【摘要】：公差分析是產(chǎn)品設計過程中一種重要的質(zhì)量仿真方法,可以利用公差、幾何模型等信息來預測分析產(chǎn)品裝配質(zhì)量。公差分析可以在設計階段提前發(fā)現(xiàn)潛在的質(zhì)量問題,針對性的改進公差等工藝設計,從而減少后期工程更改,縮短設計周期,實現(xiàn)產(chǎn)品質(zhì)量和成本的平衡。由于公差分析技術(shù)的復雜性,當前公差方法大多針對特定的公差類型和質(zhì)量要求,同時也不足以模擬各種復雜的裝配過程信息,限制了公差分析方法在工程實際中的應用。針對這些問題,本文以三維公差分析為研究對象,分別針對產(chǎn)品裝配過程和運行過程展開了偏差綜合理論、公差建模和分析、質(zhì)量要求建模和分析、計算機輔助公差分析(Computer-Aided Tolerancing, CAT)系統(tǒng)設計與開發(fā)等方面的研究,具體研究內(nèi)容如下：提出了一種新的DP-SDT (Deviation Propagation and Small Displacement Torsor)偏差綜合理論。該理論采用小位移旋量(Small Displacement Torsor, SDT)模型對產(chǎn)品中的各種模型偏差進行建模,通過對多工序裝配過程中偏差傳播與累積(Deviation Propagation, DP)方式和特點進行分析,提出了DP-SDT偏差綜合理論的設計方案。該理論包括對關鍵特征和關鍵零件的定義、對偏差和多種裝配過程信息的建模,提出了基于獨立偏差和關聯(lián)偏差分類的DP-SDT偏差綜合算法,設計了自定義坐標系的建立方法、幾何結(jié)構(gòu)信息和偏差在各個坐標系之間的轉(zhuǎn)換方法。DP-SDT偏差綜合理論實現(xiàn)了通過各種來源偏差、幾何結(jié)構(gòu)信息、裝配過程信息求解裝配體上任意特征的偏差。同時,相對當前的偏差綜合理論,該理論集成了裝配序列、定位方式、配合方式、工裝夾具等多種裝配過程信息,實現(xiàn)了對裝配過程更為細致的描述和模擬,提高了分析結(jié)果可信度。提出了一種新的基于DP-SDT理論的裝配過程公差分析方法。該方法以DP-SDT偏差綜合理論為核心,通過對所有類型的三維尺寸形位公差按DP-SDT理論中的作用方式進行分類,分別建立了特征公差偏差、定位偏差、特征形貌偏差這3種公差數(shù)學模型和偏差求解算法；建立了尺寸、形位要求等5種基于質(zhì)量點偏差的裝配質(zhì)量要求模型;建立了合格率、公差貢獻率等5個角度來預測和評估裝配質(zhì)量的方法。DP-SDT裝配過程公差分析方法實現(xiàn)了通過所有類型的三維尺寸形位公差、零件幾何結(jié)構(gòu)信息、多種裝配過程信息來多方面綜合預測和評估產(chǎn)品裝配質(zhì)量。本文以燃氣輪機定子鐵芯沖片疊裝過程的公差優(yōu)化為例說明了DP-SDT裝配過程公差分析方法在工程實際中的應用。針對產(chǎn)品運行過程的質(zhì)量仿真,提出了一種新的基于DP-SDT理論的零件運動軌跡偏差分析方法。該方法利用DP-SDT裝配過程公差分析方法,分析了產(chǎn)品目標零件的運動軌跡在運動行程、受力方向、振動強度這3種產(chǎn)品運行狀態(tài)信息和公差設計、幾何結(jié)構(gòu)設計、裝配過程設計等產(chǎn)品設計信息綜合作用下的運行質(zhì)量偏差。通過對運動行程等影響因素作用方式的分析,該方法建立了以“多個運動節(jié)點的運動組件位置方向變換”和運動行程偏差求解算法實現(xiàn)對運動行程的集成、以定位偏差求解過程中“定位系數(shù)的搜索求解算法”實現(xiàn)對受力方向和振動強度的集成,并從軌跡空行程等4個角度來預測和評價產(chǎn)品運動軌跡的質(zhì)量。DP-SDT運動軌跡偏差分析方法拓展了公差分析應用領域,使得公差分析方法能夠在一定程度上模擬預測產(chǎn)品運行質(zhì)量偏差,從而更全面的優(yōu)化公差設計方案。本文以火車輪車床刀架公差優(yōu)化為例說明了DP-SDT運動軌跡偏差分析方法在工程實際中的應用。依據(jù)上述兩種公差分析方法,分別設計開發(fā)CAT原型系統(tǒng)。該CAT原型系統(tǒng)實現(xiàn)了和CAD系統(tǒng)交互式的幾何結(jié)構(gòu)信息獲取,實現(xiàn)了界面化的裝配過程定義,實現(xiàn)了龐大的公差信息、模型信息、偏差信息、裝配過程信息的綜合管理,實現(xiàn)了復雜的公差偏差求解算法、偏差綜合算法、質(zhì)量要求分析算法的后臺自動求解,從而極大地方便了公差分析和優(yōu)化的過程。本文以火車輪車床刀架車刀的裝配精度分析和運動軌跡偏差分析為例驗證了這兩個CAT系統(tǒng)的使用效果。
【圖文】：

