装配体分析（共4篇）
装配体分析 篇1
0 引言
随着经济技术的发展, 机械趋向于自动化, 在产品零件的生产上有更高科技、更深奥的问题亟待解决。如在机械设计、装配及加工中, 经常遇到零件尺寸、装配间隙以及加工余量计算问题等, 这一般都需要建立方程和求解尺寸链。本文主要介绍了装配体尺寸链基本概念理论及计算公式, 浅要探讨研究了尺寸链分析与计算的简便实用方法, 以及在计算机中建立、求解的方法步骤。
装配体尺寸链主要表达的是装配尺寸的相互关系, 其是一个封闭环形式, 通过对在各个零件上或相关零件的组成环的分析而表达显现。目前在工程机器、机械领域应用得非常广泛。
1 装配体尺寸链描述及尺寸链计算
1.1 装配体的尺寸链
尺寸链概念:产品及零件在机器装配或加工过程中, 由有相互关联关系固定的零件的有关尺寸或相互位置关系所组成的封闭图形称作尺寸链。研究机械产品尺寸之间的相互关系, 分析影响产品精度的因素, 确定各相关零件尺寸和位置的合理公差, 以及达到公差要求的相关方法。它能使机械产品既能满足精度及技术要求, 又具有良好的经济效益。尺寸链一般不能独立变化, 是随着装配过程的完成而形成的, 组成尺寸链的各个尺寸称作环, 其各组成环的尺寸不在同一个零件, 而与各装配零件上的尺寸的精度有关, 组成环中尺寸的变化, 会影响封闭环的变化, 封闭环分增环与减环。
封闭环:是尺寸链在装配过程中自然形成的环, 最终是受尺寸链的封闭性限定;组成环:所有封闭环以外是对封闭环有影响的环;增环:是尺寸链中某一类组成环, 各组成环不变时, 可以使封闭环增大的环;减环:是尺寸链中某一类组成环, 各组成环不变时, 可以使封闭环减小的环;补偿环:尺寸链中预先选定某一组成环, 可以通过改变其大小或位置, 使封闭环达到规定的要求, 该组成环为补偿环。
1.2 装配尺寸的建立
首先, 是装配体模型的建立。装配体尺寸链生成的基础也是最关键的。
其次, 尺寸链的自动生成。确定封闭环、查找组成环、对增减环进行判定、设计函数的生成装备尺寸链向量表示等。目前都会结合计算机进行运作, 一般先是生成一维尺寸链, 对其算法进行研究, 后将其算法类似到二维甚至三维尺寸链的自动生成中。但在实际应用中, 我们还是要针对实际情况对向量方向进行适当的调整。然后, 多维装配体尺寸链生成。可以结合向量关系及相关数据, 形成配合关系图, 更为方便地为尺寸链的建立作铺垫。
在实际应用中, 装配体尺寸链的建立形成方法有互换法、选配法、修配法、调整法等等。要根据装配中环的多少、性质、产品的批量以及其生产装配精度等等实际情况选用不同的方法。一般是优先选用互换法, 其也最为常用的。
1.3 装配体尺寸链的自动生成
在尺寸链的计算过程中, 应该首先对尺寸链的组成有一个充分的、正确的认识了解, 它的自动生成主要在于进行公差的分析与综合。装配体的尺寸链的生成要先做好装配体信息的表达。在装配体中, 首先必须要找到组成封闭环的配合零件, 形成一条路径, 表现出装配体的形状特征。
在一个装配体中组成封闭环的配合零件链不是一件容易的事, 它一般与装配体的建模完整度及尺寸链的自动搜索等有一定的关系。其模型的配合特征记录有零件的配合信息, 我们可以从装配体模型的配合信息中了解相互配合的零件以及各配合零件的配合关系。
1.4 尺寸链的计算
关于对尺寸链的计算方法有很多种, 例如概率法、极值法、调整法、修配法等等。以下主要就极值法作一简要的介绍。
根据尺寸链的类型分析, 我们的计算从易到难、从简单到复杂。首先计算线性尺寸链。这里先针对一维尺寸进行分析计算, 其具体有以下关于封闭环有关计算的几重关系:
(1) 封闭环基本尺寸=各增环基本尺寸和-各减环基本尺寸和;
(2) 封闭环上偏差=各增环上偏差-各减环下偏差;
