复杂装配尺寸链的分析计算

1、|普 http:/www.cqvip.CQm制造工艺/工艺装备现代制造工程200E年第4期复杂装配尺寸链的分析计算蔡延波，轉增强,李志成(西北工业大学机电学院，西安710072摘要;针对逐杂装配尺寸讎井析计算需要解决的关键问题，提出童杂装配尺寸锚的计算方法及星丁特征的装配信息模 型®该模型由装配单元.装配单元与子装配单兀之间的从属关系、装配单元之间的约束关系利霉件的届性组成口基于模 型,给出装配尺寸億的自动牛咸算法口產于同联空间表示医对装配尺寸饋进行表示,能直观方便地分析装配误菇累积和 楼递对装配尺寸链封闭环的影晌。关键词:菠配尺寸链;装配信息建模:特征申图分类号:TH 164 立献

2、标识碑：A文章编号；ie7J3133( 2008 ) 04-008104The research of complex assembly dimensionalchain analyses and calculationCai Yf Cao Zeng-qiang, Li Zhi-；heng(Coiipge of Mechanical and Electrical Engineering, WortiiweatHmPolylechnieal Universiiy TXfan 710072,CUN)Abstract；Piysjeni 包 &yelcin mclhod aims al the

3、 key technique that needs solevnd in assembly dimension chitin culculaiion. Pres- enla asscimbly information modfll baser! on fealiirctThi5 model includes ihrsc data ； nfliliaiior lietwecn asaembly-cellst consiraini between assembly 'tells T and allribulcfi cf parts. Bacd an assembly model, pres

4、enl cd an alorilhm I hat can generate ucmbly tolerance rham. In Older to HnoJyEg Assembly error accumulaiicn and transfer inilucnct io rloecd loop of assemble dimcnsiOfial chain tae$cmbly lolcrflncc chain represented by vector.Key words - Aascmbly Himcjision chair AbacinbLy information modeling；Feal

5、urt#|普 http:/www.cqvip.CQm#|普 http:/www.cqvip.CQm0引盲产品设计制造过程中，如何分析零件之闾的尺寸 关系以及保证产韶的装配稱度和技术要求的问题，在 很大程度上可以归结为对尺寸链问题的分析研究。 在产品装配中可以借助尺寸链技术来对装配精度进 行评定和分析。公差分配和分析所需的设计函数也 需要借助装配尺寸琏来農得要进行尺寸链的分析计算就要先生成装配尺寸 锥。装配尺寸链的自动生成是计算机辅助尺寸链分 析计算中的关键技术现有的装配尺寸链的自动 生成大劣数停留在一维装配尺寸链分析计算上，在验 证中所引用的实例都是非常简单的轴类装配件'零件 数目只有

6、几个。目前只有极少数的文献在论述中说 明其理论可以推广到二维乃至三维尺寸讎的计算机 分析计算上，但苴实际可应用性还有待进-步提髙。 但是对于飞机产品而言，结构复杂、机构运动关系繁 多，尺寸链数日和尺寸链中包含的组成环爹，尺寸链 大多为平面尺寸链或空间尺寸链的复杂装配尺寸链 的分析计算目前还鲜有文献介绍。笔者通过对宣杂装配尺寸链的分析研究，提出以 面向复杂装配尺寸链生成的装配信息模世为甚础，完 成装配尺寸链的自动生成，能更好地解决复杂装配尺 寸链分析计算问题。1复杂装配尺寸链的分析计算的主要内容L1装配信息模型的建立装配信息模型的建立是装配尺寸链生成的基础， 作者在研究信息模型的基础上提岀了针对

7、复朵装配 进行尺寸链生成的装配信息模型。1.2尺寸链自动生成尺寸链自动生成要解决的问题包插封闭环的确 宦、组成环的查找、组成坏增减性的判定、设计函数的 生成、装配尺寸链的向眞表示等。现代制造T程200&年第4期L3尺寸链的计算抿据生成的设计函數，将数据库中的尺寸公恙代 人其中，可以计算岀封闭环尺寸公差。2装配信息模型装配尺扌链的土成依赖于装配怡息的表达厂个 模型对装配信息表迖完备与否是圧常車要的，4接决 企着装配尺寸钮能否自动主成住因此装配信息模型 是装配尺寸链捜索及自动建立的基础。装配信息模 型中不仪要过含建立及搜索装配尺寸讎的尺寸及公 羞信息坯要育装配零/部件之间的装配关系信 息&

8、quot;本丈提出了基于持征的装配模型，逢立包含产品 所冇装配单元与尺寸、公崖等特征之耐的关联信息的 装配模型。在该模型中将零件描述为特征的集合。 山于本文主要进行尺勺链的分析计算，因此建立的装 配撲战中的特征只鬧要与公是分析相关的持征即可。 装配信息模塑由装配单元、装配单元与子装配单元之 间的从属关系、装配单元之间的约束关系和零件的属 性组成，如图1所7K齿轮勺轴装配而成的部件,它的装 配信息模型如图2所示.图1屮;-表示从属关系;- 表示约束关系;表示属性°图I悔轮与轴的部件袈杞2.1从属关系从E机结构装配过程分析，飞机结构装配过崔 为；由零件装配形成纽杵，纽件零件装配形成段件:

