CN104298831A - 一种应用于弹簧生产和装配的三维挠性建模方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种应用于弹簧生产和装配的三维挠性建模方法，该方法是一种基于参数驱动的建模方法，通过建立弹簧的一个三维模型，同时实现弹簧自由状态和压缩状态的控制，与传统技术上零件模型和装配模型作为两个分离的模型相比，本发明能够更清晰地指导生产和装配，为运载火箭分离弹簧组件的机构运动学仿真奠定基础。

Description

一种应用于弹簧生产和装配的三维挠性建模方法

技术领域

本发明涉及一种两端并紧磨平弹簧生产和装配的三维挠性建模方法，应用于运载火箭分离系统中，属于运载火箭总体设计领域。

背景技术

弹簧是运载火箭分离系统中的一个重要组件，习惯上称为分离弹簧，一般应用的是两端并紧磨平的弹簧。两端并紧磨平弹簧两端的部分为并紧部分，中间部分为标准弹簧节距部分。新一代运载火箭全面采用三维模型代替传统的二维图样进行设计意图的传递并指导工厂生产，分离弹簧零件生产时是自由状态，然而，分离弹簧组件装配到运载火箭箭体结构上的状态为压缩状态。如果每个状态对应弹簧的一个三维模型，工厂生产容易错误，且不能实现对分离弹簧工作过程的仿真。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种应用于弹簧生产和装配的三维挠性建模方法，通过建立弹簧的一个三维模型，实现弹簧两个状态的控制，为分离弹簧组件的机构运动学仿真奠定基础。

本发明的技术解决方案是：一种应用于弹簧生产和装配的三维挠性建模方法，所述弹簧为两端并紧磨平弹簧，包括如下步骤：

(1)根据弹簧有效圈数部分的高度和节距以及两端并紧部分的高度和节距，利用螺旋扫描方法建立两端并紧未磨平时弹簧的挠性三维模型；

其中弹簧有效圈数部分的高度L3利用如下公式计算：

L3＝H0-2×(1-m)×d-2×1/2×d   (1)

其中H0为弹簧自由高度，d为弹簧簧丝直径，m为弹簧两端磨平的圈数，m＝3/4或1/2；

弹簧有效圈数部分的节距p2利用如下公式计算：

p2＝L3/n    (2)

其中n为有效圈数；

两端并紧部分的节距p1均等于弹簧簧丝直径d，两端并紧部分的高度h1＝d-1/2×m×d；

(2)对步骤(1)建立的三维模型进行两端磨平，使弹簧端面与弹簧轴线垂直，完成两端并紧磨平弹簧挠性三维模型的建立；

(3)按照弹簧的实际工作状态确定两个弹簧支座的相对位置，使步骤(2)建立的弹簧自由高度H0为两个弹簧支座的距离，使弹簧有效圈数部分的高度和有效圈数部分的节距由零件生产状态变为实际工作状态，其中弹簧有效圈数部分的高度和有效圈数部分的节距由公式(1)和(2)驱动，且弹簧端面与支座端面对齐，弹簧轴线与两个弹簧支座的中心连线重合，完成两端并紧磨平弹簧挠性装配模型的建立：

(4)按照步骤(2)建立的挠性三维模型进行弹簧的生产，按照步骤(3)建立的挠性装配模型完成所生产的弹簧和弹簧支座的装配。

所述步骤(1)中有效圈数部分与两端并紧部分的过渡距离为0.2mm-0.3mm。

本发明与现有技术相比的有益效果是：

(1)本发明通过建立弹簧的一个三维模型，实现弹簧两个状态的控制，即所建立的弹簧零件模型和装配模型基于同一个弹簧三维模型，与传统技术上零件模型和装配模型作为两个分离的模型相比，能够更清晰地指导生产和装配；

