公理设计在公差设计中的应用初探

公差设计依赖于设计人员的经验、缺乏科学设计理论指导;产品公差设计通常为多功能需求设计,且功能需求之间往往又存在耦合,需要分析和解耦;功能方程组(功能需求与功能尺寸之间建立的函数方程组)的求解存在不同的求解策略,需确定最佳的求解策略。针对此类问题,引入公理设计理论至公差设计领域,首先将公差设计过程看作是功能域-尺寸与公差域的映射,利用独立公理和信息公理等来理解和分析公差设计问题,提高公差设计的科学性;其次,以轴承座装配为例分析了如何利用独立公理指导公差耦合设计的求解;最后,以齿轮组装配公差设计为例分析了独立公理和信息公理在解耦设计和判断求解顺序中的应用。研究结果表明,公理设计的引入可为公差设计提供理论框架和逐步分解、展开的机制,辅助判断和求解耦合设计问题,为公差设计理论由经验设计变为科学设计提供了有益的启示。     

空间RSSR机构的装配偏差区间分析

针对空间RSSR曲柄摇杆机构装配偏差分析问题,首先基于区间分析法和三角模糊数的概念建立了包含间隙和杆长尺寸偏差变动信息的区间模型,构建了偏差回路和非线性区间参数方程组,并对非线性区间参数方程组进行了求解.其次,对空间RSSR机构进行了运动仿真,得出了输出角的名义数据,并与非线性区间参数方程组的求解结果进行对照,绘制出了角位移曲线及不同隶属度情形下的角位移偏差对比曲线.最后,分析了关节处间隙变动和杆长偏差对机构输出角位移偏差的影响.分析结果表明:在机构输出角位移曲线的极小值与极大值点附近,间隙与杆长的变动对输出角位移偏差的影响较显著,且间隙与杆长误差越大,角位移偏差受到影响也越大;调整隶属度数值至合适数值,机构输出角位移偏差有明显改善.     

基于齐次坐标变换的制造误差建模研究

为了在产品公差设计时考虑制造几何变动,将CAD模型中零件模型及其特征用点集形式表示.采用机器人运动学中的齐次坐标变换来描述工艺系统各组成部分的空间位姿关系,建立了工艺系统各组件的几何误差累积模型.将制造过程看作是刀具轨迹形成的点集更新被加工零件点集的过程,加工后零件点集组成了新的齐次坐标矩阵,该矩阵包含了零件的制造几何变动信息.采用Monte-Carlo仿真研究了特征面制造几何变动, 实现了基于CAD环境的制造过程模拟和制造误差传递分析,从而可在公差设计阶段就考虑制造几何变动,实现了公差并行设计.     

超细长小直径深孔振动钻削工艺

介绍了一种超细长外排屑深孔振动钻削系统,分析了外排屑DF系统加强排屑的机理,阐述了枪钻的选取与刃磨、钻削用量和振动参数的选取原则。用35CrMo进行了φ5.65×300mm钻削试验,结果表明只要参数选择得当就可以实现可靠断屑,使排屑顺畅,而且孔的精度很高。     

基于ANSYS Workbench的细纱机机架动态仿真分析

机架部件的稳定性是成纱质量的关键因素。通过ANSYS Workbench对细纱机机架进行模态分析和随机振动分析,得到机架的前8阶的振型以及随机振动位移响应值,并根据分析结果对机架部件作了适当改进并进行仿真分析。结果表明:机架的前3阶固有频率分别提高了27.7%、47.9%、23.6%;机架X、Y、Z方向瞬间增大峰值处的功率密度谱值分别减小了65.9%、41.8%、83.5%。该结果可为细纱机机架的结构优化设计提供参考。     

基于CE/TOL的滚刀轴部件公差分析与优化

为了合理地分配滚刀轴部件各零件的尺寸与公差,优化产品设计,利用Pro/E软件对滚刀轴部件进行三维设计。根据功能要求确定分析目标,将分析目标作为封闭环,借助装配模型确定尺寸回路。使用公差模块CE/TOL分析该尺寸链中各组成环对分析目标的影响程度,依据尺寸的贡献度和敏感度找出对封闭环影响最大的关键尺寸。优化关键尺寸及其公差,从而在满足功能的前提下扩大零件公差,提高零件合格率,降低生产成本。     

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。     

几何公差控制角度偏差及角度公差分析

针对角度尺寸公差不能控制平面与平面之间的角度,而采用几何公差控制可能会导致角度偏差失去控制等问题,引入了被测要素附加贴切要素符号,实现用几何公差精准控制被测平面与基准面之间角度偏差,并给出了几何公差与角度公差的换算方法;针对装配层平面与平面之间角度偏差控制及累积计算问题,研究了多个零件装配后的角度尺寸链画法和角度尺寸链偏差累积计算方法;最后,以某型号电动木材切割机为例实现了用几何公差控制角度累积偏差以及各个零件上相关特征的几何公差与角度公差的转换,并分析计算了角度累积偏差。研究结果可为平面与平面之间的角度公差的分析控制及图样标注提供借鉴和参考。     

小直径深孔振动钻削钻头的研究

分析了小直径深孔振动钻削对钻头的要求；设计了一种新型内排屑深孔钻头；分析了该钻头的结构和刃磨特点，进行了振动钻削试验。试验表明，合理匹配切削参数和振动参数，可实现断屑可靠且排屑顺畅，能钻出尺寸精度高、表面粗糙度参数值小、直线度较高的深孔。分析了用新型钻头进行振动钻削提高工艺效果的原因，表明该种钻头具有良好的工艺性能。     

渐开线圆柱斜齿轮齿面的公差建模

为了研究和仿真公差对齿轮运动学性能的影响,建立了齿面公差的参数化数学模型.基于新一代产品几何规范（GPS）标准体系,将表面几何偏差分为本质特征偏差和方位特征偏差.引入替代表面的概念,基于理论表面矢量参数化表示,用矢函数来描述替代表面和理论表面之间的本质特征偏差.基于三维空间刚体运动学,采用齐次坐标变换矩阵来描述替代表面在欧氏空间中相对于参考要素的方位特征（方向和位置）偏差.以圆柱斜齿轮齿面为例,采用提出的公差域建模方法,构建了该齿面的本质特征偏差和方位特征偏差的参数化模型,进而建立了圆柱斜齿轮齿面的公差数学模型