CN107688673A - 用于提取阀门阀座的面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阀门阀座的面对面垂直度误差的方法，能够基于阀门的有限元模型的变形数据提取出其阀座平面对于基准平面的垂直度误差。该方法选取阀门变形后的有限元模型中阀座平面上n个点；根据基准面任意选取的三个节点确定阀门变形后基准面π₁的平面方程及法向量τ₁，计算被测阀座平面上A、B两点确定的向量τ₂；计算τ₁和τ₂确定的平面的法向量τ＝τ₁×τ₂，τ和A或B确定平面方程π₂；计算被测阀座平面上各点到平面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，最小值作为所求面对面垂直度误差。

Description

用于提取阀门阀座的面对面垂直度误差的方法

技术领域

本发明涉及阀门阀座的面对面垂直度误差提取技术领域，尤其涉及一种用于提取阀门阀座的面对面垂直度误差的方法。

背景技术

阀门等机械零构件的面对面垂直度是该零件的一项重要质量指标，影响着该零件的互换性和质量，进而也影响着整个机械产品的质量。为了保证阀门的质量，保证阀门的互换性，应按设计给出的面对面垂直度公差来检测垂直度误差。

阀门在复合工况下的强度与刚度分析一直是阀门设计的难点。为判断阀门的密封性能，需要分析阀门在温度、气压、安装外载、振动环境下的应力分布和变形情况对阀座平面的垂直度的影响，判断变形后是否满足要求。

现行阀门等机械产品面对面垂直度的误差检测主要通过机械测量的方法实现，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面对面垂直度误差检测，需阀门等机械产品加工制造出来后才能检测获得其面对面垂直度误差数据；2、阀门等机械产品装配完毕并处在复合工况下时，使用现有方法已无法对其进行面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阀门等机械产品面对面垂直度的影响，而无法检测获得阀门等机械产品在温度、气压、安装外载、振动环境等复合工况下的变形对其面对面垂直度的影响。

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技术对阀门完成初步设计后，为加快设计开发进程及提高经济性，可使用CAE技术对阀门的有限元模型进行仿真分析，以判断阀门模型在仿真的复合工况下其阀座平面对于基准平面的垂直度误差是否满足要求。但是，目前没有基于阀门的有限元模型的变形数据提取出其阀座平面对于基准平面的垂直度误差的方法。

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阀门阀座的面对面垂直度误差的方法，能够解决无法基于阀门的有限元模型的变形数据提取出其阀座平面对于基准平面的垂直度误差的问题。

本发明的技术解决方案：

一种用于提取阀门阀座的面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阀门的三维实体模型；

步骤2，计算步骤1建立的阀门三维实体模型在复合工况下的阀门有限元模型，进行有限元计算，得到阀门变形后的有限元模型；

步骤3，选取阀门变形后的有限元模型中阀座平面上n个点；

步骤4，在基准面任意选取三个节点，根据这三个节点坐标，确定阀门变形后基准面π₁的平面方程，该基准面法向量为τ₁；

步骤5，在被测阀座平面上任选两节点A、B，并计算A、B两点确定的向量τ₂；

步骤6，计算向量τ₁和τ₂确定的平面的法向量τ＝τ₁×τ₂，由τ和点A或者点B确定平面方程π₂；

步骤7，计算被测阀座平面上各点到平面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_f＜0；

步骤8，重复步骤2至步骤4，得f₂,f₃,…,f_n，其中最小值记为f，将f作为所求面对面垂直度误差。

本发明实施例提供的一种用于提取阀门阀座的面对面垂直度误差的方法，首先运用CAD技术建立阀门的三维实体模型，通过有限元软件对其进行复合工况下的仿真分析，测得变形后阀座平面所有节点的坐标；运用空间解析几何知识，结合一定的评定方法，确定阀座变形后的基准面的方程及其法向量，然后在被测平面(阀座平面)上任选两点确定一个向量；则两个向量确定一个平面；使得阀座平面上各点到该平面的最大距离比到其他平面都小，则此最大距离就为所求垂直度误差。该方法可在阀门等机械产品的有限元分析的结果中提取出的面对面垂直度误差，检测其是否满足要求，从而判断出阀门在复合工况下的变形对阀门密封性能的影响。在阀门等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阀门设计流程示意图；

图2为本发明实施例中基准线提取示意图。

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阀门阀座的面对面垂直度误差的方法，该方法用于图1所示的阀门设计流程，具体的该方法可以通过以下步骤实现：

步骤1，运用三维建模软件建立阀门的三维实体模型，三维建模软件可以选择CAD；

步骤2，计算步骤1建立的阀门三维实体模型在温度、气压、安装外载、振动环境等复合工况下的阀门有限元模型，进行有限元计算，得到阀门变形后的有限元模型，温度、气压、安装外载、振动环境等数据的获取可以通过本领域技术人员熟知的测算方式，此处不再赘述；

步骤3，在有限元软件中测量出步骤2中得到的变形后的有限元模型中阀座平面上每一节点的坐标，共n个，储存在编制的程序中；

步骤4，在基准面任意选取三个节点，根据这三个节点坐标，确定阀门变形后基准面π₁的平面方程，该基准面法向量为τ₁；

在步骤2得到的阀门变形后的有限元模型中阀芯轴线的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5，在被测阀座平面上任选两节点A、B，并计算A、B两点确定的向量τ₂；

步骤6，根据两个向量τ₁和τ₂可以确定一个平面，计算向量τ₁和τ₂确定的平面的法向量τ＝τ₁×τ₂，由τ和点A或者点B确定平面方程π₂；

步骤7，计算被测阀座平面上各点到平面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_f＜0；

步骤8，重复步骤2至步骤4，得f₂,f₃,…,f_n，其中最小值记为f，将f作为所求面对面垂直度误差，此处多点迭代计算，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阀门阀座的面对面垂直度误差的方法，首先运用CAD技术建立阀门的三维实体模型，通过有限元软件对其进行复合工况下的仿真分析，测得变形后阀座平面所有节点的坐标；运用空间解析几何知识，结合一定的评定方法，确定阀座变形后的基准面的方程及其法向量，然后在被测平面(阀座平面)上任选两点确定一个向量；则两个向量确定一个平面；使得阀座平面上各点到该平面的最大距离比到其他平面都小，则此最大距离就为所求垂直度误差。该方法可在阀门等机械产品的有限元分析的结果中提取出的面对面垂直度误差，检测其是否满足要求，从而判断出阀门在复合工况下的变形对阀门密封性能的影响。在阀门等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)

1.一种用于提取阀门阀座的面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阀门的三维实体模型；

步骤2，计算步骤1建立的阀门三维实体模型在复合工况下的阀门有限元模型，进行有限元计算，得到阀门变形后的有限元模型；

步骤3，选取阀门变形后的有限元模型中阀座平面上n个点；

步骤4，在基准面任意选取三个节点，根据这三个节点坐标，确定阀门变形后基准面π₁的平面方程，该基准面法向量为τ₁；

步骤5，在被测阀座平面上任选两节点A、B，并计算A、B两点确定的向量τ₂；

步骤6，计算向量τ₁和τ₂确定的平面的法向量τ＝τ₁×τ₂，由τ和点A或者点B确定平面方程π₂；

步骤7，计算被测阀座平面上各点到平面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_f＜0；

步骤8，重复步骤2至步骤4，得f₂,f₃,…,f_n，其中最小值记为f，将f作为所求面对面垂直度误差。