（机械制造及其自动化专业论文）基于要素特征的装配尺寸模型的建立与应用.pdf

献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明的法律责任由本人 承担。 关于学位论文使用权的说明 本人完全了解太原科技大学有关保管、使用学位论文的规定，其中包 括：学校有权保管、并向有关部门送交学位论文的原件、复印件与电子 版；学校可以采用影印、缩印或其它复制手段复制并保存学位论文； 学校可允许学位论文被查阅或借阅；学校可以学术交流为目的，复制赠 送和交换学位论文；学校可以公布学位论文的全部或部分内容( 保密学 位论文在解密后遵守此规定) 。 作者签名：盔丝金日期：丝绝：缸五 导师签名：0 胁日期 摘要 中文摘要 对于机械产品设计来讲，在原理与结构确定的情况下，其中重要的一项任务就是要 合理地确定零件的各个尺寸标注模式、然后求解出零件的全部尺寸和公差，这就需要建 立一个完整、准确、合理的装配尺寸模型。本文在分析装配体各零部件功能的基础上， 建立基于要素特征的装配尺寸模型，介绍尺寸模型的建立方法，并从尺寸形成路线最短 的角度自动建立整个装配体的完整正确的装配尺寸模型，从而实现了零件尺寸标注模式 的正确性、合理性。尺寸模型应该既能够表达全部装配尺寸关系，又能够表达全部装配 基准关系，本文通过采用装配尺寸式系的方法来建立装配体的装配尺寸模型。这种方法 具有不需画图、寻找装配尺寸关系方便、易于表达装配图的结构特征等优点，为计算机 自动建立装配尺寸模型提供了一条新的途径。 在本论文中完成了以下工作： ( 1 ) 通过分析装配体中零部件各要素特征之间的装配功能关系，定义了目标尺寸的 概念，并对目标尺寸进行了分类，以全面正确的识别目标尺寸。 ( 2 ) 运用图论中的最短路径搜索算法自动建立了基于要素特征的装配体的装配尺寸 模型。 ( 3 ) 根据零件尺寸标注所要求的正确性、完整性、清晰性及合理性等原则，利用有 向图等数学工具完成了零件尺寸标注模式的生成。 ( 4 ) 结合实例及装配尺寸模型的特点，运用v b 语言和a c c e s s2 0 0 3 数据库作为应用 软件的开发平台，开发出了一套通用性强，适用范围广的装配尺寸模型计算系统软件， 并详细说明了该系统的整个实现过程。 关键词：装配尺寸模型；要素特征；目标尺寸；零件尺寸标注模式；软件开发 基于要素特征的装配尺寸模型的建立与应用 a b s t r a c t a b s t r a c t i tw a sv e r yi m p o r t a n tt or e a s o n a b l ya s c e r t a i nt h ed i m e n s i o n i n gm o d eo ft h e v a r i o u sp a r t s ，a n dt h e ns o l v ea l lt h ed i m e n s i o n i n ga n dt o l e r a n c e sf o rm e c h a n i c a l p r o d u c td e s i g nw h e n i t ss t r u c t u r ea n dp r i n c i p l ew a sd e f i n e d a n dt h i sr e q u i r e da c o m p l e t e 、a c c u r a t ea n dr e a s o n a b l ea s s e m b l yd i m e n s i o n i n gm o d e l t h i sp a p e r a n a l y z e dt h ea s s e m b l yf u n c t i o no ft h ev a r i o u sc o m p o n e n t s ，a c c o m p l i s h e dt h e a s s e m b l ys i z em o d e lo nt h eb a s i so ft h e i re l e m e n t a lc h a r a c t e r i s t i c s ，i n t r o d u c e d t h ee s t a b l i s h i n gm e t h o do ft h ed i m e n s i o n i n gm o d e l ，a n de s t a b l i s h e dt h ep e r f e c t a n dp r e c i s ea s s e m b l yd i m e n s i o n i n gm o d e lo ft h ew h o l ea s s