(3) 封闭环下偏差=各增环下偏差-各减环上偏差;
(4) 封闭环公差=各组成环的公差和=封闭环上偏差-封闭环下偏差。
然后, 计算平面尺寸链。这一尺寸链的所有组成环都在同一或几个平行平面上, 部分组成环不平行于封闭环。其与以上一维尺寸链的计算方法主要区别在于该尺寸链中包含了角度。在建立方程、计算、求解平面尺寸链的时侯, 会涉及到有关三角函数的求解。平面尺寸链方程式建立过程:定投影轴方向为封闭环的方向, 把不平行于封闭环的环向封闭环方向投影, 转化为以上介绍计算的线性尺寸链模式, 建立相关式方程、求解。
另外, 就是空间尺寸链的计算。一般采用空间角度换算法。罗列出矢量图和相关方程数据, 然后进行投影分析, 由图中环在坐标系中的具体位置求出夹角、列出方程, 解得封闭环尺寸。
2 尺寸链增减环分析
在平面尺寸链增减环的判断中, 目前我们常常采用的方法有概念法和回路法。概念法:对每一环都要进行分析其对封闭环的相关影响;回路法:这种方法相对于概念法要比较麻烦一些, 它需要对尺寸链的每一个环都绘制箭头。另外就是串并联法, 这种方法非常直观而且只要观察两相邻环之间的串并联关系就可确定组成环的增减性了, 在一些比较复杂的平面线性尺寸链等的增减环的判断中应用起来非常的方便。有时候我们还要结合计算机来辅助判断, 如回路法中的箭头绘制在计算机中形成系统后, 应用起来也很方便。
2.1 数字模型的直观判断
尺寸链确定后, 其中的各个环的作用还是未知的, 也就是说增减环还待定, 这些就需要我们想办法进行分析判断了。一般针对装配体的尺寸链及模型, 系统会对尺寸链的增减环进行一些直观地判断, 主要是结合以上提到的串并联法进行判断。一般有串联于封闭环是减环, 并联于封闭环共基准是增环;串联环性质一致, 共基准并联环性质相反等。
为了能更为直观地观察、分析、计算装配误差与尺寸链封闭环之间的关系, 在建立装配尺寸链时, 利用基于空间向量表示法相关技术进行精准分析。用空间向量表示法时应该注重3大要点:对基准参考坐标系的定义、尺寸链各个环向量的表示以及各个环的向量在基准参考坐标系中的分解与求解。
2.2 运用计算机辅助判断
随着数字图像化的发展, 计算机应用领域越来越广泛、越来越普及。计算机软件制图、储存有多种多样的模式, 目前CAD技术在这一方面也有涉及。最明显的是多维装配体尺寸链的计算应用。而装配体的信息数据很多时候就需要储存、利用图像进行表达。计算机对有关数据图像的保存、粘贴、复制、读取等都非常地方便。
所谓的增减环, 就是按封闭环的变化对其造成不同的影响来区分的。一般系统设计者都会给出相关的详细的规则, 用来判断增环和减环。计算机设计时, 可以利用有关增减环的信息矩阵来进行判断, 环的尺寸增大时, 封闭环尺寸也跟随着环增大而增大, 反之则为减环。另外, 还可以根据以上介绍的箭头法思路来建立一个判断增减环信息的矩阵。具体方法为:在计算机从右到左进行封闭尺寸链搜寻, 将组成环的两端编号相减, 其结果小于零时, 组成环为减环, 否则为增环。
另外, 在完成尺寸链及公差链的自动生成后, 计算机还有辅助公差分析与综合的相关应用。
3 结语
在各机械类行业中对尺寸链的分析都是非常重要关键的, 随着近些年多装配体尺寸链应用的研究及分析, 我们也已有了比较厚实的基础以及大量的信息数据, 这些都将为以后尺寸链在装配体甚至更多更广的领域中的应用奠定了优良的基础。
对装配体的尺寸链的有效合理的分析及应用, 旨在对零件进行加工路线安排、零件检测、装配工艺等, 使制造活动更有效、更经济地进行。
摘要：主要介绍了装配体尺寸链基本概念理论及计算公式, 浅要探讨研究了尺寸链分析与计算的简便实用方法, 以及在计算机中建立、求解的方法步骤。
关键词：装配体,尺寸链,模型
参考文献
