利用UG软件对水轮发电机定子扇形片进行参数化设计

王旭

（哈尔滨电机厂有限责任公司工装分厂，哈尔滨150040）

1 对产品图纸的分析及设置控制变量

定子装配是水轮发电机中最重要的部件，通常因为水轮发电机的外圆尺寸较大，定子部分会分成定子扇形片，在装配时叠装成整圆。定子扇形片的基本形状如图1所示，由一定数量的扇形片叠合成一个整圆，每片的夹角相等。按照简化设计的原则，将扇形片的参数化设计分为四部分：外形、下线槽、鸽尾槽、通风孔。对每个部分分别进行参数化设计，并建立约束关系使得整个工件在修改尺寸时能够保持相对的位置关系。

1.1 设置外形的控制变量

根据不同的产品设计要求，定子扇形片的外圆、内圆、组成整圆的扇形片数量及每个扇形片上的下线槽数量都不是固定的，因此需相应地建立4 个变量：WR、R、number、dianpiannumber，以建立上述4 个基本尺寸的表达式。

图1 定子扇形片的基本形状

1.2 设置下线槽及开口槽的控制变量

下线槽的基本尺寸如图2，其中槽底的R 尺寸恒定为R1，其余的槽宽、槽深、开口的位置和尺寸每个产品的要求各不相同，因此需建立b、t、u、h、b1计5 个变量来建立下线槽的表达式。

1.3 设置鸽尾槽的控制变量

如 图3 所 示，设 立 对 应 的GWL、GWL1、GWL2、GWKK、GWKK1、GWD、GWA1、GWA2等8 个变量来建立鸽尾槽的表达式。

1.4 设置通风孔的控制变量

图2 槽型

部分水轮发电机的定子中有通风孔，且每台机组的通风孔位置和个数都不固定，对通风孔本身需要的参数建立直径TFK_D 和通风孔节圆TFK_R 计2 个变量。通风孔个数和通风孔与下线槽的位置控制表达式在后面通风孔的参数化设计中论述。

2 水轮发电机定子扇形片的参数化设计

2.1 外形的参数化设计

图3 鸽尾槽

（1）首先插入一个直径2WR，厚度H 的圆柱，这里设立厚度参数H 是为了使以后不同厚度的定子扇形片（如0.35mm 及0.5mm的硅钢片）和定子通风槽片（如0.65 的酸洗钢板）可以形成参数化。（2）钻直径2R的简单孔。（3）插入X-Z 平 面 及Z 轴，作为定子扇形片的对称中心。（4）做两个与X-Z 平面成一角度、且过Z 轴的基准平面，保证两个基准平面间的夹角为每张定子扇形片间的夹角，所以此基准平面偏转角度的表达式应分别为±360/（number*2）。（5）用上步所做的两个基准平面修剪圆柱体，则得到定子扇形片的外形。

图4

2.2 下线槽和开口槽的参数化设计

为了建模的方便及修改，对下线槽及开口槽的生成分为二步进行，第一步先生成定子扇形片中间下线槽和开口槽的特征；第二步对生成的下线槽及开口槽分别生成实例几何体。具体操作如下：（1）插入长、宽、高分别为t+2、b、H 的长方体，长方体的原点选在点（R-2，-b/2，0）处。（2）插入矩形垫块，其长、宽、高分别为h1、H、（b1-b）/2+1 的垫块。（3）对矩形垫块的两个短边对应的侧立面分别做插入→同步建模→移动面，选择“移动面”对话框中的“角度”选项，偏转角度分别是60°和30°，然后对形成的两个偏转后的面的相交边做半径为R1的边倒圆，即生成开口槽。（4）对生成后的下线槽及开口槽分左右两半分别生成实例几何体，“实例几何体”对话框的类型选择“旋转”，“角度”值按公式360/（number*dianpiannumber），“副本数”的值按公式dianpiannumber/2，确定后即生成定子扇形片中的下线槽特征。

