一种改进利用设计误差建模改进装配性能的方法技术

本发明专利技术提供一种利用设计误差建模改进装配性能的方法，包括：确定形状公差范围；检测/设计所述公差范围内的表面误差分布形态；根据所述表面误差分布形态，建立表面误差模型，及相应包含误差的零件模型和装配体模型；将多个所述装配体的误差模型，进行装配精度和力学性能分析；根据所述装配精度和力学性能分析的结果，得出所述公差范围内最佳几何精度和最佳力学性能对应的表面误差分布形态。利用本申请中的方法，不仅可以提升装配性能，还能依据特定需求设计误差形态，以达到装配性能更优良的效果。

【技术实现步骤摘要】
一种改进利用设计误差建模改进装配性能的方法
本专利技术涉及机械设计加工
，具体地，涉及一种在设计阶段建立符合要求的误差模型，从而对该误差造成的装配几何精度和力学性能进行评估，最终得到最佳的产品。
技术介绍
机械产品一般都由多个零部件装配构成，零件之间通过装配结合面接触，由螺钉连接在一起。在进行装配体的几何精度、力学性能分析时，各个零件的装配结合面是影响到装配性能的关键因素。传统的设计方法为某个特征设计相应的公差，如给某个平面设计平面度公差，但传统的设计并不考虑该平面在平面度公差内的误差分布状态，即设计阶段只是将零件的装配结合面视为理想的平面，这也就造成了相同公差要求的零件，其表面的误差分布形态不同，如图1，图2、图3示出了现有装配结合面中的误差形态。图1表示的抛物面形的误差形态。图2表示的正弦形的误差形态。图3表示的马鞍形的误差形态。(图1、2、3中均为将结合面中的点进行X、Y、Z坐标登记，以记录装配结合面形状。)这也就导致了某些情况下，即便形状公差达到要求，但是装配性能依旧不佳。
技术介绍
部分的内容仅仅是专利技术人所知晓的技术，并不当然代表本领域的现有技术。
技术实现思路
为了解决改进现有机械产品中装配性能，本申请提出了一种利用设计误差建模改进装配性能的方法。具体地，该方法包括：确定形状公差范围；获得所述形状公差范围内的形状误差；根据所述形状误差确定表面误差分布形态；根据所述表面误差分布形态，建立零件误差模型，及相应的装配体的误差模型；将多个所述装配体的误差模型，进行几何精度和力学性能分析；根据所述装配几何精度和力学性能分析的结果，得出最佳几何精度和最佳力学性能对应的表面误差分布形态。进一步地，通过检测已加工装配件的表面，得到所述已加工装配件表面的误差分布形态，由所述已加工装配件的表面误差分布形态分离系统误差和实际随机误差，由所述系统误差分离出所述形状误差。进一步地，检测所述已加工装配件表面，得到所述已加工装配件的表面误差分布形态的方法为通过三坐标测量机或激光跟踪仪进行装配件表面不同位置点的位置信息测量，并记录各表面点的位置信息，形成已加工零件的表面误差分布形态。进一步地，分离所述系统误差和所述实际随机误差的方法为，利用曲面回归分析模型和最小二乘法拟合包含系数的确定性曲面，定义所述表面点到所述确定性曲面的法向距离为残差，当第一系数所述确定性曲面上所有表面点的残差的总体平方和趋于最小，且服从空间独立性分布时，所述第一系数的确定性曲面为系统误差曲面。进一步地，定义不存在误差的装配件加工面为理想平面，将所述系统误差所在平面与所述理想平面对比，未在所述理想平面内的表面点为形状误差点，所述形状误差点形成形状误差曲面。进一步地，获得所述公差范围内的形状误差包括：设计误差曲面；对各不同曲面进行离散，以得到离散后的各设计位置点；在所述各设计位置点中，增加特定随机误差，得到所述形状误差。进一步地，获得所述平面度公差范围内的特定的所述形状误差还包括平面度误差的调整。进一步地，利用有限元分析法，分析多个所述装配体的误差模型的几何精度和力学性能，进而得到最佳几何精度和最佳力学性能所对应的表面误差分布形态。进一步地，所述几何精度包括同轴度、平行度、垂直度，所述力学性能包括应力、应变、变形和接触均匀性。本申请提供的方法在设计阶段就考虑装配结合面上可能出现的误差大小及误差分布形态，通过分析装配后的几何精度力学性能，可以根据需求(如装配的几何精度要求、力学性能指标等)来确定装配结合面的最佳误差大小和误差形态分布，并且可以根据最优的性能得到对应的装配工艺参数(如预紧力、配合角度等)。在设计阶段就为实现最优性能的产品提供了参考。本专利技术的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。附图说明图1为本专利技术背景中的抛物面形的误差形态。图2为本专利技术背景中的正弦形的误差形态。图3为本专利技术背景中的马鞍形的误差形态。图4为本专利技术利用设计误差建模改进装配性能方法的主要流程图示。图5.1-5.5为本申请已加工装配面的的形状误差分离过程，其中5.1为检测的装配件表面的原始点云坐标图；图5.2为剔除异常坐标点后的点云坐标图；图5.3为分离系统误差和随机误差，其中方格轮廓范围内的为系统误差，黑色点状的为随机误差；图5.4为形状误差曲面；图5.5为随机误差曲面。