本文關(guān)鍵詞：復(fù)雜產(chǎn)品幾何誤差評定與裝配精度預(yù)測研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：隨著航空、航天等復(fù)雜產(chǎn)品朝著小型化、輕量化、精密化和光機(jī)電一體化的方向發(fā)展,裝配精度保障已經(jīng)成為精密復(fù)雜產(chǎn)品裝配中的難點(diǎn)問題之一,而其中零件的幾何誤差和裝配過程中產(chǎn)生的誤差是影響產(chǎn)品裝配精度的關(guān)鍵因素。本文以航天、航空等復(fù)雜機(jī)械產(chǎn)品的實(shí)際工程需求為背景,對零件幾何誤差評定和面向?qū)崪y值的裝配精度預(yù)測及優(yōu)化的相關(guān)理論、方法和實(shí)現(xiàn)技術(shù)進(jìn)行了深入研究。論文主要研究工作如下:(1)介紹了本論文的研究背景,分析了幾何誤差評定、裝配精度預(yù)測和公差優(yōu)化等技術(shù)的國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀,指出當(dāng)前研究成果存在的問題與不足之處,并給出了論文的課題來源和研究意義。(2)針對利用三坐標(biāo)測量機(jī)獲得的測量數(shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行公差基準(zhǔn)擬合的問題,提出了基于三維凸包的公差基準(zhǔn)擬合方法。根據(jù)基準(zhǔn)的定義,對基準(zhǔn)的幾何特征類型和基準(zhǔn)的優(yōu)先級進(jìn)行提煉和總結(jié),獲得了基準(zhǔn)被約束的自由度,并與測量數(shù)據(jù)點(diǎn)的三維凸包相結(jié)合,求解基準(zhǔn)的方向向量和位置向量,實(shí)現(xiàn)了基準(zhǔn)的擬合。(3)研究了幾何誤差評定精確度的問題,提出了基于最小區(qū)域法的幾何誤差評定方法。在充分考慮基準(zhǔn)幾何對功能幾何影響的前提下,根據(jù)幾何公差的定義確定幾何誤差對應(yīng)的最小區(qū)域形狀和最小區(qū)域被約束的自由度,并結(jié)合測量數(shù)據(jù)點(diǎn)的三維凸包構(gòu)建最小區(qū)域,再與相關(guān)要求下幾何特征的理想?yún)^(qū)域相比較,實(shí)現(xiàn)了相關(guān)要求下幾何誤差的評定。(4)對于復(fù)合位置度誤差的評定問題,提出了基于位置度理想邊界模板的復(fù)合位置度誤差評定方法。首先在復(fù)合位置度公差定義下,對不同分布情況的孔組構(gòu)建不同的理想邊界,并通過對理想邊界的平移和旋轉(zhuǎn),實(shí)現(xiàn)陣列位置誤差和形體相關(guān)誤差評定模型的建立,再采用優(yōu)化分解算法對誤差評定模型進(jìn)行拆分,最終利用對分區(qū)間法構(gòu)造了復(fù)合位置度誤差的逼近過程,實(shí)現(xiàn)了復(fù)合位置度誤差的評定。(5)針對裝配偏差傳遞路徑搜索的問題,提出了基于幾何特征約束自由度的裝配偏差傳遞路徑搜索算法。在對裝配體關(guān)聯(lián)的裝配約束信息和幾何公差信息統(tǒng)一建模的基礎(chǔ)上,結(jié)合幾何特征的空間位置關(guān)系,求解在不同優(yōu)先級下幾何特征之間實(shí)際約束的自由度方向,并利用深度優(yōu)先搜索算法構(gòu)建了裝配體的幾何特征定位圖,再采用層次化路徑搜索算法和幾何約束自由度的求交計(jì)算法則進(jìn)行路徑的搜索,獲得了裝配體的偏差傳遞路徑。(6)研究了面向?qū)崪y值的裝配精度預(yù)測與優(yōu)化問題,提出了基于小位移矢量的裝配精度預(yù)測方法和基于小生境粒子群的多目標(biāo)優(yōu)化方法。通過對幾何誤差對應(yīng)的實(shí)際區(qū)域的解析,獲得了幾何特征平動自由度和轉(zhuǎn)動自由度的數(shù)學(xué)約束方程,并采用Monte-carol統(tǒng)計(jì)法對不同自由度方向的分量進(jìn)行數(shù)值模擬仿真,再結(jié)合雅可比旋量矩陣推導(dǎo)出幾何誤差與裝配精度的函數(shù)關(guān)系式,實(shí)現(xiàn)了裝配精度預(yù)測。