CN103366056B

CN103366056B - 基于有限元分析的机械零件圆柱度误差的测量方法

Info

Publication number: CN103366056B
Application number: CN201310279828.0A
Authority: CN
Inventors: 张柁; 林晔; 崔卫民; 王骄阳; 李航帅; 郭伟
Original assignee: Northwestern Polytechnical University
Current assignee: Northwestern Polytechnical University
Priority date: 2013-07-04
Filing date: 2013-07-04
Publication date: 2015-11-18
Anticipated expiration: 2033-07-04
Also published as: CN103366056A

Abstract

本发明提出了基于有限元分析的机械零件圆柱度误差的测量方法，运用CAD技术建立机械零件的三维实体模型，通过CAE技术对其进行复合工况的有限元仿真分析后，可以得到变形后的有限元模型，对变形后的有限元模型通过空间解析几何方法分析，得到圆柱度误差。本发明可准确分析相对变形对机械零件圆柱度的影响，在机械产品的初始设计阶段，采用本发明可显著缩短产品的开发周期，进而降低开发成本，提高经济性。

Description

基于有限元分析的机械零件圆柱度误差的测量方法

技术领域

本发明涉及机械产品的设计领域，具体是基于有限元分析的机械零件圆柱度误差的测量方法。

背景技术

在带有圆柱结构的机械零件中，圆柱度是该零件的一项主要质量指标，很大程度上影响着该零件的质量和互换性，因而它也影响着整个机械产品的质量。为了保证机械产品的质量，保证机械零件的互换性，就应该按设计给出的圆柱度公差来检验圆柱度误差。

现有的测量机械零件圆柱度误差的方法以机械测量为主，主要针对实际机械产品圆柱度的检测，因而无法在使用CAD技术对机械零件完成初步设计后，通过现有的机械测量方法实现机械零件在设计阶段的圆柱度误差估计，不能及时的在设计阶段指导机械零件的优化设计，从而大大增加产品的开发周期和开发成本。

发明内容

要解决的技术问题

为克服在机械产品的设计过程中通过CAE技术提取复合工况下的有限元模型的圆柱度误差方法理论研究的不足，加快设计开发进程及提高经济性，本发明提出了基于有限元分析的机械零件圆柱度误差的测量方法，在对机械零件完成初步设计后，可使用CAE技术对机械零件的有限元模型进行仿真分析，以判断模型在仿真的复合工况下其圆柱度误差是否满足图纸要求，从而及时指导到机械零件的设计和优化中。

技术方案

本发明的技术方案为：

所述一种基于有限元分析的机械零件圆柱度误差的测量方法，其特征在于：采用以下步骤：

步骤1：采用三维建模软件建立待测量零件的三维模型；

步骤2：采用有限元分析软件分析待测量零件在工作条件下的变形，得到待测量零件变形后的有限元模型；

步骤3：在待测量零件变形后的圆柱结构的有限元模型上划分m个横截面；并根据变形后的有限元模型计算出所有m个横截面的中心点O₁″，O₂″，…，O_m″坐标；

步骤4：取两端横截面的中心点O₁″和O_m″确定直线l，直线l过点O₁″和O_m″；

步骤5：在每个横截面的轮廓线上取n个点，计算所有m个横截面轮廓线上的点到直线l的距离D={d₁₁,d₁₂,…,d_ln；…；d_m1,d_m2,…,d_mn}；取集合D中的最小值为d_min、最大值为d_max；

步骤6：得到待测量零件圆柱结构圆柱度误差为f＝d_max-d_min。

所述一种基于有限元分析的机械零件圆柱度误差的测量方法，其特征在于：步骤3中根据变形后的有限元模型计算第k个横截面的中心点坐标的方法为：

步骤3.1：根据待测量零件的三维模型确定横截面中心点在待测量零件变形前时的坐标O_k(x₀,y₀,z₀)，以及待测量零件中圆柱结构的半径r；

步骤3.2：在第k个横截面的轮廓线上取n个点，根据变形后的圆柱结构的有限元模型确定n个点的坐标为(x_i,y_i,z₀)i＝1,2,…,n；

步骤3.3：第k个横截面的中心点在变形后的坐标为O_k″(X_1(LS)+x₀,Y_1(LS)+y₀,z₀)，其中：

X_{1 (LS)} = \frac{2}{n} Σ (\sqrt{{(x_{i} - x_{0})}^{2} + {(y_{i} - y_{0})}^{2}} - r) \frac{x_{i} - x_{0}}{\sqrt{{(x_{i} - x_{0})}^{2} + {(y_{i} - y_{0})}^{2}}}

Y_{1 (LS)} = \frac{2}{n} Σ (\sqrt{{(x_{i} - x_{0})}^{2} + {(y_{i} - y_{0})}^{2}} - r) \frac{y_{i} - y_{0}}{\sqrt{{(x_{i} - x_{0})}^{2} + {(y_{i} - y_{0})}^{2}}} .

i＝1,2,…,n.

