基于机器人运动学的三维公差累积建模研究

运用机器人运动学中机械手的微分运动与各关节位置微小变动间关系的求解方法,进行三维公差的累积建模研究.讨论了三维公差的特征自由度表示,在运动坐标系基础上建立三维公差的雅可比传递矩阵累积模型,并用矢量积法得到各自由度变动对关键特征变动的雅可比传递系数矩阵.最后给出一个装配体计算实例,所得结果定量地表示了各配合特征各自由度累积对关键特征空间位置及方向变动的影响,反映了三维装配中零件公差累积情况,可以为进一步的尺寸及形位公差设计提供约束方程.     

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。     

考虑形位公差的二维装配公差分析

形位公差是零件形状、位置特征变动的结果.虽然形位特征变动也可对装配的性能产生很大的影响,但是目前装配公差分析的研究主要集中于尺寸公差而很少考虑形位特征变动,迄今为止尚无一种较完善的包括尺寸公差和形位公差的分析方法.本文提出了一种新的基于矢量环装配模型的包括几乎所有形位特征变动的二雏装配公差分析的方法.研究的重点是如何在矢量环装配公差分析模型中实现形位特征变动的描述,这种描述有助于考虑所有变动对于装配的影响从而实现包含形位公差在内的二维装配公差分析.最后给出一个工程应用实例,说明所提出的方法的有效性.     

基于定位特征的零件公差规范设计

探讨零件公差规范的生成方法,并在CATIA中实现自动生成符合新一代产品几何技术规范(geometrical product specification,GPS)的三维公差标注。首先研究利用定位特征组成的定位图来描述零件的装配定位,然后基于定位图,给出基准参考系统的公差规范模式和方法,最后在CATIA环境下完成零件公差规范设计系统的开发,并用实例验证了该方法的可行性。     

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。     

多公差耦合装配结合面误差建模与公差优化设计

以装配结合平面为研究对象,分析多种公差耦合情况下零件间装配结合面误差建模和公差优化设计问题。采用小位移旋量(Small displacement torsor,SDT)描述公差,针对不同类型公差建立零件平面误差模型,通过蒙特卡洛模拟法获得装配平面误差变动分量的实际变动区间带宽,通过响应面法建立误差变动分量实际变动区间带宽与公差间的显式函数关系;建立包含零件加工误差与装配过程误差的装配结合面综合误差模型。将该方法扩展应用于复杂装配体的装配误差建模中,实现了在设计阶段对装配精度的预测。以加工成本为目标,装配精度可靠度为约束,进行零件公差的优化设计。以一典型产品精度设计为例,验证了用该方法预测装配精度和优化零件公差设计的可行性与实用性。     

基于变动几何约束网络的公差设计研究

在阐述和完善变动几何约束的定义和分类,变动几何约束网络的生成及其运动学模型的基础上,研究了计算机辅助公差类型的生成规则、方法,公差网络的表示方法,以及公差大小的最优分配方法。给出了基于三维CAD系统的计算机辅助尺寸公差和形位公差综合设计的总体框架和原型系统。实例分析验证了此系统的有效性。     

具有不等定位公差约束的轴线特征变动建模及其实现

结合运用自由度和变动思想,给出轴线基于自由度变动的数学表示.研究变动建模的约束条件,以此为基础详细研究当轴线特征两端给定的定位公差要求不相等时的各种变动建模方法,准确地表示轴线公差约束的语义.针对在三维CAD系统中实现变动建模效率低的情况,研究基于区域分割算法和预计算处理的高效变动轴线建模实现方法,最后给出应用实例分析.     

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。     

基于数学定义的平面尺寸公差数学模型

先以自由度变动为变量,给出了基于自由度变动的平面数学表示方法,接着根据平面在零件中方位的不同而隐含确定的自由度不同,对其进行分类,详细研究了不同类平面的不同尺寸 约束模式。从公差的数学定义出发,系统地推导了广义的尺寸公差数学模型,准确完整地表 示出了尺寸公差的语义。最后给出了其在公差分析中的应用实例。     

基于UG的三维装配尺寸面链表组自动生成方法研究

针对目前装配尺寸链不能实现真正意义上的自动生成及在装配尺寸链中很少考虑几何要素的几何公差的问题,提出了一种基于几何要素控制点理论公差表示模型的三维装配尺寸面链表组自动生成方法。在分析装配公差建模的信息组成的基础上,建立了装配公差信息的计算机储存储数据混合图结构。以UG NX7.5为二次开发平台,提取了三维装配体内零件上尺寸公差、几何公差、装配基准以及装配目标等信息。首先,确定了封闭环;然后,根据建立装配尺寸链的最短路径的原则搜索装配公差信息图,建立了三维装配尺寸面链表;最后,根据装配顺序及设计基准将其按零件拆分为三维装配尺寸面链表组。以三正交平面作为装配基准的轴孔装配为例,对该方法进行了验证。研究结果表明,该方法能够综合考虑几何要素的尺寸和几何公差,为后续的公差分析工作打下坚实的基础。     

