蒙特卡罗与响应面法相结合的圆柱度公差模型求解

针对现有公差建模及模型求解方法实用性不强的问题,提出了基于小位移旋量理论的圆柱度公差建模方法,以及一种蒙特卡罗模拟与响应面方法相结合的圆柱度公差模型求解方法。首先,依据小位移旋量理论对公差进行数学表示,结合公差的数学定义建立圆柱面尺寸公差与圆柱度公差综合作用的公差变动不等式及约束关系,采用蒙特卡罗方法分别对不同的旋量参数变动顺序进行仿真试验,获得公差变动要素的实际变动区间;然后,采用响应面方法,以圆柱度公差及试验获得的公差变动要素实际变动区间带宽值为样本,建立两者之间的响应面模型,并通过复相关系数法验证响应面模型的精度;最后,通过对典型工程实例的分析,验证了该方法具有较高的建模精度,可提高机床精度设计方法的实用性,降低机床的生产成本。     

小位移旋量和响应面法相结合的齿轮公差分析模型构建方法

为了更高效更合理地开展齿轮公差分析及优化,提出一种小位移旋量与响应面法相结合的齿轮公差分析模型构建方法。以齿轮安装公差为例,依据齿轮精度标准,利用小位移旋量公差建模理论建立了齿轮安装公差数学模型;基于该公差模型,结合齿面接触分析原理编制了计及误差的齿面接触分析模拟程序,并分析了不同变动要素对传动误差的影响;利用拉丁超立方试验方法采样并结合最小二乘法,构建了齿轮公差变动要素与传动误差之间的二阶响应面近似模型,从而得到了齿轮公差分析模型。实例分析结果表明:该方法建模精度较高,实用性好,可为齿轮公差分析和综合等提供参考。     

基于误差传递模型的精密装配几何误差灵敏度分析

文中针对确定各零部件几何误差对装配精度的影响以及瓶颈装配工序等重要问题,分析了两零件装配时由于配合面表面形貌所导致的几何误差造成的零件位姿变动,确定单工序的配合误差.以此为基础,基于多体系统理论建立多工序装配过程误差传递模型,用矩阵微分法建立了几何误差对装配精度的灵敏度分析模型.该模型可以识别出多工序装配过程中对装配精度有较大影响的主要零部件几何误差,从而为精密装配精度分析以及控制提供基础,并通过实例验证了模型及分析方法的有效性.      

考虑多公差耦合的几何要素误差建模及产品装配精度预测

为了准确有效地实现零件几何要素误差建模,提出了一种基于多公差耦合作用下的几何要素误差建模方法.该方法采用小位移旋量(SDT,small displacement torsor)描述公差,针对平动公差与固定公差耦合建立几何要素误差模型,通过利用约束方程的不合格率p,推导各个误差分量参数的实际的分布规律,建立几何要素误差模型.采用雅可比旋量模型将该方法扩展应用于复杂装配体的装配误差建模中,实现了装配精度的预测.以顶尖尾座装配精度预测为例,验证了该方法的合理性及可行性.     

计及尺寸公差和配合的平面连杆机构优化设计

分析了设计与制造过程的关联性,考虑了杆长公差和孔轴配合对系统运动精度的影响,基于蒙特卡罗算法,提出了计及公差和配合的平面连杆机构优化设计方法,预测了制造后机构运动的误差.优化设计了含间隙连杆角位移机构,与经典的模糊稳健优化设计及稳健优化设计相比,误差的均值和标准差变化一致,说明了所提方法的有效性;将其拓展应用于不同配合的间隙模型优化,实现了设计阶段对机构运动误差范围的预测,为机构优化设计提供了一套可量化的评价体系.     

用于机械系统精度预测的理想表面法

为了实现复杂机械系统的精度预测,提出了一种能够综合考虑尺寸、形位公差的精度预测方法.将零部件的实际配合面抽象为理想配合面,用单位法矢量表示位置和方向,在刚体条件下从设计信息中获取理想配合面的单位法矢量.采用齐次转换矩阵的方法,得到各零件坐标系之间的转换矩阵,根据系统末端功能面在基准坐标系下单位法矢量的变动范围,分析系统末端功能面的空间位置分布范围和分布规律,从而实现了对机械系统的精度预测.以某型圆柱磨齿机的砂轮修整器为例,进行了3 000次的模拟公差分析计算,得到了工作点位置分布云图和概率密度曲线,与不考虑形位公差精度预测结果的对比表明,该方法能够综合考虑尺寸和形位公差,得到的公差分析结果更接近实际生产情况.     

几何公差状态向量模型及其分析与综合技术

在产品零件装配互换性设计中,几何公差的分析与综合技术发展还不完善.文中针对几何公差分析与综合的问题,提出了几何公差的状态向量表示模型;基于几何公差的状态向量表示对几何偏差作用和偏差累积进行了分析,给出了在零件不同配合状态下的装配功能几何变动的状态向量表达,并在此基础上给出了几何公差分析与综合的状态方程;最后以多舱段对接装配为实例给出了基于状态方程的几何公差分析与综合的算法步骤.实例结果验证了几何公差状态向量表示模型及其状态方程对几何公差分析与综合的有效性和适用性.     

