CN107688672A - 用于提取机械结构的线对面垂直度误差的方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开的一种用于提取机械结构的线对面垂直度误差的方法，能够实现基于机械结构的有限元模型的变形数据提取出其某条线对与基准面的垂直度，在给定方向上的两平面之间误差。该方法确定被测结构变形后的基准面平面方程π₁，该平面法向量τ₁；确定被测轴线点的坐标，计算被测轴线上任选两点A、B两点确定的向量τ₂；τ₁和τ₂确定平面π₂，计算被测轴线上各点到平面π₂的距离，将正的最大值和负的最小值的绝对值之和记为f₁＝|l_i|_max+|l_j|_max，得f₂,f₃,…,f_n，最小值f作为所求线对面在给定方向上垂直度误差。

Description

用于提取机械结构的线对面垂直度误差的方法

技术领域

本发明涉及结构的线对面垂直度误差提取技术，尤其涉及一种用于提取机械结构的线对面垂直度误差的方法。

背景技术

机械零件的线对面垂直度是零件的一项重要质量指标，影响着零件的互换性和质量，进而也影响着整个机械产品的质量。为了保证零件的质量，保证零件的互换性，应按设计给出的线对面垂直度公差来检测垂直度误差。

现行机械结构产品的线对面垂直度在给定方向上的两平面之间的误差检测主要通过机械检测的方式实现，主要存在以下几个问题：1、现有方法主要针对实际机械产品的线对面垂直度误差检测，需机械产品加工制造出来后才能检测获得其线对面垂直度的误差数据；2、机械产品装配完毕并处在实际工况下时，使用现有方法已无法对其进行线对面垂直度误差检测，即现有方法仅能检测获得加工制造误差对机械产品线对面垂直度的影响，而无法检测获得机械产品在温度、气压、外载、振动环境等实际工况下的变形对其线对面垂直度的影响。

随着计算机技术及应用的迅速发展，基于有限元分析的计算机辅助工程(CAE)与计算机辅助设计和制造(CAD/CAM)等新技术已经直接融入了机械产品的设计、定型和制造过程，成为结构分析和结构优化的重要工具。在使用CAD技术对机械结构完成初步设计后，为加快设计开发进程及提高经济性，可使用CAE技术对机械结构的有限元模型进行仿真分析，以判断结构模型在仿真的实际工况下其线对面垂直度在给定方向上的两平面之间的误差是否满足要求。因此，需要研究基于机械结构的有限元模型的变形数据提取出其某条线对与基准面的垂直度，在给定方向上的两平面之间误差的方法。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术不足，提供了一种用于提取机械结构的线对面垂直度误差的方法，能够实现基于机械结构的有限元模型的变形数据提取出其某条线对与基准面的垂直度，在给定方向上的两平面之间误差。

本发明的技术解决方案：

一种用于提取机械结构的线对面垂直度误差的方法，该方法包括以下步骤：

步骤1，运用三维建模软件建立被测结构的三维实体模型；

步骤2，以步骤1建立的机械结构的实体模型为基础，建立复杂工况下的被测结构有限元模型，进行有限元计算，得到被测结构变形后的有限元模型；

步骤3，确定被测结构变形后的基准面平面方程π₁，该平面法向量为τ₁；

步骤4，从被测轴线上任选两点A、B，计算A、B两点确定的向量τ₂；

步骤5，根据向量τ₁和τ₂确定平面π₂，计算被测轴线上各点到平面π₂的距离，并分为大于零和小于零两类，将正的最大值和负的最小值的绝对值之和记为f₁＝|l_i|_max+|l_j|_max，其中，l_i≥0，l_j≤0；

步骤6，重复步骤4至步骤5，利用基准平面π₁及被测轴线上随机选取的多个点，计算得f₂,f₃,…,f_n，f₁,f₂,…,f_n中最小值记为f，将f作为所求线对面在给定方向上垂直度误差。

本发明实施例提供的一种用于提取机械结构的线对面垂直度误差的方法，首先运用CAD技术建立机械结构的实体模型，通过有限元软件对其进行实际工况下的仿真分析，首先计算变形后结构的基准面平面方程及其法向量；其次测得变形后结构的被测边线或轴线上所有节点的坐标，且任选两点，则这两点可以确定一个向量；使两个向量的向量积确定的平面到被测轴线上各点最大距离比到其他平面都小，此最大值即为所求线对面的垂直度误差。该方法优点是可在机械结构产品的有限元分析的结果中提取出线对面在给定方向上两平面间的垂直度误差，检测其在实际工况下是否满足要求，从而判断出该结构在实际工况下性能的影响。在机械产品的初始设计阶段，采用本方法可显著降低开发周期，提高经济性。

附图说明

所包括的附图用来提供对本发明实施例的进一步的理解，其构成了说明书的一部分，用于例示本发明的实施例，并与文字描述一起来阐释本发明的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例涉及的机械产品设计流程示意图；

图2为本发明实施例中基准面提取示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的具体实施例进行详细说明。在下面的描述中，出于解释而非限制性的目的，阐述了具体细节，以帮助全面地理解本发明。然而，对本领域技术人员来说显而易见的是，也可以在脱离了这些具体细节的其它实施例中实践本发明。