[1]李艳菲.尺寸链分析计算的技巧[J].包钢科技, 1996 (2) :89～90
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[3]蔡延波, 曹增强, 李志成.复杂装配尺寸链的分析计算[J].现代制造工程, 2008 (4) :81～84
[4]王春花, 张晓芳.装配尺寸链的计算机辅助设计[J].江西冶金, 2005 (2) :34～36
[5]田立中, 马玉林, 姬舒平.装配尺寸链自动生成的研究[J].工程设计, 2000 (4) :21～24
装配体分析 篇2
齿轮机构是应用最为广泛的传动机构之一。可以用来传递空间任意两轴之间的运动和力, 具有传动功率范围大、效率高、传动比准确、使用寿命长、工作安全可靠等特点, 在各个行业得到了广泛的应用[1]。
CATIA是法国达索公司 (Dassault System) 推出的高级计算机辅助设计、制造和分析软件, 三维特征建模功能强大, 可以进行复杂的三维零件的特征参数化造型和有限元结构分析, 广泛应用于航空航天、机械制造和汽车交通等领域。
现以微型电动轿车变速箱二道轴总成为例来进行分析。根据不同齿轮之间高度相似性的特点和CATIA强大的参数化功能建立了标准渐开线斜齿圆柱齿轮的参数化模型, 进行约束装配后导入CATIA分析和仿真模块进行CAE分析, 根据CAE分析结果验证理论计算和设计的合理性。
1 齿轮模型、齿轮装配体和有限元模型的建立
a) 参数化齿轮模型和装配体的建立[2]:利用Catia参数化功能建立斜齿轮和齿轮轴, 通过装配模块装配生成二道轴总成装配体。
b) 赋予齿轮装配体材料:赋予齿轮装配体总成为钢 (Steel) 材料。
c) 网格划分和有限元模型建立:转化齿轮装配体到CATIA分析与仿真模块, 利用其先进网格划分工具 (advanced meshing tool) 对齿轮装配体进行网格划分, 齿轮装配体有限元模型及网格划分信息如图1所示。
2 施加载荷和约束
根据各个齿轮的受力情况和装配体总成的固定位置对模型施加载荷和约束, 对装配体两端施加除绕齿轮轴向旋转之外其余自由度的约束, 如图2所示。
3 齿轮装配体总成CAE分析
3.1 求解和有限元结果
把网格划分后的齿轮装配体转化到Catia中的有限元分析模块 (generative structure analysis) 进行求解, 得到变形位移图、应力云图等, 如图3所示[3]。
3.2 有限元结果分析
由于文中分析主要针对静应力计算, 所以仅考虑齿轮弯曲疲劳和齿轮轴的疲劳强度。
a) 输入条件
本设计中, 材料选择为20CrMnTi, 并经渗碳, 淬火或碳氮共渗, 齿面硬度为57～63HRC;精度等级为6级。按硬度下限值, 由机械设计手册MQ级质量指标查得σHlim=1500MPa;由MQ级质量指标查得σFE=900MPa, σFlim=450MPa, 保证适当的有效层深, 心部硬度≥25HRC。
b) 齿轮轴强度分析及其轮齿弯曲疲劳强度分析
1) 齿轮轴强度分析:齿轮轴最大应力为σFlim=667MPa, 位于大齿轮与齿轮轴配合的齿轮轴外端, 齿轮轴两个不同大变形位置区域明显出现了与实际工作状态不符的情况, 这可能是由于算法问题导致计算无法收敛而造成的。根据实际工作情况和分析计算, 出现危险截面的位置在:与轴承内侧接触的齿轮轴过渡圆角区域 (过渡圆角和轴承配合产生应力集中引起的) , 与大齿轮接触的齿轮轴过渡圆角区域 (过渡圆角和齿轮安装配合产生应力集中引起的) , 齿轮中部位置 (齿根应力集中引起的) 。而在这些危险截面出现的最大弯曲疲劳应力为77.6MPa, 而20CrMnTi的弯曲疲劳极限为σ-1=480MPa, 最危险截面安全系数S达到6.18, 远大于静强度下的许用安全系数[S]=1.8。