e m b l yf r o mt h e s h o r t e s td i m e n s i o n a lr o u t e sv i e w , w h i c hi m p l e m e n t e dt h ea c c u r a c ya n dt h e r a t i o n a l i t yt h ed i m e n s i o n i n gm o d e o fp a r t s d i m e n s i o n i n gm o d es h o u l dn o to n l y b ea b l et oe x p r e s sa llt h ed i m e n s i o n a lr e l a t i o n s h i p ，b u ta l s oa b l et oe x p r e s sa l l r e l a t i o n s h i pb e t w e e nb e n c h m a r k s ，a n dt h i sp a p e rw o u l db u i l dt h ea s s e m b l y d i m e n s i o nm o d e lt h r o u g ht h ee s t a b l i s h m e n to ft h ea s s e m b l yd i m e n s i o nm o o r i n g w h i c hh a ds o m em e r i t si nn og r a p hd r a w i n g ，e x p e d i e n t l yl o o k i n gf o rt h e a s s e m b l yd i m e n s i o nr e l a t i o n sa n de a s i l ye x p r e s s i n gs t r u c t u r a lc h a r a c t e r i s t i c sf o r t h ea s s e m b l yd r a w i n g t h i si san e ww a yt oa u t o m a t i c a l l ye s t a b l i s ht h e a s s e m b l yd i m e n s i o n i n gm o d e l w i t hc o m p u t e r i nt h i sp a p e r , t h ef o l l o w i n gw o r kh a sb e e nc o m p l e t e d ： ( 1 ) b e i n gd e f i n e d t h e c o n c e p t o ft h e t a r g e ts i z e ，a n dc l a s s i f i e d s oa st o c o m p l e t e l y a n d c o r r e c t l yi d e n t i f y i t t h r o u g ha n a l y z i n g t h ef u n c t i o n a l r e l a t i o n s h i po ft h ea s s e m b l yb e t w e e nt h ev a r i o u se l e m e n t a lc h a r a c t e r i s t i c so f p a r t s ( 2 ) u t i l i z i n gt h es h o r t e s tp a t hs e a r c ha l g o r i t h mi ng r a p ht h e o r yt oa u t o m a t i c a l l y e s t a b l i s ht h ea s s e m b l yd i m e n s i o nm o d e lb a s e do nt h ee l e m e n tf e a t u r e s ( 3 ) u s i n gd i r e c t e dg r a p ha sam a t h e m a t i c a lt o o lt oa c c o m p l i s ht h eg e n e r a t i o no f t h ed i m e n s i o n i n gm o d eo fp a r t sa c c o r d i n gt ot h ed i m e n s i o n i n gp r i n c i p l e a c c u r a c y , i n t e g r