基于多色集合理论的机床进给系统装配精度模型

为了弥补在机械装配过程中产品装配精度难以保证的不足,提出一种基于多色集合理论的产品装配精度模型,为设计者在设计阶段提供一种有效的装配精度自动化计算手段。该模型提供了一套计算机辅助装配体装配精度自动生成流程,模型中构建了装配约束关系矩阵、装配特征表面约束围道关系矩阵、装配公差类型围道布尔矩阵及装配空间关系围道布尔矩阵,并采用邻接矩阵的方式对其进行计算机存储,实现了从提取零件装配表面特征及特征约束到装配体整体精度之间的全过程映射。该模型同时包含设计过程中需要考虑的产品功能需求、几何特征、公差准则、公差分配规则等外在约束条件,进一步说明了模型的准确性和实用性。通过该模型在数控机床进给系统的应用验证了模型的有效性。     

基于装配定位约束的功能公差规范设计

为研究与产品几何规范标准体系(Geometrical product specification,GPS)一致的功能公差规范设计方法,基于新一代GPS的恒定类研究零件在装配体中定位的接点分类及其优先次序确定原则,并对现有装配有向图进行改进,增加装配定位约束的表达;研究几何功能需求的表达与分解方法,并基于改进装配有向图研究了零件-零件之间分界面的公差规范设计技术,提出一种几何功能需求-几何规范的功能公差设计新方法,实例验证所提方法的可行性。     

考虑形状偏差的公差多面体建模与分析

采用理想表面模型或未考虑形状偏差进行公差建模与分析往往导致零件装配产生干涉风险或装配精度得不到保证。针对该问题，首先基于半空间和多面体的定义将零件特征几何偏差以向量的形式表示，根据尺寸公差带约束构建了零件层的公差多面体不等式组。其次，以理想表面构建装配层公差多面体不等式组，通过使用装配优化函数对装配接触面参数进行调整，将形状偏差纳入公差模型中，从而构建了基于非理想表面的公差多面体不等式组。最后，以铣刀座装配体进行了实例研究，建立了该装配体的各偏差传递路径的公差多面体凸包，并使用闵可夫斯基和依次求解，然后进行交集运算得出目标环偏差值；手工调整公差值并重新计算，直至分析出的目标环偏差值满足初始精度设计需求。     

气体静压轴系公差设计北大核心

针对气体静压轴系孔轴配合径向气膜厚度要求,依据轴系零件尺寸公差和几何公差,建立孔轴配合装配尺寸链。采用蒙特卡洛方法模拟实际尺寸与几何误差综合作用结果对轴承径向间隙分布情况的影响,基于尺寸公差和几何公差的孔轴配合成本——公差模型及相关约束条件,采用遗传算法对孔、轴几何公差进行分配,对所建立模型进行了实际应用。     

基于旋量参数的三维公差累积的运动学模型

研究了三维公差累积的运动学模型及其在计算机辅助公差设计中的应用，基于机器人学中的运动学分析方法研究了自参考和互参考公差域的旋量参数及其约束不等式，给出三维公差累积的运动学模型的一般表示式；研究了此模型在公差优化设计中的应用，一个齿轮泵的实例验证了此模型的有效性。     

基于SDT的公差建模方法及三维公差分析技术研究

探讨了各种公差区域和各种连接的小位移旋量（SD T）的描述方法;研究如何用表面模型来实现对装配体的描述,并且借助于小位移旋量确定装配体任意表面之间的相对位置;根据各个功能要素对于产品的装配功能要求的影响,创建三维公差分析尺寸链,实现面向装配的三维尺寸和几何公差分析;最后给出公差分析实例对所提出的方法加以验证。     

一种面向可装配性的公差分析方法

基于新一代产品的几何技术规范,分析了装配体的几何信息构成,给出了基于自由度分析的变动域建模原理和变动域-SDT(small displacement torsor)映射关系,采用齐次坐标变换描述了特征几何变动在装配体中的传播和累积,建立了包含零件公差信息和装配间隙信息的装配公差累积模型;构建了公差回路的矩阵表达式,用两个简单装配公差分析实例说明了零件可装配性条件及分析过程;最后以一个工程计算分析实例验证了方法的正确性。     

