虚拟装配系统中精度信息表达方法的研究

精度信息是产品虚拟装配系统中模型信息的重要组成部分.针对传统精度信息表达方法上存在的不足,研究了虚拟装配系统中尺寸公差、形位公差的数学模型与表示模型的表示方法.提出了一种基于数学不等式的数学模型与一种基于约束关系图的表示模型.     

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。     

基于小位移旋量公差建模和蒙特卡洛模拟的装配体公差优化设计方法北大核心

提出一种基于小位移旋量(SDT)公差建模和蒙特卡洛模拟的装配体公差优化设计方法,通过分析装配精度链、装配结合面和结合面公差3个对装配精度具有重要影响的核心要素之间的关系,利用SDT理论和蒙特卡洛模拟法建立公差模型,再利用齐次变换理论建立结合面误差模型和装配精度模型,进而推导出装配体装配精度与结合面公差相关的映射模型;结合公差制造成本、装配精度可靠度原则,建立装配体装配精度的公差优化模型,并以顶尖装配体为例完成公差优化分析。研究发现:在满足装配精度可靠度的前提下,可使顶尖装配体加工成本降低9.02%,而装配精度可靠度提高至97.81%,验证了所提方法的有效性。     

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。     

基于时序变动偏差的公差分析法

为了对产品的质量和性能精准预测,文章提出了基于时序变动偏差的公差分析法。该方法考虑了工况下时序变动偏差,如随时间变动的零件变形偏差以及连接副间隙引起的零件间随时间变动的配合位置偏差,对装配体关键尺寸的影响。借助动力学仿真软件得到工况下零件承受载荷和连接副间隙导致的配合位置偏差,有限元软件分析零件在工况下的变形偏差,并集成到公差分析的向量环模型中,获得基于时序变动偏差的公差分析数学模型。然后用蒙特卡罗法计算出不同时刻关键尺寸的分布。相比传统公差分析方法,更为真实精确的预测了产品的功能特性。以发动机的曲轴滑块机构为例,验证了该方法的有效性。     

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。     

基于改进约束配准的装配仿真方法研究

为了预测和控制产品的装配精度,在产品设计阶段考虑产品的实际表面形貌和受力情况,真实地模拟产品的实际装配状态,提出了一种改进约束配准的零件装配公差分析方法。该方法综合考虑装配力和零件表面几何偏差的影响,以配合面上力的作用点和其对应点之间的距离最小为目标函数构建改进约束配准初始数学模型,然后基于Hertz接触理论计算受力变形量,对约束配准初始数学模型进行修正,使得两相配表面装配结果更贴合真实的接触状态。最后以螺栓连接配合面为例进行分析,仿真实验结果表明,采用改进约束配准法在产品设计阶段就可以较真实地预测两相配表面的接触状态,从而快速准确地在真实接触状态下分析和验证装配产品是否符合精度要求,为产品的装配公差分析提供了可视化手段和校验功能。     

生长型设计中的层次式产品建模

把生命系统的创造性和创新智能充分利用到产品设计中，提出了以生命为原型的生长型产品结构设计方法。在生长型设计中，随着设计过程的演绎，产品模型所包含的信息呈开放式膨胀。根据生长型设计过程的特点，在产品结构设计自动化技术基础上，研究了生长型设计中产品的结构组成及其装配模型的表达，提出了机械产品分层结构模型和建模方法。首先，将生长型设计过程中的信息传递单元分解为动态装配体、功能表面副、功能表面以及功能表面的名义特征四个层次，在此基础上从生长型设计的基本组成单元、产品装配关系模型、零件模型以及公差模型等角度分层次建立了产品模型，解决了生长型设计过程中产品信息的组织、表达及规划问题，为基于产品信息传递的产品概念结构生长、公差分配奠定了基础。最后，实例证明了该产品模型的有效性。     

基于UG二次开发的智能辅助装配技术

通过对几种典型的零部件装配特点和它们的三维形体信息的分析,总结得出几类典型装配体的装配模式,并结合零件的国家标准,建立了基础信息算法库。通过遍历模型的面片信息和功能属性,由装配信息算法库进行分析并得出相应的装配模式,然后根据装配模式获取相关的三维形体特征,最后对这些特征自动施加相应的装配约束从而完成自动装配。建立了基于UG二次开发的智能协同装配系统,验证了其有效性。     

产品装配信息快速自动识别的研究

分析了UG系统中基于特征产品装配模式的数学表达，将产品的装配信息进行分层描述。采用递归算法快速提取装配信息，使用基于规则的产品装配工程语义转换法，对提取的信息进行自动转换，并对所识别的信息采用面向对象技术实现组织和管理。     

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。     

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.     

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。     

支持自顶向下设计的产品装配模型研究

产品的设计过程是一种自顶向下的设计过程,而产品装配模型是实现Top-Down设计的关键.论文在基于装配语义的装配特征的基础上提出了支持top-down设计的产品装配模型,讨论了模型的结构和采用多细节层次模型法建立产品装配模型的实现方法,提出了采用基于装配和加工特征统一的建模方法建立包含装配语义关系的零件模型,并在Pro/E软件平台上,开发了原型设计系统.     

基于偏差向量的机器人装配系统零件抓取精度分析

应用偏差向量描述了影响机器人抓取零件过程的各种误差，提出了计算零件抓取成功性方法，在引入手爪的偏差矫正能力的概念后，建立了确定零件抓取精度的模型，该模型适合于各种零件抓取过程，是研究机器人装配系统的装配精度和装配质量的基础。     

支持数字化装配系统的数据库技术

通过对数字化装配系统数据存取的需求分析,在SQL Server平台下,建立了装配模型库、装配过程库、装配知识库和装配环境库。提出了产品装配模型的三部分信息的存储方式,建立原始信息库、动态添加库、动态记录库分别存储相应的零部件自身属性信息,提出了以配合零件对为基本存储单元的动态记录库记录零件间的配合特征信息。它们有效地支持了数字化装配系统的各功能模块。     

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.     

热镀锌机组平整机轧制力预设定模型研究

针对现阶段平整机生产中存在的横型计算成功率低、预设定精度差等问题,在分析平整机原有轧制力模型的基础上,采用理论分析与现场实际数据统计相结合的办法,设计出适合平整机预设定机理模型。采用预设定表格和机理模型结合的方法优化设定平整工艺参数,并通过分析大量生产实际数据不断优化单位张力,以及摩擦系数、变形抗力、张力影响因子等模型参数,提高模型的预设定精度,实现减少手动设定,进而提高产品质量的目标。从模型上线跟踪情况可知,预设定模型的精度较高,对实际生产具有很好的指导效果。