专利名称：异形壳体零件压力测试设备的设计方法
技术领域：
本发明涉及一种压力测试设备，尤其涉及一种异形壳体零件压力测试设备的设计方法。
背景技术：
工业中的一些壳体容器类设备需要做密封测试，测试过程中所测零部件经常遇到不平衡力的作用，需要计算零件的平衡力。例如:电池外壳，轿车发动机外壳及变速箱外壳，氧气瓶，乙炔瓶等零件，零件内部可能会有小的裂纹及制造缺陷，这类零件加工过程中需要进行气密性测试，需要用压力测试设备检测上述壳体零件的气密性。由于上述壳体零件基本上是异型壳类零件，即使是同一类的外壳，每个型号、每个批次、甚至是每个壳体的形状也会有所不同，因此，在每次压力测试时所涉及到的压头和封堵的位置不同，每个压头和封堵的受力情况也不相同，若检测同一批次的壳体均采用相同一套的压头和封堵，被测工件在工作台上就会受到不平衡的力，实际使用过程中由于不平衡力的作用，不但会导致有的压头变弯，而且还会使被测工件发生位移，这将严重的影响压力测试设备的使用寿命及被测工件的检测精度。为了防止压头的变形，现有的解决办法是通过增加压头数量以提高被测工件与设备上主板之间的摩擦力，或者通过经验在工作台上设置用来实现克服不平衡力的施力装置，对于批量检测效率较低。
发明内容
针对上述现有技术，本发明提供一种异形壳体零件压力测试设备的设计方法，既可以有效的防止压头变形，又可以解决由于被测工件位移而影响检测精度的问题。为了解决上述技术问题，本发明异形壳体零件压力测试设备的设计方法予以实现的技术方案是:包括以下步骤:第一步:获取被测外壳的三维模型，并根据被测外壳三维模型建立外壳压力测试设备的三维模型；以主压缸的轴心线与下主板上表面的交点为作为坐标原点，建立笛卡尔坐标系；第二步:提取被测外壳三维模型上所有封堵口面及压头的中心点，将每个封堵口面上所受正压力的作用点定义到该封堵口面的几何中心；第三步:若所有封堵口面所受的正压力在XOY平面上的合力 >所有封堵口面所受的正压力等效到坐标原点上的Z方向上的分力所产生的摩擦力，则在被测外壳三维模型上增加一用于消除上述XOY平面上的合力和XOY平面上合力所对应产生的扭矩的一个反力施加结构，并将该反力施加结构的作用点定义在XOY平面上的X1、Yl点；至此，完成该被测外壳压力测试设备的设计。与现有技术相比，本发明的有益效果是:由于本发明设计方法可以通过对被测工件受力系统的分析以确定是否添加反力施力结构及其给出了如何确定反力作用点及大小，因此，可以有效的克服现有技术中存在的由于受力不平衡造成压头变形、被测工件位移过大、检测精度不够的缺陷，为科学合理的设计压力测试设备奠定了理论基础，具有较强的实用性。本发明设计方法适用于电池外壳，轿车发动机外壳及变速箱外壳，氧气瓶，乙炔瓶等需要进行压力测试的异形壳体零件压力测试设备的设计。
图1是本发明异形壳体零件压力测试设备的设计方法实施例的流程图；图2是本发明实施例中被测外壳三维模型及其受力状态坐标示意图；图3是图2中被测外壳三维模型的受力等效图；图4是本发明实施例中数据库结构示意图。
具体实施例方式下面以用以检测一种铸造外壳为例，对本发明异形壳体零件压力测试设备的设计方法作进一步详细地描述，通常压力测试设备包括设置在导向柱上的上主板、中主板和下主板，其中下主板用来固定被测工件，中主板用来安装压头及控制每个压头工作的主压缸，如图1和图2所示,包括以下步骤:第一步:获取被测外壳的三维模型，根据被测外壳三维模型和外壳检测时的约束及固定方式建立外壳压力测试设备的三维模型，确定设备的气缸选型；并将被测零件插入到测压工位中，确定封堵位置，压头位置；然后，以主压缸的轴心线与下主板上表面的交点为作为原点，建立笛卡尔坐标系即坐标系1，并定义主压缸的中心轴为Z轴，工作人员面对被测工件的方向为Y轴负方向，工作人员面对设备右手处为X轴正方向；第二步:提取被测外壳三维模型上所有封堵口面，图2中示出了本实施例中设计有三个封堵口面，包括封堵口面1、封堵口面2和封堵口面3及压头的中心点(图中为画出)，将每个封堵口面上所受正压力的作用点定义到该封堵口面的几何中心；即，在三维软件(本例使用SolidWorks软件，PR0E，UG等其它三维软件也可)中使用“3d草图”功能，连接每个受力面的中心点与原点之间的直线，测出每个封堵口面的几何中心的坐标；把受力点简化为如图2所示的图形中，