直线要素方向公差数学模型的建立.pdf

第2 9 卷第4 期 2 0 1 6 年7 月 机电产品开崖与钓新 D e v e l o p m e n t I n n o v a t io no fM a ch in e r y E l e ct r ica lP I D d l l e t s V o l 2 9 N o 4 J u l 2 0 1 6 文章编号 1 0 0 2 6 6 7 3 2 0 1 6 0 4 0 6 8 0 4 直线要素方向公差数学模型的建立 邱义臻 熊焰 刘方方 宿迁学院机电工程系 江苏宿迁2 2 3 8 0 0 摘要 公差信息是C A D C A M 集成中必需的信息之一 在现行的国家标准中 采用图例及文字说明的 形式来定义公差 适合于手x 设计环境 不适合于计算机的表达 处理以及在各阶段的数据传递 建立直线要素方向公差数学模型 以自由度变动作为直线要素方向公差模型变量 用数学的方式 来描述和解释公差信息中成员的含义 表示直线要素公差域及实际直线要素的变动情况 在计算 机中合理且有效地表示公差信息 有利于C A D C A M 有效集成 自动检测与评定技术的发展 关键词 直线要素 方向公差 自由度 数学模型 中图分类号 T P 3 9 1 7文献标识码 Ad o i 1 0 3 9 6 9 i is s n 1 0 0 2 6 6 7 3 2 0 1 6 0 4 0 2 5 T h eE s t a b l is h m e n to fM a t h e m a t ica lM o d e lo fO r ie l l t a t io nT o l e r a n cef o rL in e a rE l e m e n t Q I UY i Z h e n X I O N GY a h L I UF a n g F a n g S u q ia nI n s t it u t eo f E l e ct r ica la n dM e ch a n ica lE n g in e e r in gD e p a r t m e n t S u q ia nJ ia n g s u2 2 3 8 0 0 C h in a A b s t r a ct T o l e r a n ceiso n eo ft h en e cc s a r vin f o r m a t io nf o rC A D C A Min t e g r a t io n I ncu r r e n tn a t io n a ls t a n d a r d itiss u it a b l ef o rt h em a n u a l d e s ig ne n v ir o n m e n tt Od e f in et h et o l e r a n ceint h ef o r mo ff ig u r e sa n dt e x t b u tn o ts u it a b l et Ob ee x p r e s s e d p r o ce s s e da n dd a t at r a n s f e rinV a s 一 io u ss t a g e sw it hco m p u t e r sS ot h em a t h e m a t ica lm o d e lo fo r ie n t a t io nt o l e r a n cef o rh n e a re l e m e n tise s t a b l is h e d t a k in gD O Fv a r ia t io na Sit s v a r ia b l e u s in gm a t h e m a t ica lm e t h o d st Od e s cr ib ea n de x p l a inm e m b e r so ft o l e r a n cein f o r m a t io n I tisco n d u civ et Ot h ed e v e l o p m e n to fC s u f f icie n tA D C A Min t e g r a t io n a u t o m a t icd e t e ct io na n de v a l u a t io nt e ch n o l o g y K e yw o r d s l in e a re l e m e n t o r ie n t a t io nt o l e r a n ce D O F m a t h e m a t ica lm o d e l 0 引言 实现C A D C A M 有效集成 有利于缩短产品设计周 期 降低产品的成本 提高产品的质量和性能 增强市场 竞争力与提升市场份额 目前 C A D 软件系统的核心就 是一个实体造型器 名义几何信息能够得到很好表达 而 变动几何信息 如公差信息 却是以文本 