基于球域误差理论的复杂工件重心评价与修正

摘要

在机械设备的加工制造过程中，由于受到材料缺陷、加工误差和装配误差等非设计因素的影响，工件重心的实际位置和理论位置会不一致，这将对工件的使用性能产生不良影响。因此在测量得到工件的实际重心位置之后，需要按照一定的方式对其进行评价与修正补偿，使工件重心移动到合理的位置。
　　根据重心数据点的分布特点，本文基于数学上闭包域的相关理论提出了数据点最小闭包球与公差球的概念。分别从概念性质的角度和优化搜索的角度给出了在低维条件下求解最小闭包球与公差球的四种算法。用Matlab对算法进行数值试验，结合数值试验的结果对算法的性能进行分析与评价。
　　通过对比最小闭包球与公差球的相对位置关系，本文提出了数据点误差判定的准则。针对数据修正的最优化要求，分别以移动距离最短与离散程度最小为标准提出了相应的数据误差修正方案。根据数据误差在统计学上的分布规律对这种数据误差处理方式进行分析与评价。
　　基于之前提出的数据误差处理方法对工件重心误差进行评价与修正。由于不同工件的修正手段不同，本文以不同的修正方式分别对单一零件工件与装配体工件进行重心修正。根据重心力矩平衡原理计算出修正位置和修正量的对应关系，从而给出相应的重心评价与修正方案。
　　以船用组合式螺旋桨为对象，对其重心位置进行评价与修正。根据船用组合式螺旋桨结构以及使用方式的特点，给出最合理的重心评价修正方案，并分别从理论分析与仿真试验两个方面对螺旋桨修正前后的力学性能进行验证。结果表明，该修正方案可以比较好地改善螺旋桨的力学性能。
　　为了方便实际工程应用，针对工件重心评价与修正问题，在UG/Open平台上开发出一套应用插件，使理论算法程序化。同时给出了应用的主要设计方法与详细操作步骤，对实际应用中工件重心的评价与修正提供便利。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 研究背景与意义

1．2 测量数据误差处理理论的发展及研究现状

1．3 重心位置评价修正的研究现状

1．4 本文主要研究内容

2 数据点集的最小闭包球与公差球

2．1 数据点集最小闭包球的概念

2．2 基于边界点分布位置的最小闭包球判定原理

2．2．1 闭包球边界点向量特点

2．2．2 点集最小闭包球判定原理

2．3 数据点集最小闭包球算法

2．3．1 基于边界点判定求解点集的最小闭包球

2．3．2 模式搜索法求解点集的最小闭包球

2．4 数据点集公差球的概念

2．5 公差球的算法

2．5．1 基于枚举思想求解公差球

2．5．2 基于遗传算法求解公差球

2．6 最小闭包球与公差球算法的数值试验与算法分析

2．6．1 试验数据点的获取

2．6．2 算法的数值试验

2．6．3 算法性能评价与总结

2．7 本章小结

3 基于球域理论的数据误差处理方法

3．1 基于球域理论的数据误差判定

3．2 基于球域理论的数据修正标准

3．2．1 移动距离最短修正标准

3．2．2 离散度最小修正标准

3．3 基于球域理论数据误差处理方式的统计学分析与评价

3．4 本章小结

4 工件重心误差评价与修正

4．1 工件重心误差的分类及处理方法

4．2 单一零件工件重心修正方法

4．2．1 工件修正区域的确定

4．2．2 工件修正量的确定

4．3 装配体工件重心修正方法

4．4 本章小结

5 组合式船用螺旋桨的重心修正试验

5．1 螺旋桨数据参数的获取

5．2 组合式螺旋桨重心修正设计

5．3 仿真试验与修正结果验证

5．3．1 理论分析验证

5．3．2 仿真试验

5．4 本章小结

6 基于UG／open二次开发的工件重心评价与修正应用设计

6．1 UG／Open二次开发应用及相关模块介绍

6．2 应用程序基本框架的搭建

6．2．1 应用程序模块组成与调用关系

6．2．2 应用程序菜单自定义

6．2．3 对话框界面搭建

6．3 重要回调函数的编写

6．3．1 零件重心位置评价与修正面板回调函数的编写

6．3．2 装配体重心位置评价与修正面板回调函数的编写

6．4 应用程序使用说明

6．4．1 零件重心评价修正对话框使用说明

6．4．2 装配体重心评价修正对话框使用说明

6．5 本章小结

结论

参考文献

附录

致谢