复杂产品几何误差评定与装配精度预测研究

发布时间：2017-03-23 05:16

  本文关键词：复杂产品几何误差评定与装配精度预测研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着航空、航天等复杂产品朝着小型化、轻量化、精密化和光机电一体化的方向发展,装配精度保障已经成为精密复杂产品装配中的难点问题之一,而其中零件的几何误差和装配过程中产生的误差是影响产品装配精度的关键因素。本文以航天、航空等复杂机械产品的实际工程需求为背景,对零件几何误差评定和面向实测值的装配精度预测及优化的相关理论、方法和实现技术进行了深入研究。论文主要研究工作如下:(1)介绍了本论文的研究背景,分析了几何误差评定、装配精度预测和公差优化等技术的国内外发展现状,指出当前研究成果存在的问题与不足之处,并给出了论文的课题来源和研究意义。(2)针对利用三坐标测量机获得的测量数据点进行公差基准拟合的问题,提出了基于三维凸包的公差基准拟合方法。根据基准的定义,对基准的几何特征类型和基准的优先级进行提炼和总结,获得了基准被约束的自由度,并与测量数据点的三维凸包相结合,求解基准的方向向量和位置向量,实现了基准的拟合。(3)研究了几何误差评定精确度的问题,提出了基于最小区域法的几何误差评定方法。在充分考虑基准几何对功能几何影响的前提下,根据几何公差的定义确定几何误差对应的最小区域形状和最小区域被约束的自由度,并结合测量数据点的三维凸包构建最小区域,再与相关要求下几何特征的理想区域相比较,实现了相关要求下几何误差的评定。(4)对于复合位置度误差的评定问题,提出了基于位置度理想边界模板的复合位置度误差评定方法。首先在复合位置度公差定义下,对不同分布情况的孔组构建不同的理想边界,并通过对理想边界的平移和旋转,实现阵列位置误差和形体相关误差评定模型的建立,再采用优化分解算法对误差评定模型进行拆分,最终利用对分区间法构造了复合位置度误差的逼近过程,实现了复合位置度误差的评定。(5)针对装配偏差传递路径搜索的问题,提出了基于几何特征约束自由度的装配偏差传递路径搜索算法。在对装配体关联的装配约束信息和几何公差信息统一建模的基础上,结合几何特征的空间位置关系,求解在不同优先级下几何特征之间实际约束的自由度方向,并利用深度优先搜索算法构建了装配体的几何特征定位图,再采用层次化路径搜索算法和几何约束自由度的求交计算法则进行路径的搜索,获得了装配体的偏差传递路径。(6)研究了面向实测值的装配精度预测与优化问题,提出了基于小位移矢量的装配精度预测方法和基于小生境粒子群的多目标优化方法。通过对几何误差对应的实际区域的解析,获得了几何特征平动自由度和转动自由度的数学约束方程,并采用Monte-carol统计法对不同自由度方向的分量进行数值模拟仿真,再结合雅可比旋量矩阵推导出几何误差与装配精度的函数关系式,实现了装配精度预测。在此基础上,对于修配目标为存在多个装配精度要求的公共环时,通过构建以修配成本和质量损失成本为优化目标,以多个方向装配功能要求与修配能力为约束条件的多目标优化模型,基于Pareto和小生境的概念对标准粒子群算法进行改进,并设计了算法流程,实现了几何误差修配量的计算。(7)作为上述研究成果的工程实践,自主设计并开发了产品几何误差评定和装配精度预测原型系统,详细论述了软件的开发背景、体系结构、功能模块和实现方法,并结合实例对提出的技术和方法进行了验证。最后,对全文进行了总结,并对下一步的研究工作和相关技术的发展方向进行了展望。
【关键词】：几何误差评定 基准拟合 计算几何 偏差传递路径 装配精度预测
【学位授予单位】：北京理工大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG95
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-13
• 第1章 绪论13-30
• 1.1 研究背景13-15
• 1.2 国内外研究现状15-26
• 1.2.1 几何误差评定技术15-18
• 1.2.2 偏差路径搜索技术18-20
• 1.2.3 装配精度预测技术20-22
• 1.2.4 公差优化技术22-25
• 1.2.5 存在问题25-26
• 1.3 课题来源与研究意义26-27
• 1.3.1 课题来源26
• 1.3.2 研究意义26-27
• 1.4 论文结构框架及主要研究内容27-30
• 第2章 基于三维凸包的公差基准拟合技术30-59
• 2.1 引言30
• 2.2 公差基准被约束的自由度30-32
• 2.3 三维凸包的构建32-38
• 2.4 基准拟合38-54
• 2.4.1 基准平面拟合39-46
