一种狭小空间下动态配合间隙的精密测量方法及设备技术

本发明专利技术公开了一种狭小空间下动态配合间隙的精密测量方法及设备。该方法包括：为待测零件安装柔性铰链结构，利用柔性铰链结构测量待测零件的间隙，其中，柔性铰链结构的结构参数的确定需考虑到待测零件尺寸、测量空间、固有频率、最大应力、静态误差等限制条件，并且需要对柔性铰链结构的位移放大比进行修正；另外本申请还设计了“轴向双排、周向多点”的传感器布局方法。本发明专利技术基于柔性铰链结构的位移导出、放大功能，实现了狭小空间下动态配合间隙的高精度测量。的高精度测量。的高精度测量。

【技术实现步骤摘要】
一种狭小空间下动态配合间隙的精密测量方法及设备


[0001]本申请涉及机械装备
，更具体地，涉及一种狭小空间下动态配合间隙的精密测量方法及设备。

技术介绍

[0002]在复杂装配体中，零部件装配关系复杂，装配结构紧凑，装配体内未留有足够的测量空间，对于配合构件之间存在相对运动的配合间隙，难以在配合构件运动状态下对配合间隙进行精密测量。因此，研究狭小空间下动态配合间隙的精密测量方法具有重要意义。

技术实现思路

[0003]针对现有技术的至少一个缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种狭小空间下动态配合间隙的精密测量方法及设备，基于柔性铰链结构的位移导出、放大功能，实现了狭小空间下动态配合间隙的高精度测量。
[0004]为实现上述目的，按照本专利技术的第一个方面，提供了一种狭小空间下动态配合间隙的精密测量方法，为待测零件安装柔性铰链结构，利用所述柔性铰链结构测量待测零件的间隙，其中，所述柔性铰链结构的结构参数的确定包括：
[0005]根据待测零件尺寸和测量空间设置所述柔性铰链结构的参数初始值；
[0006]基于所述参数初始值进行所述柔性铰链结构的仿真，校核所述参数初始值是否使得所述柔性铰链结构满足固有频率限制条件、最大应力限制条件、静态误差限制条件，若不满足上述限制条件中的任意一个，对所述参数初始值进行调整，直至调整后的参数使得所述柔性铰链结构满足上述所有限制条件，对所述柔性铰链结构的位移放大比进行修正，基于修正后的位移放大比进行间隙测量。
[0007]进一步地，所述柔性铰链结构包括固定端、测量杆和用于连接所述固定端、所述测量杆的铰链，所述利用所述柔性铰链结构测量待测间隙包括：
[0008]在所述柔性铰链结构的测量杆上布置测量探针和传感器，所述测量探针的位置相对于所述传感器的位置更靠近所述铰链，将所述传感器测量的所述测量杆的振幅转换为待测间隙的长度。
[0009]进一步地，所述布置传感器包括：
[0010]在所述柔性铰链结构的测量杆轴向设置至少两个间距大于预设值的测量截面，在每个所述测量截面设置至少三个测量点，在每个所述测量点布置传感器。
[0011]进一步地，所述柔性铰链结构参数包括a、b、t、R、l0，l1，l2，l3，a表示所述固定端的高度，b表示所述固定端的宽度，t表示所述铰链的厚度，R表示所述铰链的圆弧半径，l0表示所述测量杆的长度，l1表示所述铰链到所述测量探针布置点的距离，l2表示所述铰链到所述传感器布置点的距离，l3表示所述铰链到所述固定端的距离。
[0012]进一步地，所述静态误差的计算包括：
[0013]以所述测量杆处于静止状态时与所述测量杆垂直的方向作为y轴，以所述测量杆
处于静止状态时沿所述测量杆长度方向作为x轴，以笛卡尔坐标系右手定则确定垂直于xoy平面的方向为z轴，所述柔性铰链结构在所述测量探针处受y方向测量力作用后，所述柔性铰链结构在扭矩作用下的转动位移的理想测量值记为y
M
，铰链y方向受力弯曲变形y
F
、测量杆y方向受力弯曲变形y
C
，在传感器布置点的三部分位移分别为：
[0014][0015]式中，F为所述测量探针处测量力，为所述铰链绕z轴的转动刚度，为所述铰链沿y轴的移动刚度，E为所述柔性铰链结构材料弹性模量，I
z
为测量杆对z轴的转动惯量。
[0016]理想测量值与两种误差的比值为：
[0017][0018]误差相对值与铰链厚度t5/2成正比，与高度a3、铰链圆弧半径R3/5成反比。
[0019]进一步地，以所述测量杆处于静止状态时与所述测量杆垂直的方向作为y 轴，以所述测量杆处于静止状态时沿所述测量杆长度方向作为x轴，以笛卡尔坐标系右手定则确定垂直于xoy平面的方向为z轴，所述固有频率包括所述柔性铰链结构在z轴方向上振动的固有频率和在y轴方向上振动的固有频率；
[0020]所述柔性铰链结构在z轴方向上振动的固有频率的计算包括：
[0021]在z轴方向上，将所述柔性铰链结构用两个转动刚度分别为k1、k2的串联单自由度系统进行等效；
[0022]根据两个单自由度系统的转动刚度计算串联系统的绕z轴的等效转动惯量；
[0023]根据串联系统的绕z轴的等效转动惯量计算串联系统在z轴方向上振动的固有频率，将串联系统在z轴方向上振动的固有频率作为所述柔性铰链结构在z 轴方向上振动的固有频率；
[0024]所述柔性铰链结构在y轴方向上振动的固有频率的计算包括：
