐ为螺距，Ｄ为螺旋桨的梢圆直径）和直径系数δ，而且这些对应关系是唯一的。
在设计的过程中，我们一般会先选定船体的航行速度ｖＳ。
Ｂｐ的计算公式为：Ｂｐ＝ｎＰ０．５Ｄ／ｖ２．５
Ａ。
其中：ｖＡ为螺旋桨前进速度，ｖＡ＝ｖＳ（１－ω）；ｎ为螺旋桨转速，ｒ／ｍｉｎ；ＰＤ为螺旋桨收到的功率，ｋＷ。
在设定好船体航速和了解到螺旋桨收到的功率后，
就能通过相关公式计算出该螺旋桨的负荷系数。
１．３ 螺旋桨梢圆直径Ｄ和螺距比Ｐ／Ｄ的计算
螺旋桨的选型已经确定，负荷系数Ｂｐ已经计算出，
在螺旋桨最佳要素计算式及回归系数表中找到对应的系数ａ、ｂ、ｃ三值，然后将ａ、ｂ、ｃ三值代入对应的公式中，螺旋桨的最佳效率η０、
螺距比Ｐ／Ｄ、直径系数δ都可计算出。
Ｄ的计算公式为：
Ｄ＝δｖＡ
／ｎ。
计算出直径Ｄ后，根据已经算得的螺距比Ｐ／Ｄ，可将螺距Ｐ也计算出来。
２ 螺旋桨实体建模原理
根据螺旋桨的选型，依据对应的叶切面尺寸表，可计算出各半径柱面切平面上对应的叶背、叶面坐标值；将该叶背、叶面坐标值描点连线生成曲线，再将生成的曲线旋转，包络到相应半径柱面上，旋转角度值为螺旋桨的螺旋倾角；最后通过边界混合命令将柱面上的曲
线混合生成螺旋桨的桨叶。
３ 螺旋桨实体建模过程３．１ 螺旋桨轮毂的成形
通过毂径比算出轮毂的直径，轮毂是回转体，可通过Ｐｒｏ／Ｅ的拉伸或回转命令对轮毂进行实体成形。
３．２ 建立螺旋桨与各半径比柱面的截面曲线
首先要建立参考柱面和参考平面；将叶切面尺寸表的坐标值导入Ｅｘｃｅｌ软件中，按照所占的百分比算出具体的坐标值；将该坐标值导入Ｐｒｏ／Ｅ中，在各半径比柱面的切平面上形成一系列点，将修正后的点连接生成曲线，将该曲线旋转，旋转角度为螺旋倾角；通过Ｐｒｏ／Ｅ中的包络命令，将旋转后的曲线包络到相应半径比柱面上，形成界面曲线，如图１所示。
进而得到各半径比柱面上的界面曲线，
如图２所示。
图１ 界面曲线的形成
３．３ 螺旋桨单个叶片成形
通过Ｐｒｏ／Ｅ中的边界混合命令，对各半径比柱面的界面曲线进行混合，操作时注意控制点的选择，避免影响叶片成形的不良因素；现在形成的叶片还仅为曲面，再通过Ｐｒｏ／Ｅ中的合并命令，将生成的叶片实体成形，如图３、图４所示。
３．４ 螺旋桨整个叶片成形
叶片布置在轮毂的周围，整个叶片成形可通过Ｐｒｏ／Ｅ的阵列命令进行操作，
如图５所示。
３．５ 螺旋桨的合理加工
螺旋桨叶片成形结束后，可对螺旋桨的叶根、叶梢等地方进行合理修葺，便于螺旋桨的加工、安装。
图２ 全部界面曲线的创建 图３ 混合形成单个桨叶
图４ 单个桨叶的形成 图５ 阵列形成螺旋桨
４ 结语
结合螺旋桨的实际参数要求，运用Ｐｒｏ／Ｅ软件对螺旋桨进行三维实体建模，实现了对螺旋桨的参数化设计，为螺旋桨的初学设计人员提供了一般性的思路，
缩短了设计周期，提高了设计效率，降低了设计成本。
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Ｂａｓｅｄ ｏｎ Ｐｒｏ／Ｅ ｆｏｒ ＰｒｏｐｅｌｌｅｒＺＨＡＮＧ Ｐｅｉ－ｑｉａｎｇ，ＬＩ Ｗｅｎ－ｙｉｎｇ，ＺＨＯＵ Ｘｉａｏ－ｐｉｎｇ
（Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ＆Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｔａｉｙｕａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ
ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｔａｉｙｕａｎ ０３００２４，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｐｒｏｐｅｌｌｅｒ ｉｓ ｔｈｅ ｍｏｓｔ ｗｉｄｅｌｙ ｕｓｅｄ ｍａｒｉｎｅ ｔｈｒｕｓｔｅｒ．Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ ｔｈｅ ｐｒｏｐｅｌｌｅｒｓ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ，ｄｅｓｉｇｎｉｄｅａｓ ａｎｄ ｍｏｄｅｌｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄｓ．Ｉｔ ｐｒｏｖｉｄｅｓ ａ ｋｉｎｄ ｏｆ ｒｅｇｕｌａｒ ｉｄｅａ ｆｏｒ ｔｈｅ ｆｒｅｓｈ ｄｅｓｉｇｎｅｒ．Ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅｓｅ，ｉｔ ｉｓ ｃｏｎｖｅｎｉｅｎｔ ｔｏ ｄｅｓｉｇｎｐｒｏｐｅｌｌｅｒｓ ａｎｄ ｓｅｔ ｕｐ ｅｎｔｉｔｙ ｍｏｄｅｌｓ ｏｆ ｐｒｏｐｅｌｌｅｒｓ ｂｙ Ｐｒｏ／Ｅ ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ ｏｆ ｒｅａｌ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ．Ｋｅｙ
ｗｏｒｄｓ：ｐｒｏｐｅｌｌｅｒｓ；ｐａｒａｍｅｔｅｒ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ；ｅｎｔｉｔｙ ｍｏｄｅｌｉｎｇ；ｄｅｓｉｇｎ·
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０１２年第６期 张沛强，等：基于Ｐｒｏ／Ｅ的螺旋桨设计与实体建模。