测出每个封堵口面受力点FD1、FD2和FD3的位置；为了方便计算，将外壳三维模型在检测过程中的受力数据存入一数据库，数据库为一二维表格，如图4所示，该数据库中的数据包括:所有封堵口面和压头的名称；每个封堵口面和压头所受正压力的受力状态及与前述笛卡尔坐标系之间的位置关系；每个封堵口面和压头所受正压力的受力状态及与前述坐标系I的位置关系，包括:每个封堵口面所受正压力的大小、每个压头所受正压力的大小；每个正压力的作用点在前述坐标系I中的X、Y、Z坐标值；及每个正压力的方向与前述坐标系I的X轴、Y轴、Z轴的夹角；所有封堵口面和压头所受的正压力等效到坐标原点上的X、Y、Z方向上的分力及汇总值；所有封堵口面和压头所受的正压力对应产生的扭矩等效到X轴、Y轴、Z轴的扭矩及汇总值；
所有封堵口面所受的正压力在XOY平面上的合力。由于在本实施例中设计有8个压头和4个封堵口面，因此，其所建立的数据库如图4所示，主要由A-N列和1-18行的一个二维表构成，然后:(I)将所有封堵口面和压头的名称(力的项目)填到A列中；(2)将在上述第二步中受力点简化到如图2所示的图形中(图中只示出了封堵1、封堵2和封堵3的受力点FD1、FD2和FD3)后所测出的每个封堵口面和压头受力点的X、Y、Z坐标值输入到该表格中的C、D、E列中，将每个封堵口面和压头的受力方向分别以与X轴、Y轴和Z轴之间的夹角角度输入到表格中对用的F、G、H列中；(3)将所有封堵口面及压头所受的正压力等效到坐标原点上的X、Y、Z方向上的分力输入到表格中的1、J、K列，例如:压头I所受的正压力等效到坐标原点上的X、Y、Z方向上的分力分别为:I3=B3*C0S(RADIANS(F3))；J3=B3*C0S(RADIANS(G3))；K3=B3*C0S(RADIANS(H3))；(4)将所有封堵口面及压头所受的正压力对应产生的扭矩等效到X轴、Y轴、Z轴的扭矩输入到表格中的L、M、N列，例如:压头I所受的正压力对应产生的扭矩等效到X轴、Y轴、Z轴的扭矩分别为:L3=J3*(E3/1000) +K3*(D3/1000)；M3=X3*(D3/1000)+K3*(C3/1000)；N3==I3*(D3/1000)+J3*(C3/1000)；(5)将所有封堵口面及压头所受的正压力的求和值输入到表格中的116，J16，K16单元格中，分别约为:603N、-2630N和-12000N ；(6)将所有封堵口面及压头所受的正压力的求和值所对应产生的扭矩输入到表格中的 L16、M16、N16 单元格中，分别约为:268Nm、_566Nm、328Nm ；第三步:所有封堵口面及压头在Z轴方向的主压力使被测工件对设备下主板表面产生有摩擦力，通过判断最大静摩擦力来确定是否需要添加用于消除上述XOY平面上的合力和XOY平面上合力所对应产生的扭矩的一个反力施加结构；若上述所有封堵口面所受的正压力在XOY平面上的合力>所有封堵口面所受的正压力等效到坐标原点上的Z方向上的分力所产生的摩擦力，则在被测外壳三维模型上增加所述反力施加结构，并将该反力施加结构的作用点确定在XOY平面上的X1、Yl点；进一步讲，Z轴方向的主压力-12000N (K16单元格中的数据)乘以摩擦系数(范围为0.03-0.1)，得出被测工件对设备下主板表面产生的最大静摩擦力，如果该最大静摩擦力大于X轴(J16单元格中的数据)和Y轴(K16单元格中的数据)上的合力3055N则整个受力系统处于平衡状态，被测工件不会发生位移，因此无需添加反力施加结构；如果该最大静摩擦力小于X轴(J16单元格中的数据)和Y轴(K16单元格中的数据)上的合力，则表明受力系统处于不平衡状态，需要添加上述反力施加结构。本实施例中，XOY平面上的合力为3055N>Z轴方向的主压力12000Ν*0.03，因此，需要加反力施加结构。添加该反力施力结构就是把被测工件受到的力简化到如图3中所示的XOY平面力系中，添加一个方向与XOY平面上的合力方向相反,其大小等于上述合力，该反力不但可以抵消由上述合力形成的不平衡力，而且还可以抵消该力产生的扭矩；所添加的反力的作用点的确定如下:首先，以XOY平面上合力所对应产生的扭矩/XOY平面上的合力的值为半径，以坐标原点为圆心，在XOY平面上作一圆01 ;然后，作上述XOY平面上合力的一平行线，该平行线与圆01的相切点即为X1、Y1点。