在此基礎(chǔ)上,對于修配目標(biāo)為存在多個裝配精度要求的公共環(huán)時,通過構(gòu)建以修配成本和質(zhì)量損失成本為優(yōu)化目標(biāo),以多個方向裝配功能要求與修配能力為約束條件的多目標(biāo)優(yōu)化模型,基于Pareto和小生境的概念對標(biāo)準(zhǔn)粒子群算法進(jìn)行改進(jìn),并設(shè)計(jì)了算法流程,實(shí)現(xiàn)了幾何誤差修配量的計(jì)算。(7)作為上述研究成果的工程實(shí)踐,自主設(shè)計(jì)并開發(fā)了產(chǎn)品幾何誤差評定和裝配精度預(yù)測原型系統(tǒng),詳細(xì)論述了軟件的開發(fā)背景、體系結(jié)構(gòu)、功能模塊和實(shí)現(xiàn)方法,并結(jié)合實(shí)例對提出的技術(shù)和方法進(jìn)行了驗(yàn)證。最后,對全文進(jìn)行了總結(jié),并對下一步的研究工作和相關(guān)技術(shù)的發(fā)展方向進(jìn)行了展望。
【關(guān)鍵詞】：幾何誤差評定 基準(zhǔn)擬合 計(jì)算幾何 偏差傳遞路徑 裝配精度預(yù)測
【學(xué)位授予單位】：北京理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TG95
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-13
• 第1章 緒論13-30
• 1.1 研究背景13-15
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀15-26
• 1.2.1 幾何誤差評定技術(shù)15-18
• 1.2.2 偏差路徑搜索技術(shù)18-20
• 1.2.3 裝配精度預(yù)測技術(shù)20-22
• 1.2.4 公差優(yōu)化技術(shù)22-25
• 1.2.5 存在問題25-26
• 1.3 課題來源與研究意義26-27
• 1.3.1 課題來源26
• 1.3.2 研究意義26-27
• 1.4 論文結(jié)構(gòu)框架及主要研究內(nèi)容27-30
• 第2章 基于三維凸包的公差基準(zhǔn)擬合技術(shù)30-59
• 2.1 引言30
• 2.2 公差基準(zhǔn)被約束的自由度30-32
• 2.3 三維凸包的構(gòu)建32-38
• 2.4 基準(zhǔn)擬合38-54
• 2.4.1 基準(zhǔn)平面擬合39-46
• 2.4.2 基準(zhǔn)軸線擬合46-54
• 2.5 公差基準(zhǔn)擬合方法54-55
• 2.6 實(shí)例分析55-58
• 2.7 本章小結(jié)58-59
• 第3章 基于最小區(qū)域法的幾何誤差評定59-78
• 3.1 引言59
• 3.2 最小區(qū)域的求解59-63
• 3.2.1 最小區(qū)域的形狀60-61
• 3.2.2 最小區(qū)域被約束自由度61-63
• 3.3 幾何誤差評定63-73
• 3.3.1 基準(zhǔn)坐標(biāo)系的建立63-65
• 3.3.2 形狀誤差評定65-67
• 3.3.3 定向誤差評定67-68
• 3.3.4 定位誤差評定68-69
• 3.3.5 相關(guān)要求下幾何誤差的評定69-73
• 3.4 幾何誤差評定方法73-74
• 3.5 實(shí)例分析74-77
• 3.6 本章小結(jié)77-78
• 第4章 復(fù)合位置度誤差評定78-91
• 4.1 引言78
• 4.2 復(fù)合位置度誤差的數(shù)學(xué)模型78-84
• 4.2.1 陣列位置誤差的數(shù)學(xué)模型79-81
• 4.2.2 形體相關(guān)誤差的數(shù)學(xué)模型81-84
• 4.3 復(fù)合位置度誤差的評定方法84-88
• 4.3.1 陣列位置誤差的評定方法84-85
• 4.3.2 形體相關(guān)誤差的評定方法85-88
• 4.4 實(shí)例分析88-90
• 4.5 本章小結(jié)90-91
• 第5章 基于幾何特征約束自由度的偏差傳遞路徑搜索91-108
• 5.1 引言91
• 5.2 裝配精度信息建模91-93
• 5.2.1 裝配精度信息模型的內(nèi)容91
