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《湖南大学》 2016年
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基于结合面误差建模的装配精度预测与优化研究

吕程  
【摘要】:本文以实现复杂装配体的精度预测及优化为目的。在分析和研究了国内外的装配体误差建模方法、装配体误差累积与传递机理、机械产品的可靠性理论以及公差优化方法的基础上,详细阐述了多公差耦合作用下零件几何要素的误差建模方法,分析了结合面的误差形成机理及误差传递属性,提出了复杂装配体误差传递路径的求解方法,建立了装配体误差模型,实现了装配精度预测与公差优化。在此基础上,提出了数字化环境下精度设计系统的框架与实现方法,开发了精度设计软件系统平台。论文的主要内容如下:(1)建立了多公差耦合作用下零件几何要素的误差模型。采用小位移旋量法描述几何要素的误差变动。根据常见几何要素的多公差耦合情况,建立了对应的误差变动不等式与约束不等式。在此基础上,采用蒙特卡洛法模拟实际加工误差,求得了几何要素各误差分量的实际变动区间带宽,奠定了结合面误差求解的重要基础,并通过响应面法建立了几何要素误差分量实际变动区间带宽与公差之间的显式函数关系,为提高后文公差优化的效率提供了重要保障。(2)提出了结合面误差建模方法,分析了结合面误差传递属性。提出了以结合面为基础的装配体误差分析方法,根据结合面对误差的累积与传递作用,从误差累积角度分析了各类结合面误差的累积形成机理,从误差传递角度分析了不同结合面对零件的定位约束作用,给出了各类结合面的误差传递属性。根据相邻结合面间的关联关系,讨论了结合面组误差传递属性的求解方法。鉴于并联结合面误差传递属性间的相互影响,提出了以装配定位优先级为依据的并联结合面实际误差传递属性求解方法,阐述了并联结合面组误差建模的流程,为建立装配体误差模型奠定了基础。(3)提出了基于JSS矩阵的装配体误差传递路径求解方法。分析了复杂装配关系的描述需求,以多色集合理论为基础,采用结合面符号替代装配关系多色集合矩阵中的布尔型元素值,建立了可描述装配体组成、装配关系、结合面几何类型、连接方式、配合性质等多维信息的结合面符号矩阵(JSS矩阵)。提出了基于JSS矩阵的装配体误差传递路径搜索方法,实现了装配体主导误差传递路径的求解,有效降低了装配体误差分析的复杂性,为装配体误差建模提供了重要依据。在此基础上,讨论了支持多层次复杂装配体误差传递路径求解的多重关联JSS矩阵法。(4)实现了装配体的精度预测与公差优化。以结合面误差模型与装配体主导误差传递路径为基础,建立了装配体误差模型,实现了装配体的精度预测。讨论了装配精度的可靠性分析方法,根据装配体的精度要求,以装配精度可靠度等为约束条件,以成本最低为目标,结合动态惩罚函数法与遗传算法,实现了装配体公差优化,从而在满足精度要求的前提下,提高了加工经济性。(5)验证了装配体误差模型的预测效果,开发了精度设计软件系统。通过高精度数控磨床的测量试验,验证了装配体误差模型的预测精度。针对现有三维精度设计信息的表达方式存在的问题,提出了集成标注表达方法。以实现数字化精度设计为目标,提出了精度设计系统的框架,介绍了主要功能模块。以ACISHOOPS为平台开发了支持精度设计信息三维标注、装配过程规划与信息管理以及装配精度分析等功能的软件系统,并借助该软件系统完成了典型零件精度设计信息的三维标注与龙门导轨磨床的装配过程规划。
【学位授予单位】:湖南大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:TG95

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