动态多工位车身串并联混合装配系统可靠性评估研究

针对当前车身装配系统可靠性评估体系对偏差因素、可靠性要素间的相关性、过程衰退等方面的评价不完备的问题,对定位销定位偏差源的组成结构、结合来料零件定位孔、槽的尺寸质量和定位销本身定位能力水平的定位销磨损模型进行了研究。分析了系统要素可靠性间的相关性,根据Copula连接函数理论建立了相关性模型;对产品上所有关键产品特性(KPC)点在整体产品尺寸质量可靠性中所占权重进行了分配并建模,基于来料-产出流思想对串并联混合系统进行了简化,最终提出了一种综合考虑各偏差源动态输入的动态多工位车身串并联混合装配系统可靠性评估模型;利用此模型对车身某分总成装配系统进行了制造成本优化分配,并且给出了一套动周期预防性维护策略。研究结果表明:该可靠性模型精确度较高,适用于指导生产制造成本的优化和建立预防性维护策略。     

多工位装配过程夹具系统公差和维护综合优化设计

提出一种面向二维多工位装配过程、综合考虑装配夹具系统全寿命周期成本、产品零件孔制造成本和产品质量损失成本的公差和维护综合优化方法。分析多工位装配尺寸偏差传递关系,建立多工位装配过程产品质量损失模型。然后根据4-2-1夹具定位原则,构建考虑夹具磨损过程损失的夹具定位销副偏差统计数字特征模型。继而发展了以夹具系统全寿命周期成本、零件孔制造成本和和产品质量损失成本为装配总成本最小化的定位销公差、零件孔公差与更换周期优化模型。以汽车侧围装配过程为例,分别研究定位销公差、零件孔公差、定位销更换周期、配合间隙、平均磨损率和磨损率方差对装配总成本的影响,并优化设计定位销公差、零件孔公差和定位销更换周期。所提出的综合优化设计方法比采用定位销等公差设计、零件孔等公差设计、定位销与零件孔等公差设计和定周期更换设计的装配总成本分别减少了16.25%、11.31%、39.93%和13.54%。该方法为产品装配夹具系统高质量低成本设计提供了一种新的途径。     

基于偏差传递的二维多工位装配夹具系统公差可行稳健设计

提出一种基于偏差传递的二维多工位装配夹具系统公差可行稳健设计方法。分析二维多工位装配尺寸偏差传递关系,建立由定位销和零件定位孔(槽)公差引起夹具定位偏差的偏差流状态空间模型。采用数论网格方法对定位销和零件定位孔(槽)公差进行采样,将得到的公差样本代入夹具定位偏差模型,求得夹具定位偏差样本空间,将夹具定位偏差作为状态空间模型的输入偏差,提出基于状态空间模型的二维多工位装配成功率计算方法。继而应用Taguchi正交试验直观分析方法,分析得到影响装配成功率的主要因素即夹具系统定位销副关键公差,运用回归正交组合设计拟合得到二维多工位装配成功率与夹具系统定位销副关键公差的响应面模型。以定位销、零件定位孔(槽)制造成本所构成的装配成本最小化为目标,二维多工位装配成功率为约束,建立二维多工位装配夹具系统定位销和零件定位孔(槽)公差可行稳健设计模型。以汽车车身地板二维三工位装配为例,建立其公差可行稳健设计模型并对该模型进行计算与分析,结果表明在装配成本增幅较小的情况下,采用稳健约束后可显著提高公差设计的可行稳健性。该方法为二维多工位装配夹具系统公差稳健设计提供了一种新途径。     

车身多工位装配系统可靠性评估与维护策略研究

针对车身多工位装配系统夹具的衰退过程,提出了夹具元件磨损、来料零件偏差以及定位元件配合公差等多因素集成影响下的车身装配系统可靠性评估方法。在给定车身波动阈值条件下,提出了基于可靠性模型的多工位夹具部件的动态维护策略。通过一个四工位薄板件装配案例对所提方法进行了应用验证,为夹具系统维护与车身尺寸质量控制提供了理论指导。     

面向装配系统可靠性分析的车身夹具系统优化设计

为描述多工位车身装配系统的渐进衰退特性,建立了面向车身产品尺寸质量和夹具系统要素的装配系统可靠性模型。结合夹具设计稳定性参数约束,提出了面向白车身装配系统可靠性的车身多工位焊装过程的夹具布局优化方法;在给定夹具布局下构建了定位销制造成本函数,提出多工位夹具定位销磨损率的优化模型并对其进行优化分配。将上述方法应用于侧围装配案例,分析发现优化后装配系统可靠性衰退过程得到较大改善,并有效提升了夹具系统的使用寿命。     

基于数论网格法的三维单工序装配成功率计算方法

提出了一种基于数论网格法的三维单工序装配成功率计算方法。首先,基于三维单工序装配偏差模型,考虑销-孔/槽副任意布局下夹具定位偏差对装配偏差的影响,建立销-孔/槽副任意布局的三维单工序装配偏差模型。然后,阐述了数论网格采样的基本原理,运用数论网格法对零件偏差采样,基于所建立的销-孔/槽副任意布局下的三维单工序装配偏差模型,建立三维单工序装配成功率模型。最后,针对三维薄板零件装配实例,采用所建立的装配成功率模型计算其装配成功率,并采用3DCS对所建立的装配成功率模型进行仿真验证,仿真结果与理论模型计算结果相比,装配成功率相对误差为0.21%,表明了该方法的有效性。     

基于有限元模型的汽车薄板焊装公差分配研究

当前的汽车车身薄板覆盖件焊装公差分配方法,通过收紧装配公差以期达到车身焊装高的质量要求,而公差过小不仅提高了制造成本,还往往超出了装配件制造能力。本文提出一种基于有限元模型的公差分配方法用于薄板装配,利用该方法可在装配前确定满足产品整体质量要求的最大允许加工公差,这样既可以降低装配件制造成本,又可以保证车身焊装的质量。此方法为汽车薄板件冲压工艺设计提供了依据。     

