发动机典型结构装配偏差模型建立与分析(VSA)

发动机典型结构装配偏差模型建立与分析(VSA)发动机典型结构装配偏差模型建立与分析(VSA)引言：机械产品装配是整个机械产品制造过程的最后阶段，装配质量的高低，直接影响到机械产品的工作性能、使用效果、可靠性和服役寿命。刚性装配偏差模型将装配系统中所有零部件假设为刚体，忽略了其在装配过程中的变形。装配分析主要分析的是零部件形封闭的过程，研究的内容是零部件的几何运动。但实际装配系统中，零部件是会发生变形的，尤其在汽车车身、飞机等装配工艺中，存在大量的薄板装配过程，柔性零件装配成为一个形封闭与力封闭相耦合的过程。VisVSA是一涉及偏差分析的大型商用软件，主要是基于图形特征建模和MonteCarlo仿真计算。可以解决复杂空间三维尺寸链的偏差分析。本文针对发动机典型结构装配进行装配偏差建模分析，以便进一步的公差分析和公差分配。公差分析主要涉及超差率、敏感度、贡献度；公差分配主要考虑成本和性能。偏差建模流程：1、确定零件相对位置关系发动机典型结构的装配主要涉及的零件有缸体，曲轴，活塞，连杆，活塞销，轴瓦，止推瓦，连杆衬套。装配前，零件相对位置关系没有确定，如图1，在VSA软件中，装配命令无法移动零件。为了操作方便，首先将一系列零件导入到UG中，根据零件间的相对位置关系和约束关系建立装配好的装配体，如图2，并另存为jt格式。把装配好的装配体导入VSA中，建立特种，定义基准和偏差。图1发动机典型结构零件图2装配好装配体2、建立特征，定义基准和公差针对每一个零件，根据零件压缩比相关GD&T，建立特征和基准以及公差。由于零件中有圆度和圆柱度要求，VSA中不能定义圆度，所以统一用圆柱度代替；如果圆柱度和直线度大小相同时冲突，将直线度适量减小。下面写出具体建立特征，定义基准和公差流程。因为不同零件的过程类似，再次不再赘述。建立特征流程：①右击Process→添加→零件/装配体；②右击零件→添加→特征，选择所需特征（轴）；③在轴特征对话框中，输入参数（坐标、方向等），点击确定可建立一轴特征；④单击其中的命令按钮，选择零件对应的轴孔槽面，创建轴孔等特征；⑤创建特征后，会有特征显示（右图在曲轴上创建一各轴特征）⑥输入框的后面有箭头，可单击选择特征⑦方向栏最后一个图标按钮为方向取反⑧公差库一般不使用建立公差流程：⑨由零件实体建立特征（以曲轴示例），建立主轴颈和连杆颈两个轴特征；⑩选中特征（主轴颈）→右键→属性；?在“几何体”标签下，看各参数（直径、方向）是否准确；?切换到“大小”标签下，给主轴颈设置直径公差；?在“特征控制”标签下，添加几何公差；?在“分布”标签下，设置公差的分布情况，一般是正态分布；?在“注释”标签下，添加注释，在“首选项”标签下，设置特征的显示颜色。建立基准流程：①由零件实体建立特征（以曲轴示例），建立主轴颈和连杆颈两个轴特征；②选中零件名（Crankshaft）→右键→属性→创建/编辑基准，跳出基准对话框；③在“基准”标签下，选择主轴颈特征作为基准；④曲轴的主轴颈与连杆颈的公差/基准标注如下图所示。针对不同零件按照附录1中的零件公差设计要求，建立的特征和基准，公差情况具体如图2到图9所示。图2缸体图3曲轴图4连杆图5活塞图6活塞销图7轴瓦图8止推瓦图9连杆衬套3、定义装配关系由于零件在导入VSA之前，在UG中已经确定相对位置关系，因而在添加待装配体的相关特征后，进行装配流程。如果是轴孔装配，自动选择浮动类型。装配完成后，验证装配过程是否正确，如果装配成功，则会显示successful，否则会显示failure。具体的装配情况如图在装配过程中，装配顺序为从上到下，如果有子装配，则先执行子装配命令；装配顺序对偏差分析的影响很大，力求与实际相符合；调整顺序方法：使用剪切→插入（选择之前或之后）。图10装配体4、定义测量系统本文要求测量活塞顶面到缸体顶面的距离。在VSA中不能直接定义面到面的距离，本文采用点到面的方式，通过定义3个点到平面的距离求平均值近似代替，如图11，12。具体流程如下：①在Process中添加一个Measurement，弹出测量对话框；②设置该对话框；?测量类型有很多，比如点到面，缝隙/齐平等，按情况选择；?特征选择与前述一致；?测量方向的选择可以指定或者选择；?给出指定界限，作为计算的控制界限。③定制测量。?函数运算。图11测量系统图12三点测量5、仿真计算测量过程定义好之后，设置样本为5000，点击仿真计算，采用MC和HLM计算方法，观察计算结果。具体结果如下：图13点1仿真计算结果图14点2仿真计算结果图15点3仿真计算结果3点平均的结果如图16，图17：图163点平均仿真计算结果图173点平均仿真HLM计算结果结果分析:从3点平均结果结果可以看出，装配结果良好，超差率很低，具体结果如下：?均值：0.3988?方差：0.0341?超差率：0.3800%?CP：0.9704?CPK：0.9340贡献度：?曲轴主轴颈尺寸及公差影响最大?气缸主轴孔最小存在问题：在建模过程中，存在一系列的问题如下：1、止推面几何公差不知如何引入2、同一零件如果圆度和圆柱度都有要求，两者值一样，选给定值；如果不一样，选较小值，以便保证公差设计要求。3、同一零件如果有直线度和圆柱度要求，如果两者值一样，将直线度值相应减小，具体理论依据是什么不清楚；这样改动是否对装配偏差分析结果有影响？4、装配顺序按照自己假象的来，没能关注实际工厂中具体的装配顺序，装配顺序不同对最后的仿真结果有影响，选择合理的装配顺序很重要。附录1