9、 段件、纽件、零件装配形成部件；部杵、段件、组件、零 件装配形成飞机结构,其装配过程是逐层向I、按照 定的装配纯東黄系和装配层次关系进行装配“制造工苦/工艺装备自由& 5-.3 6f X$J f 吉、迫向國应 崗面 筒向崗应I图2齿轮叼轴的部信息榄型在装配过程中装配单元之泗必须遵守一定的装配妥 茨和装配层次，即从属芜系，皿以用装配树来描述。 2.2约束关系装配单元之间的约束关系采用一个三元组来实 现，即/二(56川)，装配单元«和b之间存在约束R, 属性装配单元之间的约束关系R根摇公卑分 析和综合的要求分为定位艾系和非定位关系口定位关系的属性主要描述装配单元之间约束的 尺寸或

10、角度川i非定位艾系的厲性仅描述装配单尤之 间是否存在约束关系定位关系通常是尺寸锥中封 闭坏产生的位置叭 图2中挡圈2与齿轮之间的约束 关系为非定位关系。2.3零件的属性零件是山尺寸、公着零信息为属性而构成的勺为 了满妃公差分析和综合的信息需求，本文的零件属性 包含尺寸、公差第信息。尺寸是零件的一个属性，而 公差被认为是尺寸的属性口寒件的属性町以用下列 公式来表示：V ( PrD) attribute-of(D,PV (x)xubattubute - cf(D,x)A (i g j b'pper - Deviation,Ijou-erDeviasioTi)式中：严为零件；D为尺J'

11、; Up呻-Deviation Lour - 分别表爪尺寸D的上偏蔓和F偏差W3装配尺寸链的自动生成装配尺寸链是产品或部件在装配过程中山相关 零件的有关尺寸表面或者轴线距离)或相互拉證关 系(平行度、垂直度或同轴度等)所纽成的尺寸链。由 一个封闍环和若干个纽成环所拘成的尺寸链呈封闭 图形口而貝，封闭环不能独立变化，而是在装配过程 完成后形成的其各组成环不是在同一个増件上的尺 N而是与装配精度有关的各零件上的相关的尺扌, 组成环中任何一个尺J的变化，都彫响封闭环的大小84| 维普资讯 制遥工艺/工艺裝备现代制造工程2008年第4期85| 维普资讯 #| 维普资讯 图3尺寸链示意图和变动范围口当封

12、闭环确定后，就需更决定影响封闭 环尺寸的所有组成环尺寸和機限偏建佝®打 11装配尺寸讎的生成装配尺寸链的生成依赖于零件间配合关系信息 和零件内部的尺寸信息的表达和存储"。在基丁特 征的装配信息模型中，装配单元之间的约束关系、从 属黄系存储r装配体实体部分中所有装配单元之间 的配合信息，零件属性部分存储r零件的尺寸及其公 差信息通过对装配体中的约束关系和从展关系的 存储、搜索和分析，将很方便地查明相应的装配尺寸 链的纽成“装配尺寸链的生成过程如下"1) 确定存在尺寸链的装配单元，比如：在某牛零 件下可能存在装配尺寸链，则确定在此装配单元节点 下搜索尺寸锥的锥环。2)

13、 寻找存在尺寸约束关系的蘭个子装配单元，并 将它们作为起始装配单元和终止装配单元“3) 查找起始装配单无的其他约束关系，如果存在 其他约束，继续査找其他装配单元；如果不存在其他 約束，则终止尺寸链的查找。SM1)O4) 当査找的装配单元的标识符和名称与终止装 配单元一致时，终止尺寸链的查找Q当搜索了所有节 点后没有装配单元的标识符和名称与终止装配单元 一致则终止尺寸链的查找，薫复步骤I儿合)建立装配单元纽成回路。的选择尺寸链的环，判断増减性，逢立尺寸薙 方程口战图2所示齿轮与轴的部件装配为例，其裝配尺 寸链生成过程如下口(1 )选定部件町能存在的装配尺寸链.(2) 血属于齿轮与描圈2之间存在的

14、尺寸约束关 条以势圈2为起始装配单元，齿轮为终止装配单元。(3) 抿据侔尺寸约束査找其他零件组成装配回 路，装配冋路为:掛圈監卡圈，軸，挡圈1,齿轮。(4) 选样尺寸链的环，判断增减性，建立尺寸链 方程。3.2组成环增减性的判断系统采用直观法山皿来确定尺寸链组成环的增 减性：与封闭环串联的尺寸是减环，与封闭环共基准 的井联尺寸是增环；串联的纽成坏性质相同，共基准 并联的纽成环性质相反。例如;如图3所示的尺寸链。人是封闭环州与 蘇串联，则人是减环皿“九、九都经串联的组成环, 则它们的性质相同即都是减环内 为增环°3+3装配尺寸链的向量 表示为了直观方便地分析 装配谋着累积和传递对装 配

