基于等公差值原则的一种两段轴的可安装性快速计算方法技术

本发明专利技术涉及计算机辅助测量领域，具体而言，涉及基于等公差值原则的一种基于数学计算的两段轴的可安装性快速计算方法，由以下步骤组成：步骤1，获取轴零件的几何设计参数和测点并预制定标准孔的下偏差；步骤2，求各段轴的拟合直径、拟合方位；步骤3，利用轴的拟合几何参数和标准孔的几何参数，求解标准孔直径的调整量最小值。

【技术实现步骤摘要】
基于等公差值原则的一种两段轴的可安装性快速计算方法
本专利技术涉及计算机辅助测量领域，具体而言，涉及基于等公差值原则的一种基于数学计算的两段轴的可安装性快速计算方法。
技术介绍
阶梯轴及其安装孔在机械领域应用广泛。目前，孔轴配合类零件主要通过控制每段孔、轴的尺寸公差、同一零件上孔轴间的同轴度公差来控制孔轴配合的最小间隙（体现可装配性）和最大间隙（体现装配精度）。如果设计的尺寸公差和几何公差是合适的，并且零件的尺寸和几何误差都符合设计的公差，那么，零件的可装配性和装配精度是能够保障的。这时，零件是可以实现完全互换的。如果设计的尺寸公差和几何公差较小，那么零件的尺寸和几何误差超差的可能性会增大。这时，符合设计公差的零件减少，实现零件的完全互换的成本增高。目前，在不增加零件制造成本、不降低可装配性和装配精度的前提下，提高零件的利用率的方法主要是采用分级公差。然而，目前分级公差的设计主要是依赖工程经验。由于经验丰富的工程师是稀缺的，这种方法提高了设计成本。不同的经验丰富的工程师可能会设计、认可不同的分级公差方案，这就增加了部门、企业间的沟通成本。如果可以适当地增加时间或制造成本，还可能采取一一试探、匹配的方式。但是，由于实际零件的拆装不易，这种方法的成本增加是显著的。综上所述，由于没有引入可安装性快速计算方法，现有技术在解决难以完全互换的高精度同轴零件装配问题时成本较高。
技术实现思路
本专利技术的目的是：本专利技术针对现有的技术存在的所述问题，通过计算与一种两段轴匹配的标准孔零件，实现基于等公差值原则的一种基于数学计算的、成本较低的可安装性快速计算方法。本专利技术采用的方案是：基于等公差值原则的一种两段轴的可安装性快速计算方法由以下步骤组成：步骤1，获取轴零件的几何设计参数和测点并预制定标准孔的下偏差。阶梯轴由细轴和粗轴组成，细轴和粗轴之间连接有一段过渡轴。细轴的名义直径为d1，名义长度为L1；过渡轴的名义直径为d2、名义长度为L2；粗轴的名义直径为d3，名义长度为L3。粗轴的名义直径d3大于等于细轴的名义直径d1；过渡轴的名义直径d2小于细轴的名义直径d1。将细轴的轴线靠近测量坐标系的z轴，细轴的几何中心靠近测量坐标系的原点，并使得粗轴的几何中心在测量坐标系z轴上的投影是正值。细轴的测点集为{pi|pi={xi,yi,zi},i=1,2,…,N1}；粗轴的测点集为{pi|pi={xi,yi,zi},i=N1+1,N1+2,…,N1+N2}。标准孔系由完全同轴的细孔和粗孔组成，细孔和粗孔之间连接有一段过渡孔。这三段孔都是作为标准的孔，没有几何误差。细孔的几何中心在原点，细孔和粗孔的共同轴线在z轴上。细孔的直径为d1+E、长度为L1；过渡孔的直径为D2、长度为L2；粗孔的直径为d3+E、长度为L3。其中，E为孔直径的调整量，在此处先预设定一个任意值。过渡孔的直径D2大于细孔的直径d1。结束步骤1后进行步骤2。步骤2，求各段轴的拟合直径、拟合方位。通过公式(1)求解细轴的最小外切圆柱半径r1,M，并记录最优解[dx,1,M,dy,1,M,drx,1,M,dry,1,M]，其中，dx,dy,drx,dry是自由变量，分别表示沿x轴、y轴的平移和绕x轴、y轴的转动。细轴的x方向外切平移误差为-dx,1,M、y方向外切平移误差为-dy,1,M、x方向外切角度误差为-drx,1,M，并且，y方向外切转动误差为-dry,1,M。