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《山东大学》 2017年
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基于齐次变换修正矩阵的刚柔混合模型公差分析

黄贺福  
【摘要】:在零件的加工生产过程中,其尺寸误差以及形状偏差是不可避免的。装配过程中,这些偏差经过累积、叠加后,对装配产品的工作性能、外观质量产生着不容忽视的影响。装配精度是产品质量保障的核心之一,公差分析是尺寸工程的重要环节之一,它可以有效的缩短产品的研发周期,在保证质量的同时降低生产成本。零件公差设计的合理性直接影响着装配偏差和制造成本,所以在设计阶段进行公差分析、装配质量验证有重要的意义。现行的公差分析方法大都是仅针对刚性件或柔性件,以工程领域中大量应用的刚柔混合模型为研究对象的公差分析方法尚处在起步阶段。如何在现有方法的基础上,结合刚柔混合模型的自身特点,建立统一有效的公差分析体系,准确的预测关键尺寸的分布情况,是公差技术中急需深入探索的问题。本文针对现有计算机辅助公差技术应用范围的局限性,研究了刚柔混合模型的公差分析技术,提出了基于齐次变换修正矩阵的公差分析方法;建立了基于蒙特卡洛的敏感度分析方法。本文的主要内容包括以下几个方面:(1)总结了计算机辅助公差技术的发展过程、国内外研究现状。介绍了课题的研究背景和研究意义。(2)介绍了 基于新一代 GPS(Geometrical Product Specifications)的公差技术。分析产品、零件、特征之间的关系,将公差表示为特征的变动,借助SDT(Small Displacement Torsor)理论,实现了公差建模,并将产品内部的装配关系简化为特征间的约束关系。(3)建立了基于齐次变换修正矩阵的刚柔混合模型公差分析方法。将刚柔混合模型的理想位姿、公差域表示为矩阵形式,借助齐次变换进行公差累积。使用有限元模拟装配变形,将仿真结果表示为修正矩阵,对原有的偏差累积路径进行修正,从而实现了对刚柔混合模型关键尺寸的精确预测。(4)建立了基于蒙特卡洛的敏感度分析方法。以敏感度是关键尺寸相对偏差源的变化程度为理论基础,将公差域分为若干个微小量,计算偏差源微小量引起的关键尺寸的变化,敏感度的值等于两者变化的商。多次计算后,用平均值来代表最终的敏感度的值,用MATLAB编程来实现整个计算过程。(5)以汽车底盘装配体为例,用基于齐次变换修正矩阵的刚柔混合模型公差分析方法以及基于蒙特卡洛的敏感度分析方法进行计算,并用3DCS软件验证所提方法的可行性和有效性。
【学位授予单位】:山东大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:TG801

【参考文献】
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【共引文献】
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【二级参考文献】
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