2) 齿轮轴轮齿弯曲疲劳分析:齿轮弯曲疲劳极限应力为σFlim=450MPa, 安全系数取最高SFmin=2, 计算后的齿面应力为σFlim=158.76MPa, 齿轮许用应力422.6MPa, 从应力云图和位移变形图可以看出, 齿根最大应力为146MPa, 最大变形量为0.00702mm, 位于齿轮顶端。
c) 大齿轮弯曲疲劳分析
弯曲疲劳极限应力为σFlim=450MPa, 按照最高安全系数取SFmin=2, 计算后的齿面应力为σFlim=135.3MPa, 齿轮许用应力413.1MPa, 从应力云图和位移变形图可以看出:齿根最大应力为92MPa, 位于啮合大齿轮齿根部位;最大变形量为0.0141mm, 位于齿轮顶端, 与齿轮啮合中心距极限偏差、齿轮啮合间隙和齿面精度公差值基本保持一致, 能够与配对齿轮很好的啮合。
从上述数据可以看出, CAE分析数据要比利用经验公式求解的结果要小, 这主要是由于在做齿轮CAE分析时没考虑:齿向载荷分布系数、齿廓齿轮的应力修正系数、齿形系数、重合度系数、螺旋角系数等修正因素和斜齿轮多齿啮合特点, 所以与经验公式取得的数值有一定的差距, 如果综合考虑以上因素, 计算结果应该基本一致。由经验计算和CAE分析结果可以看出, 齿轮弯曲应力远小于齿轮许用应力, 齿轮轴危险截面安全系数远高于许用安全系数, 齿轮弯曲疲劳和齿轮轴疲劳强度设计结果满足设计要求。
3.3 改进措施
设计结果虽满足使用要求, 但大齿轮轮齿变形量较大, 最大载荷运行时有可能引起噪声和震动, 为此, 要进一步优化速比和齿轮参数, 可以采用以下措施来降低轮齿最大变形量:增大模数和节圆直径, 采用变位系数, 加大齿形螺旋角, 改变压力角, 增大齿根部位圆角, 齿形修正等。轴的破坏大多为疲劳破坏, 对于其他过渡圆角部位的应力集中现象, 应提高轴的疲劳强度, 要力求降低应力集中和提高轴的表面品质。降低应力集中的主要措施有:加大圆角半径, 减少直径差;用内凹圆角加大圆角半径;设中间环加大圆角半径;加退刀圆角等。提高轴表面品质的主要措施有:降低轴的表面粗造度、进行热处理或表面强化处理等。
4 结论
主要针对齿轮装配体进行有限元分析, 集中叙述了利用CATIA软件进行有限元分析过程, 并分析了结果和提出了改善薄弱部位的措施。
参考文献
[1]吴宗泽.机械设计使用手册[M].北京:化学工业出版社, 2008.
[2]郭越.基于CATIA的渐开线齿轮参数化精确建模与应用[J].延边大学农学学报, 2007 (2) :141-144.
装配体分析 篇3
WALL-E装配体零件为职业技能大赛五轴加工中心竞赛项目实操题之一。本文通过对WALL-E装配体进行工艺分析, 制订合理的工艺流程, 使操作者能在规定的条件下完成零件的加工。
1 WALL-E装配体整体工艺分析
WALL-E装配体零件如图1所示, 主要由WALL-E和底座两个零件组成。根据技术要求, 两零件能完成配合, 配合间隙≤0.04 mm, 配合后能插入3支准8标准圆柱销钉。零件加工内容包括三轴加工、孔加工、五轴定向加工、装配加工。
WALL-E装配体零件为职业技能大赛五轴师生两个人组合的竞赛试题, 加工时间为240 min, 要在规定的时间内完成零件加工, 必须协调好机床操作与数控编程人员的明确分工与紧密配合, 制定合理的加工工艺, 才能在竞赛中游刃有余、顺利完成。
该零件毛坯为120mm×80mm×50mm铝块和准80mm×120 mm铝棒各一件;装夹采用4寸精密台虎钳;加工刀具为自定义 (表1为WALL-E装配体加工刀具清单) ;加工设备为A、C轴双摆台五轴加工中心;操作系统为西门子840D。
2 WALL-E装配体工艺加工流程