(1)通过公式(2)求解粗轴的最小外切圆柱半径r3,M，并记录最优解[dx,3,M,dy,3,M,drx,3,M,dry,3,M]，其中，dx,dy,drx,dry是自由变量。粗轴的x方向外切平移误差为-dx,3,M、y方向外切平移误差为-dy,3,M、x方向外切角度误差为-drx,3,M，并且，y方向外切转动误差为-dry,3,M。(2)结束步骤2后进行步骤3。步骤3，利用轴的拟合几何参数和标准孔的几何参数，求解标准孔直径的调整量最小值。通过公式(3)计算调整量最小值E*。(3)s.t.其中，R4,m是细孔半径，R4,m=0.5(d1+E)；R6,m是粗孔半径，R6,m=0.5(d3+E)；Δ6-3,4-1,m是粗孔粗轴的最小综合缝隙，即：细轴装入细孔后，调整轴零件的位置和方向的过程中，粗轴与粗孔之间至少能保持的调整余量（表面间距）；通过公式(4)计算粗孔粗轴的最小综合缝隙Δ6-3,4-1,m。(4)s.t.其中，r3,4-1,m是安装调整过程中粗轴在xOy平面的投影的最小外切圆半径，调整量最小值E*对应的细孔和粗孔直径d1*,d3*就是两段轴零件能装入的等公差值的孔零件的最小直径，按公式(5)、公式(6)计算。d1*=d1+E*(5)d3*=d3+E*(6)步骤3结束后结束计算。本专利技术的有益效果是：1、对于难以完全互换的高精度的同轴的两段轴零件，可以通过测量数据和标准孔的相等的公差值来计算两段轴零件的可安装性。2、可以通过直观的可安装性指标来实现两段轴零件的可装配性的预测和分级。3、只需要通用三坐标测量设备和计算机，测量柔性高，测量成本不高。4、硬件和数学要求较低，有利于推广。本专利技术的工业可能：本专利技术提供了一种基于坐标测量和数学计算的两段轴的可安装性快速计算方法，该方法过程简单、成本不高，易于使用和推广。因此，本专利技术具有工业生产的可能。附图说明图1为本专利技术的流程图。图2为本专利技术适用零件的结构及公差标注图。图3为具体实施方式的零件设计示意图。图4为具体实施方式的测点分布示意图。图中：1，细轴；11，细轴的测点集；2，过渡轴；3，粗轴；31，粗轴的测点集；4，细孔；5，过渡孔；6，粗孔。具体实施方式以下是本专利技术的具体实施例，参照附图对本专利技术的方案作进一步的描述，但本专利技术并不限于这些实施例。基于等公差值原则的一种两段轴的可安装性快速计算方法由以下四个步骤组成（单位：毫米，弧度）：步骤1，获取轴零件的几何设计参数和测点并预制定标准孔的下偏差。阶梯轴由细轴和粗轴组成，细轴和粗轴之间连接有一段过渡轴。细轴的名义直径为20，名义长度为30；过渡轴的名义直径为16、名义长度为10；粗轴的名义直径为30，名义长度为50。粗轴的名义直径30大于等于细轴的名义直径20；过渡轴的名义直径16小于细轴的名义直径20。将细轴的轴线靠近测量坐标系的z轴，细轴的几何中心靠近测量坐标系的原点，并使得粗轴的几何中心在测量坐标系z轴上的投影是正值。细轴的测点集为{pi|pi={xi,yi,zi},i=1,2,…,20}；粗轴的测点集为{pi|pi={xi,yi,zi},i=21,22,…,40}。对应的安装孔由细孔和粗孔组成，细孔和粗孔之间连接有一段过渡孔。标准孔系由完全同轴的细孔和粗孔组成，细孔和粗孔之间连接有一段过渡孔。这三段孔都是作为标准的孔，没有几何误差。细孔的几何中心在原点，细孔和粗孔的共同轴线在z轴上。细孔直径为20+E1=20+0=20、长度为30；过渡孔的直径为24、长度为10；粗孔直径为30+E3=30+0=30、长度为50。过渡孔的直径24大于细孔的名义直径20。结束步骤1后进行步骤2。步骤2，求各段轴的拟合直径、拟合方位。