a l i t y , c l e a r n e s s ，a n dr a t i o n a l i t y ( 4 ) e x p l o i t i n gt h ea s s e m b l ys i z em o d e lc a l c u l a t i o ns o f t w a r es e r v e dv ba n d a c c e s s2 0 0 3d a t a b a s ea s p l a t f o r m ，a n d d e t a i l e di n t r o d u c et h ee n t i r e l i l l v 目录 目录 第一章绪论1 1 1 课题研究的意义1 1 2 国内外研究现状2 1 2 1 尺寸模型方面2 1 2 2 零件尺寸标注方面2 1 3 本文研究内容及章节编排4 1 3 1 研究内容4 1 3 2 章节编排5 1 4 本章小结5 第二章装配尺寸模型的研究7 2 1 引言7 2 2 装配尺寸模型中的目标尺寸7 2 2 1 目标尺寸的概念及其组成7 2 2 2 装配体中目标尺寸数量的确定8 2 2 3 目标尺寸的确定9 2 3 装配尺寸模型的建立9 2 3 1 描述装配体中要素的基本要求9 2 3 2 零件尺寸的描述方法9 2 3 3 目标尺寸的表示方法10 2 3 4 装配尺寸式的建立一1 1 2 3 5 装配尺寸式的特点1 2 2 4 装配尺寸模型的研究1 3 2 4 1 装配尺寸模型中目标尺寸总数量与零件尺寸总数量及其关系1 3 2 4 2 装配尺寸模型13 2 5 装配体位置关系的尺寸模型表示方法1 4 2 5 1 零件有关要素的描述方法1 4 2 5 2 位置关系的表示方法1 4 2 6 算例l4 2 7 本章小结l8 v 基于要素特征的装配尺寸模型的建立与应用 第三章基于装配尺寸模型的零件形位公差设计 3 1 引言 3 2 圆盘剪结构简介 3 3 圆盘剪刀盘精度设计 3 3 1 圆盘剪上下刀盘侧向间隙的保证 3 3 2 保证上下刀盘剪切面端面跳动及平行度的各个零件形位公差设计 3 3 3 各个零件形位公差的确定 3 4 上下刀盘重叠量误差验算 3 5 本章小结2 8 第四章装配尺寸模型计算软件系统分析2 9 4 1 引言2 9 4 2 有向图理论2 9 4 2 1 图的基本概念2 9 4 2 2 装配尺寸模型的有向图构造3 0 4 2 3 最短路径搜索3 2 4 3 装配尺寸模型计算机规范3 4 4 4 最短路径搜索装配尺寸式的解析过程3 4 4 5 装配尺寸模型的解析过程3 5 4 6 误差的正反传递算法与应用4 0 4 6 1 误差正向传递的四则运算规则4 0 4 6 2 误差的反向传递4 1 4 6 3 误差反向传递的应用4 2 4 7 本章小结4 2 第五章装配尺寸模型软件系统的开发实现及应用实例4 3 5 1 引言4 3 5 2 软件丌发环境4 3 5 3 实例应用4 4 5 3 1 工程管理模块4 5 5 3 2 零件参数管理模块4 6 5 3 3 零件配合面管理模块4 7 v l 目录 5 3 4 目标尺寸管理模块4 8 5 3 5 装配尺寸模型构造模块4 9 5 3 6 解零件尺寸模块4 9 5 4 算例结果分析5 1 5 5 本章小结5 2 第六章结论与展望5 3 6 1 结论5 3 6 2 课题展望5 3 6 3 课题的特色与创新之处5 4 参考文献5 5 致谢5 9 攻读硕士学位期间发表的论文目录6 1 v l i 基丁要素特征的装配尺寸模型的建立与应用 v i i i 第一章绪论 第一章绪论 1 1 课题研究的意义 在机械设计过程中，合理地确定零件的尺寸标注模式，对于产品工作精度的提高、 加工与装配成本的降低，具有重要的工程意义，是机械产品公差设计工作的一个重要组 成部分。在工程图纸绘制过程中，尺寸标注是影响出图效率的一个重要因素。据统计， 绘图工作量的4 0 - 6 0 是解决各种标注问题。尺寸标注不仅繁琐、工作量大，而且易出 错，常发生漏标、错标或重标的现象。在传统的设计过程中，尺寸标注都局限于零件的 水平上，无法找到符合功能要求的尺寸标注模式。目前国内外相关的研究工作还停留在 几何尺寸的确定上，而对于功能尺寸标注模式及公差设计的确定则涉及甚少。然而在机 械产品设计中，除了确定几何尺寸外，更为重要的工作应该是确定满足功能要求的零件 尺寸、公差及正确合理的标注模式。依据图论中的c a y l a y 定理，假设某零件有n 个面， 则它的标注模式将有n n - 2 种可能。如图1 1 所示，零件的轴向有四个端面，所以其可能 的尺寸标注模式将有1 6 种n 1 。如果设计人员仅仅依靠自身的工作经验或参考手册，从 这么多的标注模式中选出最优最合理的一种，那将是很困难的。 - 一 npn幽一四皿曲船 四四趟题凸 四一睁一霸一臼 图1 1 四个端面可能的尺寸标注模式图 f i g 1 1p o s s i b l ed i m e n s i o n i n gg r a p ho ff o u rs u r f a c e s 要实现零件尺寸的正确、合理标注，必须从零件在装配体中所起的作用即零件的要 素特征来分析。传统的方法都只从单个的零件来考虑，而忽略了其它零件在装配中所起 1 基于要素特征的装配尺寸模型的建立与应用 的作用。为了能够完整、准确地描述出装配体中所有零件在装配中所起的作用，本课题 拟采用建立装配尺寸模型的方法通过装配尺寸式系来表示装配结构尺寸，这样更有 利于零件尺寸的合理正确标注，可以避免零件在装配过程中出现潜在的过定位和欠定 位，从而提高了机械产品的设计质量。 本课题的研究就是在这样的背景下，通过对目标尺寸的概念及其组成、装配尺寸模 型的建立、复杂装配体各个零件形位公差的研究等主要内容进行了深入的研究，确定了 零件在满足装配体功能要求下的零件尺寸及其正确合理的零件尺寸标注模式，并且，本 文结合装配尺寸模型的特点运用v b 语言和a c c e s s2 0 0 3 数据库作为应用软件的开发平 台，开发出了一套通用性强，适用范围广的装配尺寸模型计算软件系统，本系统能够方 便、快捷、精确地解决零件尺寸及公差分析设计问题，帮助工程技术人员从繁杂、枯燥 的计算工作中解脱出来。我们的目的不仅是开发出方便实用的软件系统，更重要的是提 出自己的一套思路，提供解决工程实际问题的方法。 1 2 国内外研究现状 1 2 1 尺寸模型方面 浙江大学曾坚阳盟1 通过分析尺寸功能语义，提出了基于功能语义的三维尺寸模型生 成方法和技术，在现有尺寸自动标注双层次策略的基础上，提出三层次的尺寸自动标注 新策略，与尺寸功能相呼应，建立了面向新策略的功能语义尺寸模型。分析功能语义尺 寸模型在尺寸自动标注中的定位，定义了尺寸模型的总体层次结构，描述了功能语义尺 寸模型的定形功能语义层、定位功能语义层、加工功能语义层、装配功能语义层四个层 次。功能语义尺寸模型为尺寸自动标注提供了新的解决方法1 。 上海交通大学高飞h 1 等提出了一种基于特征语义的尺寸公差模型，说明了它在相似 设计、概念设计中的应用，还提出了特征尺寸模式和约束模式的概念。 1 2 2 零件尺寸标注方面 零件尺寸是机械零件设计和制造中的重要参数，也是产品加工的依据。机械零件的 视图只能表达产品的结构形状，而零件各部分的大小和相对位置则要求通过尺寸标注来 确定。尺寸标注是零件干涉检验、有限元分析等后续步骤的重要依据，尺寸的任何错注、 漏注、重标和模糊不清都会给生产制造带来麻烦，造成非常大的损失，所以，在工程图 纸上，尺寸标注必须达到正确、完整、清晰、合理的要求。正确性就是要求尺寸正确无 误，完整性通常是指不能发生欠标注或过标注的清况，清晰性是指标注易于工作人员阅 读，而合理性则要求尺寸标注符合加工、制造工艺及装配要求璐1 。 因此，零件尺寸标注的合理与否，直接影响产品的精度与成本，国内外许多学者在 2 获得零件表面的所有面环，并分析了零件表面所有面坏之间的关系，最后自动得到所需 要标注的尺寸。他们提出的这种方法只针对曲面形体零件进行分析求解标注，虽然不能 解决复杂曲面的标注，但对于一些简单的截交、相贯形体能得到比较准确的标注解。 k e - z h a n gc h e n g m l 等提出了一种基于特征提取的尺寸标注方法，该方法通过识别点、线、 面几何特征元素的拓扑关系，如平行、垂直、重合等关系建立初始尺寸，再识别和去除 冗余尺寸，最后在二维视图中安排尺寸位置。虽然对于由平面构成的箱体类零件的尺寸 自动标注，这种方法能够达到比较好的效果。但是该方法在进行特征分解时，没有充分 应用特征的语义信息，造成初始尺寸太多而识别冗余尺寸的工作量非常大。h i l l y a r d 和b r a i d 阳3 提出了一种尺寸与公差分析方法，该方法能够判断给定零件图的尺寸标注方： 案是否j 下确合理。n p j u s t e r n 们在c s g 和b - r e p 混合模型的基础上建立了尺寸和尺寸公 差模型，主要通过一定语法结构来描述尺寸公差。美国的s h a l o n 1 等人开发了一个系夯 统，用来表示复杂结构装配中的几何尺寸变化，他们所采用的网络图与装配图形十分相 似，但其中只给出了零件i 日j 的“联接 关系。s h a l o n 等人声称：“这种方法不仅可以 保证装配精度，还能分配零件公差。日本的a r a i n 2 1 借助网络图来表示零件间的联接关妻l 系，但只能为尺寸关系的建立提供有限的信息。