基于公差原则的装配公差统计分析

为了提高机械产品的互换性,减少制造成本,公差原则在零件设计时有着广泛的应用,但是在现有的装配公差统计分析方法中却较少考虑零件的公差原则。为解决此问题,基于雅克比旋量理论建立了考虑公差原则的三维装配公差模型,并结合蒙特卡洛法对装配体进行统计公差分析,期间在用旋量区间表示特征变动时并考虑了旋量间的约束关系,使公差分析结果更加符合实际情况。最后以简易顶尖尾座装配体为实例,对比了零件应用不同公差原则时的公差分析结果,验证了所述方法的有效性。     

基于公差原则的装配体公差建模

为了建立可以反映公差原则的装配体公差数学模型,研究了尺寸公差、形位公差的关系及补偿方式,基于形位公差的动态公差图,给出了最大实体要求下功能要素的旋量表示,修正了雅可比旋量模型,提出了一种基于公差原则的装配体公差建模方法。结合机床尾座实例,分析了零件之间的装配约束关系,建立了最大实体要求下的装配体公差数学模型,能够处理尺寸公差、形位公差之间的相关要求,扩大了装配体公差建模的应用范围,保证了公差建模理论的完整性和合理性。     

基于极值法与统计公差法的不同尺寸公差分配方法的研究

对装配体的尺寸公差分配是产品公差设计中的一项重要环节。公差的大小决定着产品的制造成本,对装配尺寸公差进行合理分配具有重要意义。然而在两种不同的公差分析方法下其各种公差分配也有所不同。文章介绍了目前装配尺寸公差分配的主要方法,有等公差法、等精度法和最优化分配法等。结合齿轮轴工程实例,分别运用极值法和统计公差法对各种尺寸公差分配方法进行分析研究。其结果表明,在实际运用中利用装配功能公差链统计公差法约束条件并考虑加工方法的经济性公差约束条件对装配尺寸公差进行分配为最优化分析方案。并将其集成到计算机公差设计系统中。     

基于蒙特卡洛法的模型送进机构可靠性分析

为提高风洞模型送进机构误差精度及精度可靠度,提出了一种同时考虑各个D-H关节参数随机误差影响的误差精度可靠度的蒙特卡洛分析方法。首先为模型送进机构建立了D-H坐标系,在此基础上求解了送进机构的运动学方程。然后建立了机构的静态误差模型和机构精度可靠度模型。最后基于该方法研究了关节参数对机构精度误差可靠度的影响。结果表明,基于蒙特卡洛法的机构精度可靠度分析方法能够准确判定对精度可靠度影响较大的变量,为机构的加工、制造和装配提供指导依据。对模型送进机构的进一步研究具有理论价值和工程意义,并对其它类似机构精度可靠度分析具有一定的借鉴意义。     

基于实际工况的装配体公差建模方法研究

几何产品的装配公差数学模型对CAD/CAM/CAE的集成有着重要的作用。目前的装配公差模型以刚体假设为前提,忽视了实际工况的影响。为解决此问题,研究了实际工况对产品工作性能及公差设计的影响,利用有限元仿真计算了零件在实际工况下的变形量,并在公差模型中综合考虑变形量的影响,建立了实际工况下装配体的公差模型。将该方法应用到尾座装配体的公差建模中,验证了该方法的有效性。     

基于仿真分析的BT40主轴系统公差设计与优化

公差设计质量直接影响产品的性能和制造成本。为提高主轴系统公差设计的质量和效率,提出了一种基于建模仿真的公差设计与优化方法。模拟BT40主轴系统的结构和装配过程,首先在CETOL6σ软件中建立主轴系统的数字化公差模型,利用该模型分析各主要公差对系统输出精度的贡献度和敏感度。然后以类比法公差设计作为原始方案,仿真检验其设计效果。最后以公差贡献度和敏感度为依据,对原有公差设计方案进行修正及优化。结果表明:优化后的方案显著提高了主轴系统的输出精度。     