代入公式(1)求解细轴的最小外切圆柱半径r1,M=9.9455，并记录最优解[dx,1,M,d本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于等公差值原则的一种两段轴的可安装性快速计算方法，其特征在于，由以下步骤组成：步骤1，获取轴零件的几何设计参数和测点并预制定标准孔的下偏差；阶梯轴由细轴和粗轴组成，细轴和粗轴之间连接有一段过渡轴；细轴的名义直径为d1，名义长度为L1；过渡轴的名义直径为d2、名义长度为L2；粗轴的名义直径为d3，名义长度为L3；粗轴的名义直径d3大于等于细轴的名义直径d1；过渡轴的名义直径d2小于细轴的名义直径d1；将细轴的轴线靠近测量坐标系的z轴，细轴的几何中心靠近测量坐标系的原点，并使得粗轴的几何中心在测量坐标系z轴上的投影是正值；细轴的测点集为{pi| pi ={ xi, yi, zi}, i=1,2,…,N1}；粗轴的测点集为{pi| pi ={ xi, yi, zi}, i= N1+1, N1+2,…, N1+N2}；标准孔系由完全同轴的细孔和粗孔组成，细孔和粗孔之间连接有一段过渡孔；这三段孔都是作为标准的孔，没有几何误差；细孔的几何中心在原点，细孔和粗孔的共同轴线在z轴上；细孔的直径为d1+E、长度为L1；过渡孔的直径为D2、长度为L2；粗孔的直径为d3+ E、长度为L3；其中，E为孔直径的调整量，在此处先预设定一个任意值；过渡孔的直径D2大于细孔的直径d1；结束步骤1后进行步骤2；步骤2，求各段轴的拟合直径、拟合方位；通过公式(1)求解细轴的最小外切圆柱半径r1,M，并记录最优解[dx,1,M, dy,1,M, drx,1,M, dry,1,M]，其中，dx, dy, drx, dry是自由变量，分别表示沿x轴、y轴的平移和绕x轴、y轴的转动；细轴的x方向外切平移误差为‑ dx,1,M、y方向外切平移误差为‑ dy,1,M、x方向外切角度误差为‑ drx,1,M，并且，y方向外切转动误差为‑ dry,1,M；...

【技术特征摘要】
1.基于等公差值原则的一种两段轴的可安装性快速计算方法，其特征在于，由以下步骤组成：步骤1，获取轴零件的几何设计参数和测点并预制定标准孔的下偏差；阶梯轴由细轴和粗轴组成，细轴和粗轴之间连接有一段过渡轴；细轴的名义直径为d1，名义长度为L1；过渡轴的名义直径为d2、名义长度为L2；粗轴的名义直径为d3，名义长度为L3；粗轴的名义直径d3大于等于细轴的名义直径d1；过渡轴的名义直径d2小于细轴的名义直径d1；将细轴的轴线靠近测量坐标系的z轴，细轴的几何中心靠近测量坐标系的原点，并使得粗轴的几何中心在测量坐标系z轴上的投影是正值；细轴的测点集为{pi|pi={xi,yi,zi},i=1,2,…,N1}；粗轴的测点集为{pi|pi={xi,yi,zi},i=N1+1,N1+2,…,N1+N2}；标准孔系由完全同轴的细孔和粗孔组成，细孔和粗孔之间连接有一段过渡孔；这三段孔都是作为标准的孔，没有几何误差；细孔的几何中心在原点，细孔和粗孔的共同轴线在z轴上；细孔的直径为d1+E、长度为L1；过渡孔的直径为D2、长度为L2；粗孔的直径为d3+E、长度为L3；其中，E为孔直径的调整量，在此处先预设定一个任意值；过渡孔的直径D2大于细孔的直径d1；结束步骤1后进行步骤2；步骤2，求各段轴的拟合直径、拟合方位；通过公式(1)求解细轴的最小外切圆柱半径r1,M，并记录最优解[dx,1,M,dy,1,M,drx,1,M,dry,1,M]，其中，dx...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐哲敏，
申请(专利权)人：唐哲敏，
类型：发明
国别省市：广西,45