2.3 鸽尾槽的参数化设计

根据以往的设计经验，水轮发电机的定子扇形片的鸽尾槽形状一样，左右两个鸽尾槽关于中心线对称。区别在于有的机组具有中间的鸽尾槽，有的没有。因此对鸽尾槽的设计应分为两种形式，以适应不同机组的参数化设计。（1）建立草图：以定子扇形片的圆柱体坐标系建立草图，以图2 的尺寸要求画中间鸽尾槽的草图，并按图示尺寸标注驱动，标注鸽尾槽底到外圆弧中心的驱动尺寸为WR-GWD。（2）拉伸草图，生成中间的鸽尾槽。（3）工具-表达式，建立一个变量Y，用以控制与鸽尾槽对应的下线槽与扇形片对称轴的夹角，即鸽尾槽与对称轴的夹角为（360/（number*dianpiannumber））*Y。（4）插入基本平面，使平面过Z 轴，并与X-Z 平面成一角度，角度值即为（360/（number*dianpiannumber））*Y。（5）以X-Y 面为平面，以上步建立的基准平面为X 轴向，以（0，0，0）为原点建立草图，按照图2 的尺寸画左侧的鸽尾槽，并标注鸽尾槽底到外圆弧中心的驱动尺寸为WR-GWD。镜像曲线，生成右侧鸽尾槽的草图。（6）拉伸草图，生成两侧的鸽尾槽。

2.4 通风孔的参数化设计

（1）在拉伸出的定子扇形片实体上钻简单孔，孔的直径是通风孔直径的变量TFK_D，孔的中心点坐标为：

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

其中，TFK_y 是表示最右侧的通风孔与定子扇形片对称轴所夹下线槽的个数。

（2）其余通风孔的处理：生成最右侧的通风孔后，其余的通风孔应用“插入→关联复制→对特征形成图样”命令，因为每台机组的定子扇形片的通风孔数量和每相邻的两个通风孔之间的夹角不固定，所以需要建立两个变量TFK_number 和TFK_singleangle 来建立模型。在“对特征形成图样”对话框中：“数量”栏中选择变量TFK_number，“节距角”栏的公式设为：

TFK_singleangle*（360/（number*dianpiannumber））

2.5 对不含中间鸽尾槽和通风孔的定子扇形片的处理

有的水轮发电机定子扇形片不含有中间的鸽尾槽或通风孔，对这种类型的定子扇形片可以按上述步骤正常建立模型后，对中间的鸽尾槽和通风孔通过按表达式抑制来实现选择，具体的操作如下：

（1）编辑-特征-由表达式抑制，在选择了要由表达式抑制的特征后，在工具-表达式中可以看到系统建立的抑制特征表达式，如图5 所示。建立两个变量TFK_T_F 和GW_T_F 来分别控制通风孔和中间鸽尾槽的有没有。设定图示中p1414 和p1415 表达式的公式为if（TFK_T_F=1）（1）else（0）即可实现通风孔的抑制由变量TFK_T_F 来控制的目的。重复上述过程可实现中间的鸽尾槽的抑制由变量GW_T_F 来控制。

图5

至此，定子扇形片的参数化建模已经完成，将建好的模型放入一个不含汉字字符的目录，并改名字为shanxing.prt。

3 参数化模型的使用

（1）建立一个Excel 表，名称与模型文件相同，扩展名为.xls，并与模型文件放在同一目录下。在Excel 表的第一行写入变量名“PARAMETERS”，第二行写入上面建立的各个部分的控制参量，在第三行给每个参数赋一个初始值，这里可以选一个现有机组的数据做为初始值。在第四行写入结束标示“END”。（2）进入NX 软件，选择工具→重用库→重用库管理，将放有模型文件和同名Excel 表的目录添加入重用库。（3）选择侧边栏的“重用库”标签，定位到存有模型文件的目录下，在模型文件上单击鼠标右键，选择菜单中的“创建Krx 文件”命令，在弹出的对话框中选择建好的Excel 表格，并添加主参数为上述各控制变量，单击“确定”按钮后即在同一个目录下生成了同名的.krx 文件，至此，定子扇形片的参数化设计全部完成。

此模型已在NX8.0 软件中验证通过，完全达到了当初的预想，实现了设计目标。并在实际工作中极大地提高了工作效率，取得了良好的效果。