球面机构概率设计方法研究

发布时间：2017-04-05 17:08

  本文关键词：球面机构概率设计方法研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着球面机构在工程实际中的应用越来越广泛,对提高其运动精度和性能的研究也备受关注。但是由于不确定性因素(尺寸公差、运动副间隙、铰链磨损等)在机构中普遍存在,使得球面机构的实际运动性能与预期运动性能存在一定的偏差,进而导致机构运动精度降低、运动性能不稳定及运动可靠性降低等一系列负面现象。为了研究不确定性因素对球面机构的影响,本文以概率设计方法为主对球面机构在考虑尺寸公差随机性影响下开展可靠性分析与综合方面的论述,主要研究工作如下:1、在球面连杆机构运动学及运动性能分析的基础上,结合机构连杆尺寸公差随机性和结构误差的影响,建立球面连杆机构输出运动误差模型,并结合数值算例分析。分析结果表明机构连杆尺寸公差随机性对机构运动精度存在较大影响。2、利用概率统计理论分析连杆尺寸公差随机性对球面连杆机构运动可靠性和可靠性灵敏度的影响。运用一次二阶矩法和泊松近似方程推导出机构点可靠性和区间可靠性分析的数学模型,同时通过与蒙特卡洛模拟结果进行分析比较。结果表明点可靠性分析方法表征的是在某些特定点的概率,而区间可靠性是表征在整个时间区间内的概率,两者相比而言区间可靠性要小于点可靠性,因此其更能准确的描述机构可靠性的变化过程。3、针对不确定性的影响,对球面连杆机构开展考虑连杆尺寸公差随机性情况下的概率设计,建立球面连杆机构确定性优化设计、点可靠性优化设计和稳健性设计三种设计模型并通过数值算例对涉及的设计模型进行分析比较。结果显示稳健性设计方法与可靠性设计和确定性设计相比在提高机构设计质量方面更具优越性。4、针对制造误差的影响,对球面并联机构开展输出姿态误差分析。首先对球面并联机构的运动学、速度雅克比矩阵展开分析并建立机构姿态误差解析模型,然后利用MATLAB对机构误差基于正态分布进行模拟仿真分析,得到机构输出姿态误差曲线及其统计分布规律。
【关键词】：球面机构 尺寸公差 运动精度 可靠性综合
【学位授予单位】：西华大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH112
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 绪论9-14
• 1.1 研究背景和意义9-10
• 1.2 球面机构研究现状10-12
• 1.2.1 串联机构10-11
• 1.2.2 并联机构11-12
• 1.3 机构可靠性相关研究12-13
• 1.4 本文主要研究内容13-14
• 2 球面连杆机构运动学分析14-27
• 2.1 球面四杆机构运动学模型14-18
• 2.1.1 机构自由度分析14
• 2.1.2 机构运动条件分析14-16
• 2.1.3 机构死点位置分析16-17
• 2.1.4 机构运动学分析17-18
• 2.2 球面四杆机构运动误差分析18-21
• 2.2.1 机构运动误差模型分析19-20
• 2.2.2 球面四杆机构运动误差模型20-21
• 2.3 算例分析21-27
• 2.3.1 运动学算例21-25
• 2.3.2 误差分析算例25-27
• 3 球面连杆机构运动可靠性分析27-38
• 3.1 机构点可靠性27-28
• 3.2 机构点可靠性灵敏度分析28-29
• 3.2.1 概述28
• 3.2.2 机构点可靠性灵敏度分析模型28-29
• 3.3 机构区间可靠性29-31
• 3.3.1 区间可靠性模型29
• 3.3.2 首次穿越法模型29-30
• 3.3.3 联合极值法模型30-31
• 3.4 算例分析31-37
• 3.4.1 点可靠性分析31
• 3.4.2 可靠性灵敏度分析31-35
• 3.4.3 区间可靠性分析35-37
• 3.5 本章小结37-38
• 4 球面连杆机构可靠性综合38-47
• 4.1 概述38-39
• 4.2 球面四杆机构优化设计39-41
• 4.2.1 设计变量39
• 4.2.2 目标函数39
• 4.2.3 约束条件39-40
• 4.2.4 优化模型40-41
• 4.3 球面四杆机构稳健性设计41-42
• 4.4 算例分析42-47
• 4.4.1 可靠性设计算例42-44
• 4.4.2 稳健性设计算例44-47
• 5 球面并联机构运动误差分析47-62
• 5.1 机构运动分析47-52
• 5.1.1 3-DOF球面并联机构概述47-49
• 5.1.2 位姿变换49
• 5.1.3 机构运动学逆解49-50
• 5.1.4 机构运动学正解50-51
• 5.1.5 机构运动雅克比矩阵51
• 5.1.6 算例分析51-52
• 5.2 机构运动误差分析52-54
• 5.3 机构误差概率模型54-57
• 5.4 算例分析57-61
• 5.4.1 最坏情况分析57-59
• 5.4.2 概率分析59-61
• 5.5 本章小结61-62
• 结论62-64
• 总结62-63
• 不足与展望63-64
• 参考文献64-65
• 攻读硕士学位期间发表论文及科研成果65-66
• 致谢66-67

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