solidworks 蝶阀：SOLIDWORKS在三偏心蝶阀密封面干涉问题中的应用
solidworks 蝶阀：SOLIDWORKS在三偏心蝶阀密封面干涉问题中的应用蝶板为圆锥截成的斜锥台，设圆锥半锥角为β，密封面宽度为b，蝶板回转中心相对于流道中心的径向偏心为a，回转中心相对于蝶板中面的轴向偏心e，以及圆锥轴线相对于流道中心线的角度偏心α，任一点的旋转半径为r。阀在启闭过程中的空间运动，利用它可以指导设计和检测蝶阀的密封副是否存在干涉、刮擦或间隙。2、阀门干涉问题密封是阀门的关键，密封的失效就意味着阀的使用寿命的终结。阀门密封通常是依靠2个密封面间的紧密接触来实现的，因而阀门在启闭过程中密封面间的相对运动关系对于阀门的密封性能是至关重要的。阀门的种类繁多，蝶阀是应用最广的阀门之一。为适应现代工业的高参数化，近年来三偏心金属密封蝶阀得到迅速的发展，但是作为一种新产品，它在技术上还不成熟。主要原因是在启闭过程中蝶板的空间运动轨迹十分复杂，如何实现密封面间无干涉地良好接触吻合是它的技术关键。
本文以密封面空间结构相对复杂的三偏心蝶阀为例，在Solidworks软件环境中建立了三维实体模型，运用VB中的API函数对SolidWorks进行二次开发，提出了一种新的密封面干涉检查方法。通过算例演示表明：该方法可以准确分析三偏心蝶阀在启闭过程中密封面的运动是否存在干涉以及干涉发生的位置，简单有效，具有一定的通用性，为更快、更准确求解阀门密封面干涉问题提供了一些思路。
1、SolidWorks概述
现代市场的激烈竞争，使产品设计和生产周期愈来愈短。采用何种设计软件，既能尽快开发出具有市场竞争力的新产品，又能利于工程技术人员的交流，是值得探讨的新问题。SolidWorks是一套智能型的高级CAD/CAE/CAM组合软件，它能方便地进行样机设计、加工制造模拟及各种力学分析，智能化程度高，操作简单。SolidWorks采用基于特征的实体建模，具有完整的零件造型、装配、二维工程图纸生成、智能装配、干涉检查等一系列功能，实现了全相关参数化设计。但SolidWorks也并不是十全十美的，不可能满足所有设计的特殊要求。因此，为了适应特定的特殊要求，提高效率，使Solidworks在设计中有效地发挥作用，就需要对其进行专业化的二次开发工作。
阀门是一种形状不规则、零部件较多的产品，利用Solidworks对阀门产品进行分析是一种简单有效的方法。Solidworks在阀门设计中的应用比较多，如曲面造型和设计修改；将二维绘图与三维造型技术融为一体，将三维实体图自动转换成二维平面图；模拟装配等。其中，对装配体中零件进行干涉检查是一个强大而有效的功能。
2、阀门干涉问题
密封是阀门的关键，密封的失效就意味着阀的使用寿命的终结。阀门密封通常是依靠2个密封面间的紧密接触来实现的，因而阀门在启闭过程中密封面间的相对运动关系对于阀门的密封性能是至关重要的。
阀门的种类繁多，蝶阀是应用最广的阀门之一。为适应现代工业的高参数化，近年来三偏心金属密封蝶阀得到迅速的发展，但是作为一种新产品，它在技术上还不成熟。主要原因是在启闭过程中蝶板的空间运动轨迹十分复杂，如何实现密封面间无干涉地良好接触吻合是它的技术关键。
阀在启闭过程中的空间运动，利用它可以指导设计和检测蝶阀的密封副是否存在干涉、刮擦或间隙。
蝶板为圆锥截成的斜锥台，设圆锥半锥角为β，密封面宽度为b，蝶板回转中心相对于流道中心的径向偏心为a，回转中心相对于蝶板中面的轴向偏心e，以及圆锥轴线相对于流道中心线的角度偏心α，任一点的旋转半径为r。
蝶阀密封面方程：
密封面上任一点的运动轨迹方程：
从式(1)、式(2)可以看出，三偏心蝶阀因其偏心结构、密封面曲线复杂，蝶板的启闭运动轨迹是一个复杂的三维空间图形。因此，判断密封副的干涉比较困难。