基于凸包域的三维公差分析模型研究

为了更好地解决复杂装配体的公差分析问题,文章提出了基于凸包域的三维公差表达和公差分析方法。以凸包理论为基础,建立了尺寸公差和形位公差域模型;对公差域内的变动特征进行PDF的建模,构建偏差累积方程;根据公差域模型和PDF对蒙特卡罗仿真方法进行修正;运用修正的蒙特卡罗方法和HDMR对偏差累积方程进行敏感度和贡献因子分析。与传统的基于点的建模方法相比,基于凸包的建模方法能真实的体现几何特征的变动与公差标准的契合关系。最后通过实例验证了该方法的可行性和精确性。     

喷油嘴针阀的公差建模及规范设计

产品规范模型是新一代GPS实现产品对偶性认证的前提。为了建立喷油嘴针阀规范模型,首先采用基于SDT(small displacement torsor,即小位移旋量)的三维公差域建模方法,建立了喷油嘴针阀主要形位公差的数学模型,然后根据其误差的实际测量数据,利用Matlab生成针阀形位公差带内的随机点,将随机点导入三维建模软件Catia中,通过曲面操作生成零件的规范模型。最后利用新一代GPS的规范操作算子,完成了喷油嘴针阀的规范设计,为实现产品功能要求、规范设计及测量认证的一致性表达提供了一定理论基础。     

基于Ontology的装配公差规范的自动生成

针对几何产品公差规范设计中存在的不确定性问题,文章将本体理论引入到装配公差规范的设计中,为装配公差规范的自动化、智能化设计提供一种可行的方法。首先构建装配公差规范层次化表示模型,并采用OWL DL断言表示模型层次间的约束关系;其次,根据装配公差规范中的概念和关系,构建装配公差规范的本体模型;再次,根据装配公差规范设计领域的专家知识,使用语义网规则语言(SWRL)构建装配公差规范设计的推理规则;然后,根据构建的本体表示模型及定义的推理规则,构建装配公差规范设计知识库,在此基础上编写装配公差规范智能化设计算法;最后,以齿轮减速器为实例说明了装配公差规范自动生成的过程,并分析验证了该方法的有效性。     

Creo产品装配成功率预测系统开发

为了解决在产品设计阶段对产品装配精度与装配成功率进行预测的问题,针对装配体模型,基于公差分析理论,运用VS2010与Matlab混合编程技术,开发了Creo环境下的装配成功率预测系统。该系统可以对装配体约束信息、材料特征、形状特征、精度信息(包括尺寸精度、几何精度、表面精度)等进行自动提取,基于极值法、概率法和蒙特卡罗法等对装配体进行公差分析,基于蒙特卡罗法进行装配体模型装配精度的自动计算和装配成功率预测,最后以某齿轮装配件为研究对象对系统进行了测试应用。结果表明,该系统可以便捷、准确地实现产品装配成功率的预测。     

Study of an assembly tolerance allocation model based on Monte Carlo simulation

The traditional design methods of assembly tolerance allocation are usually based on engineers' experience, or the worst on worst tolerance analysis (WOW) method, or the root sum square tolerance analysis (RSS) method. However, the above-mentioned methods, whilst used frequently in the analysis of a single-dimensional chain, are not suitable for the analysis of geometrical tolerance and multi-dimensional chains. Also, the relationship between tolerance and manufacturing cost is not considered and a suitable tolerance allocation based on minimum manufacturing cost can not be obtained. Some research works have applied linear or non-linear programming methods to optimize the tolerance allocation of each part in an assembly. However, the convergence of the solution is not ensured. The purpose of this study is to provide an integrated approach, including tolerance design, manufacturing cost analysis and multiple chains consideration, using the Monte Carlo method to optimize the tolerance allocation with minimum cost. The Monte Carlo method, a statistical simulation method, was used to simulate the dimension variance of each part and each dimensional chain. The contribution percentage of each part on each dimensional chain was calculated. Tolerance cost was chosen as an object function and the tolerance allocation model as a constraint condition, the optimum tolerances of each part being obtained by the iteration method. Results of computer simulation for several examples were compared with published data for demonstrating the feasibility of the proposed method. It can be concluded that the tolerance-allocation model combined with a tolerance-cost relationship can provide a very practical and useful approach for design engineers.     