重庆大学的刘嘉敏、张根保n 3 3 等人结合 人机交互方式提出了由装配图生成有向功能关系图的方法，利用o f r g 确定功能尺寸标 注模式，对尺寸的自动化标注起到了重要作用。 总体来说，这些思想都没有突破“尺寸链图形”的框框，笔者认为，尺寸链存在以 下问题： ( 1 ) 尺寸链用图形描述尺寸关系，图形不如文字容易被计算机识别，另外，位置 关系也不便用图形描述。 ( 2 ) 尺寸要素的特征在尺寸链中没有体现，不利于计算机在寻找尺寸关系时识别 尺寸的特征。 ( 3 ) 尺寸链中的一些概念太繁琐，如封闭环、组成环、增环、减环等，不利于方 法的通用化，也增加了计算机判断和计算过程。 ( 4 ) 尺寸链无法描述要素的生成顺序与基准，因此尺寸链也不便对基准及( 装配 3 基于要素特征的装配尺寸模型的建立与应用 及工艺) 过程进行研究。 针对以上问题，本文提出了用函数表达式即装配尺寸式描述尺寸模型，并在以下三 个方面进行了改进： ( 1 ) 提出了尺寸模型的函数表达式概念： 目标尺寸= f o , i 关尺寸) ( 1 1 ) 把某阶段要确保的尺寸定义为目标尺寸，与目标尺寸相关的尺寸定义为相关尺寸。 目标尺寸也包括位置关系。用这种方法建立尺寸模型有3 个好处，首先用目标尺寸与相 关尺寸取代尺寸链中的封闭环和组成环，定义更加明确具体；其次，强调目标尺寸为因 变量，相关尺寸为自变量，目标尺寸是通过相关尺寸来实现的，每一个目标尺寸都存在 函数表达式，即使目标尺寸只有一个相关尺寸，这样便于规则与方法的统一；其三，函 数表达式内的尺寸本身就有大小和方向，取消了尺寸链中增环和减环概念，减少了分析 和判断过程。例如解算平面尺寸时，根据目标尺寸的大小和方向便可由函数式求出相关 尺寸的大小和方向。 函数式是各相关尺寸的基准的选择、顺序的安排、尺寸公差的确定的重要依据，一 切皆应有利于确保各自的目标尺寸及精度。 ( 2 ) 建立了装配尺寸式系4 j 。式系中描述了各个零件的相互装配关系、定位等情 况，方便了计算机辅助建立装配尺寸模型，尤其适合复杂装配体，同时它还描述了零件 各表面的加工性质，便于与工艺尺寸衔接。 而且利用函数表达式，从总体上确保尺寸形成路线最短最合理的角度来研究零件尺 寸标注模式并未见报道，在这方面还有待进一步的探索研究。 1 3 本文研究内容及章节编# - i 1 3 1 研究内容 本文将分别围绕目标尺寸，装配尺寸模型，装配尺寸模型的建立及其软件的丌发展 开以下三个方面的研究。 ( 1 ) 目标尺寸的研究：研究装配过程中装配体的目标尺寸的概念、识别方法及其 广义目标尺寸概念。总结应用规律，完成装配体中所有目标尺寸的确定。 ( 2 ) 装配尺、j 。模型的研究：研究装配体中零件各个要素特征信息和装配关系，确 定装配体的装配尺寸模型，并在此模型的基础上研究复杂装配体的尺寸模型，并对其进 行优化。 ( 3 ) 装配尺寸模型建立及其软件丌发：为了验证并进一步完善本课题所提出的基 于要素特征的装配尺弋j _ 模型的建立与优化，本文结合实例分析装配体各个零件的要素特 4 第一章绪论 征及装配关系，开发了基于v b 语言和a c c e s s2 0 0 3 数据库的装配尺寸模型计算软件系 统，该系统通用性强，尤其适合于复杂装配体。 1 3 2 章节编排 本文的章节编排如下： 第一章绪论，主要介绍本文研究的意义和目的，以及尺寸模型和零件尺寸标注 两方面在国内外发展的现状，最后详细阐述了本文研究的主要内容及章节编排。 第二章装配尺寸模型的研究，主要分析了装配体各个零件的要素特征和装配体 中目标尺寸总数量与零件尺寸总数量及其关系；提出了目标尺寸的概念及识别方法。根 据装配体装配功能关系的要求，明确了装配尺寸模型的建立方法，最后论证了该模型中 是否存在一组唯一确定的零件尺寸标注模式。 第三章基于装配尺寸模型的零件形位公差设计，主要是以圆盘剪为例分别从上 下刀盘侧向间隙、上下刀盘剪切面端面跳动、平行度和上下刀盘重叠量四个方面来设计 各个零件的形位公差，并在生产实践中对此进行了验证说明。 第四章装配尺寸模型计算软件系统分析，主要以单级圆柱齿轮为研究对象，根 据图论中的有向图理论及最短路径搜索算法，说明并分析了如何开发适合复杂装配体的 装配尺寸模型计算软件系统。 第五章计算软件系统的开发实现及应用实例，主要结合实例丌发了基于v b 语 言和a c c e s s2 0 0 3 数据库的装配尺寸模型计算软件系统，以便计算机能自动生成装配尺 寸模型并当目标尺寸确定后求出唯一一组尺寸标注模式，从而确定出所有的零件尺寸，? 为计算机辅助建立装配尺寸关系提供一种切实可行的方法。 第六章结论，总结了本文各个部分所进行的研究内容和结论，指出其中具有创 新意义的地方，同时也指出了本文研究的不足之处，并在最后对本文的进一步研究提出 建议和设想。 