如图3所示，本实施例中所对应的半径为扭矩/合力=324/3055≈ 106 (mm);以106mm为半径，以坐标原点为圆心作圆，过圆上一点作上述合力作用线的平行线，该平行线与所作的圆01的相切点即为X1、Y1点即为需添加的反力的作用点，得出需要添加的反力的大小为3055N，方向与合力方向相反，作用点为以106mm为半径圆与合力作用线平行的交点上，至此，完成该被测外壳压力测试设备的设计。如图4所示，通过本实施例中被测工件的受力分析可以得出，所有压头所受的正压力等效到坐标原点上的X和Y方向上的分力及所有压头所受的正压力对应产生的扭矩等效到Z轴的扭矩均可以忽略不计；所有封堵口面所受的正压力等效到坐标原点上的Z方向上的分力及所有封堵口面所受的正压力对应产生的扭矩等效到X轴和Y轴的扭矩均可以忽略不计。尽管上面结合图对本发明进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式
，上述的具体实施方式
仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨的情况下，还可以作出很多变形，这些均属于本发明的保护之内。
权利要求
1.一种异形壳体零件压力测试设备的设计方法，其特征在于，包括以下步骤: 第一步:获取被测外壳的三维模型，并根据被测外壳三维模型建立外壳压力测试设备的三维模型；以主压缸的轴心线与下主板上表面的交点为作为坐标原点，建立笛卡尔坐标系; 第二步:提取被测外壳三维模型上所有封堵口面及压头的中心点，将每个封堵口面上所受正压力的作用点定义到该封堵口面的几何中心； 第三步:若所有封堵口面所受的正压力在XOY平面上的合力 > 所有封堵口面所受的正压力等效到坐标原点上的Z方向上的分力所产生的摩擦力，则在被测外壳三维模型上增加一用于消除上述XOY平面上的合力和XOY平面上合力所对应产生的扭矩的一个反力施加结构，并将该反力施加结构的作用点定义在XOY平面上的X1、Y1点；至此，完成该被测外壳压力测试设备的设计。
2.根据权利要求1所述异形壳体零件压力测试设备的设计方法，其特征在于，将外壳三维模型在检测过程中的受力数据存入一数据库:该数据库中的数据包括: 所有封堵口面和压头的名称；每个封堵口面和压头所受正压力的受力状态及与前述笛卡尔坐标系之间的位置关系； 所有封堵口面和压头所受的正压力等效到坐标原点上的X、Y、Z方向上的分力及汇总值； 所有封堵口面和压头所受的正压力对应产生的扭矩等效到X轴、Y轴、Z轴的扭矩及汇总值； 所有封堵口面所受的正压力在XOY平面上的合力。
3.根据权利要求2所述异形壳体零件压力测试设备的设计方法，其特征在于， 每个封堵口面所受正压力的受力状态及与前述笛卡尔坐标系之间的位置关系包括: 每个封堵口面所受正压力的大小； 该正压力作用点在前述笛卡尔坐标系中的X、Y、Z坐标值； 该正压力的方向与前述笛卡尔坐标系X轴、Y轴、Z轴的夹角。
4.根据权利要求1所述异形壳体零件压力测试设备的设计方法，其特征在于，所述反力施加结构作用点的定义如下: 首先，以XOY平面上合力所对应产生的扭矩/XOY平面上的合力的值为半径，以坐标原点为圆心，在XOY平面上作一圆01 ； 然后，作上述XOY平面上合力的一平行线，该平行线与圆01的相切点即为X1、Y1点。
全文摘要
本发明公开了一种异形壳体零件压力测试设备的设计方法，包括以下步骤获取被测外壳的三维模型，并建立外壳压力测试设备的三维模型；以主压缸的轴心线与下主板上表面的交点为作为坐标原点建立一坐标系；提取所有封堵口面及压头的中心点，将每个封堵口面上所受正压力的作用点定义到该封堵口面的几何中心；若所有封堵口面所受的正压力在XOY平面上的合力≥所有封堵口面所受的正压力等效到坐标原点上的Z方向上的分力所产生的摩擦力，则在被测外壳三维模型上增加一用于消除上述XOY平面上的合力和XOY平面上合力所对应产生的扭矩的一个反力施加结构。本发明既可以有效的防止压头变形，又可以解决由于被测工件位移而影响检测精度的问题。
文档编号G01M3/32GK103115740SQ201310038678
公开日2013年5月22日 申请日期2013年1月31日 优先权日2013年1月31日
发明者王太勇, 员晓辉 申请人:天津大学