下面根据竞赛条件, 制定该零件的加工工艺方案, 分别从加工工序、加工流程及仿真加工方面描述该零件的加工过程。
1) 底座底面。毛坯120 mm×80 mm×50 mm铝块, 4寸精密台虎钳装夹, 夹紧位置小于25 mm, 四边分中, 定义X0、Y0位置, 顶面-0.2位置定义为Z0位置。使用刀具为T1。底面加工 (如图2所示) :平面铣→平面轮廓铣→底面和壁→平面轮廓精加工。切削加工时间为10 min。UG仿真结果如图3所示, Vericut7.2仿真结果如图4所示。
2) 底座正面。零件掉头, 4寸精密台虎钳装夹, 夹紧位置小于14 mm, 打表找正X方向平行与Z方向垂直, 定义A0、C0位置, 打表分中, 找正X0、Y0位置, 试切零件上表面, 测量零件总高, 定义零件总高70 mm位置为Z0位置。使用刀具:T1、T5、T6、T8、T9、T10。正面加工 (如图5所示) :型腔铣粗加工→平面铣精加工→五轴定向平面铣精加工→R2倒角固定轴轮廓铣精加工→打中心孔→钻准10通孔→五轴定向打中心孔→五轴定向钻φ7.8孔→五轴定向铰φ8孔。切削加工时间为22 min。UG仿真结果如图6所示, VERICUT7.2仿真结果如图7所示。
3) WALL-E毛坯。120×准80铝棒, 4寸精密台虎钳加V型块装夹, V型块放置Y正方向, 使工件尽量靠近回转中心, 避免Z方向五轴定向加工时超程, 夹紧位置小于30 mm, 四点分中找正X0、Y0位置, 顶面-0.2位置定义为Z0位置。零件加工完成后须在底面中心钻M10工艺螺纹孔。使用刀具:T2、T3、T4、T7、T8、T9、T10、T11。WALL-E脖子以下部分加工 (如图8所示) :五轴定向型腔铣开粗→平面铣精加工→中心钻打点→钻准7.8通孔→铰准8通孔→五轴定向加工剩余铣→五轴定向加工底面和壁→五轴定向加工平面轮廓铣→五轴定向加工固定轴轮廓铣 (曲面加工) →钻M10工艺螺纹孔。切削加工时间为50 min。UG仿真结果如图9所示, VERICUT7.2仿真结果如图10所示。
5) WALL-E配做。把底座与WALL零件通过2个准8销钉和M10螺钉装配起来。用4寸精密台虎钳把装配体夹紧, 打表找正X方向平行与Z方向垂直, 定义A0、C0位置, 打表分中, 找正X0、Y0位置, 试切零件上表面, 测量零件总高, 定义零件总高152 mm位置为Z0位置。使用刀具:T2、T3、T4、T5、T6。WALL-E装配体加工 (如图11所示) :型腔铣开粗→五轴定向打中心孔→五轴定向钻准9.8孔→五轴定向铰准10孔→五轴定向型腔铣→五轴定向加工固定轴轮廓铣 (曲面加工) →五轴定向平面轮廓铣精加工。切削加工时间为50 min。UG仿真结果如图12所示, VERICUT7.2仿真结果如图13所示。
3 结语
在数控加工领域中, 工艺分析及装夹方案非常重要, 它是在现有的条件下能否完成一个合格的产品的重要部分。本文根据指定的加工条件要求, 通过对WALL-E装配体工艺分析, 剖析该零件五轴加工的整个过程。在保证加工精度的前提下尽量采用定向加工, 减少联动的加工时间, 高效率、高质量地完成零件的加工。
摘要：五轴数控机床是一种高效率、高精度、高科技含量的设备。通过对复杂的WALL-E装配体五轴数控加工零件的分析, 制订详细的加工工艺, 以UG NX 8.5和Vericut7.2对该零件进行编程以及仿真加工, 较为全面地剖析了五轴加工零件的工艺过程, 解决仿真加工中的难点问题, 提高复杂零件加工精度自动化生产效率。
关键词：五轴数控加工,工艺分析,仿真加工
参考文献
[1]郎永兵.第四届数控大赛加工中心五轴试讲工艺分析[J].金属加工:冷加工, 2012 (19) :25-28.