1 4 本章小结 ( 1 ) 介绍了本课题的研究意义及目的； ( 2 ) 阐述了尺寸模型及零件尺寸标注两个方面的国内外发展现状，并分析判断了 其中存在的问题； ( 3 ) 提出了本课题的主要研究内容和章节编排。 5 基丁要素特征的装配尺寸模型的建立与应川 6 第二章装配尺寸模型的研究 第二章装配尺寸模型的研究 2 1 引言 对于机械产品设计来讲，在结构确定的情况下，其中重要的一项任务就是求解零件 的尺寸标注模式、尺寸和公差，这就需要建立一个完整而准确的装配尺寸模型。对此， 中外学者已经进行了大量的理论研究n 纠副，例如c h e nk e z h a n g 提出了基于特征提取的尺 寸标注方法，该方法通过识别点、线、面几何特征元素的约束建立初始零件尺寸，然后识 别和去除冗余尺寸，最后在二维视图中安排尺寸位置，但这些方法都没有描述出全部尺 寸关系，也没有从尺寸形成路线最合理的角度去研究尺寸的设计。尺寸模型应该既能够 表达全部尺寸关系，又能够表达全部基准关系，本章拟通过建立装配尺寸式来建立装配 体的装配尺寸模型。 2 2 装配尺寸模型中的目标尺寸 2 2 1 目标尺寸的概念及其组成 机器的加工制造过程依次可以分为三个阶段，它们分别为毛坯制造阶段、零件加工 阶段、机械装配阶段，我们把在每个阶段中必须要保证的尺寸定义为该阶段的目标尺寸， 用a h 标表示。因为目标尺寸是由相关尺寸a 栩关保证的，所以a 标= f 棚天) ，目标尺寸 是相关尺寸的函数。 每个阶段必须保证的尺寸是不一样的，所以每个阶段的目标尺寸也是不同的。在装 配阶段，它的目标尺寸是在满足整个装配体能够正常运转的情况下应该确保的尺寸，此 时零件尺寸是该阶段的相关尺寸；零件制造阶段的目标尺寸是零件尺寸和各个加工余 量，相关尺寸是加工工序和毛坯尺寸；毛坯制造阶段的目标尺寸是零件在加工过程中的 粗加工余量及加工面与非加工面之间的尺寸。 机器在制造各个阶段的一个重要任务就是经济合理地确保其目标尺寸及公差值。本 节重点研究如何确保装配阶段的目标尺寸及其确定方法。 装配阶段的目标尺寸由下面两类尺寸组成： ( 1 ) 零件自身的尺寸，我们把这类尺寸称之为第一类目标尺寸，它包括两部分内 容：一是装配体在工作过程中满足零件强度、刚度要求的尺寸( 如图2 1 所示的齿轮的 宽度1 8 。，2 6 卧、轴承的宽度1 l 。1 4 “、2 9 m 3 1 嘲) 等。二是零件结构要求的尺寸，如加工面 凸起或凹进的尺寸等( 图2 1 所示的1 7 1 9 。) ，这类目标尺寸的相关尺寸只有一个。 ( 2 ) 某两个零件问的尺寸，称第二类目标尺寸，它也包括两大类：一是装配问隙 或空问尺寸，例如两个零件要正常运行所必须保证的间隙( 如图2 1 所示的0 9 ；1 1 。、 7 图2 1 减速器装配不意图 f i g 2 ir e d u c e ra s s e m b l yd i a g r a m 2 2 2 装配体中目标尺寸数量的确定 在整个装配体中，目标尺寸数量的确定是至关重要的，它关系到零件尺寸及公差的 确定，这也是本课题研究的一个重点和难点。假设一个完整的装配体有f 1 个零件组成， 在某方向上，第一个零件有个加工面，第二个零件有所，个加工面，第n 个零件 8 第二章装配尺寸模型的研究 有个加工面，则这n 个零件总共有鸭个加工面，将这些零件装配起来成为装配体 后将有( n 1 ) 个配合面，因此整个装配体在该方向上有镌- ( n - 1 ) = ( 他- n + 1 ) + n ， 这些面就好像一个零件中的各个加工面一样，每个面的位置都需要确定，则存在 ( 码一门) 个目标尺寸。 2 2 3 目标尺寸的确定 对于一个结构已经确定的装配体，其目标尺寸是不是唯一确定的昵? 显然，第一类 目标尺寸是确定的，而第二类目标尺寸需要根据装配体的装配关系特征来选取合适的目 标尺寸，选取的原则为：其它目标尺寸改变时，不会改变该目标尺寸对装配的要求。 2 3 装配尺寸模型的建立 2 3 1 描述装配体中要素的基本要求 装配体中零件各个要素描述的科学与否对装配尺寸模型的建立至关重要，全面准确 地反映装配信息的要素特征的描述能够使问题事半功倍，显然用文字描述装配信息比图 形要全面，因为它能够反映： ( 1 ) 各个零件的相互基准。各零件的装配基准应该具体体现，例如甲零件是以乙零 件定位的，要能够反映甲零件是以哪一个面在乙零件的哪一个面上定位的。装配尺寸关 系是通过装配基准而发生联系的，突出基准的描述无论对装配尺寸关系的建立还是基准 的优化都是非常重要的。 ( 2 ) 各要素特征的性质。以装配图为准，应该描述出各个零件要素在加工时的三种 状态：零件的面向左加工、向右加工或不动( 例如孔的中心线在加工时位置不变) ，这样 有利于和工序尺寸计算衔接。 ( 3 ) 各要素特征的状态。零件各个要素和其他要素是接触还是非接触，是过定位还 是欠定位。要素特征反映出足够的装配信息，会大大方便装配尺寸模型的建立，而且所 建立的装配尺寸模型不需要任何数学处理，就能够较确切地反映出各个零件的装配关系 和相对位置，便于公差分析与综合。 2 3 2 零件尺寸的描述方法 工艺尺寸式中的工序尺寸侧重描述加工信息，而装配尺寸式1 中的零件尺寸应重点 描述装配信息。如图2 1 轴承装配示意图中，序号0 l 、0 2 、0 3 分别表示装配体中的3 个零( 部) 件，用带下标的大写英文字母鸽眦，鼠：，c o ，d o m 依次按从左往右的顺序 9 基丁要素特征的装配尺寸模型的建立与应用 表示装配体在轴向方向的各个配合面，其中英文字母的下标表示各个零件的序号，分别 用两位阿拉伯数字表示，具体规则如下： ( 1 ) 两个零件相接触的面( 配合面) 要同时标出两个零件的序号，以装配图为准，靠 左端的零件序号在前，右端的零件序号在后，这样便于判断零件的表面性质。如图2 1 中a m 表示零件0 1 和零件0 2 的配合面a 面，并且a 面为这两个零件的装配基准，零件 0 1 对应的a 面靠左，零件0 2 对应的a 面靠右。 ( 2 ) 两个零件的中心( 如销孔定位，图中没有该情况) 序号中间加一个逗号以表示中 心线。如似表示零件0 4 和零件0 7 的中心线e 。 ( 3 ) 不和其它零件接触的面，只标示该零件的序号，如鼠，表示零件0 2 的b 面。 在以上规则的基础上，零件尺寸便可用零件上两个要素构成的线段表示，如4 m 岛： 表示零件0 2 上a 面和b 面之间的尺寸，可以看出零件0 2 对应的尺寸的下标肯定都包含 0 2 ，同样4 m d o 埘肯定为零件0 1 的一个尺寸，而4 m c o 。肯定不是一个零件尺寸，因为 下标中没有包含相同的零件序号，它只是零件0 1 右端面和零件0 3 左端面之i 、日j 的一个间 隙尺寸。 2 3 3 目标尺寸的表示方法 凡是装配体必须要保证的尺寸都是目标尺寸，只要目标尺寸能够保证，装配体的尺 寸和精度就没有问题。 目标尺寸同样用两个要素构成的线段表示，规定第一个字母在装配图中靠左，第二 个字母靠右，即目标尺寸的两个字母应依英文字母的顺序，对于第二类目标尺寸，例如 图2 2 轴承装配示意图中的间隙应表达为最：c 0 ，按照装配体从左往右的方向表示，而 不要写成c o ，如，这样便于根据下面写出的装配尺寸式直接写出其装配尺寸模型。 幽2 2 轴承装配 f i g 2 2b e a r i n ga s s e m b l y 1 0 第二章装配尺寸模型的研究 2 3 4 装配尺寸式的建立 和工艺尺寸式n 力一样，每一个目标尺寸必然存在自己的尺寸式，不过有的目标尺寸 只有一个相关尺寸，而有的目标尺寸则有两个或更多的相关尺寸，因此一个装配体中存 在着很多装配尺寸式，这些装配尺寸式联立起来就构成了整个装配体的装配尺寸模型。 这里仅用一个示例来说明装配尺寸式建立的方法。 图2 3 为某齿轮箱零部件装配图，共有5 个零件，轴向方向上有4 。，c o 。：， d o 。，昂，和r ，。：六个配合面，建立目标尺寸d 0 ，岛，的装配尺寸式过程从 d 0 ，j 磊，开始。 ( 1 ) 从毛，开始( 也可以从或，开始) 在以，岛。，c 0 眦，d o ，岛，和r ，。：中找下标 带0 5 的配合面，找到了e ：，把它写入尺寸式，蠕，。：岛，为零件0 5 的一个尺寸，得 d 0 3 毛5 专d 0 3r 5 0 2 5 。 ( 2 ) 在( 1 ) 的基础上继续找下标带0 2 的配合面，找到了c 0 啪把它写入尺寸式， c o m ，。：为零件0 2 的一个尺寸，得哦，扇，专d 0 ，c 0 m e ，。：& ，。 ( 3 ) 继续找下标带0 1 的配合面，找到了鸽m 把它写入尺寸式，4 c o 眦为零件0 1 的一个尺寸，得d 0 ，e o ，一或。4 c 0 m 届，。：毛，。 ( 4 ) 继续找下标带0 4 的配合面，找到了。，把它写入尺寸式，鼠。，4 。为零件0 4 的一个尺寸，得或，毛，jd 0 3玩。，4 。c 0 m 磊，。：厶，。 ( 5 ) 继续找下标带0 3 的配合面，找到了目标尺寸的另外一个面域，说明装配尺寸 式已经完成，d o ，。，为零件0 3 的一个尺寸，得d o ，岛，jd o ，壤。，以c 0 。：磊，。：岛，。 、 把域，岛，专线，氐。，4 。c 0 眦e ，。：毛，称为装配尺寸式，其左端为目标尺寸，右端每 相邻的两个字母构成的尺寸均与目标尺寸相关，我们称之为相关尺寸。