一种球头-锥面接头装配密封性优化方法、装置及设备制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种球头

【技术实现步骤摘要】
一种球头
‑
锥面接头装配密封性优化方法、装置及设备


[0001]本专利技术涉及静密封结构
，特别涉及一种球头
‑
锥面接头装配密封性优化方法、装置及设备。

技术介绍

[0002]在球头
‑
锥面结构制造过程中，零件加工和产品装配具有典型的不确定性(例如，按照设计公差对球头和锥面进行加工时，球头和锥面的尺寸和形位误差是不确定的；虽然在加工过程中规定了表面粗糙度，但是表面形貌的微观特征是不确定的；在装配过程中，装配偏斜角是不确定的，且对外套螺母施加一定的扭矩，由于扭矩系数变化和装配不对中等，导致预紧力大小是不确定的)，这必将导致球头
‑
锥面结构的密封性能具有典型的不确定性。现有技术中针对密封的研究没有考虑加工或装配过程中不确定性对密封性能的影响，导致对球头
‑
锥面接头装配密封性的计算准确度较低。

技术实现思路

[0003]本专利技术实施例提供一种球头
‑
锥面接头装配密封性优化方法、装置及设备，用以解决现有技术中针对密封的研究没有考虑加工或装配过程中不确定性对密封性能的影响规律，导致对球头
‑
锥面接头装配密封性的计算准确度较低的问题。
[0004]为了解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案：
[0005]本专利技术实施例提供了一种球头
‑
锥面接头装配密封性优化方法，包括：
[0006]构建用于对球头
‑
锥面接头装配的密封性进行计算的目标有限元模型，所述目标有限元模型与所述锥面接头内表面的粗糙度以及不确定变量相关；
[0007]根据所述目标有限元模型，计算用于表征所述球头
‑
锥面接头装配的密封性的所述球头
‑
所述锥面接头的实际接触面积；
[0008]根据所述实际接触面积，构建响应面模型，所述响应面模型与所述不确定变量以及优化变量相关；
[0009]根据所述响应面模型，确定所述球头
‑
锥面接头装配密封性与所述优化变量的对应关系，并根据所述对应关系优化所述球头
‑
锥面接头装配的密封性；
[0010]其中，所述不确定变量包括：所述球头的尺寸误差、所述锥面接头内表面的尺寸误差、所述球头和所述锥面装配的偏斜角以及所述球头的轴向预紧力；所述优化变量包括：所述球头的半径，和/或，所述锥面接头内锥面的倾角。
[0011]进一步地，所述锥面接头内表面的粗糙度通过以下公式：
[0012][0013]其中，R(τ
x
，τ
y
)为所述锥面接头内表面的微观形貌高度值的系相关函数，且R(τ
x
,τ
y
)＝E{z(x,y)z(x+τ
x
,y+τ
y
)}；E{
·
}表示随机变量的数学期望；τ
x
,τ
y
表示与坐标(x,y)的相对位置；σ为表面粗糙度；β
x
,β
y
分别是x,y方向上的自相关长度。
[0014]进一步地，所述根据所述目标有限元模型，计算用于表征所述球头
‑
锥面接头装配的密封性的所述球头
‑
所述锥面接头的实际接触面积，包括：
[0015]对所述目标有限元模型的锥面接头设置固定约束，对所述目标有限元模型的球头设置轴向压力约束；
[0016]对设置约束后的所述目标有限元模型进行仿真计算，得到所述实际接触面积。
[0017]进一步地，所述根据所述实际接触面积，构建响应面模型，包括：
[0018]对所述实际接触面积进行均匀试验设计，得到样本数据；
[0019]根据所述样本数据，构建所述响应面模型。
[0020]进一步地，所述响应面模型为二阶响应面模型，且所述二阶响应面模型为：
[0021][0022]其中，为近似值；x为所述优化变量，n为所述优化变量的个数；α为只含x的待定系数，且所述待定系数为(n+1)(n+2)/2；ε为随机误差；δ为所述不确定变量，m为所述不确定变量的个数；β为交叉项待定系数，且为只含δ项的待定系数。
[0023]进一步地，所述根据所述响应面模型，确定所述优化变量与所述球头
‑
锥面接头装配密封性的对应关系，包括：
[0024]计算所述响应面模型的拟合精度；
[0025]在所述响应面模型的拟合精度达到预设要求的情况下，根据所述响应面模型，确定所述球头的半径和所述锥面接头内锥面的倾角与所述球头
‑
锥面接头装配密封性的对应关系。
[0026]进一步地，所述响应面模型的拟合精度通过以下方式计算计算所述包括：
[0027][0028]其中，R2为决定系数，用于表征所述响应面模型的拟合精度；k为均匀试验设计的次数；y