• 5.2.2 裝配精度信息的層次化表達(dá)91-93
• 5.3 約束信息的數(shù)學(xué)建模93-98
• 5.3.1 裝配約束信息的提取與處理94
• 5.3.2 幾何公差信息的提取與處理94-95
• 5.3.3 幾何特征理論約束方向的提取95-97
• 5.3.4 約束信息的統(tǒng)一建模97-98
• 5.4 幾何特征實(shí)際約束自由度的求解98-100
• 5.5 偏差傳遞路徑搜索100-104
• 5.5.1 幾何特征定位有向圖的構(gòu)建101
• 5.5.2 幾何約束自由度的求交法則101-102
• 5.5.3 偏差傳遞路徑搜索算法102-104
• 5.6 實(shí)例分析104-106
• 5.7 本章小結(jié)106-108
• 第6章 面向?qū)崪y值的裝配精度預(yù)測與優(yōu)化108-129
• 6.1 引言108
• 6.2 幾何誤差的統(tǒng)一建模108-114
• 6.2.1 小位移矢量108-109
• 6.2.2 幾何誤差邊界條件的表達(dá)109-113
• 6.2.3 幾何特征多自由度分量的數(shù)值模擬113-114
• 6.3 裝配精度預(yù)測114-116
• 6.3.1 雅可比旋量矩陣114-115
• 6.3.2 裝配精度預(yù)測方法115-116
• 6.4 面向?qū)崪y值的多目標(biāo)優(yōu)化116-123
• 6.4.1 多目標(biāo)的相關(guān)概念116-117
• 6.4.2 修配成本函數(shù)117-118
• 6.4.3 質(zhì)量損失成本函數(shù)118-119
• 6.4.4 面向?qū)崪y值的多目標(biāo)優(yōu)化模型119
• 6.4.5 多目標(biāo)粒子群優(yōu)化算法119-123
• 6.5 實(shí)例分析123-128
• 6.6 本章小結(jié)128-129
• 第7章 幾何誤差評定和裝配精度預(yù)測系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)及應(yīng)用129-148
• 7.1 引言129
• 7.2 系統(tǒng)概述129-130
• 7.2.1 系統(tǒng)總體要求129
• 7.2.2 系統(tǒng)開發(fā)和運(yùn)行環(huán)境129-130
• 7.3 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)130-133
• 7.3.1 系統(tǒng)總體業(yè)務(wù)流程130-131
• 7.3.2 系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)131-133
• 7.3.3 系統(tǒng)功能模塊133
• 7.4 系統(tǒng)詳細(xì)設(shè)計(jì)133-136
• 7.4.1 系統(tǒng)框架圖133-134
• 7.4.2 面向?qū)ο蠼?/span>134-136
• 7.5 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)與應(yīng)用驗(yàn)證136-147
• 7.5.1 應(yīng)用實(shí)例介紹136-137
• 7.5.2 系統(tǒng)主界面137
• 7.5.3 精度信息管理137-140
• 7.5.4 幾何誤差評定140-141
• 7.5.5 裝配精度預(yù)測141-145
• 7.5.6 裝配精度優(yōu)化145-147
• 7.6 本章小結(jié)147-148
• 第8章 總結(jié)與展望148-152
• 8.1 全文總結(jié)148-150
• 8.2 展望150-152
• 參考文獻(xiàn)152-163
• 攻讀學(xué)位期間發(fā)表論文與研究成果清單163-165
• 攻讀學(xué)位期間參與的科研工作165-166
• 致謝166-167
• 作者簡介167-168
• 附錄168-171

  本文關(guān)鍵詞：復(fù)雜產(chǎn)品幾何誤差評定與裝配精度預(yù)測研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號：263007