考虑位姿变换的钻铆工业机器人刚度寻优

针对航空航天飞机蒙皮壁板等大尺度构件自动钻铆加工中工业机器人刚度较低、加工精度差的问题,以KUKA KR600 R2830型工业机器人为例,通过调整工业机器人加工位姿的方式进行刚度优化。建立所选型号工业机器人运动学模型,在此基础上建立刚度模型并通过刚度辨识实验求解工业机器人各关节刚度;采用蒙特卡洛法绘制工业机器人作业空间并结合刚度性能评价指标在工作空间基础上绘制刚度云图,表征机器人刚度性能分布;结合参数优化后的模拟退火算法求解机械臂刚度最优位姿及当前位姿下的关节角;最后利用仿真及实验进行验证,证明刚度最大位姿的有效性。此方法可为高精重载工业机器人的加工稳定性研究提供思路和指导,提升6R工业机器人钻铆质量。     

飞机薄壁零件装配偏差建模与仿真分析

为了准确有效地实现飞机薄壁零件装配偏差预测与控制,提出一种飞机薄壁零件装配偏差建模与仿真分析方法。根据飞机薄壁零件装配工艺过程,考虑零件制造偏差、工装夹具偏差和装配变形,基于确定性定位法和影响系数法建立装配偏差模型。在此基础上,基于蒙特卡洛法对装配偏差模型进行仿真求解,根据偏差源敏感度进行装配偏差优化。以某型飞机机身壁板装配偏差分析为例,验证了所提方法的有效性。     

Tolerance allocation under behavioural simulation uncertainty of a multiphysical system

The tolerancing process impacts the product quality, the production cost and scrap rate. Tight tolerances allow to assure product performance; loose tolerances to reduce production cost. The tolerance allocation of a complex system is performed under uncertainty. In fact, the accuracy of the behaviour simulation of the system significantly affects the tolerance analysis result, and thus the tolerance allocation result. Therefore, a method is proposed to perform tolerance allocation based on the Dempster Shafer theory, Monte-Carlo simulation and genetic algorithm. The application of the proposed framework is demonstrated through a complex case study.     

RLS-based quality control method for reassembly under uncertainty

The uncertainty recognition, quantification, and optimization of reassembly (remanufacturing assembly) are crucial to improve the precision, quality, and stability of the assembly of remanufactured products. In this paper, we summarize the uncertainties based on the analysis of reassembly features. An uncertainty measure model using information-entropy theory is then established. This model characterizes the uncertainty of remanufactured parts, reused parts, and reassembly quantitatively. An online quality prediction method for reassembly process is then proposed. The method can effectively estimate the quality of remanufactured products using recursive least squares algorithm, which combines real-time data with tremendous amount of history data from the reassembly process. This method can also maximize the use of tremendous amount of history data and improve the accuracy of reassembly by mathematical statistics and examples. Moreover, it can reduce the cost of rework and improve the quality of remanufactured products. Results show that the proposed method achieved good application results with high accuracy and computation efficiency.     

基于响应面法的双螺杆泵容积效率建模优化

双螺杆泵容积效率的影响因素复杂且容积效率计算困难。为解决此问题,提出一种基于理论模型及响应面法相结合的容积效率建模优化方法。基于平行平板液流理论建立双螺杆泵效率理论模型,进行敏感度分析,筛选出影响泵容积效率的最敏感设计参数为间隙、压差及动力黏度。基于正交试验和响应面法,通过有限元数值仿真分析,建立泵容积效率与敏感参数的拟合关系模型。仿真结果表明所选择的敏感参数对效率影响均显著。基于该拟合关系模型,以容积效率为优化目标,建立优化模型并求解,获得最优敏感参数组合,使泵容积效率显著提高。所提优化方法可降低仿真计算的复杂性,提高理论模型的精度。     

连杆参数误差对机器人精度可靠性的影响

采用Denavit-Hartenberg方法设定五自由度串联机器人杆件坐标系,通过齐次变换矩阵建立串联机器人正运动学和逆运动学模型。在此基础上,对由静态误差引起的串联机器人末端位姿误差做了分析。利用微小位移合成法建立了串联机器人的静态位姿误差分析模型,以机构可靠度为位姿精度评价指标,应用Monte Carlo数值仿真法分析串联机器人各连杆参数误差对串联机器人的静态位姿精度的影响程度,并分析得出对串联机器人的静态位姿精度影响最大的关节。