i
为所述有限元模型计算的到的计算值；为所述响应面模型计算得到的计算值；为y
i
的平均值。
[0029]进一步地，所述根据所述响应面模型，确定所述优化变量与所述球头
‑
锥面接头装配密封性的对应关系，包括：
[0030]通过所述响应面模型，采用双层嵌套的粒子群优化算法，计算所述优化变量与所述球头
‑
锥面接头装配密封性的对应关系。
[0031]本专利技术实施例还提供了一种球头
‑
锥面接头装配密封性优化装置，包括：
[0032]第一构建模块，用于构建用于对球头
‑
锥面接头装配的密封性进行计算的目标有限元模型，所述目标有限元模型与所述锥面接头内表面的粗糙度以及不确定变量相关；
[0033]计算模块，用于根据所述目标有限元模型，计算用于表征所述球头
‑
锥面接头装配的密封性的所述球头
‑
所述锥面接头的实际接触面积；
[0034]第二构建模块，用于根据所述实际接触面积，构建响应面模型，所述响应面模型与
所述不确定变量以及优化变量相关；
[0035]确定模块，用于根据所述响应面模型，确定所述球头
‑
锥面接头装配密封性与所述优化变量的对应关系，并根据所述对应关系优化所述球头
‑
锥面接头装配的密封性；
[0036]其中，所述不确定变量包括：所述球头的尺寸误差、所述锥面接头内表面的尺寸误差、所述球头和所述锥面装配的偏斜角以及所述球头的轴向预紧力；所述优化变量包括：所述球头的半径，和/或，所述锥面接头内锥面的倾角。
[0037]本专利技术实施例还提供了一种球头
‑
锥面接头装配密封性优化设备，包括：收发器、处理器、存储器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的程序或指令；所述处理器执行所述程序或指令时实现如上所述的球头
‑
锥面本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种球头
‑
锥面接头装配密封性优化方法，其特征在于，包括：构建用于对球头
‑
锥面接头装配的密封性进行计算的目标有限元模型，所述目标有限元模型与所述锥面接头内表面的粗糙度以及不确定变量相关；根据所述目标有限元模型，计算用于表征所述球头
‑
锥面接头装配的密封性的所述球头
‑
所述锥面接头的实际接触面积；根据所述实际接触面积，构建响应面模型，所述响应面模型与所述不确定变量以及优化变量相关；根据所述响应面模型，确定所述球头
‑
锥面接头装配密封性与所述优化变量的对应关系，并根据所述对应关系优化所述球头
‑
锥面接头装配的密封性；其中，所述不确定变量包括：所述球头的尺寸误差、所述锥面接头内表面的尺寸误差、所述球头和所述锥面装配的偏斜角以及所述球头的轴向预紧力；所述优化变量包括：所述球头的半径，和/或，所述锥面接头内锥面的倾角。2.根据权利要求1所述的球头
‑
锥面接头装配密封性优化方法，其特征在于，所述锥面接头内表面的粗糙度通过以下公式：其中，R(τ
x
，τ
y
)为所述锥面接头内表面的微观形貌高度值的系相关函数，且R(τ
x
,τ
y
)＝E{z(x,y)z(x+τ
x
,y+τ
y
)}；E{
·
}表示随机变量的数学期望；τ
x
,τ
y
表示与坐标(x,y)的相对位置；σ为表面粗糙度；β
x
,β
y
分别是x,y方向上的自相关长度。3.根据权利要求1所述的球头
‑
锥面接头装配密封性优化方法，其特征在于，所述根据所述目标有限元模型，计算用于表征所述球头
‑
锥面接头装配的密封性的所述球头
‑
所述锥面接头的实际接触面积，包括：对所述目标有限元模型的锥面接头设置固定约束，对所述目标有限元模型的球头设置轴向压力约束；对设置约束后的所述目标有限元模型进行仿真计算，得到所述实际接触面积。4.根据权利要求1所述的球头
‑
锥面接头装配密封性优化方法，其特征在于，所述根据所述实际接触面积，构建响应面模型，包括：对所述实际接触面积进行均匀试验设计，得到样本数据；根据所述样本数据，构建所述响应面模型。5.根据权利要求1所述的球头
‑
锥面接头装配密封性优化方法，其特征在于，所述响应面模型为二阶响应面模型，且所述二阶响应面模型为：其中，为近似值；x为所述优化变量，n为所述优化变量的个数；α为只含x的待定系数，且所述待定系数为(n+1)(n+2)/2；ε为随机...

【专利技术属性】
技术研发人员：巩浩，刘检华，王凯，赵鹏昊，石嵩，薛奋琪，王有成，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：