[发明专利]一种基于GPS的螺栓虚拟装配力觉渲染方法

权利要求书

1.一种基于GPS的螺栓虚拟装配力觉渲染方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：搭建用于虚拟装配的软硬件平台；

步骤2：分别计算螺母在导向阶段、过渡阶段和线性阶段的临界装配角度及在屈服阶段的装配完成角度；

步骤3：操作虚拟扳手进行螺栓装配；

步骤4：根据当前螺母转角判断当前装配阶段，结合影响当前装配阶段的零件几何误差计算当前装配阶段的虚拟螺栓装配力觉并用力反馈设备输出装配力；

步骤5：判断是否完成装配，若未完成，则重复步骤3、步骤4，直到装配完成；

其中，步骤4中导向阶段的虚拟装配力觉的获取方式如下：

基于GPS理论给出对导向阶段螺栓装配力觉产生影响的零件几何误差，导向阶段的零件几何误差包括尺寸误差和螺纹特殊误差，螺纹特殊误差包括螺纹升角偏差和牙型角偏差；

计算导向阶段考虑零件几何误差的螺栓虚拟装配扭矩:

式中:G为螺母重力，σ为螺纹升角，Δσ为螺纹升角偏差，μ_t表示螺纹间摩擦系数，d_t为内外螺纹中径，Δd_t为内外螺纹接触直径偏差，其中下角标1表示尺寸误差引起的误差，下角标2表示螺纹特殊误差引起的误差；

其中，步骤4中过渡阶段的虚拟装配力觉获取方式如下：

基于GPS理论给出对过渡阶段螺栓装配力觉产生影响的零件几何误差，过渡阶段的零件几何误差包括尺寸误差、形位误差和螺纹特殊误差；

计算考虑零件几何误差时,过渡阶段的螺栓虚拟装配扭矩为:

式中：M(α)为螺母转角为α时零件不平行度引起的螺杆弯矩，r_n为螺母和连接件理想接触半径，P_scw为螺距，ΔP_scw为内外螺距偏差平均值，μ_t为螺纹间摩擦系数，r_t为标准螺纹半径，Δr_t为螺纹接触半径偏差，β为标准牙型角，Δβ为牙型角偏差，μ_n为螺母和连接件摩擦系数，Δr_n为螺母和连接件接触半径偏差，T_E(α)为螺母转角为α时，螺栓弯矩引起的额外扭矩，其中下角标1表示由尺寸误差引起，下角标2表示由螺纹特殊误差引起；

其中，步骤4中线性阶段的虚拟装配力觉的获取方式如下：

基于GPS理论给出对线性阶段螺栓装配力觉产生影响的零件几何误差，线性阶段的零件几何误差包括尺寸误差、形位误差和螺纹特殊误差；

计算线性阶段考虑零件几何误差的螺栓虚拟装配扭矩为：

式中：F_N(α)为螺母转角为α时螺杆中的张紧力，α为螺母和螺栓绕z轴的旋转角度，T_E为螺母端面和被连接件压紧后，螺栓弯矩引起的额外扭矩，P_scw为螺距，ΔP_scw为内外螺距偏差平均值，μ_t为螺纹间摩擦系数，r_t为标准螺纹半径，Δr_t为螺纹接触半径偏差，β为标准牙型角，Δβ为牙型角偏差，μ_n为螺母和连接件摩擦系数，Δr_n为螺母和连接件接触半径偏差，其中下角标1表示由尺寸误差引起，下角标2表示由螺纹特殊误差引起。

2.根据权利要求1所述的一种基于GPS的螺栓虚拟装配力觉渲染方法，其特征在于，步骤1所述的搭建用于虚拟装配的软硬件平台包括：

硬件平台包括台式计算机或笔记本电脑，和用于输出扭矩的力反馈设备；

搭建软件平台包括：搭建螺栓虚拟装配的虚拟环境；建立虚拟场景和力反馈设备间的通信；建立力反馈设备与虚拟扳手的位置映射和姿态映射。

3.根据权利要求1所述的一种基于GPS的螺栓虚拟装配力觉渲染方法，其特征在于，步骤2所述的计算螺母在导向阶段、过渡阶段和线性阶段的临界装配角度，具体包括：

基于GPS理论确定对临界装配角度产生影响的零件几何误差，所述零件几何误差包括螺距误差以及螺母拧紧端面和被连接件端面的平行度误差；

确定考虑几何误差下，导向阶段，过渡阶段，线性阶段的临界装配角度，螺母转角超过临界装配角度即进入下一阶段。