專利名稱：異形殼體零件壓力測試設(shè)備的設(shè)計(jì)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種壓力測試設(shè)備，尤其涉及一種異形殼體零件壓力測試設(shè)備的設(shè)計(jì)方法。
背景技術(shù)：
工業(yè)中的一些殼體容器類設(shè)備需要做密封測試，測試過程中所測零部件經(jīng)常遇到不平衡力的作用，需要計(jì)算零件的平衡力。例如:電池外殼，轎車發(fā)動(dòng)機(jī)外殼及變速箱外殼，氧氣瓶，乙炔瓶等零件，零件內(nèi)部可能會(huì)有小的裂紋及制造缺陷，這類零件加工過程中需要進(jìn)行氣密性測試，需要用壓力測試設(shè)備檢測上述殼體零件的氣密性。由于上述殼體零件基本上是異型殼類零件，即使是同一類的外殼，每個(gè)型號(hào)、每個(gè)批次、甚至是每個(gè)殼體的形狀也會(huì)有所不同，因此，在每次壓力測試時(shí)所涉及到的壓頭和封堵的位置不同，每個(gè)壓頭和封堵的受力情況也不相同，若檢測同一批次的殼體均采用相同一套的壓頭和封堵，被測工件在工作臺(tái)上就會(huì)受到不平衡的力，實(shí)際使用過程中由于不平衡力的作用，不但會(huì)導(dǎo)致有的壓頭變彎，而且還會(huì)使被測工件發(fā)生位移，這將嚴(yán)重的影響壓力測試設(shè)備的使用壽命及被測工件的檢測精度。為了防止壓頭的變形，現(xiàn)有的解決辦法是通過增加壓頭數(shù)量以提高被測工件與設(shè)備上主板之間的摩擦力，或者通過經(jīng)驗(yàn)在工作臺(tái)上設(shè)置用來實(shí)現(xiàn)克服不平衡力的施力裝置，對(duì)于批量檢測效率較低。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明提供一種異形殼體零件壓力測試設(shè)備的設(shè)計(jì)方法，既可以有效的防止壓頭變形，又可以解決由于被測工件位移而影響檢測精度的問題。為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明異形殼體零件壓力測試設(shè)備的設(shè)計(jì)方法予以實(shí)現(xiàn)的技術(shù)方案是:包括以下步驟:第一步:獲取被測外殼的三維模型，并根據(jù)被測外殼三維模型建立外殼壓力測試設(shè)備的三維模型；以主壓缸的軸心線與下主板上表面的交點(diǎn)為作為坐標(biāo)原點(diǎn)，建立笛卡爾坐標(biāo)系；第二步:提取被測外殼三維模型上所有封堵口面及壓頭的中心點(diǎn)，將每個(gè)封堵口面上所受正壓力的作用點(diǎn)定義到該封堵口面的幾何中心；第三步:若所有封堵口面所受的正壓力在XOY平面上的合力 >所有封堵口面所受的正壓力等效到坐標(biāo)原點(diǎn)上的Z方向上的分力所產(chǎn)生的摩擦力，則在被測外殼三維模型上增加一用于消除上述XOY平面上的合力和XOY平面上合力所對(duì)應(yīng)產(chǎn)生的扭矩的一個(gè)反力施加結(jié)構(gòu)，并將該反力施加結(jié)構(gòu)的作用點(diǎn)定義在XOY平面上的X1、Yl點(diǎn)；至此，完成該被測外殼壓力測試設(shè)備的設(shè)計(jì)。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是:由于本發(fā)明設(shè)計(jì)方法可以通過對(duì)被測工件受力系統(tǒng)的分析以確定是否添加反力施力結(jié)構(gòu)及其給出了如何確定反力作用點(diǎn)及大小，因此，可以有效的克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的由于受力不平衡造成壓頭變形、被測工件位移過大、檢測精度不夠的缺陷，為科學(xué)合理的設(shè)計(jì)壓力測試設(shè)備奠定了理論基礎(chǔ)，具有較強(qiáng)的實(shí)用性。本發(fā)明設(shè)計(jì)方法適用于電池外殼，轎車發(fā)動(dòng)機(jī)外殼及變速箱外殼，氧氣瓶，乙炔瓶等需要進(jìn)行壓力測試的異形殼體零件壓力測試設(shè)備的設(shè)計(jì)。


