[发明专利]一种基于旋量模型的轴孔配合公差建模方法

说明书

本发明公开了一种基于旋量模型的轴孔配合公差建模方法，属于机械装配技术领域。本发明为了分析零部件装配过程中的配合偏差，利用旋量模型来表达零件相关几何特征的公差变动量，构建公差模型；研究圆柱特征在位置度公差约束、方向公差约束和轴孔间隙配合偏差组合影响下旋量特征变动范围，建立轴孔间隙配合的公差模型，提高对轴孔配合装配方式下产品性能的预测与判断，可用于轴孔装配工况的公差分析，具有数学表达简洁、可量化计算的特点，方便在计算机辅助公差分析软件的开发中应用。

技术领域

本发明涉及机械装配技术领域，具体涉及一种基于旋量模型的轴孔配合公差建模方法。

背景技术

在传统的尺寸链搜索过程中，通常是不考虑装配过程偏差，对产品的装配偏差分析只停留在预装配阶段，在实际装配过程中，无法根据装配工序实施进程实现装配工序间偏差分析。因此，考虑实际情况的公差分析方法，对保证机械装配在复杂工况下的性能与可靠性具有重要意义。

近年来，国内外学者对三维公差分析模型进行了大量研究。蔡敏建立圆柱要素尺寸公差、形状公差、定向公差和定位公差的数学模型，采用点集的形式用矢量方程严格定义国标中各形位公差带：然后，在公差数学定义理论的基础.基于要素的自由度分析，采用不等式约束方程的形式建立各公差带的数学模型。张为民等计算了加载时工作零件的变形量，并将其转变为雅可比旋量修正量，通过对雅可比旋量公差模型在实际工况下的扩充与修正，建立了基于雅可比旋量和实际工况的装配体公差数学模型，以此定量计算实际工况对产品工作性能及公差设计的影响。陈华将雅克比旋量模型引入到发动机装配体的公差分析中，建立特征旋量在组合公差限制下的矢量变动及其相互间的约束方程，并给出了考虑这些变动和约束关系的传递算法。但是上述研究难以应用于轴孔配合的公差模型建模。为此，提出一种基于旋量模型的轴孔配合公差建模方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于：如何解决现有技术中无法根据装配工序实施进程实现装配工序间偏差分析的问题，提供了一种基于旋量模型的轴孔配合公差建模方法。

本发明是通过以下技术方案解决上述技术问题的，本发明包括以下步骤：

S1：以圆柱中心线为z轴建立局部坐标系，在局部坐标系中表示圆柱中心线的位置度公差域，并建立圆柱轴线在位置度公差约束下的矢量方程；

S2：根据圆柱轴线在位置度公差约束下的矢量方程，推导出圆柱中心线的位置度公差域中各矢量的约束方程；

S3：在位置度公差约束下，推导出圆柱中心线的位置度公差域中各矢量的变动范围；

S4：以圆柱中心线为y轴建立局部坐标系，在局部坐标系中表示圆柱中心线的位置度和方向构成的组合公差，并推导出最终在组合公差的约束下各矢量的变动范围；

S5：分析圆柱轴孔配合的类型，基于间隙配合的圆柱轴孔配合类型推导出各方向矢量之间的相互约束方程和变动范围，构建最终的圆柱轴孔配合的旋量模型。

更进一步地，在所述步骤S1中，圆柱特征包括圆柱表面和圆柱中心线两种几何要素，其中圆柱表面受到尺寸公差和形状公差的约束，圆柱轴线则受到位置度公差和方向公差的约束。

更进一步地，在所述步骤S1中，圆柱轴线在位置度公差约束下的矢量方程如下：

其中，C_t为公差域的单位方向矢量，C_t＝[0 0 l]^T，l为圆柱特征的长度；C_OP为P点的位置矢量，C_OP＝[u+β·z v+α·z z]^T，u、v、α、β均为变化矢量，P为公差域内任意一点，点O为局部坐标系原点，z为圆柱特征上P点在轴线方向上的距离；T_Pos为圆柱特征的位置度公差。

更进一步地，在所述步骤S2中，圆柱中心线的位置度公差域中各矢量的约束方程如下：