一种装配体几何功能公差的控制参数自由度的分析方法

本发明涉及装配公差分析，具体涉及一种装配体几何功能公差的控制参数自由度的分析方法。

背景技术：

1、产品精度设计是机械产品设计中的一项重要任务，产品精度影响机械产品的质量和使用性能。因此，合理准确地确定零件的公差规范，有助于提高产品质量和降低制造成本。

2、公差带的自由度能很好地表征几何公差带在三维空间的位置及其可能的运动；装配体中，有关装配零件特征要素的公差带的不同方向及其位置变动最终会传递到装配体的目标零件上。在不考虑接触变形的理想装配连接情况下，装配连接的位置变动主要来源于装配特征表面的在形状、大小、方向和位置四个维度的误差。装配特征要素标注不同的形位公差会得到不同的公差带，不同公差带约束装配特征面的变动特性也会有不同。从逻辑上看，用自由度来描述公差带的变动方向和影响装配体几何功能误差的变动方向，并研究上述两类变动位移之间的影响关系，有助于优选装配特征要素的公差类型。因此，如果分析得到装配体几何功能公差对应的自由度，是目前亟需解决的难题。

技术实现思路

1、基于上述现状，本发明的主要目的在于提供一种装配体几何功能公差的控制参数自由度的分析方法，解决现有技术中难以获取装配体几何功能公差对应的自由度的弊端。

2、为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

3、一种装配体几何功能公差的控制参数自由度的分析方法，包括：

4、进行装配体几何功能分析，获取几何功能需求对应的方向位置公差；

5、基于分析装配连接特征对所述方向位置公差的影响，根据所述装配体建立整体坐标系和局部坐标系；

6、在所述整体坐标系和所述局部坐标系上，分析接触位移变动对所述方向位置公差产生影响的位置变动量；

7、通过所述位置变动量确定所述控制参数自由度。

8、优选地，所述装配体包括目标部件和测量基准部件，所述目标部件垂直于所述测量基准部件，所述几何功能需求为垂直度公差，所述进行装配体几何功能分析，获取几何功能需求对应的方向位置公差的步骤，包括：

9、根据垂直误差测量的工程语义分别构建测量平面、测量基准平面以及被测理想特征平面，所述测量平面与所述测量基准平面垂直，且平行于所述被测理想特征平面；

10、测量所述被测理想特征平面与实际被测特征平面之间的最大变化量，得到所述方向位置公差，所述方向位置公差为垂直度公差，所述实际被测特征平面为所述目标部件上朝向所述被测理想特征平面的一面。

11、优选地，所述测量所述被测理想特征平面与实际被测特征平面之间的最大变化量，得到所述方向位置公差的步骤，包括：

12、在测量平面内，定义测量指针垂直于所述被测理想特征平面，且所述测量指针与所述实际被测特征平面接触；

13、控制所述测量指针沿着所述测量平面做交叉来回运动，获取所述测量指针在交叉来回运动过程中指针读数的所述最大变化量，并将所述最大变化量作为所述垂直度公差。

14、优选地，所述目标部件包含装配连接平面，所述装配连接平面为所述目标部件与所述测量基准部件的接触平面，所述基于分析装配连接特征对所述方向位置公差的影响，根据所述装配体建立整体坐标系和局部坐标系的步骤中，所述整体坐标系的构建步骤，包括：

15、以装配理想特征平面的几何中心为整体坐标系原点，所述装配理想特征平面为所述装配连接平面的理想平面；

16、过所述整体坐标系原点以所述装配理想特征平面的法向为整体坐标系z轴；

17、过所述整体坐标系原点以所述被测理想特征平面的法向确定整体坐标系x轴；

18、在所述装配理想特征平面内过所述整体坐标系原点建立整体坐标系y轴，所述整体坐标系y轴垂直于所述整体坐标系原点、所述整体坐标系z轴和所述整体坐标系x轴构成的平面；

19、根据所述整体坐标系原点、所述整体坐标系z轴、所述整体坐标系x轴和所述整体坐标系y轴建立所述整体坐标系。

20、优选地，所述基于分析装配连接特征对所述方向位置公差的影响，根据所述装配体建立整体坐标系和局部坐标系的步骤中，所述局部坐标系的构建步骤，包括：

21、定义所述被测理想特征平面的几何中心为局部坐标系原点；

22、过所述整体坐标系原点以所述被测理想特征平面的法向为局部坐标系z轴；

23、过所述局部坐标系原点以所述被测理想特征平面的法向确定局部坐标系x轴；

24、在所述被测理想特征平面内过所述局部坐标系原点建立局部坐标系y轴，所述局部坐标系y轴垂直于所述局部坐标系原点、所述局部坐标系z轴和所述局部坐标系x轴构成的平面；