(2)本发明所提出的三维建模方法是一种基于参数驱动的建模方法，可以用于弹簧的运动仿真分析。

附图说明

图1为本发明方法流程图；

图2为两端并紧未磨平时弹簧的三维模型；

图3为两端并紧磨平弹簧的三维模型；

图4为两端并紧磨平弹簧的装配模型。

具体实施方式

设两端并紧磨平弹簧簧丝直径d＝10mm，自由高度H0＝300mm，两端并紧m＝3/4圈磨平，总圈数N＝15，有效圈数n＝13。

本发明的流程图如图1所示，具体内容介绍如下：

利用螺旋扫描方法建立两端并紧未磨平时弹簧的挠性三维模型如图2所示，其中弹簧两端并紧部分的高度均为d＝6.25mm，两端并紧部分的节距p1＝d＝10mm，过渡部分为0.2mm，有效圈数部分的高度L3满足

L3＝H0-2×(1-m)×d-2×1/2×d    (1)

弹簧有效圈数部分的节距p2满足

p2＝L3/n    (2)

根据公式(1)得到有效圈数部分的高度L3＝290mm。

根据公式(2)得到有效圈数部分的节距p2＝21.9mm。

未磨平时总高度L＝H0+2×1/4×d，经过计算L＝305mm。

对图2所建立的三维模型进行两端磨平，使弹簧端面与弹簧轴线垂直，如图3所示，即得到两端并紧磨平弹簧的三维模型。

根据两端并紧磨平弹簧(分离弹簧)在火箭上的安装状态确定内外套筒的装配状态和相对位置，使所建立的弹簧模型中弹簧自由高度H0为内外套筒的距离，弹簧有效圈数部分的高度和节距满足公式(1)和公式(2)，且弹簧端面与支座端面对齐，弹簧轴线与内外套筒的中心连线重合，完成两端并紧磨平弹簧的挠性装配模型的建立。两端并紧磨平弹簧的挠性装配模型如图4所示。

实际加工生产中，根据所建立的两端并紧磨平弹簧的挠性三维模型进行弹簧的加工生产，生产完成后按照两端并紧磨平弹簧的挠性装配模型对生产后的弹簧进行装配，即先将弹簧进行压缩，使其高度为内外套筒的距离，然后将弹簧端面与内外筒端面对齐，弹簧轴线与内外筒的中心连线重合，完成两端并紧磨平弹簧的装配。

本发明未详细说明部分属于本领域技术人员公知常识。

Claims (2)

1.一种应用于弹簧生产和装配的三维挠性建模方法，所述弹簧为两端并紧磨平弹簧，其特征在于包括如下步骤：

(1)根据弹簧有效圈数部分的高度和节距以及两端并紧部分的高度和节距，利用螺旋扫描方法建立两端并紧未磨平时弹簧的挠性三维模型；

其中弹簧有效圈数部分的高度L3利用如下公式计算：

L3＝H0-2×(1-m)×d-2×1/2×d    (1)

其中H0为弹簧自由高度，d为弹簧簧丝直径，m为弹簧两端磨平的圈数，m＝3/4或1/2；

弹簧有效圈数部分的节距p2利用如下公式计算：

p2＝L3/n    (2)

其中n为有效圈数；

两端并紧部分的节距p1均等于弹簧簧丝直径d，两端并紧部分的高度h1＝d-1/2×m×d；

(2)对步骤(1)建立的三维模型进行两端磨平，使弹簧端面与弹簧轴线垂直，完成两端并紧磨平弹簧挠性三维模型的建立；

(3)按照弹簧的实际工作状态确定两个弹簧支座的相对位置，使步骤(2)建立的弹簧自由高度H0为两个弹簧支座的距离，使弹簧有效圈数部分的高度和有效圈数部分的节距由零件生产状态变为实际工作状态，其中弹簧有效圈数部分的高度和有效圈数部分的节距由公式(1)和(2)驱动，且弹簧端面与支座端面对齐，弹簧轴线与两个弹簧支座的中心连线重合，完成两端并紧磨平弹簧挠性装配模型的建立：

(4)按照步骤(2)建立的挠性三维模型进行弹簧的生产，按照步骤(3)建立的挠性装配模型完成所生产的弹簧和弹簧支座的装配。

2.根据权利要求1所述的一种应用于弹簧生产和装配的三维挠性建模方法，其特征在于：所述步骤(1)中有效圈数部分与两端并紧部分的过渡距离为0.2mm-0.3mm。