它和工艺尺寸式 一样，不需要判断增减环，该装配尺寸式对应的数学方程式可以直接写成： d 0 3 e 0 5 = 0 0 3 8 0 4 0 3 一b 0 4 0 3 4 1 0 4 + 4 1 0 4 c o l 0 2 + c o l 0 2 r 0 5 0 2 一气5 0 2 e 0 5 其中尺寸式右端每相邻两个字母构成一个零件尺寸，在其对应的方程式中，字母顺序和 英文字母顺序相同的为正号，否则为负号。 基于要素特征的装配尺寸模型的建立与应用 第一二章装配尺寸模型的研究 他零件接触的面，通过目标尺寸的描述可以判断其表面性质，例如从d o ，磊，可以判断， 零件0 3 对应的d 面表面性质为一l ，零件0 5 对应的e 面表面性质为+ 1 ；对于中心线，表 面性质为0 ，这样便于和工艺尺寸式衔接。 ( 5 ) 能够判断各个零件的定位情况。例如，假设一个装配体中有其中的异，0 5 ，。：， o ，。，三个面，则可以判断：p 和n 面都是零件0 5 和零件0 3 的装配基准，m 面是零件0 5 和零件0 2 的装配基准；零件0 3 在零件0 5 中过定位；零件0 3 和零件0 2 的装配基准都 为零件0 5 。 ( 6 ) 具有纠错功能。假如装配尺寸式右端出现。，c o ；因为它不是一个零件的尺寸， 说明装配尺寸式没有找完相关尺寸。假如装配尺寸式右端出现战。，4 c o m 矗，。：情况， 说明查找装配尺寸式时将多余的尺寸建立进去了，它可用坟。，r ，。：来替代 如。，4 c o 。：矗，。：，这样减少了相关尺寸的数量。符合最短最优路径的搜索方法，从而 优化了装配尺寸式。 2 4 装配尺寸模型的研究j 2 4 1 装配尺寸模型中目标尺寸总数量与零件尺寸总数量及其关系 在2 2 2 节中，目标尺寸的总数量为( m i - n ) 个，第一个零件有铂一1 个尺寸，第 二个零件有聊：_ l p r , - - ，第n 个零件有- i + r , - j - ，零件共有( 嵋一1 ) 2 鸭一刀 i = 1i = 1 个尺寸，与目标尺寸的数量相等，可见，装配体中目标尺寸总数量等于零件尺寸总数量。 2 4 2 装配尺寸模型 令 行 = y 现一, j 二一 ，_ l 则每一个目标尺寸都有各自的装配尺寸式并对应一个数学方程式，n 个目标尺寸对 应有n 个方程，这n 个方程联立起来就构成了整个装配体的装配尺寸模型。在目标尺寸 及公差确定的情况下，装配尺寸模型不但可以确定出装配体中全部零件的n 个零件尺寸 及公差，而且尺寸基准也一同确定了。 从以上分析可知，在装配体结构确定的情况下，只要选定合理的目标尺寸，则所有 零件尺寸的基准便唯一确定，而且可以使每一个目标尺寸的形成路线都最短，这将为零 件尺寸的合理标注提供了重要的理论依据，另外，如果改变装配尺寸模型中的一个或几 个目标尺寸，则相应的零件尺寸及公差都会发生相应的改变，为参数化设汁提供一种新 l3 基于要素特征的装配尺寸模型的建立与应用 方法。 2 5 装配体位置关系的尺寸模型表示方法 对于精度要求较高的机器，不但对相关零件的尺寸精度提出要求，对零件位置关系 也应该提出要求，而装配体中两个零件的位置精度是零件在装配过程中由装配基准来保 证的，因此必须通过控制装配基准来保证零件的位置精度，这样就必须找到两个零件之 间的配合位置关系。由于位置关系牵扯到两个方向的要素，用传统的方法画出位置关系 的装配尺寸链是非常困难的，尤其是位置关系较复杂时，画出的尺寸链图会很复杂，而 且不适合计算机辅助建立位置关系。为此，本文提出用装配尺寸模型来描述位置关系的 新方法，可使问题大大简化。 零件各要素之间，相互位置关系多种多样，如线与面垂直、面与面平行等，因而在 表示位置关系时，必须表示清楚各要素之间的位置关系。 2 5 1 零件有关要素的描述方法 用带下标的英文字母表示零件的相关要素，下标为装配图上零件的序号，它由一个 或两个字母构成，不与其他零件相接触的面的下标只标该零件的序号；两个零件接触的 面，下标需标出这两个零件的序号，中问用逗号分丌，并且在装配图中在左边的零件序 号在前，在右边的零件序号在后，这样有利于装配尺寸模型的规范与统一，便于计算机 辅助设计。例如2 4 节算例中的图2 4 齿轮与轴的部件装配示意图，c 0 ，面表示零件0 3 的齿轮的c 面，4 m 为零件0 1 和零件0 2 的主轴与挡圈1 的定位面a 面。位置度具有无 向性特点，用字母及下标来表示形位公差时无需按照顺序，方向取正。 2 5 2 位置关系的表示方法 任意两个要素之间的位置关系均可用表示这两个要素的两个字母描述，并且在两个 字母中间加上这两个要素的位置关系符号，位置关系的符号依据形位公差特征项目及符 号n 羽( 见g b t 1 1 8 2 1 9 9 6 ) 。例如4 0 2l