本文關鍵詞：基于有限元的柔性零件公差設計與分析

  更多相關文章： 柔性零件 數(shù)學模型 控制點 廣義有向圖 有限元 公差優(yōu)化

【摘要】：公差設計與分析是現(xiàn)代制造過程中不可忽略的重要因素。在產(chǎn)品設計過程中不僅影響零件的加工精度和產(chǎn)品的質(zhì)量,而且對零部件的設計工藝路線、質(zhì)量檢測、生產(chǎn)制造成本及最終產(chǎn)品的總裝配等具有重要的意義。在機械設計、制造和裝配過程中,公差分析主要用來確定零件的幾何參數(shù),包括尺寸誤差、位置誤差、形狀位差是否滿足產(chǎn)品的設計要求。最終目標是控制幾何目標公差變動量在設定的范圍之內(nèi),使零件具有一定的互換性、配合性和通用性。國內(nèi)外學者已經(jīng)在公差數(shù)學建模與表示、公差綜合與設計、計算機輔助公差設計、并行設計、功能公差等方面研究取得一定的成果,但是傳統(tǒng)的公差研究理論都是基于一個假設:零件是絕對剛體,即認為裝配體之間配合或連接零件之間沒有彈性變形。但在汽車、航空等工業(yè)中存在的大量金屬薄壁件,這些零件往往剛度比較低,在裝配力或重力作用下產(chǎn)生的彈性變形相對于零件尺寸與公差已經(jīng)不能忽略。本文主要研究面向柔性零件的公差設計與分析,建立基于有限元的柔性零件公差數(shù)學模型,并依據(jù)柔性零件公差數(shù)學定義建立柔性零件公差表示模型,主要內(nèi)容包括以下幾個方面:(1)將柔性零件關鍵節(jié)點與幾何要素(點、線、面)控制點結(jié)合起來,根據(jù)幾何要素控制點位置變動來表示尺寸和幾何公差,同理將有限元柔性零件網(wǎng)格節(jié)點轉(zhuǎn)化為幾何要素控制點,根據(jù)柔性零件關鍵節(jié)點的變動大小來表示尺寸和幾何公差,并結(jié)合PSO對形狀公差進行了分析。(2)根據(jù)廣義有向圖建立裝配公差模型、公差表示模型,利用圖形構(gòu)建零件裝配公差模型�；陉P鍵特征的公差表示模型和圖可以公差的過程設計經(jīng)驗可以被映射顯示,可以建立在公差鏈圖搜索算法上,在單位矢量方向上,有利于積累誤差和公差分析。(3)運用有限元對柔性零件進行公差仿真分析,建立基于有限元的偏差分析模型。研究在一定載荷下的偏差分布,并定義裝配零件的邊界條件和夾具方式,再運用有限元對模型進行公差分析,計算得到柔性零件變形后的裝配偏差,并運用實例對其結(jié)果進行驗證。(4)以田口質(zhì)量損失函數(shù)為基礎并擴展對公差模型進行優(yōu)化,提出一種基于質(zhì)量損失函數(shù)的公差優(yōu)化設計方法,以總成本最小為目標值建立優(yōu)化設計模型,其中包括制造成本和質(zhì)量損失。該模型不僅可以提高產(chǎn)品的質(zhì)量,降低制造成本,而且對相關零件公差分配及優(yōu)化具有重要的指導作用。本文應用有限元對柔性零件進行公差分析,構(gòu)建柔性體裝配公差數(shù)學模型,實現(xiàn)柔性零件裝配公差的數(shù)值分析與預測,開展裝配誤差的控制與補償機制研究,對整個公差發(fā)展具有一定的創(chuàng)新性。
【關鍵詞】：柔性零件 數(shù)學模型 控制點 廣義有向圖 有限元 公差優(yōu)化
【學位授予單位】：上海工程技術大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TG802
【目錄】：