有益效果

本发明建立了基于机械零件的有限元模型的变形数据提取出其圆柱度误差的方法。运用CAD技术建立机械零件的三维实体模型，通过CAE技术对其进行复合工况的有限元仿真分析后，可以得到变形后的有限元模型，对变形后的有限元模型通过空间解析几何方法分析，得到圆柱度误差。本发明可准确分析相对变形对机械零件圆柱度的影响，在机械产品的初始设计阶段，采用本发明可显著缩短产品的开发周期，进而降低开发成本，提高经济性。

附图说明

图1：实施例中阀门结构的圆柱度误差测量步骤图。

具体实施方式

下面结合具体实施例描述本发明：

本实施例中对阀门零件中的导向杆结构的圆柱度误差进行测量，以评定导向杆结构在复杂工况下发生变形后的导向运动性能。

本实施例中的主要步骤为：

步骤1：采用三维建模软件（CAD）建立阀门零件的三维模型；

步骤2：采用有限元分析软件（CAE）对阀门三维模型进行分析，得到在内压、低温、振动、外作用力等复合载荷影响下的变形后的阀门有限元模型；

步骤3：在变形后阀门导向杆结构的有限元模型上划分m个横截面，并根据变形后的有限元模型计算出所有m个横截面的中心点O₁″，O₂″，…，O_m″坐标；

本实施例中计算变形后的第k个横截面中心点坐标的方法为：

步骤3.1：根据阀门零件的三维模型确定横截面中心点在阀门零件变形前时的坐标O_k(x₀,y₀,z₀)，以及阀门零件导向杆结构的半径r；

步骤3.2：在第k个横截面的轮廓线上取n个点，根据变形后的导向杆结构的有限元模型确定n个点的坐标为(x_i,y_i,z₀)i＝1,2,…,n；

步骤3.3：则第k个横截面的中心点在变形后的坐标为O_k″(X_1(LS)+x₀,Y_1(LS)+y₀,z₀)，其中：

X_{1 (LS)} = \frac{2}{n} Σ (\sqrt{{(x_{i} - x_{0})}^{2} + {(y_{i} - y_{0})}^{2}} - r) \frac{x_{i} - x_{0}}{\sqrt{{(x_{i} - x_{0})}^{2} + {(y_{i} - y_{0})}^{2}}}

Y_{1 (LS)} = \frac{2}{n} Σ (\sqrt{{(x_{i} - x_{0})}^{2} + {(y_{i} - y_{0})}^{2}} - r) \frac{y_{i} - y_{0}}{\sqrt{{(x_{i} - x_{0})}^{2} + {(y_{i} - y_{0})}^{2}}};

i＝1,2,…,n.

步骤5：在每个横截面的轮廓线上取n个点，计算所有m个横截面轮廓线上的点到直线l的距离D={d₁₁,d₁₂,…,d_1n；…；d_m1,d_m2，…,d_mn}；取集合D中的最小值为d_min、最大值为d_max；

步骤6：得到阀门零件导向杆结构圆柱度误差为f＝d_max-d_min。

比较所得到的圆柱度误差与设计给出的圆柱度公差，如果圆柱度误差小于等于圆柱度公差说明变形后阀门导向杆满足图纸要求，如果圆柱度误差大于圆柱度公差说明变形后阀门导向杆不满足图纸要求，从而实现阀门导向杆导向运动性能的评定。

Claims

1.一种基于有限元分析的机械零件圆柱度误差的测量方法，其特征在于：采用以下步骤：

步骤1：采用三维建模软件建立待测量零件的三维模型；

步骤3：在待测量零件变形后的圆柱结构的有限元模型上划分m个横截面；并根据变形后的有限元模型计算出所有m个横截面的中心点O₁”，O₂”，…，O_m”坐标；根据变形后的有限元模型计算第k个横截面的中心点坐标的方法为：

步骤3.3：第k个横截面的中心点在变形后的坐标为O_k”(X_1(LS)+x₀,Y_1(LS)+y₀,z₀)，其中：

i＝1,2,…,n

；

步骤4：取两端横截面的中心点O₁”和O_m”确定直线l，直线l过点O₁”和O_m”；

步骤5：在每个横截面的轮廓线上取n个点，计算所有m个横截面轮廓线上的点到直线l的距离D＝{d₁₁,d₁₂,…,d_1n；…；d_m1,d_m2,…,d_mn}；取集合D中的最小值为d_min、最大值为d_max；

步骤6：得到待测量零件圆柱结构圆柱度误差为f＝d_max-d_min。