基于实际工况的装配体公差优化分配方法研究

摘要

公差分配是产品设计和制造过程中的重要环节，合理的公差既可以保证产品的精度又能有效地降低成本，在产品的整个生命周期中都起着重要的作用。目前，优化分配是装配体公差设计的常用方法之一。然而，多数的研究假设零件为刚体，不计零件在实际工况下发生的变形，导致产品的功能要求在实际工况下很难得到保证。为此，本文将有限元理论引入公差设计中，以定量计算零件变形给装配体功能要求带来的影响，并在此基础上研究了基于实际工况的装配体公差优化分配方法。主要研究内容如下： 1.给出了零件在实际工况下变形的数学表示。针对零件在静态力作用下的变形，采用TTRS理论，将零件的变形转换为其MGDE的变动，通过有限元法计算，结合空间自由度的形式得到了这些变形。 2.建立了实际工况下装配体的公差模型。以零件变形的数学表示为基础，对雅可比旋量模型进行了实际工况下的修正。通过机床尾座实例，详细描述了其所处的实际工况，并进一步讨论了同一功能要素在多个公差约束下的旋量表示，给出了实际工况下装配公差模型的具体表达式。 3.实现了实际工况下装配体的公差优化分配。根据企业的生产数据，研究了定向公差中平行度和垂直度的公差成本函数，综合考虑上述装配公差模型中旋量参数间的约束关系并将之转化为装配功能约束，建立了实际工况下装配体的公差优化分配模型。最后，采用遗传算法实现了公差优化分配，对理想情况和实际工况下的分配结果比较分析结果表明，所提方法更符合工程实际情况。 4.开发了原型系统。基于实际工况和上述各章节的研究成果，利用MATLAB GUI平台开发了原型系统，介绍了系统的主要功能模块，并结合实例说明了系统的使用方法和注意事项。

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第一章 绪论

1.1 课题研究背景和意义

1.2 课题的国内外研究现状

1.3 课题来源及本文主要研究内容

1.4 本文的框架结构

第二章 零件变形的数学表示方法

2.1 引言

2.2 有限元静力学分析基础

2.3 零件变形的计算及数学表示

2.4 齿轮泵实例分析

2.5 本章小结

第三章 基于实际工况的装配体公差建模

3.1 引言

3.2 理想情况下装配体的公差建模

3.3 实际工况下装配体的公差建模

3.4 实际工况下装配公差建模实例

3.5.本章小结

第四章 基于实际工况的装配体公差优化分配

4.1 引言

4.2 公差分配方法概述

4.3 实际工况下装配公差优化分配模型的构建

4.4 实际工况下装配公差优化分配实例

4.5 本章小结

第五章 原型系统开发

5.1 引言

5.2 开发平台及工具简介

5.3 系统的总体结构与功能

5.4 系统的界面设计

5.5 系统的功能实现

5.6 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 课题研究总结

6.2 工作展望

参考文献

致谢

附录 作者在攻读硕士学位期间的主要研究成果