SOLIDWORKS内置Oloid曲面结构造型

做结构设计这么多年，接触过不少特殊曲面构件，Oloid这类可展曲面结构在实际工程里的应用场景其实比很多人想象的要广，最常见的就是物料搅拌领域的桨叶设计——传统平直桨叶在搅拌高粘度流体时，很容易在仓壁附近形成流动死区，桨叶扫过的区域和边缘区域的流速差能到60%以上，而基于Oloid曲面做的搅拌桨，因为其全表面在滚动过程中能持续和不同位置的介质接触，整个搅拌仓内不会出现持续的低流速区，混合均匀度比同功率的平直桨叶高近四成，而且因为曲面是连续可展的，加工时不需要做复杂的五轴铣削，用常规的钣金折弯加曲面焊接就能做出合格的构件，加工成本比双曲面叶轮低不少。

这次做这个曲面造型的时候，最先要敲定的是两个正交等径圆的空间位置关系，两个圆的圆心距必须严格等于圆的半径，这是Oloid曲面形成的核心边界——如果圆心距偏大，曲面会在中部出现收缩褶皱，无法形成连续的可展面；如果圆心距偏小，曲面就会退化成普通的球面过渡结构，失去Oloid特有的全周滚动接触特性。建模的时候没有直接用曲面放样命令一次成型，而是先把两个正交圆的空间约束完全锁死，先做出两个圆之间的直纹面分段，再逐段检查每一条母线的相切连续性，因为实际加工的时候，每一段直纹面都对应一块钣金料的下料轮廓，要是曲面存在G1连续断点，钣金折弯的时候就会在断点处出现应力集中，用在搅拌设备上长时间受交变载荷很容易出现焊缝开裂。

从安装边界来看，这个曲面结构的外接包络是一个正圆柱体，直径等于初始圆直径的1.5倍，轴向长度和直径相等，所以在做配套安装结构的时候，不需要预留额外的偏心安装空间，只要按照圆柱包络的尺寸预留安装位即可，两端的连接轴可以直接做在两个初始圆的圆心位置，不需要额外做偏心轴套，这点和很多偏心曲面构件不一样，偏心结构往往需要配套定制的轴承座来抵消偏心载荷，而Oloid结构的质心在滚动过程中是始终保持在同一水平高度的，运行时的振动量比偏心桨叶低70%以上，配套的轴承只需要承受常规的径向载荷即可，不需要选用重载抗震轴承，能省下不少配套件的成本。

除了搅拌领域，这类曲面结构在无动力输送的导料板设计上也有很好的表现，用Oloid曲面做的导料面，物料在上面滑动的时候不会出现局部卡滞，因为曲面每一个位置的法向角度都是连续变化的，颗粒状物料不会在某个倾角位置形成堆积，之前给一个粮食加工厂做的出料导槽，换成这种曲面结构之后，残留在导槽里的物料量从原来的每次5公斤以上降到了0.3公斤以内，而且不需要加装振动电机来辅助落料，靠物料自重就能完全滑净。还有在一些特殊的密封结构设计里，Oloid曲面的密封件可以在往复运动的时候始终保持和密封面的全周线接触，比普通O型圈的密封寿命长两倍以上，尤其是在带微小颗粒的介质密封场景里，曲面的连续运动能把附着在密封面上的颗粒自动刮除，不会出现颗粒嵌入密封面造成的磨损失效。

建模过程中特意保留了曲面的原始构建参数，后续如果要适配不同尺寸的安装场景，只需要修改初始圆的半径参数，整个曲面就会自动按比例重构，不需要重新逐段绘制母线，而且重构之后的曲面依然保持严格的可展特性，下料的时候可以直接把曲面展开成平面轮廓导入激光切割机编程，不需要再做曲面展开的二次处理，这点对于结构设计人员来说能省很多后续出工程图的时间。要注意的是，做这类曲面结构的时候，不要为了外观顺滑随意添加圆角过渡，尤其是在两个圆的衔接位置，一旦添加了额外的圆角，就会破坏原有的可展特性，加工的时候钣金就无法完全贴合设计曲面，安装之后就会出现局部凸起，不管是做搅拌桨还是导料板，局部凸起都会造成物料挂壁，影响实际使用效果。另外在做结构强度校核的时候，因为整个曲面是连续的直纹面，受力的时候载荷会沿着母线均匀传递到两端的连接轴上，不需要在曲面内部额外加加强筋，壁厚只要满足常规的刚度要求即可，比同尺寸的实心结构重量轻60%以上，对于需要控制运动部件重量的设备来说，这个优势非常明显，比如用在小型搅拌设备上，更低的运动部件重量能降低驱动电机的启动扭矩，选配更小功率的电机就能满足运行要求，整体设备的制造成本能进一步降低。