用于提取机械结构线对线垂直度误差的方法与流程

本发明涉及结构线对线垂直度误差提取技术领域，尤其涉及一种用于提取机械结构线对线垂直度误差的方法。

背景技术：

高精度机械产品零件的线对线垂直度是零件的其中一项重要质量指标，影响着该零件的互换性和质量，进而也影响着整个机械产品的质量。为了保证该零件的质量和互换性，应按设计给出的线对线垂直度公差来检测垂直度误差。

现行机械产品的线对线垂直度的误差检测主要通过机械检测的方式实现，主要存在以下几个问题：1、现有方法主要针对实际机械产品的线对线垂直度误差检测，需机械产品加工制造出来后才能检测获得其线对线垂直度误差数据；2、机械产品装配完毕并处在复合工况下时，使用现有方法已无法对其进行线对线垂直度误差检测，即现有方法仅能检测获得加工制造误差对机械产品线对线垂直度的影响，而无法检测获得机械产品在温度、气压、外载、振动环境等实际工况下的结构变形对其线对线垂直度的影响。

随着计算机技术及应用的迅速发展，基于有限元分析的计算机辅助工程(cae)与计算机辅助设计和制造(cad/cam)等新技术已经直接融入了机械产品的设计、定型和制造过程，成为结构分析和结构优化的重要工具。在使用cad技术对结构完成初步设计后，为加快设计开发进程及提高经济性，可使用cae技术对结构的有限元模型进行仿真分析，以判断结构零件模型在仿真的实际工况下其边线或轴线对于基准轴线的垂直度误差是否满足要求。因此，需要研究基于有限元模型的结构零件变形数据提取出其边线或轴线对于基准轴线的垂直度误差的方法。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术不足，提供了一种用于提取机械结构线对线垂直度误差的方法，能够实现基于有限元模型的结构零件变形数据提取出其边线或轴线对于基准轴线的垂直度误差。

本发明的技术解决方案：

一种用于提取机械结构线对线垂直度误差的方法，被测结构为阀门，该方法包括以下步骤：

步骤1，运用三维软件建立阀门的三维实体模型；

步骤2，以步骤1建立的阀门三维实体模型为基础，建立复合工况下的阀门有限元模型，进行有限元计算，得到阀门变形后的有限元模型；

步骤3，在有限元软件中测量阀门变形后的有限元模型中基准轴线l的直线方程及法向量τ；

步骤4，在被测边线或轴线上选取一点a，并查询其坐标；

步骤5，根据a点坐标和基准轴法向量τ确定平面方程π；

步骤6，计算被测边线或轴线上其他点到平面的距离，并分为大于零和小于零两类，将正的最大值和负的最小值的绝对值之和记为f＝|li|max+|lj|max，其中li≥0,lf＜0，将f作为所求线对线垂直度误差。

本发明实施例提供的一种用于提取机械结构线对线垂直度误差的方法，首先运用cad技术建立结构零件的实体模型，通过有限元软件对其进行实际工况下的仿真分析，先确定结构变形后基准轴线的被测基准方程及方向向量；以此向量为法向量，在被测边线或轴线上任选一点，确定一个平面；计算被测边线或轴线上各点到该平面的距离，其最大值与最小值之差即为所求的线对线垂直度误差。该方法可在机械产品的有限元分析的结果中提取出结构零件的线对线垂直度误差，并检测其是否满足要求，从而判断出机械产品在实际工况下的变形对功能的影响。在机械产品的初始设计阶段，采用本方法可显著降低开发周期，提高经济性。

附图说明

所包括的附图用来提供对本发明实施例的进一步的理解，其构成了说明书的一部分，用于例示本发明的实施例，并与文字描述一起来阐释本发明的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例涉及的机械产品设计流程示意图；

图2为本发明实施例中基准线提取示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的具体实施例进行详细说明。在下面的描述中，出于解释而非限制性的目的，阐述了具体细节，以帮助全面地理解本发明。然而，对本领域技术人员来说显而易见的是，也可以在脱离了这些具体细节的其它实施例中实践本发明。

在此需要说明的是，为了避免因不必要的细节而模糊了本发明，在附图中仅仅示出了与根据本发明的方案密切相关的设备结构和/或处理步骤，而省略了与本发明关系不大的其他细节。

本发明实施例提供一种用于提取机械结构线对线垂直度误差的方法，被测结构为阀门，该方法用于图1所示机械产品设计流程中，具体的，该方法包括以下步骤：

步骤1，运用三维软件建立阀门的三维实体模型，三维建模软件可以使用cad；

步骤2，以步骤1建立的阀门三维实体模型为基础，建立处于温度、气压、安装外载、振动环境等复合工况下的阀门有限元模型，进行有限元计算，得到阀门变形后的有限元模型；

步骤3，参见图2，在有限元软件中测量阀门变形后的有限元模型中基准轴线l的直线方程及法向量τ；

基准轴线：在有限元软件中测量阀门变形后的有限元模型中被测直线l上选取2个点，得到基准轴线直线方程：ax+by+c＝0，及法向量τ。

步骤4，在被测边线或轴线上选取一点a，并查询其坐标；

步骤5，根据a点坐标和基准轴法向量τ确定平面方程π；

步骤6，计算被测边线或轴线上其他点到平面的距离(有正有负)，并分为大于零和小于零两类，将正的最大值和负的最小值的绝对值之和记为f＝|li|max+|lj|max，其中li≥0,lf＜0，将f作为所求线对线垂直度误差，此步骤选取的点的数量越多，计算精度越高。

本发明实施例提供的一种用于提取机械结构线对线垂直度误差的方法，首先运用cad技术建立结构零件的实体模型，通过有限元软件对其进行实际工况下的仿真分析，先确定结构变形后基准轴线的被测基准方程及方向向量；以此向量为法向量，在被测边线或轴线上任选一点，确定一个平面；计算被测边线或轴线上各点到该平面的距离，其最大值与最小值之差即为所求的线对线垂直度误差。该方法可在机械产品的有限元分析的结果中提取出结构零件的线对线垂直度误差，并检测其是否满足要求，从而判断出机械产品在实际工况下的变形对功能的影响。在机械产品的初始设计阶段，采用本方法可显著降低开发周期，提高经济性。

如上针对一种实施例描述和/或示出的特征可以以相同或类似的方式在一个或更多个其它实施例中使用，和/或与其它实施例中的特征相结合或替代其它实施例中的特征使用。

应该强调，术语“包括/包含”在本文使用时指特征、整件、步骤或组件的存在，但并不排除一个或更多个其它特征、整件、步骤、组件或其组合的存在或附加。

本发明以上的装置和方法可以由硬件实现，也可以由硬件结合软件实现。本发明涉及这样的计算机可读程序，当该程序被逻辑部件所执行时，能够使该逻辑部件实现上文所述的装置或构成部件，或使该逻辑部件实现上文所述的各种方法或步骤。本发明还涉及用于存储以上程序的存储介质，如硬盘、磁盘、光盘、dvd、flash存储器等。

这些实施例的许多特征和优点根据该详细描述是清楚的，因此所附权利要求旨在覆盖这些实施例的落入其真实精神和范围内的所有这些特征和优点。此外，由于本领域的技术人员容易想到很多修改和改变，因此不是要将本发明的实施例限于所例示和描述的精确结构和操作，而是可以涵盖落入其范围内的所有合适修改和等同物。

本发明未详细说明部分为本领域技术人员公知技术。