注解的形式存 储在计算机中 不能用于计算机辅助公差的分析与综合 这阻碍了产品设计的自动化 成为C A D C A M 有效集成 的瓶颈 1 为实现C A D C A M 有效集成 利用计算机辅助 公差分析与综合 必须在计算机中合理有效地表示几何 形体的公差信息 一方面公差信息应以一种数据结构形 式存在 包含于现有的C A D 系统中 另一方面描述与解 修稿1 3 期 2 0 1 6 0 4 1 9 项目来源 2 0 1 1 年江苏省高等教育教改研究立项课题 2 0 1 1 J S J G 0 5 6 2 0 1 5 江苏高校品牌专业建设工程资助项目 P P Z Y 2 0 1 5 C 2 5 2 作者简介 邱义臻 1 9 6 4 一 男 湖北孝感人 副教授 2 0 0 7 年 赴德国德国柏林应用科技大学研修 主要从事机械工程教学l 和研究 释公差信息 必须与公差标准 产品几何规范标准体系G P S 一致 要求完整 有效 准确 建立直线要素方向公差数学 模型 对C A D 系统中包含公差信息的语义作出正确的解 释 从而使之在C A D C A M 集成中发挥重要作用 1 直线要素的方向公差及方向公差带 直线要素方向公差是指实际关联要素相对于基准要 素的实际方向对理想方向的允许变动量 2 1 方向公差分为 平行度 垂直度和倾斜度 在数学表述上 平行度 垂直度 和倾斜度可统一看成是被测要素与基准要素的一种角度 关系 对于具体的直线要素而言 其方向公差有 被测直 线要素相对于基准平面 线对面 方向公差带为在给定 方向上 间距等于公差值t 拟合要素与基准要素保持相 应角度的两平行平面所限定的区域 被测直线要素相对 于基准直线 线对线 方向公差带为在任意方向上 直径 等于公差值拟合要素与基准要素保持相应角度的的圆柱 面所限定的区域 2 公差坐标系的建立及直线要素的自由度 公差坐标系是用来确定直线要素自由度方向 表示 制造业信息化 直线要素相对于公称位置在方向 位置上的变动情况 如 图1 所示 坐标系应建立在直线要素的公称位置上 公差 图l 坐标系及直线要素的自由度 F ig 1C o o r d in a t es y s t e ma n dt h e D o Fo fl in e a re l e m e n t s 坐标系的原点与直线要 素的中心重合 Z 轴为 直线要素的固有方向 即同向自由度方向 X Y 轴方向为基准约束目标 自由度的方向 机械零件的几何要 素既具有类似刚体的自 由度特性 又与刚体的 自由度不同 就是几何要素存在恒定度 3 即自由度数量 总是少于6 个 F 6 一n 式中n 是恒定度 所谓恒定度就 是几何要素沿某方向运动 平动或转动 时不产生新的实 体 直线要素具有两个平移自由度 L T 和两个转动自 由度 R R 3 直线要素基于自由度变动的数学表示 机械零件是由构成其几何特征的若干点 线 面构成 的 几何要素沿平移自由度方向上的位置变动引起尺寸 偏差 沿旋转自由度上的位置变动 引起角度偏差 而微 量变动可引起平行度 垂直度和倾斜度等方向偏差 4 因 此 直线的变动方程均可以通过其自由度变动表示出来 因此可以将各自的自由度变动定义为实体模型或特征模 型的设计变量 名义直线 0 X 磐一 图2 亘线及其变动形式 F ig 2L in e a ra n dit sch a n g ef o r m 如图2 a 所示 对于长为a 的线段 其公称直线要素 的方程为 f x 0 iv Y o 1 如图2 b 所示 设实际被测直线要素在其4 个自由 度X Y 仪 p 方向的变动分别为d d y d d 邮 则其变动 方程为 x d x z d p 2 y d y z d ct 写成直线要素的一般表示形式 f A l x B 1 y C t z D 1 2 0 A 2 x B 2 y C 2 z D 2 0 3 式中 A l 1 B 1 0 C 1 一d is D l d x A 2 0 B 2 l C 2 一 d a D l d y o 4 直线要素方向公差数学模型 机械零件上直线要素的方向公差是指 被测直线要 素相对于基准的实际方向对理想方向允许变动量 因此 建立直线要素方向公差数学模型 就是数学的方式来描 述和解释公差信息中成员的含义 一是直线要素公差域 的形成与表示 二是变动后平面要素的形成与表示 4 1 直线要素平行度公差的数学模型 直线要素平行度公差表示机械零件上被测直线要 素 相对于基准要素保持距离的状况 如图3 所示 零件 的厚度为f 图3 a 为被测直线要素相对于基准平面 线 对面 给定方向平行度公差要求 图3 c 为被测直线要素 相对于基准直线 线对线 任意方向平行度公差要求 它 们的公差区域分别如图3 b 图3 d 所示 对于图3 f a l 图3 b 昕示 线对面平行度公差要求 I 宜 车 爹爹 之 b 澎 a Z v d 图3 直线要素的平行度要求及公差区域 F ig 3 T h el in e a rp a r a l l