考虑零件加工误差的元动作单元装配精度预测方法研究

摘要

装配精度是保证机械产品的质量重要指标，在产品设计阶段对装配精度进行科学合理的预测，是检验零件公差设计是否合理的有效手段，同时为产品的误差补偿及公差优化提供了重要的依据。本文提出一种以元动作单元作为误差传递载体的机械产品装配误差建模方法，针对元动作单元进行装配精度建模，为下一步整机的装配精度预测、控制和分析等奠定了基础。具体研究内容包括：　　（1）元动作单元零件的常见结合面及几何要素的提取与误差建模。相较于复杂的机械产品，元动作单元内零件数量少，结合面类型简单，通过对典型的元动作单元零件的主要结合面进行分类，得到了常见的结合面分别为平面结合面、柱面结合面、轴承内的特殊形状结合面，以及对应的几何要素为平面、柱面和柱面轴线。基于SDT给出了动作单元零件常见几何要素误差变动的数学表达，通过实例分析了多公差耦合作用下几何要素的误差变动情况，建立了各误差分量的变动不等式，与误差分量之间的约束不等式。同时基于约束方程的不合格率p，推导出约束不等式限制情况下的几何要素的各个误差分量参数的实际的分布规律的计算方法。　　（2）分析了包含复杂配合关系的元动作单元的装配误差传递路径求解方法。通过引入误差传递属性、组合结合面和可动结合面的概念，讨论了元动作单元常见结合面的误差传递属性，建立了结合面误差模型。鉴于并联结合面相互作用对各结合面误差传递属性的影响，引入了结合面约束强度的概念，给出了并联结合面误差传递属性的求解方法。通过对元动作单元的结构分析建立了元动作单元装配模型，元动作单元的装配模型包含了关键几何要素的信息、配合关系、结合面的误差传递属性等，实现了元动作单元部分装配信息的集成表达。基于元动作装配模型提出了误差传递路径的搜索方法，依据结合面的误差传递属性，解耦了元动作单元中复杂的误差传递过程，为元动作单元的装配精度建模奠定了基础。　　（3）构建了元动作单元装配精度预测模型。依据结合面的误差传递属性以及误差传递路径，结合雅可比旋量理论，建立了元动作单元装配误差模型，实现了装配精度预测，并结合可靠性理论提出了通过装配精度可靠度来评价元动作单元的装配精度指标。以齿轮转动元动作单元装配精度预测为例，验证了该方法的合理性及可行性。

目录

1 绪论

1.1课题研究背景与意义

1.2.1公差建模理论

1.2.2装配体误差积累与传递特性

1.2.3装配误差建模与精度预测

1.3本文的研究内容与技术路线

2 元动作单元中零件几何要素的SDT误差建模方法

2.1引言

2.2.1FMA 分解

2.2.2元动作及元动作单元

2.3元动作单元中的常见结合面及其几何要素

2.4几何要素公差的基本定义与建模理论

2.4.1公差带的基本属性与分类

2.4.2基于SDT的几何要素建模理论

2.5 基于SDT多公差耦合作用下几何要素的误差建模

2.5.1 平面多公差耦合作用下的误差建模

2.5.2 柱面多公差耦合作用下的误差建模

2.5.3 圆柱轴线多公差耦合作用下的误差建模

2.6 几何要素误差分量实际变动区间求解

2.7 实例分析

2.8 本章小结

3 元动作单元中零件的误差传递特性及误差累积路径

3.1引言

3.2元动作单元零件结合面误差传递属性及特性

3.2.1柱面组合结合面误差传递特性

3.2.2平面组合结合面误差传递特性

3.2.3可动结合面的误差传递特性

3.3元动作单元零件并联结合面的误差传递属性

3.3.1相邻结合面的连接关系

3.3.2结合面的约束作用强度

3.3.3并联结合面的误差传递属性计算

3.4 元动作单元零件误差累积路径分析

3.4.1元动作单元装配模型

3.4.2元动作单元零件误差传递路径分析

3.5 本章小结

4 基于雅可比旋量法的元动作单元装配精度预测

4.1引言

4.2.1 雅可比矩阵模型

4.2.2 雅可比旋量方差模型

4.3动作单元装配精度预测

4.3.1元动作单元装配精度指标

4.3.2元动作单元装配精度预测

4.3.3元动作单元装配精度可靠度计算

4.4实例分析

4.5本章小结

5 总结与展望

5.1全文总结

5.2创新点

5.3后续研究工作展望

参考文献

附录

A. 作者在攻读硕士论文期间发表的学术论文

B. 作者在攻读硕士论文期间参与的科研项目

C. 学位论文数据集

致谢