目前，用来判断三偏心蝶阀是否干涉的方法比较多，大都需要经过大量的计算。因此，利用现有资源，寻找一种简单、有效的方法十分必要。
3、SOLIDWORKS的干涉检查
在一个复杂的装配体中，如果想用视觉来检查零部件之间是否有干涉的情况是件困难的事。SOLIDWORKS可以在零部件之间进行干涉检查，并且能查看所检查到的干涉体积。在SOLIDWORKS软件中，干涉检查的方法有多种，可根据不同需要来选用。
3.1 干涉体积
干涉体积是一种静态检查干涉方法。静态检查，就是对两干涉面在某一特定位置的检查。通过此方法可以在零部件之间进行干涉检查，并且能查看所检查到的干涉体积。这是一种基本、常用的检查方法，下面作详细介绍。其步骤如下：
(1)单击工具、干涉检查；
(2)在装配体中选取2个或多个零部件，或在设计树中单击装配体的图标；
(3)单击检查。如果存在干涉，干涉信息方框会列出发生的干涉（每对干涉的零部件会报告一次干涉）。当您单击清单中的一个项目时，相关的干涉体积会在图形区域中被高亮显示，还会列出相关零部件的名称；
(4)干涉体积以包围干涉区域的边界框的长、宽、高作为报告形式；
(5)单击关闭以退出对话框。
3.2 碰撞检验
碰撞检查是一种动态检查干涉的方法。用碰撞检验，可以对两干涉面运动过程中进行干涉检查，如果两者不干涉，则电脑会发出碰撞声音，零件则会显出干涉部分为高亮面。
3.3 判别干涉的程序
通过上面两种方法可对密封副之间进行简单的检查，如果设计者只是对最后产品检验，功能还是能够满足要求的。但对于用它作辅助设计的设计者来说，功能就过于简单，干涉体积只能对蝶板在旋转到某一角度进行干涉分析，碰撞检查只能对密封面间在蝶板旋转的整个过程中是否有干涉进行判断，而对阀门密封副进行干涉检查，通常需要知道蝶板在旋转过程中是否与阀座干涉。
若要实现这些功能，则需要运用Solidworks的API函数进行编程，进行二次开发。为方便用户使用，Solidworks提供了二次开发接口API，SolidWorks API是Solidworks的OLE应用程序开发接口，用户可以用支持OLE编程的开发工具对SL进行二次开发，建立适合需要的、专用的SL功能模块。目前，常用的Solidworks二次开发工具是Visual C 6.0和Visual Basic 6.0，因Visual Basic 6.0比较简单，采用Visual Basic 6.0编程。
对于蝶阀，程序需实现的功能为使蝶板旋转、判断密封面是否干涉、判断两者的干涉位置。根据这些功能，在API中选择合适的函数，进行编程，即可建立可用的模块。下面以某一三偏心蝶阀为例，演示程序运行情况。图1为运行前的装配体。
图1 运行前的装配体图
运行程序后，可以使蝶板从关闭位置旋转90°到全开位置，在其过程中对密封面干涉进行判断。如果中间过程密封面出现干涉，需经使用者点击“确定”后才能继续旋转进行检查。在整个过程中自动生成判断结果，并以小窗口形式显示出来，从图中可以看出运行后蝶板的位置，从结果小窗口可看出是否干涉及干涉位置（用蝶板从关闭位置为起始点旋转的角度来表示的）。图2为运行程序后的结果。
对程序的使用，需做如下说明：
(1)必须在打开一个装配体的条件下运行；
(2)坐标系原点在蝶板的转轴中心上；
(3)两密封面已经被选择。
图2 检测到发生干涉的位置
4、结语
(1)通过SOLIDWORKS对阀门进行干涉检查是一种比较简单和有效的方法，对于设计者的设计有辅助作用。
(2)通过应用程序发现，蝶板与阀座干涉的部位大多数位于蝶板转轴附近的边角区域，蝶板与阀座是否干涉，取决于蝶板厚度b、径向偏心e、轴向偏心a、锥体轴线偏心角α及半锥角β，取不同的蝶板参数，通过运行干涉程序，可寻找出使蝶板不干涉的最佳参数。
(3)所给出的程序虽然是在蝶阀的基础上形成的，但对其他旋转物体（如球阀）的干涉问题仍然适用。
