一种柱面装配间隙公差分析方法技术

本发明专利技术提出了一种柱面装配间隙公差分析方法，在公差分析中考虑实际工况载荷，考虑实际工况的公差分析方法对变形的考虑因素较为单一，在公差模型与变形的耦合过程中，未考虑轴孔之间的相对转动所造成的影响。为此，基于雅可比旋量理论与有限元分析，针对柱面装配间隙提出了考虑实际工况的公差分析方法，将雅可比旋量模型的统计学解与受载零件变形数据进行耦合，建立了考虑实际工况的公差分析耦合模型，并应用上述模型来获取间隙公差分析的结果以调整装配间隙的参数，能够显著地提高系统分析结论的准确性。析结论的准确性。析结论的准确性。

【技术实现步骤摘要】
一种柱面装配间隙公差分析方法


[0001]本专利技术属于机械装备领域，具体涉及一种柱面装配间隙公差分析方法。

技术介绍

[0002]装配体公差设计过程中，零件往往被视为刚体，但在多源重载工况下，装配体零部件发生的较大变形对装配要求的影响不可忽略。因此，研究考虑实际工况的公差分析方法，对保证机械装备在复杂工况下的性能与可靠性具有重要意义。
[0003]近年来，国内外学者对考虑实际工况的三维公差分析模型进行了大量研究。Benichou(Benichou S,Anselmetti B.Thermal dilatation in functional tolerancing[J].Mechanism and Machine Theory,2011,46(11):1575
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1587.)等将热变形公式加入小位移旋量模型中，研究了装配体在受热工况下的公差分析方法；张为民(张为民,陈灿,李鹏忠,李国伟,胡江敏.基于雅可比旋量法的实际工况公差建模[J].计算机集成制造系统,2011,17(01):77
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83.)等对雅可比旋量模型进行了改进，将构件变形以三维旋量的形式加入公差传递链中；孙永厚(孙永厚,肖振泉,黄美发,等.基于实际工况的零件公差规范设计方法[J].组合机床与自动化加工技术,2016(5):9
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12,25.)等以小位移旋量模型为基础，将受载变形表面离散为数据点，通过数据拟合等方法求解实际工况下零件表面公差。这些方法对变形的考虑过于简单，难以处理多源载荷工况下的复杂变形。Zeng(Wenhui Zeng,Yunqing Rao.Modeling of Assembly Deviation with Considering the Actual Working Conditions[J].International Journal of Precision Engineering and Manufacturing,2019,20(5):791
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803.)等利用有限元方法，将离散化节点的变形量与雅可比旋量模型的求解结果叠加，充分考虑了实际工况下零件表面的复杂变形。但该方法只适用于平面类配合间隙的公差与变形耦合，而难以处理柱面配合间隙。