25、根据所述局部坐标系原点、所述局部坐标系z轴、所述局部坐标系x轴和所述局部坐标系y轴建立所述局部坐标系。

26、优选地，所述在所述整体坐标系和所述局部坐标系上，分析接触位移变动对所述方向位置公差产生影响的位置变动量的步骤，包括：

27、定义所述被测理想特征平面上一点为被测量点，获取所述装配连接平面绕所述整体坐标系x轴、所述整体坐标系y轴、所述整体坐标系z轴旋转时，所述被测量点分别对应的第一位置变动量、第二位置变动量和第三位置变动量；

28、从所述第一位置变动量、所述第二位置变动量和所述第三位置变动量中筛选出值不为零的所述第二位置变动量。

29、优选地，所述定义所述被测理想特征平面上一点为被测量点，获取所述装配连接平面绕所述整体坐标系x轴、所述整体坐标系y轴、所述整体坐标系z轴旋转时，所述被测量点分别对应的第一位置变动量、第二位置变动量和第三位置变动量的步骤中，所述第一位置变动量的获取步骤，包括：

30、解析所述被测量点对应的位置矢量转换关系式，所述位置矢量转换关系表征所述被测量点在所述局部坐标系下的第一位置矢量表示，与所述被测量点在所述整体坐标系下发生位置改变后的第二位置矢量表示之间的转换关系，所述位置矢量转换关系使包括齐次变换矩阵；

31、基于所述第一位置矢量表示、第二位置矢量表示和第三位置矢量表示，解析得到所述被测量点在所述整体坐标系下的位置变动量关系式，其中，所述第三位置矢量表示为所述整体坐标系与所述局部坐标系之间的相对位置矢量；

32、在所述装配连接平面绕所述整体坐标系x轴旋转第一旋转位移时，根据所述齐次变换矩阵和所述位置矢量转换关系式分析得到所述被测量点位置变动后的第一改变位置矢量；

33、根据所述第一改变位置矢量和所述位置变动量关系式解析得到所述第一位置变动量。

34、优选地，所述解析所述被测量点对应的位置矢量转换关系式的步骤，包括：

35、所述位置矢量转换关系式为：rg＝tbrp，其中，rg表征所述第二位置矢量表示，tb为所述齐次变换矩阵，rp表征所述第一位置矢量表示；

36、所述齐次变换矩阵的表示式为：其中，矩阵tb中的元素rij的值与旋转坐标轴有关；cb为旋转矩阵；

37、当整体坐标系统只绕所述整体坐标系x轴旋转时，所述旋转矩阵的表示式为：其中，dg表示所述局部坐标系与所述整体坐标系的相对位置矢量。

38、优选地，所述位置变动量关系式为：其中，δr表征所述被测量点的位置变动量。

39、优选地，所述根据所述第一改变位置矢量和所述位置变动量关系式解析得到所述第一位置变动量的步骤，包括：

40、所述第一改变位置矢量的表达式为：其中，rg,m表征所述第一改变位置矢量，α2-1表征所述第一旋转位移，l、n、b、k分别表征所述装配体相关特征面的尺寸要素；

41、所述第一位置变动量表示为：其中，δrm表征所述第一位置变动量。

42、【有益效果】本技术提供了一种装配体几何功能公差的控制参数自由度的分析方法，首先进行装配体几何功能分析，获取几何功能需求对应的方向位置公差。然后基于分析装配连接特征对方向位置公差的影响，根据装配体建立整体坐标系和局部坐标系。在整体坐标系和局部坐标系上，分析接触位移变动对方向位置公差产生影响的位置变动量。最后，通过位置变动量确定控制参数自由度。本技术在基于装配体的装配连接特征构建的整体坐标系和局部坐标系上，通过分析接触位移变动对装配体几何功能的影响，从而找出能够产生影响的位移变动，进而确定装配体几何功能公差的控制参数自由度，有助于优选装配特征要素的公差类型。

43、本发明的其他有益效果，将在具体实施方式中通过具体技术特征和技术方案的介绍来阐述，本领域技术人员通过这些技术特征和技术方案的介绍，应能理解所述技术特征和技术方案带来的有益技术效果。