装配体分析 篇4
产品可装配性设计 (Design for Assembly, 简称DFA) 是一种在产品设计早期就开始考虑装配阶段情况的优化方法, 通过对产品零部件结构属性的分析和评价, 利用经验知识估算出零部件的装配时间和成本, 同时提出优化修改建议。这种方法的科学性和先进性在上世纪80年代已被Boothroyd[1]的研究小组所证实, 能大大提高产品的设计效率和设计质量, 节省装配成本并缩短整个产品设计周期。
近年来很多学者对此开展研究, 黄国强等[2]开发出了网络化的DFA系统, 单洪波等[3]也做了网络环境的DFA技术研究, 管强等[4]提出了一种面向产品结构和装配工艺过程再设计的可装配性评价体系, 周开俊等[5]提出了方案层、语义层、零件层、过程层的四层装配评价体系。以上方法均限于零件级评价, 对于产品设计结构的修改也没有考虑子装配体的问题。本文提出了基于网络的产品子装配体装配评价体系, 就是将DFA技术运用到网络环境下, 同时补充了目前对于子装配体可装配性评价的不足。
本文主要针对产品子装配体的可装配性进行评价, 重点分析子装配体的内部结构和零件属性, 从静态、动态、整体3个层次逐步分析子装配体从自身装配到最终安装到产品中的全过程, 制定了以分析子装配体可装配性设计准则为核心的评价体系, 开发出可对产品装配序列规划和装配过程仿真提供支持的子装配体可装配性评价系统。
1产品子装配体可装配性评价方法流程
对于产品子装配体的装配评价目前在国内外仍然处于探索阶段。子装配体评价与零件评价的共同点是都要使用Boothroyd和Lucas的DFA方法对现行方案进行评价, 子装配体是由多个零件构成, 因此包含有零件的评价指标和规则;不同点在于子装配体是能够拆卸组合的整体, 存在自身装配操作和自身稳定性等问题, 相应的设计修改优化建议跟零件的优化建议不同, 相对零件来说子装配体结构更加复杂, 装配工作量更大。两者是包含的关系:零件评价是DFA方法的基础, 零件属于子装配体的组成部分;子装配体评价建立在零件评价之上, 有着很多零件评价没有的设计准则。因此产品子装配体评价既包含零件评价的内容, 又包含自身的结构特点。
评价开始时系统会导入子装配体的制造信息, 包括装配结构信息、零件几何信息、三维模型信息等, 设计人员会根据产品子装配体的装配设计准则和经验知识来进行静态、动态和整体的三层可装配性评价, 估算出子装配体的装配时间和装配成本, 确定需要修改的零件并且提出改进建议, 用户如果对子装配体设计不满意可以反馈, 参考修改建议来重新设计, 直到得出满意的结果。产品子装配体评价方法流程如图1所示。
2子装配体可装配性评价方法
2.1 子装配体可装配性静态分析
静态分析主要考虑子装配体的零件构成, 在现代设计中标准件在产品零件中占有很大的比例, 产品设计对于标准件和通用件的依赖性也越来越大。一般的标准件或者通用件, 比如螺钉、螺母、键、轴承等, 都具有完整的设计信息, 利用这些设计信息结合产品子装配体的功能需求进行其他零配件的结构设计和工艺设计, 能提高产品设计效率和可靠性。
影响装配效率的因素主要有标准件占子装配体零件总数百分比、非标准件数目、形状复杂零件数目等。由于标准工装夹具的使用而使标准件的装配效率提高, 子装配体中的非标准件在设计阶段和加工阶段都占有资源, 增加了子装配体的装配成本, 形状复杂的零件会给装配带来不便。因此, 对子装配体静态分析的优化设计准则是:尽量减少零件数目、减轻零件重量、去除某些不必要的零件。评价子装配体的可装配性就是要考虑零件结构的简化, 包括零件自身特征、连接方式和子装配体整体结构的简化。比如将一般的螺纹连接件改为自锁螺纹连接件, 则可节省防松操作。
2.2 子装配体可装配性动态分析
由于子装配体的自身装配存在装配序列、装配效率和装配成本的问题, 因此动态分析主要考虑在子装配体的自身装配过程中存在的潜在问题和改进空间, 通过多方面的考虑和改动来达到优化。影响装配效率的因素主要有:装配重定位次数、子装配体的位姿稳定性和工具使用数目等。
子装配体在装配时的重定位操作会延长装配时间, 所以子装配体的结构设计要尽量减少装配阶段重定位次数, 使装配方向改变次数达到最少。