e l is md e m a n da n dt o l e r a n cez o n e s 域 其位置是浮动的 因此 可以很方便地确定被测直线 要素的变动范围 即得出被测要素给定方向 线对面 平 卜绌s 争 4 t 愕 d 1 B t 2 z 一 d z 2 5 翟鬣 制造业信息化 对于图3 c 图3 d 所示 线对线平行度公差要求 其公差带为直径等于公差值t 圆柱面所限定的区域 其 位置是浮动的 因此 可以很方便地确定被测直线要素的 变动范围 即得出被测要素给定方向 线对线 平行度公 差的数学模型为 被测直线要素的变动范围 一 d d s 寺 一寺 d p 茎寺 6 一 sd s 一 曼d y s 被测直线要素的约束范围 一t 冬a x z d f j 丁t t d y z 舨曼 7 X dx 2d13 2 dy zdx 2s 导 求出基于自由度被测直线要素的变动和约束以后 按照一定的分布规律取值 即可求得机械零件上被测直 线要素的变动情况 4 2 直线要素垂直度公差的数学模型 直线要素垂直度公差表示机械零件上被测实际直线 要素相对于基准要素保持9 0 夹角的状况 如图 4 所示 图4 a 为被测直线要素相对于基准直线 线对线 给定方 向垂直度公差要求 图4 c 为被测直线要素相对于基准 平面 线对面 任意方向垂直度公差要求 它们的公差区 域分别如图4 b 图4 d 所示 b Z j 黟 c d 图4 直线要素的垂直度要求及公差区域 F ig 4T h el in e a rp e r p e n d icu l a r it yd e m a n da n dt o l e r a n cez o n e s 对于 4 a 4 b 所示 线对线垂直度公差要求 其公 差带为间距等于公差值t 两平行平面所限定的区域 其 位置是浮动的 由于公差区域相同 根据上节相同的方 法 得出被测要素给定方向垂直度公差6 J 数学模型为 7 0 被测直线要素的变动范围 声躯专 l 一万t 冬d B 冬寺 一手s 拼z 邮s 手 9 法 得出被测要素任意方向垂直度公差的数学模型为 一 寺 d a 冬寺 一寺 d B s 寺 1 0 一手地 一手 d y s 一 茎d z d p 一 d y z d 0 冬手 1 1 v d x 2 d 1 3 2 d y z d x 2 1 5 m 这样托车的宽度为3 m 左右 仍然具有巷道内装 载 通行的便利性和转弯灵活性 生产应用中 可以用采面上部回风巷的移动变电站 电源给托车供电 利用该托车方便地展开支架以及刮板 运输机相关部件的运进或运出工作 从而给工作面布置或 转移带来较大的帮助 1 2 组装的方法原理 为了给搬运的装卸车带来方便 组装时 仍旧按照掘 进机上的部件组合方式 泵站与油箱前后纵向连接 操纵 台与电气控制箱前后纵向链接方案 只是把二者由两侧合 拢到左侧 当然也可以是右侧 另一侧作为运载平台 如 图1 所示 而已 具体操作 先把履带吊装摆放在大致位 置上 然后利用人工抬起或用滑轮吊起自制的托车主体 板材 把左右履带连接到耳板螺栓孔上 再把泵站一油箱 和操纵台一电气控制箱分别连接到托车对应的耳板上 然 后链接上电缆和油管即可 上 三 i 尘工 1 操纵台2 电气控制箱3 履带4 托车承栽板5 泵站油箱组件 图l 自移式搬运托车组织原理图 F ig 1T h eO r g a n iz a t io nP r in cip l eo ft h eA u t o m o v in gH a n d l in g T r a il e r 2 安全保障措施 1 履带行走机构本身具有很好的低速稳定性 E B Z l 6 0 为0 6 米 分 和可靠的防滑制动装置 2 为了保证操作人员的安全 设计时我们安排泵站一 油箱组件在里 操纵台在外的同侧设置 3 在托车钢板上可以设置固定支架或大件设备如采 煤机部件 刮板机减速器的螺栓孔以及捆绑挂钩 4 具有完善的电气保护装置 5 对于原掘进机上未用的其他液压管口和电缆裸露 接头要妥善封堵包扎或予以拆除 6 为了安全 装载的部件要尽可能放稳放平 重心 放置合理 装卸载时托车要停车停电 司机不准坐在操作 台上 7 托车开动前 要检查装车情况及履带前方是否有 障碍物 并发出警示信号 移动过程中尽量不要急转弯 司机不准跳上跳下 未尽事宜 参照搬运条件和掘进机操作规程灵活而 定 3 结束语 利用掘进机自身对井下特殊作业环境很好的适用 性和自身特点 为井下大件设备搬运提供方便 减少工 人的劳动强度并保证作业效率 这里采用的是关键部件 组装法 旨在给现场生产实践提供技术支持 为今后根 据实践的效果生产制造专用的自移式托车打下坚实的 基础 参考文献 1 黄颖辉 等 矿山机械使用与维修田 中国矿业大学 2 0 1 4 8 2 劳动部 综采维修钳工 M 煤炭工业出版社 2 0 0 5 3 煤炭安全技术培训教材 综掘进机司机 M 煤炭工业出版社 2 0 0 3 4 J 劳动部 液压支架修理工 M 煤炭