专利名称：基于图形表示空间尺寸链公差分析方法
技术领域：
本发明涉及尺寸链公差分析方法，属于机械精度设计领域，具体涉及一种基于图形表示空间尺寸链公差分析方法。
背景技术：
目前，空间尺寸链公差分析方法主要可以分为换面法、空间角度换算法、矢量矩阵法。
换面法就是将空间(三维)尺寸链转化为平面(二维)尺寸链，再将平面尺寸链转化为线性(一维)尺寸链的计算方法。换面法计算思想比较简单，但对于比较复杂的空间机构，很难采用换面法来建立尺寸链及尺寸链方程，而且计算精度差，因此对于精度要求高的空间机构很难满足要求。
空间角度换算法将各组成环向坐标轴投影，由尺寸链图中各组成环在坐标系中的位置求出该组成环与坐标轴的夹角并投影在轴上，根据轴上投影列出空间尺寸链方程，求解封闭环。由于空间角度换算法对于每个尺寸有许多空间角度之间相互转换，公式繁多，使用起来不易、容易出错。
矢量矩阵法将尺寸用空间中一个矢量表示，空间尺寸链就是一组按顺序相连的矢量多边形，将已知量和未知量视为两组矢量，通过矩阵建立两组矢量的关系，并求解矩阵得到相应结果。该方法对于在空间线性尺寸链的分析取得很好的计算结果和精度。然而，该方法对于尺寸链中包含未知角度的非线性尺寸链情况，求解起来比较困难，精度计算不高， 不适宜使用。
综上，换面法、空间角度换算法、矢量矩阵法在空间尺寸链公差分析中的使用并非十分成熟，而且在空间尺寸链公差分析中使用起来不方便，需要人为干预计算过程，不具有普遍的通用性，并且计算精度不高，此外，这三种方法不便于使用计算机去实现对一般通用尺寸链封闭环的计算。发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种基于图形表示空间尺寸链公差分析方法，该方法能够达到计算通用性和提高计算效率的目的。
本发明所提供的方法的具体设计步骤如下
S00、根据装配体或零件设计图确定尺寸链的封闭环的组成。
封闭环是装配体或零件的功能和需求的集中反映，装配体或零件的需求和功能是由产品的性能决定的，其存在具有客观性。
S01、根据装配体的零件之间的相互关系或装配体的零件结构确定尺寸链的组成。
尺寸链和封闭环具有相同性质，是由装配体的零件之间的关系、结构而决定，应通过分析其零件之间的相互关系以及零件结构确定尺寸链的具体结构形式。当确定了尺寸链的结构形式，也就确定了组成环数据、未知组成环的类型和数目等。
S02、依次对每一个尺寸的尺寸参数进行提取，并设置尺寸链信息。
a、采用图形表示该尺寸链的尺寸信息，并记录尺寸类型，包括角度尺寸和长度尺寸。
b、提取尺寸链的尺寸参数。对于第i个尺寸，若该尺寸在XOY平面投影，则所要提取的尺寸参数包括基本长度Ii、长度上偏差Iui、长度下偏差Idi、尺寸与Z轴的正向夹角θ i， 9』勺上偏差θ ^ei的下偏差θ di、尺寸在XOY平面投影与χ轴的正向夹角仍、的上偏差·^、的下偏差·^。
若该尺寸在YOZ平面投影，则所要提取的尺寸参数包括基本长度Ii、长度上偏差 Iui、长度下偏差Idi、尺寸与χ轴的正向夹角θρ QiW上偏差eui、QiW下偏差edi、尺寸在YOZ平面投影与Y轴的正向夹角仍、的上偏差礼、的下偏差％。
若该尺寸在ZOX平面投影，则所要提取的尺寸参数包括基本长度Ii、长度上偏差 Iui、长度下偏差Idi、尺寸与Y轴的正向夹角Qi, QiW上偏差eui、QiW下偏差edi、尺寸在zox平面投影与ζ轴的正向夹角仍、的上偏差礼、的下偏差％。
按照上述方式对尺寸参数进行提取时，必须建立一个统一的坐标系，所有尺寸链必须相对于同一坐标系进行尺寸参数的提取。在提取尺寸链的尺寸参数时，必须以尺寸链中某一尺寸的一个端点作为起始点，沿尺寸链的一个方向对该尺寸进行尺寸参数的提取， 当遇到该尺寸链的下一个尺寸时，按照相同的方法进行尺寸参数的提取，直至又回到起始点结束。在进行尺寸参数提取的过程中，若遇到长度未知角度已知尺寸或长度已知角度未知尺寸，即过渡尺寸的情况，则仅对该过渡尺寸进行已知尺寸参数的提取，该过渡尺寸包括角度尺寸或长度尺寸。