实际装配操作中对子装配体的位姿稳定性要求非常高, 稳定的子装配体可以减少装配夹具使用。对于位姿不稳定子装配体的修改建议如下:①增加夹具等辅助工具, 将子装配体可能崩塌分离的方向固定;②重新设计子装配体, 通过装配结构和连接方式的改进来消除潜在崩塌可能性, 已装配好的装配组件和将要装配的子装配体至少有一个共同的稳定装配方向, 才能确保在装配过程中两者都是稳定的[6]。
在子装配体自身装配过程中会使用各种工具, 甚至需要使用专用的工具来夹持和固定, 但专用夹具增加装配成本。为了避开使用专用工具, 可以改动子装配体的装配结构, 使之能够使用通用的夹具来装配。
2.3 子装配体可装配性整体分析
整体分析主要考虑在装配过程中子装配体作为一个整体零件的可装配性, 前提是子装配体位姿稳定, 能够作为一个刚性整体来完成装配操作。本文对抓取和安装时遇到的各种问题进行了总结, 依据子装配体整体评价阶段抓取和安装的主要指标选择尺寸标准t1、重量标准t2、精细零件情况t3、缠结情况t4、使用工具t5、固定形式t6、固定过程t7、视角限制t8、定位难度t9、安装支撑t10这10个指标来评价子装配体的整体可装配性, 其中t1、t2、t3、t4、t5是搬运阶段指标, t6、t7、t8、t9、t10是安装阶段指标。评价指标选项分类如表1所示。
2.4 子装配体可装配性评价结果
在对产品子装配体进行静态、动态、整体三步分析的基础上, 参考Boothroyd的机械设计手册提供的试验数据和经验公式估算出子装配体的装配时间。在装配时间的基础上根据现行的工时标准和工具使用情况计算出相应的装配成本。
最后, 评价结果记录了亟待改进的零件和结构并提出指导意见。子装配体整体结构评价的意义和创新之处在于从整体着眼考虑产品设计的可装配性:在零件级看来合理的改动在子装配体级就不合适, 关键就在于考虑其他配合零件的影响, 从整体出发解决可装配性问题。
3系统开发与实例验证
B/S结构便于设计人员实现快速、异地、开放式的评价操作, 可扩展性好, 易于维护。鉴于此本文应用J2EE技术体系, 以Eclipse为开发环境, 数据库采用SQL Server 2000, 开发了基于网络的面向装配的产品子装配体评价系统。系统由可装配性评价和再设计修改建议两个核心模块组成, 针对产品零件和子装配体的装配结构进行分析, 估算出装配时间和装配成本, 最后评价结果以报表形式输出。
本文以某型号卫星太阳翼的板间铰链子装配体为例进行验证。系统的工作界面如图2所示, 装配评价区进行产品结构的可装配性评价;产品结构区以装配结构树的形式显示产品零部件列表;模型显示区提供产品三维模型;产品信息区提供了零部件的制造信息和几何信息, 为用户的评价操作提供便利。
子装配体评价过程如图3所示。用户对子装配体的抓取难度、安装难度和装配过程三类评价的量化指标做出选择之后提交到系统计算模块, 系统根据经验知识估算出子装配体的装配时间和装配成本, 并输出评价系统报表, 如图4所示;最后系统分析子装配体的设计情况提出相应的设计修改意见指导设计人员改进产品。
4结论
本文提出基于Web的产品子装配体可装配性评价方法;制定了包含静态分析、动态分析和整体分析的三层评价体系, 可对子装配体的设计全流程提供支持;开发了基于Web的子装配体可装配性评价系统, 并通过某型号卫星太阳翼实例验证了评价方法的适用性和评价体系的合理性。然而定量评价方面需要大量试验和经验数据, 数据不足则无法得到满意的评价结果, 过于依赖试验数据和经验公式在一定程度上制约了企业应用, 所以, 以后的工作将是进一步完善装配评价指标和改进评价算法。
摘要：提出基于Web的产品子装配体可装配性评价方法。从静态、动态和整体三个层次对子装配体的可装配性进行分析, 建立了兼有定性和定量评价的子装配体可装配性评价方法体系;开发了支持异地协同设计的子装配体可装配性评价系统。最后通过某型号卫星太阳翼实例验证了该评价方法的适用性、评价指标选取的合理性以及三层评价体系的有效性。
关键词：Web,子装配体,可装配性评价
参考文献
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