【摘要】：公差分析是產(chǎn)品設(shè)計(jì)過(guò)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(lái)預(yù)測(cè)分析產(chǎn)品裝配質(zhì)量。公差分析可以在設(shè)計(jì)階段提前發(fā)現(xiàn)潛在的質(zhì)量問(wèn)題,針對(duì)性的改進(jìn)公差等工藝設(shè)計(jì),從而減少后期工程更改,縮短設(shè)計(jì)周期,實(shí)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(fù)雜性,當(dāng)前公差方法大多針對(duì)特定的公差類(lèi)型和質(zhì)量要求,同時(shí)也不足以模擬各種復(fù)雜的裝配過(guò)程信息,限制了公差分析方法在工程實(shí)際中的應(yīng)用。針對(duì)這些問(wèn)題,本文以三維公差分析為研究對(duì)象,分別針對(duì)產(chǎn)品裝配過(guò)程和運(yùn)行過(guò)程展開(kāi)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(jì)算機(jī)輔助公差分析(Computer-Aided Tolerancing, CAT)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)等方面的研究,具體研究?jī)?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(duì)產(chǎn)品中的各種模型偏差進(jìn)行建模,通過(guò)對(duì)多工序裝配過(guò)程中偏差傳播與累積(Deviation Propagation, DP)方式和特點(diǎn)進(jìn)行分析,提出了DP-SDT偏差綜合理論的設(shè)計(jì)方案。該理論包括對(duì)關(guān)鍵特征和關(guān)鍵零件的定義、對(duì)偏差和多種裝配過(guò)程信息的建模,提出了基于獨(dú)立偏差和關(guān)聯(lián)偏差分類(lèi)的DP-SDT偏差綜合算法,設(shè)計(jì)了自定義坐標(biāo)系的建立方法、幾何結(jié)構(gòu)信息和偏差在各個(gè)坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換方法。DP-SDT偏差綜合理論實(shí)現(xiàn)了通過(guò)各種來(lái)源偏差、幾何結(jié)構(gòu)信息、裝配過(guò)程信息求解裝配體上任意特征的偏差。同時(shí),相對(duì)當(dāng)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(guò)程信息,實(shí)現(xiàn)了對(duì)裝配過(guò)程更為細(xì)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(guò)程公差分析方法。該方法以DP-SDT偏差綜合理論為核心,通過(guò)對(duì)所有類(lèi)型的三維尺寸形位公差按DP-SDT理論中的作用方式進(jìn)行分類(lèi),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(xué)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(diǎn)偏差的裝配質(zhì)量要求模型;建立了合格率、公差貢獻(xiàn)率等5個(gè)角度來(lái)預(yù)測(cè)和評(píng)估裝配質(zhì)量的方法。DP-SDT裝配過(guò)程公差分析方法實(shí)現(xiàn)了通過(guò)所有類(lèi)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(guò)程信息來(lái)多方面綜合預(yù)測(cè)和評(píng)估產(chǎn)品裝配質(zhì)量。本文以燃?xì)廨啓C(jī)定子鐵芯沖片疊裝過(guò)程的公差優(yōu)化為例說(shuō)明了DP-SDT裝配過(guò)程公差分析方法在工程實(shí)際中的應(yīng)用。針對(duì)產(chǎn)品運(yùn)行過(guò)程的質(zhì)量仿真,提出了一種新的基于DP-SDT理論的零件運(yùn)動(dòng)軌跡偏差分析方法。該方法利用DP-SDT裝配過(guò)程公差分析方法,分析了產(chǎn)品目標(biāo)零件的運(yùn)動(dòng)軌跡在運(yùn)動(dòng)行程、受力方向、振動(dòng)強(qiáng)度這3種產(chǎn)品運(yùn)行狀態(tài)信息和公差設(shè)計(jì)、幾何結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、裝配過(guò)程設(shè)計(jì)等產(chǎn)品設(shè)計(jì)信息綜合作用下的運(yùn)行質(zhì)量偏差。通過(guò)對(duì)運(yùn)動(dòng)行程等影響因素作用方式的分析,該方法建立了以“多個(gè)運(yùn)動(dòng)節(jié)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)組件位置方向變換”和運(yùn)動(dòng)行程偏差求解算法實(shí)現(xiàn)對(duì)運(yùn)動(dòng)行程的集成、以定位偏差求解過(guò)程中“定位系數(shù)的搜索求解算法”實(shí)現(xiàn)對(duì)受力方向和振動(dòng)強(qiáng)度的集成,并從軌跡空行程等4個(gè)角度來(lái)預(yù)測(cè)和評(píng)價(jià)產(chǎn)品運(yùn)動(dòng)軌跡的質(zhì)量。DP-SDT運(yùn)動(dòng)軌跡偏差分析方法拓展了公差分析應(yīng)用領(lǐng)域,使得公差分析方法能夠在一定程度上模擬預(yù)測(cè)產(chǎn)品運(yùn)行質(zhì)量偏差,從而更全面的優(yōu)化公差設(shè)計(jì)方案。本文以火車(chē)輪車(chē)床刀架公差優(yōu)化為例說(shuō)明了DP-SDT運(yùn)動(dòng)軌跡偏差分析方法在工程實(shí)際中的應(yīng)用。依據(jù)上述兩種公差分析方法,分別設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)CAT原型系統(tǒng)。該CAT原型系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了和CAD系統(tǒng)交互式的幾何結(jié)構(gòu)信息獲取,實(shí)現(xiàn)了界面化的裝配過(guò)程定義,實(shí)現(xiàn)了龐大的公差信息、模型信息、偏差信息、裝配過(guò)程信息的綜合管理,實(shí)現(xiàn)了復(fù)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(tái)自動(dòng)求解,從而極大地方便了公差分析和優(yōu)化的過(guò)程。本文以火車(chē)輪車(chē)床刀架車(chē)刀的裝配精度分析和運(yùn)動(dòng)軌跡偏差分析為例驗(yàn)證了這兩個(gè)CAT系統(tǒng)的使用效果。
【圖文】：