C、记录每个尺寸链的尺寸类型。
d、采用C++设计尺寸链信息界面，用户可通过该界面对所提取尺寸参数进行相关尺寸链信息的设置，该尺寸链信息包括尺寸链的尺寸参数和尺寸链的尺寸类型。
S03、基于所设置的尺寸链信息调用MATLAB编程的算法，计算该尺寸链的封闭环的参数集合。
下面介绍基于图形表示尺寸链公差分析的实现原理与算法。
一个尺寸链有多个组成环，包括长度可变组成环、角度可变组成环或长度角度均可变组成环。
通过分析尺寸链公差图形的形成过程，采用图形方式表示空间尺寸链公差的形成过程，则空间尺寸链所形成的尺寸链公差图形是连续、完整的空间立体图形。封闭环是尺寸链起始端点到该尺寸链公差图形的尺寸。从数学上分析，封闭环的长度或角度大小的最值只能出现在尺寸链公差图形的四周边界上，且在边界的端点上。而这些边界端点集合是所有组成环的长度和角度任意取最大或最小组合所形成的端点的一部分。同时，组成环的长度和角度任意取最大和最小组合所形成的端点可以用直角坐标表示，并由组成环尺寸信息计算得来。
综上分析，为了求封闭环大小，需要求出尺寸链公差图形端点相对起始点的距离或角度，所以在尺寸链中引入直角坐标系，对每一个长度尺寸和角度尺寸进行量化。其中， 尺寸链端点可以用空间坐标表示，η个尺寸形成尺寸链公差图形端点的直角坐标是由前 η-1个尺寸形成尺寸链端点直角坐标和第η个尺寸的尺寸参数递归计算得到的，其具体变化规律如下
假设尺寸链前i-Ι个尺寸形成公差图形端点集合为DiDkKXfDpYiDyZtDk)}， i = 2，...，n ;k = 1，2，...，8，k表示公差图形端点序号，取)(lk、ylk、Zlk均为0，第i_l个尺寸长度为Ih，长度下偏差为Idii-D,长度上偏差为Iua-V若第i_l个尺寸为封闭环或过渡尺寸，则提取与第i_l个尺寸最接近的已知的第χ个尺寸，将第χ个尺寸对应的Dxk的数赋值给D(H)kKX(^)k, Y(i_1)k, Z(i_1)k, Z(i_1)k)}。若第i个尺寸在XOY平面投影，用坐标表示第i 个尺寸与前i_l个尺寸形成公差图形端点集合为Dik {Xik，Yik, Zik)}，，则可以得到集合Dik坐标变化规律如下
权利要求
1. 一种基于图形表示空间尺寸链公差分析方法，其特征在于，该方法的具体步骤如下1)、根据装配体或零件设计图确定尺寸链的封闭环的组成；2)、根据装配体的零件之间的相互关系或装配体的零件结构确定尺寸链的组成；3)、按照尺寸链类型依次对每一个尺寸的尺寸参数进行提取并设置尺寸链信息；对于第i个尺寸，若该尺寸在XOY平面投影，则所要提取的尺寸参数包括基本长度1”长度上偏差Iui、长度下偏差Idi、尺寸与ζ轴的正向夹角0i，QiW上偏差eui、Gi的下偏差θ di、尺寸在XOY平面投影与X轴的夹角仍、的上偏差礼观的下偏差％ ；若该尺寸在YOZ平面投影，则所要提取的尺寸参数包括基本长度Ii、长度上偏差Iui、长度下偏差Idi、尺寸与χ轴的正向夹角仍、《^的上偏差礼、《^的下偏差％、尺寸在YOZ平面投影与Y轴的夹角Q^ei的上偏差θ ui、θ i的下偏差θ di ；若该尺寸在ZOX平面投影，则所要提取的尺寸参数包括基本长度Ii、长度上偏差Iui、长度下偏差Idi、尺寸与Y轴的正向夹角仍，《^的上偏差礼、《^的下偏差％、尺寸在ZOX平面投影与ζ轴的夹角Q^ei的上偏差Θ ui、Θ i的下偏差Θ di ；采用C++设计尺寸链信息界面，通过该界面对所提取尺寸参数进行相关尺寸链信息的设置；4)、基于所设置的尺寸链信息调用MATLAB编程的算法，计算封闭环的参数集合；具体算法流程如下501获取三维尺寸链中的尺寸数量n，初始化i = 1，控制变量K = 0，设置type的类型为typel、type2和type3，其中，type2表示第一个过渡尺寸的未知参数类型，typel表示第二个过渡尺寸的未知参数类型，type3表示封闭环的未知参数类型；初始化typel = 0， type2 = 0，type3 = 0 ；502获取三维尺寸链中第i个尺寸信息；503判断第i个尺寸是否是封闭环尺寸或过渡尺寸，若是，则转至步骤S04，否则转至步骤SlO ；504判断第i个尺寸是否是封闭环尺寸，若是，则转至步骤S05，否则转至步骤S06 ；505将第i个尺寸即当前封闭环尺寸的尺寸信息1” θ i和仍，记为1。、θ。和代，根据封闭环尺寸的尺寸信息中的未知参数类型设置type3的值，并记录该封闭环的已知参数，具体为若未知参数为1。，则设置type3 = 1并记录参数θ。和代；若未知参数为θ。，则设置 type3 = 2并记录参数1。和代；若未知参数为代，则设置type3 = 3并记录参数1。和θ。；记录完毕转至步骤S12 ；506:Κ 自增 1 ；507判断K是否小于2，若是，则转至步骤S08，否则转至步骤S09 ；508将第i个尺寸即当前过渡尺寸r的尺寸信息1” θ i和约，记为I” θ i和代；根据过渡尺寸r的尺寸信息中的未知参数类型设置type2的值，并记录该过渡尺寸的已知参数，具体为若未知参数为1,，则设置type2 = 1并记录参数θ r和代；若未知参数为θ r,则设置 type2 = 2并记录参数L和代；若未知参数为代，则设置type2 = 3并记录参数L和θ ,；记录完毕转至步骤S12 ；509将第i个尺寸即当前过渡尺寸u的尺寸信息1” θ i m，记为lu、θ；根据过渡尺寸u的尺寸信息中的未知参数类型设置typel的值，并记录该过渡尺寸的已知参数，具体为若未知参数为lu，则设置typel = 1并记录参数θ u和％ ；若未知参数为θ u，则设置 typel = 2并记录参数Iu和％ ；若未知参数为代，则设置typel = 3并记录参数1 和θ u ；记录完毕转至步骤S12 ；510确定每一个尺寸向坐标系投影类型，并相应地设置Q的值，具体为若尺寸为向Z 轴和XOY面投影，则设置Q = 1 ；若尺寸为向Y轴和ZOX面投影，则设置Q = 2 ；若尺寸为向 X轴和YOZ面投影，则设置Q = 3 ；511假设尺寸链前i_l个尺寸形成公差图形端点集合为D(H)k(Xf1)k, Y(i_1)k，Z(i_1)k)}， i = 2，· · ·，n ;k = 1,2,. . ·，8，k表示公差图形端点序号，取Xlk、Ylk、Zlk均为0，若第i_l个尺寸为封闭环或过渡尺寸，则提取与第i-Ι个尺寸最接近的已知的第χ个尺寸，将第χ个尺寸对应的Dxk的数赋值给D(H)kKX(H)k, Y(H)1^Z(H)k)}，根据Q的值计算第i个尺寸与前i_l 个尺寸形成公差图形端点的直角坐标集合Dik{(Xik，Yik, Zik) }，具体为当Q = 1时，计算公式如下
全文摘要
本发明公开了一种基于图形表示空间尺寸链公差分析方法，该方法能够达到计算通用性和提高计算效率的目的；该方法的步骤为根据装配体或零件设计图确定尺寸链的封闭环的组成；根据装配体的零件之间的相互关系或装配体的零件结构确定尺寸链的组成；按照尺寸链类型依次对每一个尺寸的尺寸参数进行提取并设置尺寸链信息；基于所设置的尺寸链信息调用MATLAB编程的算法，计算封闭环的参数集合；从所述封闭环的尺寸参数集合中查找尺寸参数的最大值Max和最小值Min，得到封闭环的变化区间[Min，Max]并输出。
文档编号G06F17/50GK102495927SQ20111039737
公开日2012年6月13日 申请日期2011年12月2日 优先权日2011年12月2日
发明者余美琼, 林燕清, 王国新, 阎艳 申请人:北京理工大学