在此需要说明的是，为了避免因不必要的细节而模糊了本发明，在附图中仅仅示出了与根据本发明的方案密切相关的设备结构和/或处理步骤，而省略了与本发明关系不大的其他细节。

本发明实施例提供一种用于提取机械结构的线对面垂直度误差的方法，该方法包括以下步骤：

步骤1，运用三维建模软件建立被测结构的三维实体模型，三维建模软件可以使用CAD；

步骤2，以步骤1建立的机械结构的实体模型为基础，建立处于温度、气压、外载、振动环境等实际复杂工况下的被测结构有限元模型，进行有限元计算，得到被测结构变形后的有限元模型；

步骤3，参见附图2，确定被测结构变形后的基准面平面方程π₁，该平面法向量为τ₁；

在步骤2得到的被测结构变形后的有限元模型中被测平面上选定三个节点，并查询这三个节点坐标。根据这三个节点坐标，求解过这三个节点的平面方程π₁，平面的方程π₁：Ax+By+Cz+D＝0，记为：基准面π₁平面方程，及其法向量τ₁；

步骤4，确定被测轴线点的坐标，在被测轴线上任选两点A、B，计算A、B两点确定的向量τ₂；

步骤5，根据向量τ₁和τ₂确定平面π₂，计算被测轴线上各点到平面π₂的距离(有正有负)，并分为大于零和小于零两类，将正的最大值和负的最小值的绝对值之和记为f₁＝|l_i|_max+|l_j|_max，其中；l_i≥0，l_j≤0；

步骤6，重复步骤2至步骤4，利用基准平面π₁及被测轴线上随机选取的多个点，依次计算得f₂,f₃,…,f_n，f₁,f₂,…,f_n中最小值记为f，将f作为所求线对面在给定方向上垂直度误差，通过此步骤的迭代，可以使计算精度大幅提高。

本发明实施例提供的一种用于提取机械结构的线对面垂直度误差的方法，首先运用CAD技术建立机械结构的实体模型，通过有限元软件对其进行实际工况下的仿真分析，首先计算变形后结构的基准面平面方程及其法向量；其次测得变形后结构的被测边线或轴线上所有节点的坐标，且任选两点，则这两点可以确定一个向量；使两个向量的向量积确定的平面到被测轴线上各点最大距离比到其他平面都小，此最大值即为所求线对面的垂直度误差。该方法优点是可在机械结构产品的有限元分析的结果中提取出线对面在给定方向上两平面间的垂直度误差，检测其在实际工况下是否满足要求，从而判断出该结构在实际工况下性能的影响。在机械产品的初始设计阶段，采用本方法可显著降低开发周期，提高经济性。

如上针对一种实施例描述和/或示出的特征可以以相同或类似的方式在一个或更多个其它实施例中使用，和/或与其它实施例中的特征相结合或替代其它实施例中的特征使用。

应该强调，术语“包括/包含”在本文使用时指特征、整件、步骤或组件的存在，但并不排除一个或更多个其它特征、整件、步骤、组件或其组合的存在或附加。

本发明以上的装置和方法可以由硬件实现，也可以由硬件结合软件实现。本发明涉及这样的计算机可读程序，当该程序被逻辑部件所执行时，能够使该逻辑部件实现上文所述的装置或构成部件，或使该逻辑部件实现上文所述的各种方法或步骤。本发明还涉及用于存储以上程序的存储介质，如硬盘、磁盘、光盘、DVD、flash存储器等。

这些实施例的许多特征和优点根据该详细描述是清楚的，因此所附权利要求旨在覆盖这些实施例的落入其真实精神和范围内的所有这些特征和优点。此外，由于本领域的技术人员容易想到很多修改和改变，因此不是要将本发明的实施例限于所例示和描述的精确结构和操作，而是可以涵盖落入其范围内的所有合适修改和等同物。

本发明未详细说明部分为本领域技术人员公知技术。

Claims (1)

1.一种用于提取机械结构的线对面垂直度误差的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤1，运用三维建模软件建立被测结构的三维实体模型；

步骤2，以步骤1建立的机械结构的实体模型为基础，建立复杂工况下的被测结构有限元模型，进行有限元计算，得到被测结构变形后的有限元模型；

步骤3，确定被测结构变形后的基准面平面方程π₁，该平面法向量为τ₁；

步骤4，从被测轴线上任选两点A、B，计算A、B两点确定的向量τ₂；

步骤5，根据向量τ₁和τ₂确定平面π₂，计算被测轴线上各点到平面π₂的距离，并分为大于零和小于零两类，将正的最大值和负的最小值的绝对值之和记为f₁＝|l_i|_max+|l_j|_max，其中，l_i≥0，l_j≤0；

步骤6，重复步骤4至步骤5，利用基准平面π₁及被测轴线上随机选取的多个点，计算得f₂,f₃,…,f_n，f₁,f₂,…,f_n中最小值记为f，将f作为所求线对面在给定方向上垂直度误差。