技术实现思路

[0004]本专利技术针对轴孔间存在相对转动的柱面配合间隙提出了一种考虑实际工况下装配体构件受载变形的公差分析方法。将柱面配合表面离散化，通过有限元方法计算配合面离散节点的变形数据，并将其与雅可比旋量模型的统计学解进行耦合，得到实际工况下配合间隙变动情况。按照本专利技术实现的方法和系统，能够保证较高的合格率以及更为精准的检测测试结果。本专利技术公开了一种柱面装配间隙公差分析方法，其特征在于，上述分析方法包括如下步骤：
[0005]获取轴孔装配体由载荷引起的径向变形矢量
[0006]获取轴孔装配体的公差积累引起的径向变形矢量
[0007]获取在截面i上由载荷引起的径向变形矢量与所述由公差积累引起的径向变形矢量最大值的代数之和：
[0008]根据雅可比旋量模型的求解获得所述最大值的代数之和的样本集合以统计学算法处理，获得所述柱面装配间隙变动量的概率分布范围；工作中使用所述间隙变动量的概
率分布获取间隙变动量范围参数以指导实际工况的装配参数；
[0009]所述i为所述轴孔装配体节点的径向切分参数，所述j为位于第i个径向截面的第j条周向切分线。
[0010]进一步地，所述由载荷引起的径向变形矢量最大值的获取方法为：
[0011]求取截面i处轴的径向间隙变动量为：
[0012][0013]式中，R
shaft
为未变形时轴的半径，
[0014]截面i处孔的径向间隙变动量为：
[0015][0016]故在截面i上，由载荷变形造成的最大径向变形为：
[0017][0018]x
i,j
,y
i,j
,z
i,j
表示变形前离散节点的坐标，Δx
i,j
,Δy
i,j
,Δz
i,j
表示变形后节点相对于变形前节点在x,y,z三个方向上的位移。
[0019]进一步地，所述由公差积累引起的径向变形矢量的代数获取方法为：
[0020][0021]式中，x
i
为截面i所在的X坐标，ν，w分别为沿轴y,z的移动矢量，β，γ分别为绕y,z轴的转动矢量。
[0022]进一步地，所述载荷的径向变形矢量的求解方法为：
[0023]对轴孔配合柱面进行离散化处理，将轴孔配合柱面进行径向切分，对每个径向截面上的环形间隙进行周向切分，切分节点记为H
i,j
,S
i,j
，其中i,j表示该节点位于第i个径向截面的第j条周向切分线上；
[0024]根据装配体的实际工况，通过有限元仿真分析，计算并提取各离散节点的变形数据，将节点径向变形矢量以向量坐标形式表示：
[0025][0026]式中，表示节点的径向变形矢量，x
i,j
,y
i,j
,z
i,j
表示变形前离散节点的坐标，Δx
i,j
,Δy
i,j
,Δz
i,j
表示变形后节点相对于变形前节点在x,y,z三个方向上的位移。
[0027]本专利技术还公开了一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上述所述的方法的步骤。
[0028]本专利技术还公开了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如上述所述的方法的步骤。
[0029]本专利技术针对轴孔间存在相对转动的柱面配合间隙提出了一种考虑实际工况下装配体构件受载变形的公差分析方法。将柱面配合表面离散化，通过有限元方法计算配合面离散节点的变形数据，并将其与雅可比旋量模型的统计学解进行耦合，得到实际工况下配合间隙变动情况。
[0030]按照本专利技术实现的柱面装配间隙公差分析方法，考虑了将变形数据与刚体假设下
的公差模型求解结果进行耦合。由于轴孔间存在相对转动，由于轴的转动，径向变形矢量方向总会转动到与方向相同的位置，故实际相对于理想情况的最大变动量应考虑相对转动的代数值之和，在进行耦合时，若忽略轴孔之间的相对转动，将造成计算得到的径向间隙变动量较实际情况偏小，利用本专利技术提出的柱面装配间隙公差分析方法，能够显著提高间隙公差的分析精度。
附图说明
[0031]图1为按照本专利技术实现的柱面装配间隙公差分析方法中的轴孔配合柱面离散化过程的示意图。
[0032]图2为按照本专利技术实现的柱面装配间隙公差分析方法中轴孔配合后截面i上轴转动前后的间隙变动量的示意图。
[0033]图3为按照本专利技术实现的柱面装配间隙公差分析本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种柱面装配间隙公差分析方法，其特征在于，上述分析方法包括如下步骤：获取轴孔装配体由载荷引起的径向变形矢量获取轴孔装配体的公差积累引起的径向变形矢量获取在截面i上由载荷引起的径向变形矢量与所述由公差积累引起的径向变形矢量最大值的代数之和：根据雅可比旋量模型的求解获得所述最大值的代数之和的样本集合以统计学算法处理，获得所述柱面装配间隙变动量的概率分布范围；工作中使用所述间隙变动量的概率分布获取间隙变动量范围参数以指导实际工况的装配参数；所述i为所述轴孔装配体节点的径向切分参数，所述j为位于第i个径向截面的第j条周向切分线。2.如权利要求1中所述的柱面装配间隙公差分析方法，其特征在于，所述由载荷引起的径向变形矢量最大值的获取方法为：求取截面i处轴的径向间隙变动量为：式中，R
shaft
为未变形时轴的半径，截面i处孔的径向间隙变动量为：故在截面i上，由载荷变形造成的最大径向变形为：x
i,j
,y
i,j
,z
i,j
表示变形前离散节点的坐标，Δx
i,j
,Δy
i,j
,Δz
i,j
表示变形后节点相对于变形前节点在x,y,z三个方向上的位移。3.如权利要求1或2中所述的柱面装配间隙公差分析方法，其特征在于，所述由公差积累引起的径向变形矢量的代数获取方法为：式中，x
i<...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢文龙，曹志晨，许晋，程燕，胡铮，张玉东，李亮，李洪武，张强，王乐，郭静，邹天刚，黄凡康，
申请(专利权)人：中国北方车辆研究所，
类型：发明
国别省市：