机械产品元动作单元装配误差建模与分析

摘要

精度是衡量机械产品质量的一个重要指标，精度的高低往往决定产品的档次。在机械产品的设计阶段对产品的装配误差进行预测，不仅可以检验零件公差设计的合理性，而且可以为误差补偿和公差优化提供指导。本文提出一种以元动作单元为对象的装配误差建模、分析与预测的方法。论文主要包括以下内容：　　①在分析典型元动作单元装配中常见几何要素（平面、柱面、轴线）的基础上，基于SDT对常见的几何要素误差变动特性进行了分析和建模。对多公差复合作用下的几何要素，采用约束不等式表达了几何要素的各个误差分量。根据合格率从统计学角度求解几何要素误差分量的实际分布区间。以实例对比证明了该方法的有效性和精确性。　　②在装配过程中误差一般是以面与面的配合方式进行传递。对此分析了常见配合面的误差传递属性，并利用误差位姿变换矩阵求解配合面的误差传递属性。对于特殊的配合面：组合配合面中，将小平面、窄平面分别等价点、线组合成等价平面后求解组合配合面的误差传递属性；在并联配合面中，引入约束强度、配合优先顺序等概念，利用特殊点来判断实体干涉并且求解并联配合面的误差传递属性和优化公差设计。通过实例来说明求解和优化的过程。　　③根据元动作单元结构模型绘制出装配有向图，以元动作的输出件和支撑件为起始点寻找单元中主要误差传递路径，并且根据前面的配合面类型合并成最终的主要误差传递路径。利用齐次变换矩阵方法，对元动作单元进行装配精度预测以及对预测结果进行了可靠性分析。结合工程应用实际情况，以工作台移动元动作单元为例子，证明了该方法的可行性和有效性。

目录

1 绪论

1.1课题研究背景和意义

1.2.1公差表达和建模理论

1.2.2装配过程中误差积累与传递特性

1.2.3装配误差建模与精度预测

1.3本文研究的技术路线

1.4 本章小结

2 元动作单元中零件的几何误差建模

2.1引言

2.2.1FMA分解介绍

2.2.2元动作相关定义

2.3元动作单元中常见结合面几何要素

2.3.1典型转动元动作单元

2.3.2典型移动元动作单元中间件

2.4 元动作单元零件误差来源

2.5几何要素公差的基本定义与建模

2.5.1公差带的内涵与分类

2.5.2基于SDT的几何要素建模理论

2.6.1 复合公差约束优先级别和组合

2.6.2平面多公差复合作用下的误差建模

2.6.3柱面多公差复合作用下的误差建模

2.6.4圆柱轴线多公差复合作用下的误差建模

2.7基于统计学原理的几何要素误差分量实际变动区间求解

2.7.1常见误差分布特征

2.7.2几何要素误差分量实际变动区间求解

2.8实例分析

2.9本章小结

3 元动作单元中零件的误差传递属性分析

3.1引言

3.2零件间配合面误差位姿变换矩阵

3.3元动作单元零件之间配合面误差传递属性

3.3.1平面组合配合面误差传递分析

3.3.1柱面组合配合面误差传递分析

3.4并联配合面误差传递属性分析

3.4.1配合面连接关系分类

3.4.2配合面约束作用的强弱分析

3.4.3并联配合面的优先级判断

3.4.4并联配合面误差传递属性求解

3.5实例分析

3.6本章小结

4 元动作单元装配精度预测建模与分析

4.1引言

4.2 主要误差传递路径分析

4.2.1动作单元内零件误差传递的有向图模型

4.2.2元动作单元内主要误差传递路径分析

4.3元动作单元装配精度预测模型及分析

4.3.1元动作单元装配误差预测模型

4.3.2元动作单元装配误差指标和预测流程

4.4精度预测值可靠性分析

4.5实例分析

4.5.1求解主要误差传递路径

4.5.2求解误差分量分布区间

4.5.3求解特殊配合面误差传递属性

4.5.4输出件精度预测和分析

4.5本章小结

5 总结与展望

5.1总结

5.2展望

参 考 文 献

附录

A. 作者在硕士期间参与的课题

B. 学位论文数据集

致谢