坐标计量单位均为10-3米。图6.1-6.4为本专利技术基于功能需求的形状误差分布形态的主动设计模型。其中图6.1为设计的抛物面类型的装配件结合面离散后的各点云坐标；图6.2为添加随机误差后的各点云坐标；图6.3、6.4为利用Matlab或Python等编程软件建立的确定性曲面过程。建立曲面的软件或方法可有多种，对此不做限制。图7.1-7.3为本专利技术第三实施例中的建立装配件误差模型，进行力学性能和装配精度分析。其中图7.1为建立利用误差曲面建立装配件误差模型；图7.2为装配整体模型；图7.3为力学性能和装配精度分析。具体实施方式以下结合附图和实施例，对本专利技术的具体实施方式进行更加详细的说明，以便能够更好地理解本专利技术的方案以及其各个方面的优点。然而，以下描述的具体实施方式和实施例仅是说明的目的，而不是对本专利技术的限制。特别需要指出的是，所有类似的替换和改动对本领域技术人员来说是显而易见的，它们都被视为包括在本专利技术。本专利技术的方法及应用已经通过较佳实施例进行了描述，相关人员明显能在不脱离本
技术实现思路
、精神和范围内对本文所述的方法和应用进行改动或适当变更与组合，来实现和应用本专利技术技术。利用设计误差建模改进装配性能方法的主要流程在以往的研究中，误差分布形态指某些数值的统计结果，如零件表面的Z坐标在全局范围内服从正态分布、瑞利分布等；但这些统计特性分布并不能表达出误差的形态。装配性能主要受到宏观的形状误差的影响，因此本申请主要讨论如何通过形状误差的分析建模达到改进装配性能的目的。图4为本专利技术利用设计误差建模改进装配性能方法的主要流程图示。由图4可知，初步选择形状公差公差范围，根据形状公差范围内的大小和形态，先获得形状误差，再根据形状误差确定表面误差分布形态。其中获得形状误差的方法有两种。一为检测已加工零件的表面，获得点云1坐标。此时即为实际零件的表面误差分布形态。但是还需对误差进行分离，将该误差分为加工造成的具有重复性的系统误差和随机产生的随机误差。并将系统误差作为主要误差再进行分离，形成形状误差和位置误差。二为主动设计形状误差和对应的表面误差分布形态：首先设计曲面类型，离散曲面产生点云2坐标，该点云2坐标中均为形状误差，在其中添加随机误差后，即可得到误差表面点云坐标，即设计的表面误差状态。由图4可知，建立的表面误差形态后，还需进行零件误差模型建立，进而进行对应的装配体模型的建立，再经过几何精度和力学性能分析，得到最佳几何精度和力学性能下对应的表面误差形态。由此方法便可本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种利用设计误差建模改进装配性能的方法，其特征在于，包括：/n确定形状公差范围；/n获得所述形状公差范围内的形状误差；/n根据所述形状误差确定表面误差分布形态；/n根据所述表面误差分布形态，建立零件误差模型，及相应的装配体的误差模型；/n将多个所述装配体的误差模型，进行几何精度和力学性能分析；/n根据所述装配精度和力学性能分析的结果，得出最佳几何精度和最佳力学性能对应的表面误差分布形态。/n

【技术特征摘要】
1.一种利用设计误差建模改进装配性能的方法，其特征在于，包括：
确定形状公差范围；
获得所述形状公差范围内的形状误差；
根据所述形状误差确定表面误差分布形态；
根据所述表面误差分布形态，建立零件误差模型，及相应的装配体的误差模型；
将多个所述装配体的误差模型，进行几何精度和力学性能分析；
根据所述装配精度和力学性能分析的结果，得出最佳几何精度和最佳力学性能对应的表面误差分布形态。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过检测已加工装配件的表面，得到所述已加工装配件表面的误差分布形态，由所述已加工装配件的表面误差分布形态分离系统误差和实际随机误差，由所述系统误差分离出所述形状误差。


3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，检测所述已加工装配件表面，得到所述已加工装配件的表面误差分布形态的方法为通过三坐标测量机或激光跟踪仪进行装配件表面不同位置点的位置信息测量，并记录各表面点的位置信息，形成已加工零件的表面误差分布形态。


4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，分离所述系统误差和所述实际随机误差的方法为，利用曲面回归分析模型和最小二乘法拟合包含系数的确定性曲面，定义所述表面点到所述确...

【专利技术属性】
技术研发人员：张之敬，肖木峥，郭欢，金鑫，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：北京;11