15、尺寸链封闭环的影响，在建立装配尺寸铸的基础J基于向量空间表示法对 装配尺寸链进行表示。基于向量的装配尺寸链表示 法的重点包括三个方面：基于空间直角坐标系的装 配尺寸琏的基准参考坐标系0XYZ的定义；尺寸链各 环的向鼠表示和装配尺寸链各环的向斌在基准豔考 坐标系OXYZ的分解与求解。4装配尺寸链的计算尺寸链的计算方法有许多种，主要包括:扱值法、 概率法、分纽互换袪、修配法、调整法等。在这甩主要 应用极值法。首先分析尺寸链的类型，不同类型尺寸链采用不 同的方法计算。41线性尺寸链它绘最基本的尺寸琏的计算方法口线性尺寸琏 的计算一般可以归纳为如下几个基本公式f1) 封闭环的慕本尺寸零于各增环的基本尺

16、寸之 和减去各滅环的基本尺寸之和。mr»-=如二工可-工Ti1 * ffil + i式中:心为封闭环前基本尺寸;疋为增环的基本尺寸* .打为减环的基本尺寸弭I为增环的数口 "为包含封闭 环在内的总环数。2) 封闭环的上偏差等于各堆环的上偏差之和减 去各减环的下偏差之和。仏=y eK- £ K3) 封闭环的下偏差等于各增环的下偏差之和减 去各减环的上偏差之和。m«1亠1矶書真-E瓦i 1I m+J4 )封闭环的公差等于各组成环的公差之和,亦等 于封闭环的上偏差减去封闭环的下偏差。%二壬科二ES0 -瓯!4.2乎血尺寸链平面尺寸锥是全部组成环位于一个或儿亍平

17、行 平面内，但某些纽成环不平行于封闭环的尺寸链。平 面尺寸链与线性尺寸链的区别主要在于其尺寸链中86| 维普资讯 制造工艺/工艺裳备现代制造匸程200B年第4期87| 维普资讯 #| 维普资讯 包含有角度，在建立与求解平血尺寸链时，帶有三角 晌数。由于三角函数的存在使得平廁尺寸链的计算 不同于线性尺寸链的计算°平面尺寸链方程式的崖 立过程：肯先取封闭坏方向为投影轴方向，再将不平 行于封闭环的组成环向封闭坏方向投影，这样就将平 面尺寸锥转化为线性尺寸链*1以建立线性尺寸链的 方程最后再计算.4.3空间尺寸橇空间尺扌链采用空闾角度换算送。根据三维空 间尺寸锂矢呈图，将各组成环和封闭环向坐

18、标轴投 影，由尺寸链图中务环在塑标系中的位置求出其与坐 标轴的東倉并列岀空闾尺寸链方程，解出封闭环的 尺寸口5结语1) 本文给出r垄于持征的裝配信息模型的建模 方迭，建立了包含产品所有装配单元与尺寸、公苯等 特征之间的关联信息的装配模型。2) 该模型fl装配尺寸链自动生成算法、点观判断 增环、减环”得到装配尺寸链e3) 该模型在建立装配尺寸链的基础向量 空间表示法对装配尺寸链进行表示，更加直观方便地 分折装配溟差累积和传递对装配尺寸链的封闭环的爭考立献：1吴昭同杼将新.计算机端助处张优化设廿M杭 州：浙辽丸学出版社,1999.2ill思敏.刘向锋，高志.辱一基于配合特征的配合零件輕自动生成Jh

19、机械设计,2000(11):28 -30.3王洋，王蓉河、等.基于特征的装配尺寸链自动生成 及分析的研究J.计其机辆助诳计与團他学抿、 19»8(10>；138-144.L4王恒宁如新.计算机辆助处差设计与分折的研究现 状及展璽Uh航空制進技术.2006(町：73亠75.§田立中，马玉林等裝配尺寸链自动生咸的研究 J.工程谕计*2000(4):21-対.6J张开富，飞机部件裝配演差累积分析与容差优化方 法研究D.西安匕西北工业大学,2006.L7J张开富，李泉，那弱，等.支持无余量装配的容差谱丈 建横枝术硏究J.机械科学与枝术，2004 (11 n 1556-1359.L8J王春花，张晓芳+装配尺寸铸的计算LJh江西殆金， 2005(4):34-36.9忻良昌.总差配會与测董技朮M.北京*机械工业 出版社冲.L1U薛文涛較字化菠配推模技术的研究D.南京：询 京理工犬常出版社,2004,11李利仁判断尺寸链增环和减环的几种方法 机械工艺师ft现代制造工程)J999(l)：38.12杨树说，味松峰.尺寸槌增坏和滅环的判斷林 业机械与木工设.200+(5):27.H3邓英刮杨冬生.£差配合与测建技术L.MJ.北京； 国防工业出版社t2W:273-2