汽车发动机中，增压涡轮主要用于增加进入发动机的空气流量，从而提高发动机的功率和转矩，让汽车更有动力。本文叙述了应用Rapidform XOR软件进行汽车增压涡轮的设计过程。

一台发动机装上涡轮增压器后，其最大功率与未装增压器的时候相比可以提高40%，甚至更高。这也就意味着同样一台发动机在经过增压之后能够产生更大的功率。以我们最常见的1.8T涡轮增压发动机为例，经过增压之后，动力可以达到2.4L发动机的水平，但是耗油量却和1.8L发动机相差无几，也即提高了燃油经济性，并降低了尾气排放。涡轮叶片如图1所示。

涡轮叶片三维数据的采集

当只有涡轮实物而没有三维设计图样的时候，如何加工或者修改增压涡轮的外形呢？使用传统的三坐标测量机能否完成增压涡轮叶片和轮毂整体三维数据的采集呢？

在实际的测量中，涡轮的叶片多达十几个，非常密集，中间间隙狭窄。如此密集的涡轮叶片，使用接触式测量时，探针很难伸入到叶片之间的间隙，因此不能采取非接触式测量方法。目前白光面扫描技术已经发展得比较成熟了，此技术擅长测量复杂曲面，扫描快速、性能稳定，非常适合于涡轮叶片复杂曲面外形的三维数据采集。常用的白光三维扫描仪如图2所示，扫描得到了STL三角网格数据，如图3所示。

增压涡轮的逆向设计

一般情况下，分析增压涡轮的结构，由一个轮毂和多个叶片组成，轮毂为一个回转体，叶片的曲面为自由曲面，且不等厚。涡轮设计难度最大的地方就是获取轮毂的截面轮廓与叶片的两个自由曲面信息。这些设计难点在Rapdiform XOR3逆向设计软件里面都可以轻松得到解决，其设计流程如下。

1.坐标对齐

将坐标原点对齐到轮毂中心位置，以底面为X/Y平面，在领域分析（见图4）以后，使用321对齐，可以轻松地找到轮毂中心轴与底面的交点，作为坐标原点。

2.轮毂设计

使用面片草绘工具（见图5）截取轮毂的轮廓线（见图6），修改尺寸后使用回转命令生成实体。

3.单叶片曲面设计

（1）根据领域分析结果，将主叶片两侧分别拟合两个自由曲面（见图7、图8），也可使用“放样向导”拟合曲面，并做曲面偏差分析（见图9）和曲面质量分析（见图10），随时调整曲面参数，以满足设计要求。

（2）同样的方法拟合一个次叶片两侧曲面（见图11），并分析曲面质量和拟合精度。

（3）如图12所示，根据面片草绘截面拟合出叶片边界，做出边界回转曲面，并使用曲面合并裁剪两个叶片曲面，如图13所示。

4.阵列叶片合并成实体

阵列7个主叶片和7个次叶片后，将所有曲面合并成一个实体（见图14）。

5.倒圆等细节处理

处理一些细节问题，检测数据完整性，分析零件整体精度，根据结果做出相应修改。点云与数据最终效果见图15，图16为设计精度分析。

6.导出三维模型

Rapidform XOR3提供了丰富了数据接口，可以导出stp、igs等三维数据通用格式。

结语

一般情况下，在Rapidform XOR3中，设计一个增压涡轮的时间为1～2h，设计时间短，步骤精简，参数化的设计数据非常容易修改。各种设计特点和命令是其他设计软件所不能比拟的，充分体现了Rapidform XOR3在逆向设计中的优势。