基于夹具定位补偿的飞机柔性件装配偏差控制方法

摘要

飞机作为极其复杂的机械产品，其气动外形和结构强度均经过严格的设计论证，对装配准确度具有极高的要求。飞机结构中包含大量的弱刚性、易变形的柔性零件。在释放装配力和装配夹具后，柔性件不可避免地会产生装配变形。在柔性零件装配偏差分析过程中，已有的研究方法主要着眼于减小零件制造偏差、夹具定位偏差来提高装配质量，而未考虑利用夹具的主动定位调节去控制装配偏差。本文在国家自然科学基金（51275236）的资助下，基于夹具定位对柔性装配尺寸的作用机理，引入夹具主动定位补偿的概念，提出基于夹具法向定位补偿的飞机柔性件装配偏差优化方法。论文主要研究内容及成果如下：
　　基于夹具法向定位补偿的柔性零件装配偏差建模。基于线弹性、小变形假设，结合影响系数法和超元刚度矩阵，并考虑柔性件装配过程中夹紧力的变化，建立考虑夹紧力变化的柔性零件装配偏差模型，提高装配偏差模型的精度。在此基础上，引入夹具法向定位补偿变量，根据零件受力和变形间的关系，建立基于夹具法向定位补偿的柔性件装配偏差模型。据此，确定柔性件关键测点的装配偏差和夹具法向定位补偿量之间的关系，为后续夹具定位补偿量的优化分析提供理论依据。
　　夹具法向定位补偿量的优化模型与求解算法。以最小化装配偏差或夹具补偿量为目标，夹具法向定位补偿量为优化变量，夹具法向可调整范围为约束条件，并根据夹具定位补偿量与装配偏差间的关系，建立夹具定位补偿量的优化模型。然后，根据零件过约束定位点数与装配体关键测点数之间的数量关系，分别设计了夹具定位补偿量的求解算法。结合工程实际，引入夹具定位补偿量范围约束，利用 MATLAB优化函数进行求解。针对提出的夹具定位补偿量优化方法，以金属薄板装配实例，分别利用有限元仿真和实验验证，对比分析有无夹具定位补偿情况下的装配偏差，验证该方法的有效性和准确性。
　　飞机机身壁板件装配的仿真实例验证。结合某型飞机的中机身壁板件的结构及装配工艺，提出定位块可调整的夹具卡板设想，并由卡板定位块的调整实现装配偏差的法向定位补偿。建立壁板件装配的有限元分析简化模型，通过对比分析有无夹具定位补偿情况下的壁板件装配后蒙皮的法向偏差，验证本文方法对于减小飞机壁板件装配偏差的有效性和可行性。

目录

声明

注释表

第一章 绪 论

1.1 引言

1.2 研究目标与意义

1.3 国内外研究现状

1.4 论文的研究内容和章节安排

第二章 基于夹具法向定位补偿的柔性件装配偏差建模

2.1 引言

2.2 柔性件装配偏差分析方法

2.3 考虑夹紧力变化的柔性件装配偏差建模

2.4 引入夹具定位补偿量的柔性件装配偏差建模

2.5 本章小结

第三章 夹具法向定位补偿量的优化算法研究

3.1 引言

3.2 夹具定位补偿量的优化模型

3.3 夹具定位补偿量的求解方法

3.4 金属薄板装配偏差的有限元分析

3.5 金属薄板装配的实验验证

3.6 本章小结

第四章 飞机机身壁板件装配仿真实例验证

4.1 引言

4.2 飞机壁板件简介

4.3 基于夹具法向定位补偿的飞机壁板件装配偏差仿真

4.4 本章小结

第五章 总结与展望

5.1 全文总结

5.2 工作展望

参考文献

致谢

在学期间的研究成果及发表的学术论文