平面连杆机构动强度可靠性及可靠性灵敏度研究

摘要

随着科学技术的进步，机构使用的材料轻型化和运行高速化，使得机构运行的可靠性越来越受到了人们的重视。如何通过一种简单有效的方法对机构的可靠性进行研究，找到影响机构可靠性的敏感因素，并对其进行改进就显得尤为重要。
　　本文以平面连杆机构中的曲柄滑块机构为载体，以科学计算软件MATLAB为工具手段，分别在刚性体杆件和连杆为柔性体两种情况下，对机构的强度可靠性及其灵敏度进行了分析与计算，同时在此基础之上进行了可靠性优化及稳健性设计。具体的研究内容如下:
　　(1)在刚性曲柄和连杆的假设前提下，采用基本杆组拆分的方法，首先对基本杆组的运动、受力分析，根据上述的分析结果，采用均值一次二阶矩法、改进一次二阶矩法和蒙特卡洛三种方法，对机构的杆类零件和整个系统进行了动态强度的可靠性及其灵敏度分析计算，通过三种计算方法验证了计算的准确性。
　　(2)在连杆为柔性曲柄为刚性的假设条件下，对整个曲柄滑块机构采用模态综合分析法进行了动力学建模，并采用4阶隐式Runge-Kutta法对其求解。通过BP神经网络技术对动态强度可靠性的功能函数进行了构造，并采用均值一次二阶矩法、改进一次二阶矩法及蒙特卡洛方法对最危险时刻的可靠性及其灵敏度进行了分析、计算。
　　(3)对刚性曲柄滑块机构进行了可靠性优化和可靠性稳健设计。在整个运行的周期当中，以保证最低可靠度作为约束条件;采用权重处理方法，将以质量和灵敏度为分目标的函数转化成为单目标优化函数，对影响动态强度可靠性的随机变量进行了优化，通过优化得到了最优点。利用优化求得的最优设计点，再次进行可靠性及其灵敏度分析，与未进行优化之前进行对比。
　　通过本文的分析计算，可以得到影响可靠性的敏感因素及机构在运行周期的过程当中最不可靠位置，通过优化机构得到的结果可以对机构的实际设计、制造加工和使用等实践环节作以理论支撑和指导。

目录

论文说明

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题工程背景及选题的意义

1．2 可靠性研究工程概述

1．2．1 可靠性分析发展概述

1．2．2 可靠性优化及稳健性设计概述

1．3 机构可靠性研究概述

1．3．1 机构可靠性理论研究概述

1．3．2 机构可靠性优化及其稳健性设计概述

1．4 章节及内容安排

第2章 可靠性及灵敏度分析基本理论

2．1 引言

2．2 应力-强度干涉模型

2．3 一次二阶矩方法可靠性分析理论

2．3．1 均值一次二阶矩可靠性分析

2．3．2 均值一次二阶矩灵敏度分析

2．3．3 改进一次二阶矩可靠性及其灵敏度分析

2．5 Monte-Oarlo方法可靠性分析

2．5．1 可靠性分析

2．5．2 灵敏度分析

2．6 本章小结

第3章 刚性机械机构的动态强度可靠性分析

3．1 引言

3．2 Ⅱ级基本杆组运动学分析

3．2．1 主动件运动分析

3．2．2 RRP杆组运动分析

3．3 Ⅱ级基本杆组动力学分析

3．3．1 RRP杆组动力学分析

3．3．2 主动件受力分析

3．4 曲柄滑块机构的动态可靠性灵敏度分析

3．4．1 曲柄滑块机构动态强度建模

3．4．2 连杆动态强度可靠性及其灵敏度分析

3．4．3 曲柄动态强度可靠性及其灵敏度分析

3．5 系统可靠度分析

3．6 本章小结

第4章 柔性机构强度可靠性分析

4．1 引言

4．2 柔性机构动力学建模

4．2．1 柔性多体系统动力学方程建模简介

4．2．2 柔性体建模方法简介

4．2．3 基于模态分析及综合法曲柄滑块机构动力学建模

4．3 柔性机构动力学求解

4．3．1 数值求解方法简介

4．3．2 隐式Runge-Kutta法介绍

4．3．3 动力学方程求解

4．3．4 求解结果

4．4 柔性机构动态强度建模、可靠性及其灵敏度分析分析

4．4．1 柔性连杆的功能函数确定

4．4．2 基于BP神经网络状态极限函数模拟

4．4．3 柔性机构的可靠性及其灵敏度分析

4．5 本章小结

第5章 机构可靠性优化及其稳健设计

5．1 引言

5．2 曲柄滑块机构可靠性优化设计

5．2．1 可靠性优化的意义

5．2．2 可靠性优化设计数学描述

5．2．3 刚性曲柄滑块机构可靠性优化设计

5．3 曲柄滑块机构稳健性设计

5．3．1 基于灵敏度的可靠性设计

5．3．2 刚性曲柄滑块机构可靠性稳健性设计

5．4 本章小结

第6章 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

致谢