基于装配约束的装配公差建模和统计分析方法

摘要

机械产品的装配公差信息是CAD、CAM、CAPP和CAT等CAX技术中制约自动化、集成化和智能化的关键问题。在现有的计算机辅助公差设计（CAT）技术中，零件公差模型很少能体现基准与实际基准特征的区别，难以准确表达装配约束；装配公差统计分析方法也很少能完全反映装配约束。为解决上述问题，本文结合国家自然科学基金项目(51365009)和广西制造系统与先进制造技术重点实验室主任课题(13-051-09-009Z)，研究了能反映基准与实际基准特征的区别的零件公差模型和基于装配约束的装配公差建模、统计分析方法。主要研究内容如下：
　　综述了CAT技术的研究现状和存在的问题。分析了现有装配公差分析理论和技术的研究现状及存在的问题，给出了本文的主要研究内容和理论基础。
　　研究了零件的基准与实际基准特征之间的关系。用小位移旋量法表达了零件的实际基准特征与基准体系的空间相对关系，建立了能用于装配公差分析的零件公差模型，并给出了这种方法在统计公差分析中的应用实例。
　　研究了零件特征与装配约束之间的关系。将装配约束的配合类型进行归纳和分类，以向量方程或不等式的方式表示了各类配合对零件运动自由度的约束。
　　研究了装配约束与装配公差之间的关系。将传统装配有向图改进为装配体几何关系图，简明地表达与装配公差有关的几何传递路径；依据几何传递路径，用齐次坐标建立了装配公差模型，并提出了一种统计公差分析方法；给出了该方法在统计公差分析中的应用实例。
　　开发了统计公差分析的原型系统。在前几章的理论和方法基础上，结合应用实例开发了原型系统，实现了主要模块的主要功能。
　　总结了本文的主要研究内容和创新点，并展望了计算机辅助公差设计未来的发展。

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第一章 绪论

§1.1研究背景及意义

§1.2公差分析技术的研究现状及存在问题

§1.3主要工作

§1.4本章小结

第二章 零件公差的数学模型

§2.1零件公差表示

§2.2实际零件的基准或基准体系

§2.3实例应用

§2.4本章小结

第三章 装配连接的数学模型

§3.1基本概念

§3.2主要的装配定位连接

§3.3辅助的装配定位连接

§3.4辅助连接的数学模型

§3.5本章小结

第四章 装配公差的数学模型及统计分析方法

§4.1影响装配公差的关键信息

§4.2装配体几何关系图

§4.3齐次坐标转换矩阵

§4.4装配定位连接的表达

§4.5装配公差模型的建立

§4.6装配公差统计分析方法

§4.7应用实例

§4.8本章小结

第五章 基于MATLAB的统计公差分析原型系统

§5.1统计公差分析原型系统框架及主界面

§5.2统计公差分析原型系统及模块

§5.3本章小结

第六章 总结与展望

§6.1总结

§6.2展望

参考文献

致谢

附录 作者在攻读硕士期间主要研究成果