基于有限元的柔性零件公差设计与分析

发布时间：2017-09-07 10:37

  本文关键词：基于有限元的柔性零件公差设计与分析

  更多相关文章： 柔性零件 数学模型 控制点 广义有向图 有限元 公差优化

【摘要】：公差设计与分析是现代制造过程中不可忽略的重要因素。在产品设计过程中不仅影响零件的加工精度和产品的质量,而且对零部件的设计工艺路线、质量检测、生产制造成本及最终产品的总装配等具有重要的意义。在机械设计、制造和装配过程中,公差分析主要用来确定零件的几何参数,包括尺寸误差、位置误差、形状位差是否满足产品的设计要求。最终目标是控制几何目标公差变动量在设定的范围之内,使零件具有一定的互换性、配合性和通用性。国内外学者已经在公差数学建模与表示、公差综合与设计、计算机辅助公差设计、并行设计、功能公差等方面研究取得一定的成果,但是传统的公差研究理论都是基于一个假设:零件是绝对刚体,即认为装配体之间配合或连接零件之间没有弹性变形。但在汽车、航空等工业中存在的大量金属薄壁件,这些零件往往刚度比较低,在装配力或重力作用下产生的弹性变形相对于零件尺寸与公差已经不能忽略。本文主要研究面向柔性零件的公差设计与分析,建立基于有限元的柔性零件公差数学模型,并依据柔性零件公差数学定义建立柔性零件公差表示模型,主要内容包括以下几个方面:(1)将柔性零件关键节点与几何要素(点、线、面)控制点结合起来,根据几何要素控制点位置变动来表示尺寸和几何公差,同理将有限元柔性零件网格节点转化为几何要素控制点,根据柔性零件关键节点的变动大小来表示尺寸和几何公差,并结合PSO对形状公差进行了分析。(2)根据广义有向图建立装配公差模型、公差表示模型,利用图形构建零件装配公差模型。基于关键特征的公差表示模型和图可以公差的过程设计经验可以被映射显示,可以建立在公差链图搜索算法上,在单位矢量方向上,有利于积累误差和公差分析。(3)运用有限元对柔性零件进行公差仿真分析,建立基于有限元的偏差分析模型。研究在一定载荷下的偏差分布,并定义装配零件的边界条件和夹具方式,再运用有限元对模型进行公差分析,计算得到柔性零件变形后的装配偏差,并运用实例对其结果进行验证。(4)以田口质量损失函数为基础并扩展对公差模型进行优化,提出一种基于质量损失函数的公差优化设计方法,以总成本最小为目标值建立优化设计模型,其中包括制造成本和质量损失。该模型不仅可以提高产品的质量,降低制造成本,而且对相关零件公差分配及优化具有重要的指导作用。本文应用有限元对柔性零件进行公差分析,构建柔性体装配公差数学模型,实现柔性零件装配公差的数值分析与预测,开展装配误差的控制与补偿机制研究,对整个公差发展具有一定的创新性。
【关键词】：柔性零件 数学模型 控制点 广义有向图 有限元 公差优化
【学位授予单位】：上海工程技术大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG802
【目录】：

• 中文摘要6-8
• Abstract8-13
• 第一章 绪论13-24
• 1.1 选题的来源、背景和意义13-14
• 1.1.1 选题来源与背景13-14
• 1.1.2 选题研究意义14
• 1.2 文献综述14-16
• 1.3 国内外研究现状16-21
• 1.3.1 基于刚性零件的公差分析16-18
• 1.3.2 基于柔性零件的公差分析18-21
• 1.4 本课题的主要研究内容21-22
• 1.5 论文创新点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 论文设计方案23-24
• 第二章 柔性零件几何要素控制点公差数学模型24-39
• 2.1 柔性零件几何要素控制点24-26
• 2.1.1 研究背景24-25
• 2.1.2 建立几何要素控制点公差模型25-26
• 2.2 几何要素控制点位置26-27
• 2.2.1 几何要素控制点自由度26
• 2.2.2 几何要素公差坐标系26-27
• 2.3 基于几何要素控制点公差数学模型27-30
• 2.3.1 点的公差数学模型27-28
• 2.3.2 直线公差数学模型28-29
• 2.3.3 平面公差数学模型29-30
• 2.4 实例分析30-31
• 2.5 几何要素控制点在PSO在算法中的扩展运用31-32
• 2.5.1 粒子群优化算法PSO31-32
• 2.5.2 公差优化32
• 2.6 公差评定32-37
• 2.6.1 平面度误差评定32-33
• 2.6.2 直线度误差评定33-35
• 2.6.3 圆度误差评定35-36
• 2.6.4 圆柱度误差评定36-37
• 2.6.5 球度误差评定37
• 2.7 本章小结37-39
• 第三章基于广义有向图的柔性零件公差模型39-50
• 3.1 广义有向图概述39-41
• 3.1.1 背景介绍39
• 3.1.2 有向图基本特征39-40
• 3.1.3 广义有向图在公差中的表示40-41
• 3.2 基于有向图的公差定义41-42
• 3.2.1 公差数学定义41
• 3.2.2 公差类型41-42
• 3.2.3 参考系单位向量42
• 3.3 建立基于有向图的装配公差模型42-43
• 3.4 案例分析43-48
• 3.5 本章小结48-50
• 第四 章柔性零件有限元偏差分析50-65
• 4.1 柔性零件公差分析与研究50-55
• 4.1.1 研究背景50
• 4.1.2 弹性力学应变分析50-52
• 4.1.3 柔性零件变形分析52-55
• 4.2 有限元公差分析55-62
• 4.2.1 有限元法简介55
• 4.2.2 静力分析过程55-56
• 4.2.3 有限元网格划分56-58
• 4.2.4 施加边界条件58-59
• 4.2.5 计算模型和提取结果59
• 4.2.6 案例分析59-62
• 4.3 仿真结果分析62-64
• 4.4 本章小结64-65
• 第五章装配质量公差成本及优化设计65-76
• 5.1 研究背景65-66
• 5.2 公差成本数学模型66-70
• 5.2.1 公差制造成本66-69
• 5.2.2 装配精度设计函数69-70
• 5.2.3 公差优化目标函数70
• 5.3 柔性零件装配质量评定70-71
• 5.4 移动公差71-72
• 5.4.1 公差理论71
• 5.4.2 适用范围71-72
• 5.5 案例分析72-75
• 5.6 本章小结75-76
• 第六 章总结与展望76-78
• 6.1 全文总结76-77
• 6.2 课题研究展望77-78
• 参考文献78-82
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文及取得的相关科研成果82-83
• 致谢83-84

【参考文献】

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本文编号：809050