A variational geometric constraints network for a tolerance types specification

A geometric tolerance specification includes specifying the tolerance types and values for nominal geometry parts. In current computer-aided tolerancing practices, designers have to specify manually both tolerance types and values in a CAD system, usually starting out from single components. The paper presents a framework and computer implementation that provides automated methods for the specification of geometric tolerance types. Based on the ISO/TC 213 geometric product specification, a new concept of a variational geometric constraints network is presented. The generation and application of the network to specify geometric tolerance types is studied. An example is analysed to show the scheme to be effective, and the model for a tolerance specification, including the types and values specification, is presented.     

一种基于数学定义的三维公差语义表示方法

目前三维CAD系统中的几何公差信息只是一种文本符号，缺乏工程语义，如何对其作出合理的解释对于CAD/CAM集成有着十分重要的意义，给出了基于语义的几何公差分类方法及基于自由度变动的基本几何要素数学表示方法，基于公差的数学定义，系统地推导了各种类型公差的三维语义表示方法，准确完整地表示出了其语义；最后给出实例进行应用分析。     

基于几何与公差信息的加工特征识别方法

为实现计算机辅助设计与计算机辅助工艺规划系统的有效集成,提出了一种同时利用几何信息和公差信息的加工特征识别新方法。建立了加工资源、加工表面和加工方法三类信息模型。提出了切削模式的概念及以之为基础的表面加工方法生成原理和过程。建立了表面加工方法优化选择模型。采用多目标模糊优化结合蚁群算法求解该模型,为每个加工表面选择最优加工方法,并将在同次装夹中采用同一刀具类型和加工条件进行加工的表面聚为加工特征。最后,通过实例测试,验证了该方法的正确性和有效性。     

基于零件特征的信息的数据库表达

利用数据库技术，在特征分类的基础上对零件进行信息建模。模型分为三个层次：零件层、特征层、几何层。该模型对提高工艺准确性及自动化提供了保障。     

基于随机最优控制的主动悬架构件的动态疲劳可靠度分析

针对两自由度的车辆模型,应用随机振动和随机最优控制的理论,推导悬架构件随机动载荷的统计规律的计算方法,建立变车速情况下随机动载荷的概率模型,提出基于随机最优控制的主动悬架构件的动态疲劳可靠度的分析方法。仿真结果表明,主动悬架构件随机动载荷明显大于被动悬架构件随机动载荷,主动悬架系统构件的动态疲劳可靠度在整个使用过程中都要低于普通被动悬架构件的动态疲劳可靠度,说明主动悬架构件的可靠性较普通被动悬架有所降低。     

Towards a tolerance representation model for generating tolerance specification schemes and corresponding tolerance zones

In this paper, a tolerance representation model for generating tolerance specification schemes and corresponding tolerance zones is proposed to meet the requirement of the representation of tolerance information semantics. This model is hierarchically organized and consists of five layers. They are component, geometric feature, variational geometric constraint, tolerance specification scheme, and tolerance zone layers. The mating relations between components in the component layer, the mating relations between geometric features in the geometric feature layer, the variational geometric constraints between geometric features in the variational geometric constraint layer, the tolerance specification schemes of component in the tolerance specification scheme layer, and the tolerance zones of tolerance specification schemes in the tolerance zone layer are formally defined by one or more adjacency matrices, respectively. Based on the model, a method for generating tolerance specification schemes for component and their resultant tolerance zones is designed. This method shows how to adopt a top-down strategy to carry out tolerance specification for an arbitrary assembly designed in a CAD system. The paper also provides a practical example to illustrate how the method works.     

Evaluation of composite positional error based on superposition and containment model and geometrical approximation algorithm

Composite positional error is an important parameter in measuring parts with pattern of features. This paper, based on the method to define Spatial Straightness with mathematics according to ASME Y 14.5.1M standard, studied the evaluation of composite positional errors systematically. Firstly, the mathematical definitions of composite positional error in two most common types of pattern of features in engineering were researched. Then, an advanced mathematical model based on the superposition and containment method for the evaluation of composite positional error were proposed. In this model, another variable which represents the relative angle among holes was added into the optimization problem. To solve this model, an algorithm called geometrical approximation algorithm was also proposed. In this algorithm, the steepest descent direction was determined by the exact coordinates of the measured points which led to a better convergence and time efficiency than general algorithm for solving the proposed model. At last, two simulations showed that with the proposed model and algorithm, the accuracy was improved by about 8% and the efficiency was improved by about 50%. An application showed how this model and algorithm worked and due to their accuracy, less misrejection in product examination will be caused.