• 中文摘要6-8
• Abstract8-13
• 第一章 緒論13-24
• 1.1 選題的來源、背景和意義13-14
• 1.1.1 選題來源與背景13-14
• 1.1.2 選題研究意義14
• 1.2 文獻綜述14-16
• 1.3 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀16-21
• 1.3.1 基于剛性零件的公差分析16-18
• 1.3.2 基于柔性零件的公差分析18-21
• 1.4 本課題的主要研究內(nèi)容21-22
• 1.5 論文創(chuàng)新點22
• 1.6 研究方法和研究方案22-24
• 1.6.1 主要研究方法22-23
• 1.6.2 論文設計方案23-24
• 第二章 柔性零件幾何要素控制點公差數(shù)學模型24-39
• 2.1 柔性零件幾何要素控制點24-26
• 2.1.1 研究背景24-25
• 2.1.2 建立幾何要素控制點公差模型25-26
• 2.2 幾何要素控制點位置26-27
• 2.2.1 幾何要素控制點自由度26
• 2.2.2 幾何要素公差坐標系26-27
• 2.3 基于幾何要素控制點公差數(shù)學模型27-30
• 2.3.1 點的公差數(shù)學模型27-28
• 2.3.2 直線公差數(shù)學模型28-29
• 2.3.3 平面公差數(shù)學模型29-30
• 2.4 實例分析30-31
• 2.5 幾何要素控制點在PSO在算法中的擴展運用31-32
• 2.5.1 粒子群優(yōu)化算法PSO31-32
• 2.5.2 公差優(yōu)化32
• 2.6 公差評定32-37
• 2.6.1 平面度誤差評定32-33
• 2.6.2 直線度誤差評定33-35
• 2.6.3 圓度誤差評定35-36
• 2.6.4 圓柱度誤差評定36-37
• 2.6.5 球度誤差評定37
• 2.7 本章小結(jié)37-39
• 第三章基于廣義有向圖的柔性零件公差模型39-50
• 3.1 廣義有向圖概述39-41
• 3.1.1 背景介紹39
• 3.1.2 有向圖基本特征39-40
• 3.1.3 廣義有向圖在公差中的表示40-41
• 3.2 基于有向圖的公差定義41-42
• 3.2.1 公差數(shù)學定義41
• 3.2.2 公差類型41-42
• 3.2.3 參考系單位向量42
• 3.3 建立基于有向圖的裝配公差模型42-43
• 3.4 案例分析43-48
• 3.5 本章小結(jié)48-50
• 第四 章柔性零件有限元偏差分析50-65
• 4.1 柔性零件公差分析與研究50-55
• 4.1.1 研究背景50
• 4.1.2 彈性力學應變分析50-52
• 4.1.3 柔性零件變形分析52-55
• 4.2 有限元公差分析55-62
• 4.2.1 有限元法簡介55
• 4.2.2 靜力分析過程55-56
• 4.2.3 有限元網(wǎng)格劃分56-58
• 4.2.4 施加邊界條件58-59
• 4.2.5 計算模型和提取結(jié)果59
• 4.2.6 案例分析59-62
• 4.3 仿真結(jié)果分析62-64
• 4.4 本章小結(jié)64-65
• 第五章裝配質(zhì)量公差成本及優(yōu)化設計65-76
• 5.1 研究背景65-66
• 5.2 公差成本數(shù)學模型66-70
• 5.2.1 公差制造成本66-69
• 5.2.2 裝配精度設計函數(shù)69-70
• 5.2.3 公差優(yōu)化目標函數(shù)70
• 5.3 柔性零件裝配質(zhì)量評定70-71
• 5.4 移動公差71-72
• 5.4.1 公差理論71
• 5.4.2 適用范圍71-72
• 5.5 案例分析72-75
• 5.6 本章小結(jié)75-76
• 第六 章總結(jié)與展望76-78
• 6.1 全文總結(jié)76-77
• 6.2 課題研究展望77-78
• 參考文獻78-82
• 攻讀碩士學位期間發(fā)表的學術論文及取得的相關科研成果82-83
• 致謝83-84

【參考文獻】

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本文編號：809050