基于辅助定位接点的装配公差建模

针对现有的装配公差数学模型不能完全表达装配定位接点对零件约束的问题,研究零件定位特征与装配定位接点之间的关系。将装配定位接点的配合类型进行归纳和分类,并以向量方程/不等式的方式表示辅助接点上各种配合对零件运动自由度的约束。得到的向量方程/不等式可以表达辅助接点的几何及公差信息,并用于修正一般的装配公差模型。最后通过该方法在公差分析中的应用实例验证了所提方法的有效性。     

虚拟装配中装配公差的检验分析

装配性能分析的主要内容之一是装配公差的分析。阐述了虚拟装配系统中公差并行设计的过程，建立了零件尺寸公差与装配体配合公差的模型，利用约束关系图表达了零件尺寸信息与装配体配合关系信息，利用尺寸公差模型与约束关系图通过有关算法生成装配尺寸链。介绍了公差分析的两种方法，并以孔轴的径向配合为例，利用极值法进行装配公差检验，针对检验时出现的各种不合理结果进行了详细分析，并提出了设计公差相应的修改意见。     

生长型设计中公差进化设计方法研究

为实现生长型设计中尺寸链及形位公差项目的自动生成,在产品结构设计自动化技术基础上,研究生长型设计中公差进化设计的策略与原则。指出生长型设计中紧随结构的自顶向下、不断进化,公差进化设计模型也呈现为一种层次式结构;同时由于功能表面及其名义特征所具有的承载功能及几何信息的特点,可作为公差进化演绎的单元载体;在此基础上建立公差进化设计的基本过程模型。提出产品结构进化设计中,构建基于功能表面的装配网络以及基于名义特征的约束网络的双层装配约束网络的基本方法,给出辅助公差进化设计的公差断言;在此基础上,给出基于双层装配约束网络及公差断言的尺寸链及形位公差进化设计的基本过程。以活塞精镗销孔夹具的公差设计为例,说明所提出的公差进化设计方法在生长型设计中的成功应用。     

基于实际工况的装配体公差优化分配

合理的分配装配体中各零件的公差是保证产品性能和降低企业开销的基本方法之一。目前的公差优化分配以尺寸公差为主,较少涉及形位公差,且假设零件为刚体,忽略了实际工况对装配性能的影响。为解决上述问题,以修正的雅可比旋量模型为基础,同时考虑旋量参数之间的约束关系,并结合公差成本函数,建立了实际工况下装配公差优化分配模型。最后,利用遗传算法(GA)对机床尾座进行公差优化分配,对理想情况和实际工况下的分配结果比较分析,结果表明所提方法适用范围广更符合工程实际。     

装配公差项目的自动生成——Jena规则

针对SWRL规则对大型装配体模型推理效率慢且易达到推理极限的问题，对Jena规则下的装配公差项目的自动生成方法进行了研究。首先，构建了公差语义表示模型，进而实现OWL文件的自动生成；其次，构建了几何尺寸与公差语义表示模型，并以Jena规则表示几何尺寸与公差的语义，从而建立了Jena规则以推理装配公差项目的自动生成。最后，以减速器模型为例验证了基于Jena规则的装配公差项目自动生成的可行性，并与传统的基于SWRL规则的装配公差项目推理方法做对比实验，结果显示基于Jena规则的装配公差项目推理方法更高效且具有更高的推理极限。     

基于小位移旋量和热变形的平面公差建模方法研究

零件的公差分析是装配体累积公差分析中重要的环节,公差模型建立的正确与否将直接影响累积公差分析的结果。文中针对高温引起零件的热变形,基于小位移旋量理论,研究部分功能表面热变形与几何变动公差的合成方法,为累积公差分析提供公差模型,为公差的合成奠定基础。     