圖1是本發(fā)明異形殼體零件壓力測試設(shè)備的設(shè)計(jì)方法實(shí)施例的流程圖；圖2是本發(fā)明實(shí)施例中被測外殼三維模型及其受力狀態(tài)坐標(biāo)示意圖；圖3是圖2中被測外殼三維模型的受力等效圖；圖4是本發(fā)明實(shí)施例中數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式下面以用以檢測一種鑄造外殼為例，對(duì)本發(fā)明異形殼體零件壓力測試設(shè)備的設(shè)計(jì)方法作進(jìn)一步詳細(xì)地描述，通常壓力測試設(shè)備包括設(shè)置在導(dǎo)向柱上的上主板、中主板和下主板，其中下主板用來固定被測工件，中主板用來安裝壓頭及控制每個(gè)壓頭工作的主壓缸，如圖1和圖2所示,包括以下步驟:第一步:獲取被測外殼的三維模型，根據(jù)被測外殼三維模型和外殼檢測時(shí)的約束及固定方式建立外殼壓力測試設(shè)備的三維模型，確定設(shè)備的氣缸選型；并將被測零件插入到測壓工位中，確定封堵位置，壓頭位置；然后，以主壓缸的軸心線與下主板上表面的交點(diǎn)為作為原點(diǎn)，建立笛卡爾坐標(biāo)系即坐標(biāo)系1，并定義主壓缸的中心軸為Z軸，工作人員面對(duì)被測工件的方向?yàn)閅軸負(fù)方向，工作人員面對(duì)設(shè)備右手處為X軸正方向；第二步:提取被測外殼三維模型上所有封堵口面，圖2中示出了本實(shí)施例中設(shè)計(jì)有三個(gè)封堵口面，包括封堵口面1、封堵口面2和封堵口面3及壓頭的中心點(diǎn)(圖中為畫出)，將每個(gè)封堵口面上所受正壓力的作用點(diǎn)定義到該封堵口面的幾何中心；即，在三維軟件(本例使用SolidWorks軟件，PR0E，UG等其它三維軟件也可)中使用“3d草圖”功能，連接每個(gè)受力面的中心點(diǎn)與原點(diǎn)之間的直線，測出每個(gè)封堵口面的幾何中心的坐標(biāo)；把受力點(diǎn)簡化為如圖2所示的圖形中，測出每個(gè)封堵口面受力點(diǎn)FD1、FD2和FD3的位置；為了方便計(jì)算，將外殼三維模型在檢測過程中的受力數(shù)據(jù)存入一數(shù)據(jù)庫，數(shù)據(jù)庫為一二維表格，如圖4所示，該數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)包括:所有封堵口面和壓頭的名稱；每個(gè)封堵口面和壓頭所受正壓力的受力狀態(tài)及與前述笛卡爾坐標(biāo)系之間的位置關(guān)系；每個(gè)封堵口面和壓頭所受正壓力的受力狀態(tài)及與前述坐標(biāo)系I的位置關(guān)系，包括:每個(gè)封堵口面所受正壓力的大小、每個(gè)壓頭所受正壓力的大小；每個(gè)正壓力的作用點(diǎn)在前述坐標(biāo)系I中的X、Y、Z坐標(biāo)值；及每個(gè)正壓力的方向與前述坐標(biāo)系I的X軸、Y軸、Z軸的夾角；所有封堵口面和壓頭所受的正壓力等效到坐標(biāo)原點(diǎn)上的X、Y、Z方向上的分力及匯總值；所有封堵口面和壓頭所受的正壓力對(duì)應(yīng)產(chǎn)生的扭矩等效到X軸、Y軸、Z軸的扭矩及匯總值；
所有封堵口面所受的正壓力在XOY平面上的合力。由于在本實(shí)施例中設(shè)計(jì)有8個(gè)壓頭和4個(gè)封堵口面，因此，其所建立的數(shù)據(jù)庫如圖4所示，主要由A-N列和1-18行的一個(gè)二維表構(gòu)成，然后:(I)將所有封堵口面和壓頭的名稱(力的項(xiàng)目)填到A列中；(2)將在上述第二步中受力點(diǎn)簡化到如圖2所示的圖形中(圖中只示出了封堵1、封堵2和封堵3的受力點(diǎn)FD1、FD2和FD3)后所測出的每個(gè)封堵口面和壓頭受力點(diǎn)的X、Y、Z坐標(biāo)值輸入到該表格中的C、D、E列中，將每個(gè)封堵口面和壓頭的受力方向分別以與X軸、Y軸和Z軸之間的夾角角度輸入到表格中對(duì)用的F、G、H列中；(3)將所有封堵口面及壓頭所受的正壓力等效到坐標(biāo)原點(diǎn)上的X、Y、Z方向上的分力輸入到表格中的1、J、K列，例如:壓頭I所受的正壓力等效到坐標(biāo)原點(diǎn)上的X、Y、Z方向上的分力分別為:I3=B3*C0S(RADIANS(F3))；J3=B3*C0S(RADIANS(G3))；K3=B3*C0S(RADIANS(H3))；(4)將所有封堵口面及壓頭所受的正壓力對(duì)應(yīng)產(chǎn)生的扭矩等效到X軸、Y軸、Z軸的扭矩輸入到表格中的L、M、N列，例如:壓頭I所受的正壓力對(duì)應(yīng)產(chǎn)生的扭矩等效到X軸、Y軸、Z軸的扭矩分別為:L3=J3*(E3/1000) +K3*(D3/1000)；M3=X3*(D3/1000)+K3*(C3/1000)；N3==I3*(D3/1000)+J3*(C3/1000)；(5)將所有封堵口面及壓頭所受的正壓力的求和值輸入到表格中的116，J16，K16單元格中，分別約為:603N、-2630N和-12000N ；(6)將所有封堵口面及壓頭所受的正壓力的求和值所對(duì)應(yīng)產(chǎn)生的扭矩輸入到表格中的 L16、M16、N16 單元格中，分別約為:268Nm、_566Nm、328Nm ；第三步:所有封堵口面及壓頭在Z軸方向的主壓力使被測工件對(duì)設(shè)備下主板表面產(chǎn)生有摩擦力，通過判斷最大靜摩擦力來確定是否需要添加用于消除上述XOY平面上的合力和XOY平面上合力所對(duì)應(yīng)產(chǎn)生的扭矩的一個(gè)反力施加結(jié)構(gòu)；若上述所有封堵口面所受的正壓力在XOY平面上的合力>所有封堵口面所受的正壓力等效到坐標(biāo)原點(diǎn)上的Z方向上的分力所產(chǎn)生的摩擦力，則在被測外殼三維模型上增加所述反力施加結(jié)構(gòu)，并將該反力施加結(jié)構(gòu)的作用點(diǎn)確定在XOY平面上的X1、Yl點(diǎn)；進(jìn)一步講，Z軸方向的主壓力-12000N (K16單元格中的數(shù)據(jù))乘以摩擦系數(shù)(范圍為0.03-0.1)，得出被測工件對(duì)設(shè)備下主板表面產(chǎn)生的最大靜摩擦力，如果該最大靜摩擦力大于X軸(J16單元格中的數(shù)據(jù))和Y軸(K16單元格中的數(shù)據(jù))上的合力3055N則整個(gè)受力系統(tǒng)處于平衡狀態(tài)，被測工件不會(huì)發(fā)生位移，因此無需添加反力施加結(jié)構(gòu)；如果該最大靜摩擦力小于X軸(J16單元格中的數(shù)據(jù))和Y軸(K16單元格中的數(shù)據(jù))上的合力，則表明受力系統(tǒng)處于不平衡狀態(tài)，需要添加上述反力施加結(jié)構(gòu)。本實(shí)施例中，XOY平面上的合力為3055N>Z軸方向的主壓力12000Ν*0.03，因此，需要加反力施加結(jié)構(gòu)。添加該反力施力結(jié)構(gòu)就是把被測工件受到的力簡化到如圖3中所示的XOY平面力系中，添加一個(gè)方向與XOY平面上的合力方向相反,其大小等于上述合力，該反力不但可以抵消由上述合力形成的不平衡力，而且還可以抵消該力產(chǎn)生的扭矩；所添加的反力的作用點(diǎn)的確定如下:首先，以XOY平面上合力所對(duì)應(yīng)產(chǎn)生的扭矩/XOY平面上的合力的值為半徑，以坐標(biāo)原點(diǎn)為圓心，在XOY平面上作一圓01 ;然后，作上述XOY平面上合力的一平行線，該平行線與圓01的相切點(diǎn)即為X1、Y1點(diǎn)。如圖3所示，本實(shí)施例中所對(duì)應(yīng)的半徑為扭矩/合力=324/3055≈ 106 (mm);以106mm為半徑，以坐標(biāo)原點(diǎn)為圓心作圓，過圓上一點(diǎn)作上述合力作用線的平行線，該平行線與所作的圓01的相切點(diǎn)即為X1、Y1點(diǎn)即為需添加的反力的作用點(diǎn)，得出需要添加的反力的大小為3055N，方向與合力方向相反，作用點(diǎn)為以106mm為半徑圓與合力作用線平行的交點(diǎn)上，至此，完成該被測外殼壓力測試設(shè)備的設(shè)計(jì)。如圖4所示，通過本實(shí)施例中被測工件的受力分析可以得出，所有壓頭所受的正壓力等效到坐標(biāo)原點(diǎn)上的X和Y方向上的分力及所有壓頭所受的正壓力對(duì)應(yīng)產(chǎn)生的扭矩等效到Z軸的扭矩均可以忽略不計(jì)；所有封堵口面所受的正壓力等效到坐標(biāo)原點(diǎn)上的Z方向上的分力及所有封堵口面所受的正壓力對(duì)應(yīng)產(chǎn)生的扭矩等效到X軸和Y軸的扭矩均可以忽略不計(jì)。盡管上面結(jié)合圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了描述，但是本發(fā)明并不局限于上述的具體實(shí)施方式
，上述的具體實(shí)施方式
