發(fā)布時間：2020-05-25 07:31

【摘要】：在復雜機械裝置的整個生命周期中,公差的設計與控制可直接影響其成本、性能和質(zhì)量。隨著科技的發(fā)展和消費者對產(chǎn)品要求的提高,企業(yè)亟需在產(chǎn)品設計、制造、裝配和工作的各個階段減少成本和縮短研發(fā)周期以提高自身競爭力。公差分析的目的是研究尺寸和幾何公差對產(chǎn)品裝配功能要求的影響,它是公差優(yōu)化的基礎,公差優(yōu)化是為了得到更合理的公差設計方案。公差分析及優(yōu)化是提高生產(chǎn)產(chǎn)品的質(zhì)量、降低成本的重要手段。因此,在產(chǎn)品設計初始階段分析設計公差的合理性并進行優(yōu)化具有重要的工程意義。在現(xiàn)代機械裝備中,一些零件處于高溫和載荷共同作用的工作環(huán)境,在運行中不可避免地產(chǎn)生變形偏差,且連接副間隙的存在會導致零件間配合位置產(chǎn)生偏差。運轉(zhuǎn)工況下,溫度和載荷共同作用下零件的熱力耦合變形偏差以及連接副間隙導致的零件間配合位置偏差,隨著機械運轉(zhuǎn)時間而變化,即時序變動偏差,會導致機械裝置裝配體累積偏差發(fā)生變化,直接影響產(chǎn)品的工作性能。隨著對機械裝備性能要求的提高,考慮以上偏差的公差分析及優(yōu)化越來越值得進行研究。然而,現(xiàn)有的公差分析及優(yōu)化方法較少考慮運轉(zhuǎn)工況下偏差的時序變動。本文在現(xiàn)有公差分析及優(yōu)化研究方法的基礎上,引入時序變動偏差的概念,提出基于時序變動偏差的公差分析及優(yōu)化方法。研究內(nèi)容如下:(1)建立考慮熱力耦合變形偏差的公差分析法。首先,根據(jù)熱力耦合原理,利用有限元軟件計算溫度和載荷共同作用下零件的熱力耦合變形偏差。然后,基于向量環(huán)原理,將變形偏差集成到裝配體向量環(huán)模型中,建立考慮熱力耦合變形偏差的公差分析數(shù)學模型。最后,采用蒙特卡羅法求解公差分析數(shù)學模型,分析熱力耦合變形偏差對裝配體關鍵尺寸的影響。為后續(xù)基于時序變動偏差的曲柄滑塊機構(gòu)的公差分析及優(yōu)化中,考慮曲柄的時序變動的熱力耦合變形偏差的研究奠定了理論基礎。(2)分析連接間隙對機構(gòu)運動精度的影響。首先,對連接間隙引起的配合位置偏差進行數(shù)學描述并判斷連接間隙間的有效碰撞。然后,利用多體動力學原理建立考慮連接間隙的曲柄滑塊機構(gòu)的動力學模型,仿真分析連接間隙對產(chǎn)品性能的影響,為后續(xù)時序變動的配合位置偏差的求解奠定了基礎。(3)基于時序變動偏差的曲柄滑塊機構(gòu)的公差分析及優(yōu)化。在上述研究內(nèi)容的基礎上,首先以曲柄滑塊為例,將時序變動偏差,即曲軸的變形偏差、曲軸與連桿間的連接副間隙引起的配合位置偏差,集成到公差分析數(shù)學模型中。然后,利用蒙特卡羅法求解發(fā)現(xiàn),時序變動偏差會導致關鍵尺寸分布的偏移,且不同時刻偏移量不同。這表明靜態(tài)下的公差分析不能準確預測產(chǎn)品實際工作性能,同時也驗證了本課題研究的重要意義。最后,為了在零件制造精度提高的同時,減少零件精度的變化對成本的影響,引入了公差敏感度這一評判指標。建立同時使總成本、成本-公差敏感度最小的多目標優(yōu)化函數(shù),且將時序變動偏差考慮進公差優(yōu)化裝配功能要求的約束方程中,建立考慮時序變動偏差的公差優(yōu)化數(shù)學模型,將優(yōu)化結(jié)果與原始數(shù)據(jù)對比,驗證了本文提出的方法的精確有效性。
【圖文】：

山東大學碩士學位論文逡逑鍵尺寸，文中用ｒ３表示。該裝配體尺寸特征和所示，其中ｎ是缸體的內(nèi)半徑，「２是活塞外半表２－１活塞和氣缸尺寸變量的數(shù)據(jù)值逡逑名義尺寸（ｍｍ）邐公差帶逡逑１８．２９邐０．０３逡逑１８．２３邐０．０１逡逑表２－２活塞和氣缸幾何特性的數(shù)據(jù)值逡逑名稱邐名義值（ｍｍ）邋公差帶逡逑缸體圓柱度邐０邐０．００８逡逑同軸度邐０邐０．０１０逡逑活塞圓柱度邐０邐０．００６逡逑Ｉ邐＿逡逑

差信息、幾何偏差信息、裝配關系信息建立裝配體向量環(huán)模型，從而得到考慮熱逡逑力耦合變形的公差分析數(shù)學模型；最后采用蒙特卡羅法求解得到裝配間隙的分布逡逑特征。如圖２－２為公差分析的整個流程。逡逑公差設計及逡逑裝配分析＾逡逑建立公差分逡逑熱力z1口變形—析數(shù)學模型逡逑蒙特卡羅仿真邋邐逡逑１邋－邐公差優(yōu)化逡逑關鍵尺寸邐Ｊ；逡逑Ａ否滿足、否逡逑．．功能要求，Ｚ逡逑：＇ｒ邋是：、逡逑ｑ結(jié)束）逡逑圖２－２考慮熱力耦合工況變形的公差分析流程圖逡逑２．１＿邋２熱力耦合變形求解逡逑尺寸特征偏差與幾何特征偏差為已知條件，為了得到裝配間隙ｎ的分布，逡逑需分析活塞與氣缸在熱力耦合工況下的變形量，即活塞與氣缸的動態(tài)間隙影響因逡逑素�；钊c缸體的材料特性如表２－３所示。熱力耦合工況下，，活塞在最高溫度可逡逑達２５００Ｋ以上、壓強為９ＭＰａ的高溫高壓氣體中往復運動，活塞的頂部會產(chǎn)生逡逑高達Ｉ８ＫＷ的動力，溫度在６００－７００Ｋ之間。利用有限元仿真得到工況下活塞及逡逑氣缸的溫度分布及熱力耦合變形如圖２－３所示。逡逑ＩＩ逡逑
【學位授予單位】：山東大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TG801

【參考文獻】

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本文編號：2679798