• 2.4.2 基准轴线拟合46-54
• 2.5 公差基准拟合方法54-55
• 2.6 实例分析55-58
• 2.7 本章小结58-59
• 第3章 基于最小区域法的几何误差评定59-78
• 3.1 引言59
• 3.2 最小区域的求解59-63
• 3.2.1 最小区域的形状60-61
• 3.2.2 最小区域被约束自由度61-63
• 3.3 几何误差评定63-73
• 3.3.1 基准坐标系的建立63-65
• 3.3.2 形状误差评定65-67
• 3.3.3 定向误差评定67-68
• 3.3.4 定位误差评定68-69
• 3.3.5 相关要求下几何误差的评定69-73
• 3.4 几何误差评定方法73-74
• 3.5 实例分析74-77
• 3.6 本章小结77-78
• 第4章 复合位置度误差评定78-91
• 4.1 引言78
• 4.2 复合位置度误差的数学模型78-84
• 4.2.1 阵列位置误差的数学模型79-81
• 4.2.2 形体相关误差的数学模型81-84
• 4.3 复合位置度误差的评定方法84-88
• 4.3.1 阵列位置误差的评定方法84-85
• 4.3.2 形体相关误差的评定方法85-88
• 4.4 实例分析88-90
• 4.5 本章小结90-91
• 第5章 基于几何特征约束自由度的偏差传递路径搜索91-108
• 5.1 引言91
• 5.2 装配精度信息建模91-93
• 5.2.1 装配精度信息模型的内容91
• 5.2.2 装配精度信息的层次化表达91-93
• 5.3 约束信息的数学建模93-98
• 5.3.1 装配约束信息的提取与处理94
• 5.3.2 几何公差信息的提取与处理94-95
• 5.3.3 几何特征理论约束方向的提取95-97
• 5.3.4 约束信息的统一建模97-98
• 5.4 几何特征实际约束自由度的求解98-100
• 5.5 偏差传递路径搜索100-104
• 5.5.1 几何特征定位有向图的构建101
• 5.5.2 几何约束自由度的求交法则101-102
• 5.5.3 偏差传递路径搜索算法102-104
• 5.6 实例分析104-106
• 5.7 本章小结106-108
• 第6章 面向实测值的装配精度预测与优化108-129
• 6.1 引言108
• 6.2 几何误差的统一建模108-114
• 6.2.1 小位移矢量108-109
• 6.2.2 几何误差边界条件的表达109-113
• 6.2.3 几何特征多自由度分量的数值模拟113-114
• 6.3 装配精度预测114-116
• 6.3.1 雅可比旋量矩阵114-115
• 6.3.2 装配精度预测方法115-116
• 6.4 面向实测值的多目标优化116-123
• 6.4.1 多目标的相关概念116-117
• 6.4.2 修配成本函数117-118
• 6.4.3 质量损失成本函数118-119
• 6.4.4 面向实测值的多目标优化模型119
• 6.4.5 多目标粒子群优化算法119-123
• 6.5 实例分析123-128
• 6.6 本章小结128-129
• 第7章 几何误差评定和装配精度预测系统的实现及应用129-148
• 7.1 引言129
• 7.2 系统概述129-130
• 7.2.1 系统总体要求129
• 7.2.2 系统开发和运行环境129-130
• 7.3 系统总体设计130-133
• 7.3.1 系统总体业务流程130-131
• 7.3.2 系统体系结构131-133
• 7.3.3 系统功能模块133
• 7.4 系统详细设计133-136
• 7.4.1 系统框架图133-134
• 7.4.2 面向对象建模134-136
• 7.5 系统实现与应用验证136-147
• 7.5.1 应用实例介绍136-137
• 7.5.2 系统主界面137
• 7.5.3 精度信息管理137-140
• 7.5.4 几何误差评定140-141
• 7.5.5 装配精度预测141-145
• 7.5.6 装配精度优化145-147
• 7.6 本章小结147-148
• 第8章 总结与展望148-152
• 8.1 全文总结148-150
• 8.2 展望150-152
• 参考文献152-163
• 攻读学位期间发表论文与研究成果清单163-165
• 攻读学位期间参与的科研工作165-166
• 致谢166-167
• 作者简介167-168
• 附录168-171

  本文关键词：复杂产品几何误差评定与装配精度预测研究，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：263007