销/孔定位结构公差设计中的功能边界分析法

为了更好地运用公差标准中的边界理论进行机械精度设计,介绍了边界、实效条件边界和功能边界的概念和特点。以一面两孔(销)定位结构的尺寸与公差标注为例,分析了功能边界在定位销/孔的几何尺寸与公差分析和配置中的应用,探讨了销/孔定位精度分析和计算方法,从改进定位结构的角度分析了提高一面两孔定位精度的措施和原因。利用功能边界分析法能有效地优化产品几何规范、公差配置和结构,对合理保证零件的功能和可装配性、提高经济性有重要意义。     

车身柔性薄板件搭边焊接接头的回弹偏差模型

当前汽车车身薄板件点焊回弹模型采用薄板端部的点接触模型,未考虑实际点焊工艺中设置的搭边量,因此不适用于实际装配质量分析。通过对柔性薄板定位装配过程的研究及实际点焊生产工艺的分析,建立了面接触搭边悬臂梁结构,并在对焊接接头受力分析的基础上提出了一种考虑搭边量的点焊回弹偏差数学模型,后与无搭边回弹偏差模型作参数敏感性对比分析。最后,通过分析矩形薄板件实例的装配偏差,表明了该偏差分析模型的有效性。     

一种组合式定位销

介绍了一种组合式定位销设计方案,其目的在于解决因操作空间不足或装配时不便于加工定位销孔(如在空中对接等)的条件下,实现相关零部件的可靠定位。综合运用了弹性圆柱销对装配精度要求不高和锥面配合能充分适应销孔直径变化的特点,将弹性圆柱销和锥销有机结合起来,形成一种组合式定位销,它可以在保证定位可靠性的前提下,降低对定位销孔加工的位置精度要求,避免了装配时才能加工销孔的苛刻要求,该设计方法能够充分满足工程实际的需要。     

Design automation and optimization of assembly sequences for complex mechanical systems

Assembly sequence design for a mechanical system can have significant impact on manufacturing cost and product quality. Traditionally, such a design process is largely based on experience and best practices, often ineffective and non-optimal as the system becomes complex. This paper proposes a new, systematic method for automatic assembly sequence design and optimization. Key elements include assembly modeling, sequence planning, locating scheme optimization, dimensional quality evaluation, and optimization. First, a directed graph and an assembly matrix are employed to describe the assembly relation of a system. Then, the feasible assembly sequences are generated through layered subassembly detection of adjacency matrices, filtered by engineering constraints. To evaluate quickly the assembly quality and compare the influences of different locating point schemes, a linear 3D variation propagation analysis model with deterministic locating principle is introduced. The optimal locating scheme is then selected using a genetic algorithm with the least variation propagation. Finally, the assembly dimensional quality for different sequences is evaluated and the optimal assembly sequences are achieved through genetic algorithms. A case of automotive body side assembly is presented to illustrate the whole methodology.     

平面连杆机构运动精度可靠性及灵敏度分析

针对平面连杆机构传动路线长,存在较大的积累误差,对机构的运动精度产生的影响不容忽视的问题,提出了加工误差、结构变形、装配间隙及铰链磨损多因素耦合作用下运动机构精度可靠性分析的建模方法及求解流程。用动量交换法建立铰链间隙的碰撞模型后对机构进行动力学分析,基于动力学分析结果,利用胡克定律及有限元法分析部件变形,利用Archard磨损模型分析铰链的磨损量。在此基础上,给出了加工误差与部件变形影响下杆长的分布参数以及装配间隙与铰链磨损影响下铰链间隙的分布参数,然后将铰链间隙用无质量连杆模型替换,建立并求解机构的运动方程。通过对飞机舱门收放机构的算例分析,得到了该机构在不同收放次数下的运动精度可靠度及对应的可靠性灵敏度,并给出了制造维护建议,证明了方法的可行性。     

机床夹具“一面两孔”定位销设计

介绍一种在夹具设计实践中总结出来的定位销设计方法,该方法简单有效,有别于传统夹具教材和手册上介绍的定位销设计原理。其基本过程是,根据常用定位销的配合间隙和工件定位孔公差,计算出两定位销允许的中心距公差。这种新的设计方法为合理确定夹具设计精度提供依据。给出了标准定位销和变型定位销不同结构形式和典型实例,对灵活使用定位销具有较高参考价值。     

一种“一面两孔”定位销设计方法

提供一种在夹具设计实践中总结出来的定位销设计方法,该方法简单有效,有别于传统夹具教材和手册上介绍的定位销设计原理。其基本过程是,根据常用定位销的配合间隙和工件定位孔公差,计算出两定位销允许的中心距公差。这种新的设计方法为合理确定夹具设计精度提供依据。给出了标准定位销和变型定位销不同结构形式和典型实例,对灵活使用定位销具有较高参考价值。     

多失效模式下电阻制动系统的可靠性建模与分析

针对电阻制动系统在多种失效模式下的建模问题,对电阻制动系统的建模方法和可靠性模型参数估计方法进行了研究,对电阻制动系统易损件及相应的失效模式进行了统计,提出一种基于故障树的多失效模式可靠性建模方法和基于最小二乘法和遗传算法的参数估计方法,利用系统整体及各部件的可靠度模型进行了可靠度分析和寿命预测。分析结果表明,考虑失效模式建立可靠性模型可以直观地揭示失效模式对产品可靠性的影响趋势,有利于产品的维护和寿命预计,为可靠性提高制定有效措施提供了依据。