生长型设计中的功能公差设计理论

在产品结构设计自动化技术基础上,研究生长型设计中公差进化设计的策略与原则,提出将产品功能要求转化成零部件之间的几何约束关系,并最终表达为对功能尺寸约束的功能公差设计理论。建立成本—公差敏感函数的数学模型,将产品设计、制造、使用以及技术折旧成本作为公差分配的控制约束,并在其中引入产品使用磨损模型,以经济学中的贴现率来表征技术折旧成本,以成本最低为目标函数,以合理的工艺能力指数、装配功能、装配质量作为约束条件,实现基于功能与成本的面向产品全生命周期的尺寸公差分配。最后,设计实例说明所提出的功能公差设计理论能够在生长型设计中成功应用。     

基于雅可比旋量法的实际工况公差建模

计算了加载时工作零件的变形量,并将其转变为雅可比旋量修正量,通过对雅可比旋量公差模型在实际工况下的扩充与修正,建立了基于雅可比旋量和实际工况的装配体公差数学模型,以此定量计算实际工况对产品工作性能及公差设计的影响。通过将此方法在某齿轮泵装配体的公差设计中的应用说明了该方法的有效性。     

基于NURBS的形位公差装配成功率计算方法研究

研究了基于NURBS的形位公差装配成功率的计算方法。阐述了利用统计方法获得模拟加工表面采样点和NURBS曲面插值构造加工表面；研究模拟检测过程来估算装配成功率的方法；就不同公差原则以成功率的计算展开了讨论。     

基于T-Map的飞机部件交点轴线公差转化方法

针对装配过程装配方案改变后,基准变换致使几何公差变化的问题,以飞机部件装配中的交点装配为研究对象,提出基于公差图(T-Map)的公差转化方法。根据交点轴线的变动建立交点轴线的T-Map公差模型;通过基准变换前后几何尺寸及公差(GD＆T)关系构建交点轴线的基准变换模型,在此基础上,重构基准变换后交点轴线的T-Map;对变换后的交点轴线T-Map进行累积,构建交点轴线叠加T-Map(ST-Map),分析基准变换前T-Map与ST-Map的二维空间域的关系,得到ST-Map最小约束条件,并以不同自由度约束下的最大公差值为判据,获得基于T-Map的交点轴线公差转化关系。最后,引入实例进行公差转化的求解,并与基于特征公差尺寸链的传统公差转化方法进行了比较。     

面向并行工程的三维装配公差链分析

提出用装配基准变动方程组来建立装配公差链模型，通过求解此方程组获得三维装配公差链的分析结果：提出装配基准图定量描述装配体零部件之间的配合及位置关系，并且基于此图自动生成装配公差链；应用蒙特卡罗仿真方法给出了计算实例。     

基于特征几何变动的三维公差综合建模方法研究

针对计算机辅助公差设计中的三维公差综合问题,研究并建立了基于特征几何变动的三维公差综合方法和模型。在机械产品的装配中,将各零件配合几何特征视为刚体,利用刚体在三维空间中六个自由度方向上的微小几何变动所形成的区域来描述三维公差,在此基础上,采用机器人运动学中的齐次坐标变换方法获得各个特征几何变动量的累积关系等式,并通过工程计算中常用的广义逆求解得到装配功能要求与各配合几何特征自由度变动量间的关系,由此建立三维公差综合模型。最后,将本文阐述的方法运用于齿轮泵装配体实例,得到了轮齿侧向间隙要求与各配合特征几何变动量间的三维公差综合模型,从而验证了本文所提方法的实用性和有效性。     

基于小位移旋量的公差模拟建模及公差分析

公差分析是产品规范设计的重要内容,影响产品最终性能。研究了小位移旋量的公差建模方法,随机取值模拟配合表面在公差域内的变动。沿装配路径,采用齐次坐标逐步变换求解装配体封闭环相对全局坐标的变动,进行了三维公差分析,利用一定规模的模拟样本表现累积误差的分布形式。用实例验证了方法的有效性。