裝零件的安裝面會＂繼承＂己安裝零件定位面的巧差。為了更好的說明這種繼承的逡逑方式，首先Ｌ義工程實際中常用的一面兩銷定位方式來分析。逡逑圖２－１為一面兩銷定位方式的示意圖，該定位方式下有４個零件，分別是正在安逡逑裝的零件２、定位臺零件１、銷釘１、銷釘２。其中零件１和兩個銷釘?shù)钠钤诙ㄎ诲义线^程中會傳播到零件２中。表２－２中Ｗ偏差在各個自由度分量的形式列出了詳細的偏逡逑差傳播過程。逡逑嘩擎逡逑軍件邋１，，邐１邐ｒ邐ｘｉ逡逑（ａ）邐（ｂ）逡逑圖２－１邋—面兩銷定位過程巧差傳巧示意圖逡逑

華中科技大學詩壬學位論文逡逑通過該關系可Ｗ建立求巧零件偏差、零件其他特征偏差的裝配過程偏差累積方逡逑案。圖２－２給出了偏差累積的流程，其中ＡＣＳ邋（Ａｓｓｅｍｂｌｙ邋Ｃｏｏｒｄｉｎａｔｅ邋Ｓｙｓｔｅｍ）表示偏逡逑差處于裝配坐標系，ＰＣＳ邋（Ｐａｒｔ邋Ｃｏｏｒｄｉｎａｔｅ邋Ｓｙｓｔｅｍ）表示偏差處于零件坐標系，ＬＣＳ逡逑（Ｌｏｃａｔｉｎｇ邋Ｃｏｏｒｄｉｎａ化Ｓｙｓｔｅｍ）表示偏差處于定位坐標系。逡逑定位巧（ＬＣＳ）逡逑Ｉ巧爸坐驚系逡逑Ｉ巧艱逡逑怯《巧ｊｇ邐Ｉ主安裝面偏差Ｉ邐＞１邋￣￣零件偏差￣Ｉ邐Ｊ其他面偏差逡逑（ＡＣＳ）邐（ＡＣＳ）邐（ＡＣＳ）邐（ＡＣＳ）逡逑？邐？邐？逡逑偏差坐標系邐供差坐標系邐偏室坐標系逡逑巧換邐巧換邐巧換逡逑輔助安裝面制造邐主安裝面利造邐其他面的制造逡逑巧差（ＦＣＳ）邐巧差（ＦＣＳ）邐偏差（ＦＣＳ）逡逑圖２－２裝配過程的偏差累積流程逡逑從圖２－２中可知，零件安裝過程中偏差累積分為３個階段：逡逑（１）
【學位授予單位】：華中科技大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TG801

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本文編號：2517847