导引头伺服机构动态装调关键技术研究

摘要

装配体是由结构各异、材料多变、功能不同的零部件通过点、线、面的接触方式组装而成，彼此之间以相对静止或运动的方式来完成特定功能。装配是机械加工制造的最后环节，其任务是按照装配工艺方案将孤立的零部件个体两两接触以类似堆积木的方式组装成产品整体。装配工艺参数规定了具体装配操作环节的量化指标，关系到零部件结合面之间的作用方式和松紧程度，是直接影响产品功能、性能和效能的决定性因素之一。论文主要从结合面接触特性的机理出发，建立了从装配工艺参数到装配体动力学性能之间的双重映射关系，基于有限元理论建立了装配体多刚体柔性联接动力学模型，结合平行控制的计算实验思想，获取大量装调数据并挖掘装调知识，主要内容如下：
　　1.扩展了装配工艺参数与结合面刚度、阻尼映射关系：机械结合面接触刚度、阻尼特性对装配体动力学特性有重要影响，属于“柔性单元”，当受到动载荷作用时会产生微小的相对线位移或角位移。结合面之间的接触特性是由装配时的装配工艺参数和本身的结构属性来决定的，基于Hertz理论和分形几何理论，从宏观和微观相结合的角度，扩展了Hertz接触理论的应用范围并简化了操作过程，扩展了M-B分形接触模型的局限性，分别建立了M-B双分形模型、曲面分形模型和串联分形模型，搭建起装配工艺参数和机械结合面接触刚度、阻尼之间更精确的函数关系。
　　2.建立了装配体的多刚体柔性联接动力学模型：结合面接触刚度、阻尼的引入将结合面从刚性联接转变成柔性联接，能将有限元理论从微观领域向宏观领域扩展。整个装配体被视为一个整体，通过类似“网格划分”的方式离散出不同的零部件“单元”，各“单元”之间以点、线、面方式通过刚度、阻尼的柔性联接，形成柔性“节点”，建立“单元体”动力学方程，遵从整体的变形协调原则和物理几何约束，将各“单元体”有机拼装，组装成整体的动力学方程。整个流程完全模拟有限元理论的规范化建模过程，能方便地建立装配体的多刚体柔性联接动力学模型。
　　3.构建了从装配工艺参数到装配体动力学特性双重映射的计算实验模型：依据结合面形状尺寸、运动方式和接触形态将装配体联接副进行简化和分类，分成螺栓联接、孔轴配合、齿轮传动和轴承支撑，解算独立联接副接触刚度、阻尼和动力学特性的映射关系，通过从分到总的方式拼装成整机动力学模型，由此实现了从装配工艺参数到装配体动力学特性的双重映射，打通了从理论上研究装配工艺参数对产品动态性能影响规律的线路。结合计算机辅助优化软件和平行控制理念，通过虚实结合的方式实现闭环式的相互反馈和矫正优化。
　　4．提取了计算实验数据中隐藏的装调知识：计算实验能获得大量装调数据，利用这些数据能揭示出装配工艺参数与装配体动力学性能之间的影响规律。通过挖掘算法，探索隐藏在数据背后的装调信息，提炼装调知识，辨识装配的敏感环节，拟合装配工艺参数和装配体动态特性之间的函数关系，能预测装调性能、评估装调质量、优化装调方案、辅助装调决策。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 研究背景

1.2 国内外研究现状

1.3 面临的主要问题及现有研究的不足

1.4 研究目的、意义及主要内容

1.5 论文组织结构

第二章 光滑结合面接触理论扩展

2.1 引言

2.2 光滑机械结合面接触理论概述

2.3 Hertz接触刚度理论扩展

2.4 扩展型Hertz接触理论应用

2.5 本章小结

第三章 粗糙结合面接触理论扩展

3.1 引言

3.2 M-B分形接触理论

3.3 M-B分形接触理论扩展

3.4 扩展型M-B分形接触理论应用

3.5 本章小结

第四章 扩展型M-B分形接触理论实验验证

4.1 引言

4.2 扩展型M-B分形接触理论验证方案

4.3 结合面对方板联接结构谐振频率影响

4.4 粗糙度对方板联接结构接触刚度影响

4.5 尺寸对方板联接结构接触刚度影响

4.6 材料对方板联接结构接触刚度影响

4.7 加工方法对结合面对接触刚度影响

4.8 本章小结

第五章 导引头伺服机构动力学建模和仿真

5.1 引言

5.2 典型联接件动力学建模

5.3 整机动力学建模

5.4 本章小结

第六章 导引头伺服机构动态装调计算实验

6.1 引言

6.2 计算实验

6.3 计算案例分析

6.4 理论验证与数据挖掘

6.5 本章小结

第七章 结论与展望

7.1 主要研究结论

7.2 今后工作展望

致谢

参考文献

作者在学期间取得的学术成果

附录A 参数表

附录BM-B分形理论计算

附录C 轴承谐振频率计算

附录D扭转谐振频率实验