僅僅是示意性的，而不是限制性的，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的啟示下，在不脫離本發(fā)明宗旨的情況下，還可以作出很多變形，這些均屬于本發(fā)明的保護(hù)之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種異形殼體零件壓力測試設(shè)備的設(shè)計(jì)方法，其特征在于，包括以下步驟: 第一步:獲取被測外殼的三維模型，并根據(jù)被測外殼三維模型建立外殼壓力測試設(shè)備的三維模型；以主壓缸的軸心線與下主板上表面的交點(diǎn)為作為坐標(biāo)原點(diǎn)，建立笛卡爾坐標(biāo)系; 第二步:提取被測外殼三維模型上所有封堵口面及壓頭的中心點(diǎn)，將每個(gè)封堵口面上所受正壓力的作用點(diǎn)定義到該封堵口面的幾何中心； 第三步:若所有封堵口面所受的正壓力在XOY平面上的合力 > 所有封堵口面所受的正壓力等效到坐標(biāo)原點(diǎn)上的Z方向上的分力所產(chǎn)生的摩擦力，則在被測外殼三維模型上增加一用于消除上述XOY平面上的合力和XOY平面上合力所對(duì)應(yīng)產(chǎn)生的扭矩的一個(gè)反力施加結(jié)構(gòu)，并將該反力施加結(jié)構(gòu)的作用點(diǎn)定義在XOY平面上的X1、Y1點(diǎn)；至此，完成該被測外殼壓力測試設(shè)備的設(shè)計(jì)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述異形殼體零件壓力測試設(shè)備的設(shè)計(jì)方法，其特征在于，將外殼三維模型在檢測過程中的受力數(shù)據(jù)存入一數(shù)據(jù)庫:該數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)包括: 所有封堵口面和壓頭的名稱；每個(gè)封堵口面和壓頭所受正壓力的受力狀態(tài)及與前述笛卡爾坐標(biāo)系之間的位置關(guān)系； 所有封堵口面和壓頭所受的正壓力等效到坐標(biāo)原點(diǎn)上的X、Y、Z方向上的分力及匯總值； 所有封堵口面和壓頭所受的正壓力對(duì)應(yīng)產(chǎn)生的扭矩等效到X軸、Y軸、Z軸的扭矩及匯總值； 所有封堵口面所受的正壓力在XOY平面上的合力。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述異形殼體零件壓力測試設(shè)備的設(shè)計(jì)方法，其特征在于， 每個(gè)封堵口面所受正壓力的受力狀態(tài)及與前述笛卡爾坐標(biāo)系之間的位置關(guān)系包括: 每個(gè)封堵口面所受正壓力的大?。? 該正壓力作用點(diǎn)在前述笛卡爾坐標(biāo)系中的X、Y、Z坐標(biāo)值； 該正壓力的方向與前述笛卡爾坐標(biāo)系X軸、Y軸、Z軸的夾角。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述異形殼體零件壓力測試設(shè)備的設(shè)計(jì)方法，其特征在于，所述反力施加結(jié)構(gòu)作用點(diǎn)的定義如下: 首先，以XOY平面上合力所對(duì)應(yīng)產(chǎn)生的扭矩/XOY平面上的合力的值為半徑，以坐標(biāo)原點(diǎn)為圓心，在XOY平面上作一圓01 ； 然后，作上述XOY平面上合力的一平行線，該平行線與圓01的相切點(diǎn)即為X1、Y1點(diǎn)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種異形殼體零件壓力測試設(shè)備的設(shè)計(jì)方法，包括以下步驟獲取被測外殼的三維模型，并建立外殼壓力測試設(shè)備的三維模型；以主壓缸的軸心線與下主板上表面的交點(diǎn)為作為坐標(biāo)原點(diǎn)建立一坐標(biāo)系；提取所有封堵口面及壓頭的中心點(diǎn)，將每個(gè)封堵口面上所受正壓力的作用點(diǎn)定義到該封堵口面的幾何中心；若所有封堵口面所受的正壓力在XOY平面上的合力≥所有封堵口面所受的正壓力等效到坐標(biāo)原點(diǎn)上的Z方向上的分力所產(chǎn)生的摩擦力，則在被測外殼三維模型上增加一用于消除上述XOY平面上的合力和XOY平面上合力所對(duì)應(yīng)產(chǎn)生的扭矩的一個(gè)反力施加結(jié)構(gòu)。本發(fā)明既可以有效的防止壓頭變形，又可以解決由于被測工件位移而影響檢測精度的問題。
文檔編號(hào)G01M3/32GK103115740SQ201310038678
公開日2013年5月22日 申請日期2013年1月31日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月31日
發(fā)明者王太勇, 員曉輝 申請人:天津大學(xué)