[0025]在y方向上，将所述柔性铰链结构视为由简支梁与悬臂梁相结合的等效简支梁，将等效简支梁在y轴方向上振动的固有频率作为所述柔性铰链结构在y 轴方向上振动的固有频率；
[0026]调整后的参数使得所述柔性铰链结构满足其在z轴方向上振动的固有频率和在y轴方向上振动的固有频率均大于激励频率与预设阈值之和。
[0027]进一步地，所述柔性铰链结构在z轴方向上振动的固有频率f为：
[0028][0029][0030]式中，ρ为材料密度；
[0031]所述柔性铰链结构在z轴方向上振动的固有频率f
等效
为：
[0032][0033]式中，I为悬臂梁对z轴的惯性矩，I＝ba3/12，A为悬臂梁截面积。
[0034]进一步地，所述最大应力的计算包括：
[0035][0036]式中，σ
max
为所述最大应力。
[0037]进一步地，所述对所述柔性铰链结构的位移放大比进行修正包括：
[0038]利用近似修正公式，对所述柔性铰链结构的位移放大比误差进行修正：
[0039][0040]其中，A1为所述柔性铰链结构在位移输出点的理论振幅，A3为所述柔性铰链结构在位移输出点的实际振幅，为根据所述柔性铰链结构确定的定值，ω为输入端激励频率。
[0041]按照本专利技术的第二个方面，还提供了一种狭小空间下动态配合间隙的精密测量设备，包括至少一个处理单元、以及至少一个存储单元，其中，所述存储单元存储有计算机程序，当所述计算机程序被所述处理单元执行时，使得所述处理单元执行上述任一项所述方法的步骤。
[0042]总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：
[0043](1)综合考虑待测零件尺寸、测量空间、固有频率、最大应力、静态误差等限制条件，调整柔性铰链结构参数，并对柔性铰链结构位移放大比进行修正，结合修正后的放大比，计算配合间隙，可以实现狭小空间下动态配合间隙的高精度测量。
[0044](2)还提出了“轴向双排、周向多点”的传感器布局方法，可以进一步提高狭小空间下动态配合间隙的测量精度。
附图说明
[0045]为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种狭小空间下动态配合间隙的精密测量方法，其特征在于，为待测零件安装柔性铰链结构，利用所述柔性铰链结构测量待测零件的间隙，其中，所述柔性铰链结构的结构参数的确定包括：根据待测零件尺寸和测量空间设置所述柔性铰链结构的参数初始值；基于所述参数初始值进行所述柔性铰链结构的仿真，校核所述参数初始值是否使得所述柔性铰链结构满足固有频率限制条件、最大应力限制条件、静态误差限制条件，若不满足上述限制条件中的任意一个，对所述参数初始值进行调整，直至调整后的参数使得所述柔性铰链结构满足上述所有限制条件，对所述柔性铰链结构的位移放大比进行修正，基于修正后的位移放大比进行间隙测量。2.如权利要求1所述的一种狭小空间下动态配合间隙的精密测量方法，其特征在于，所述柔性铰链结构包括固定端、测量杆和用于连接所述固定端、所述测量杆的铰链，所述利用所述柔性铰链结构测量待测间隙包括：在所述柔性铰链结构的测量杆上布置测量探针和传感器，所述测量探针的位置相对于所述传感器的位置更靠近所述铰链，将所述传感器测量的所述测量杆的振幅转换为待测间隙的长度。3.如权利要求2所述的一种狭小空间下动态配合间隙的精密测量方法，其特征在于，所述布置传感器包括：在所述柔性铰链结构的测量杆轴向设置至少两个间距大于预设值的测量截面，在每个所述测量截面设置至少三个测量点，在每个所述测量点布置传感器。4.如权利要求2所述的一种狭小空间下动态配合间隙的精密测量方法，其特征在于，所述柔性铰链结构参数包括a、b、t、R、l0，l1，l2，l3，a表示所述固定端的高度，b表示所述固定端的宽度，t表示所述铰链的厚度，R表示所述铰链的圆弧半径，l0表示所述测量杆的长度，l1表示所述铰链到所述测量探针布置点的距离，l2表示所述铰链到所述传感器布置点的距离，l3表示所述铰链到所述固定端的距离。5.如权利要求4所述的一种狭小空间下动态配合间隙的精密测量方法，其特征在于，所述静态误差的计算包括：以所述测量杆处于静止状态时与所述测量杆垂直的方向作为y轴，以所述测量杆处于静止状态时沿所述测量杆长度方向作为x轴，以笛卡尔坐标系右手定则确定垂直于xoy平面的方向为z轴，所述柔性铰链结构在所述测量探针处受y方向测量力作用后，所述柔性铰链结构在扭矩作用下的转动位移的理想测量值记为y
M
，铰链y方向受力弯曲变形y
F
、测量杆y方向受力弯曲变形y
C
，在传感器布置点的三部分位移分别为：式中，F为所述测量探针处测量力，为所述铰链绕z轴的转动刚度，为所述铰链沿y轴的移动刚度，E为所述柔性铰链结构材料弹性模量，I
z
为测量杆对z轴的转动惯量。理想测量值与两种误差...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢文龙，黄凡康，许晋，程燕，曹志晨，李洪武，张玉东，张强，王乐，李亮，郭静，邹天刚，胡铮，
申请(专利权)人：中国北方车辆研究所，
类型：发明
国别省市：