[发明专利]一种空间尺寸链公差分析方法有效
申请号: | 201510267926.1 | 申请日: | 2015-05-22 |
公开(公告)号: | CN104834790B | 公开(公告)日: | 2018-05-01 |
发明(设计)人: | 徐秀龙;周金宇;顾翔;魏军;王思铭;石磊;雷卫宁 | 申请(专利权)人: | 南通中远船务工程有限公司;江苏理工学院 |
主分类号: | G06F17/50 | 分类号: | G06F17/50 |
代理公司: | 北京驰纳智财知识产权代理事务所(普通合伙)11367 | 代理人: | 蒋路帆 |
地址: | 226006*** | 国省代码: | 江苏;32 |
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摘要: | |||
搜索关键词: | 一种 空间 尺寸 公差 分析 方法 | ||
技术领域
本发明涉及尺寸链公差分析方法,属于机械精度设计领域,尤其涉及一种支持大重量大尺寸装配体空间尺寸链公差分析方法。
背景技术
目前,空间尺寸链公差分析方法主要可以分为:换面法、空间角度换算法、矢量矩阵法。换面法就是将空间(三维)尺寸链转化为平面(二维)尺寸链,再将平面尺寸链转化为线性(一维)尺寸链的计算方法。
换面法计算思想比较简单,但对于比较复杂的空间机构,很难采用换面法来建立尺寸链及尺寸链方程。
空间角度换算法将各组成环向坐标轴投影,由尺寸链图中各组成环在坐标系中的位置求出该组成环与坐标轴的夹角并投影在轴上,根据轴上投影列出空间尺寸链方程,求解封闭环。由于空间角度换算法对于每个尺寸有许多空间角度之间相互转换,公式繁多,使用起来不易、容易出错。
矢量矩阵法将尺寸用空间中一个矢量表示,空间尺寸链就是一组按顺序相连的矢量多边形,将已知量和未知量视为两组矢量,通过矩阵建立两组矢量的关系,并求解矩阵得到相应结果。该方法对于在空间线性尺寸链的分析取得很好的计算结果和精度。然而,该方法对于尺寸链中包含未知角度的非线性尺寸链情况,求解起来比较困难,精度计算不高,不适宜使用。
综上,换面法、空间角度换算法、矢量矩阵法在空间尺寸链公差分析中的使用并非十分成熟,而且忽略了重量较大产品的弹性变形,直接影响到了最终的结果,不具有普遍的通用性,并且计算精度不高。此外,这三种方法不便于单独使用计算机去实现对一般通用尺寸链封闭环的计算。
发明内容
为克服现有技术中存在的上述技术问题,本发明提供了一种支持大重量大尺寸装配体空间尺寸链公差分析方法。
一种支持大重量大尺寸装配的空间尺寸链公差分析方法,其特征在于考虑了大重量大尺寸装配体的自重和弹性,具体包括以下步骤:
(1)根据装配体或零件图确定基础件和配对件;
(2)建立基础件空间坐标系;
(3)根据装配体或零件图建立基础件和配对件每个尺寸的基于六自由度的零件原始尺寸矩阵集{li}和公差矩阵集{Ri};
(4)若目的装配精度未知,则转入步骤(5);若目的装配精度已知,则转入步骤(12);
(5)将零件的公差矩阵集{Ri}分类叠加到原始尺寸矩阵{li}上,建立零件变形尺寸矩阵集
(6)根据步骤(4)中得到的零件变形尺寸矩阵集对装配体的所有零件进行三维建模和预装配;
(7)利用有限元分析技术分析步骤(6)中得到的装配体的重力影响量或弹性变形的物理量,并确定其影响概率矩阵Pi和变量矩阵Ci;
(8)确定零件的每个尺寸的变形后公差矩阵集
(9)根据装配体中零件之间的相互关系、装配体的零件结构,将零件变形后公差矩阵向基础件空间坐标系的坐标平面投影,得到投影后的公差矩阵
(10)根据步骤(9)中得到的投影后的公差矩阵确定装配体各组成环公差矩阵;
(11)根据装配体或零件图确定装配体封闭环,并求解装配体封闭环,得到装配体封闭环矩阵CL,封闭环矩阵CL为装配体最终的装配精度;
(12)若装配精度已知,根据装配体或零件图确定装配封闭环,并根据步骤(3)中得到的零件原始尺寸矩阵集{li}建立封闭环尺寸矩阵;
(13)建立封闭环公差矩阵;
(14)将封闭环公差矩阵叠加到封闭环尺寸矩阵上,得到封闭环矩阵CL’;
(15)建立基础件的尺寸矩阵集其中,第j个基础件的尺寸矩阵其中,lj为步骤(3)中得到的第j个基础件的原始尺寸矩阵;
(16)根据步骤(15)中得到的基础件的尺寸矩阵集和步骤(3)中得到的配对件的原始尺寸矩阵集{li}反向建立装配体三维模型;
(17)利用有限元分析技术分析得到装配体的重量影响量或弹性变形的物理量,并确定其变量矩阵
(18)根据装配体零件的制造难易程度,对步骤(17)中得到的变量矩阵进行平衡计算或公差优化,若装配体零件的制造难易程度相近,采用平衡计算法确定装配体各组成环的公差矩阵,若装配体零件的制造难易程度相差较远,则采用公差优化法确定装配体各组成环的公差矩阵。
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