裝零件的安裝面會(huì)＂繼承＂己安裝零件定位面的巧差。為了更好的說(shuō)明這種繼承的逡逑方式，首先Ｌ義工程實(shí)際中常用的一面兩銷(xiāo)定位方式來(lái)分析。逡逑圖２－１為一面兩銷(xiāo)定位方式的示意圖，該定位方式下有４個(gè)零件，分別是正在安逡逑裝的零件２、定位臺(tái)零件１、銷(xiāo)釘１、銷(xiāo)釘２。其中零件１和兩個(gè)銷(xiāo)釘?shù)钠钤诙ㄎ诲义线^(guò)程中會(huì)傳播到零件２中。表２－２中Ｗ偏差在各個(gè)自由度分量的形式列出了詳細(xì)的偏逡逑差傳播過(guò)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(xiāo)定位過(guò)程巧差傳巧示意圖逡逑

華中科技大學(xué)詩(shī)壬學(xué)位論文逡逑通過(guò)該關(guān)系可Ｗ建立求巧零件偏差、零件其他特征偏差的裝配過(guò)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(biāo)系，ＰＣＳ邋（Ｐａｒｔ邋Ｃｏｏｒｄｉｎａｔｅ邋Ｓｙｓｔｅｍ）表示偏差處于零件坐標(biāo)系，ＬＣＳ逡逑（Ｌｏｃａｔｉｎｇ邋Ｃｏｏｒｄｉｎａ化Ｓｙｓｔｅｍ）表示偏差處于定位坐標(biāo)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(biāo)系邐供差坐標(biāo)系邐偏室坐標(biāo)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(guò)程的偏差累積流程逡逑從圖２－２中可知，零件安裝過(guò)程中偏差累積分為３個(gè)階段：逡逑（１）
【學(xué)位授予單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：TG801

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本文編號(hào)：2517847