采用自适应遗传算法的机床公差分配研究

针对当前机床几何精度建模忽视装配过程中的调整量,以及机床公差分配时缺乏科学可行的方法问题,利用状态空间模型描述机床实际装配过程,考虑装配过程中的调整控制量,建立了更加准确的机床装配精度模型,并引入种群多样性指标,构建了用于机床公差分配的自适应遗传算法。以TGK46100精密卧式坐标镗床为研究对象,建立了装配精度要求与基础大件角度误差之间的映射关系,以零件加工总成本最小为目标函数,采用构建的自适应遗传算法,完成了该机床基础大件角度公差的分配。结果表明:与不考虑装配调整量的偏差累积方法相比,该方法放宽了零件加工精度,最大放宽幅度达到了36.4%,平均放宽幅度为12.0%,从而在满足最终装配精度要求的前提下,降低了零件加工制造成本,为机床公差分配提供了更加准确的精度建模方法和可行合适的公差分配方法。     

公差值域的扩展及其应用

针对尺寸链计算中会出现上偏差小于下偏差,即负数公差这一现象,基于尺寸公差指允许尺寸的误差（变动）量,并依据负数与正数的本质区别在于它们具有相反意义的量,以及允许尺寸的误差量的相反意义量是补偿尺寸的误差量两个基本概念,对负数公差进行了解释;由此将公差的值域从正数扩展为任意数,也将误差补偿量及补偿范围纳入公差控制的范畴并使其实现了数字化描述,符合新一代GPS公差体系的要求. 对负数公差进行解释后,装配尺寸链中的公差与误差补偿量可实现同步计算,便于计算机辅助公差设计,也使概率法计算含补偿件的装配尺寸链的公差更加准确.      

考虑装配约束条件有效性的统计公差最优解

基于负平方形式的加工成本-公差函数和田口质量损失函数,用方和根法建立装配精度约束条件,分别对两种公差优化数学模型采用拉格朗日方法进行求解:第一种模型仅以制造成本最小为目标;第二种模型以制造与质量损失的总成本最小为目标.分析了装配精度约束条件在以上两种公差优化模型求解过程中的作用:第一种模型的目标函数随着公差的增大而减小,因此装配精度必定为有效约束条件;第二种模型的目标函数未必随着公差的增大而减小,因此装配精度约束不一定是有效约束条件.推导了第二种模型在装配精度约束条件有效和无效两种情况下公差的解析最优解,并用实例验证了所提出方法的有效性.     

南宋后期部授书院山长制度考略

为解决工业结构中大型法兰对接装配存在的低精度、低效率等问题,提出一种基于姿态矢量及LD-PSD在线反馈的对装方法.首先,以关节臂测量机获取标定块测量点的实际坐标值,与理论坐标值对比形成拟合误差矩阵,以该矩阵2范数最小为优化目标,利用奇异值分解法（SVD）建立全局坐标系与测量坐标系映射关系,并获取全局坐标系下待装配件若干点空间坐标,结合最小二乘法及随机霍夫变换（RHT）建立待装配体当前位姿数学模型.设计六自由度位姿调整装置,以静法兰为目标位姿,依据关键姿态矢量信息解算动法兰位姿调整参量,实现位姿预调整. LD-PSD在线反馈系统检测并反馈装配质量评价指标,规划微转动及微平动路径,对静法兰位姿多次纠偏以满足对接装配精度.试验结果表明：装配过程高效,装配精度高,能够实现法兰连接结构的精确对装.设计的LD-PSD在线反馈系统可实现位姿的调整、检测、反馈再调整的闭环装配操作.     

基于全局优装法的共轴光学系统装调研究

以共轴光学系统中圆柱形零件圆环形装配平面为研究对象,研究了装调中多零件对接时基准轴的角偏误差传递与补偿原理.首先分析了共轴光学系统的实际装调方法和典型定中心基准轴传递路径.然后基于误差测量和最小二乘法,确定拟合圆环形装配平面方程.运用几何变换理论得到精确描述单个零件底面和顶面的角偏误差的变换矩阵,以及两零件装配时结合面上两坐标系间的变换矩阵,建立了多零件装配时始末法线角偏误差与相对装入角度的显式函数关系.针对不同类型的定中心基准轴传递路径,采用不同的遗传算法方案实现了对始末法线角的优化,提出了求解相对装入角度允许误差的方法.最后提出了一种基于全局优装法的共轴光学系统装调方法,并以某共轴光学系统为例,验证了本文方法的可行性与实用性.     

液力变矩器内孔装配尺寸误差分析与测量研究

以液力变矩器装配尺寸为研究对象,分析液力变矩器内部轴向零部件间产生的装配累积误差,建立装配尺寸链并计算,设计了一种施加压力减小装配累积误差同时进行激光测距的测量装置。这种测量方法提高了液力变矩器装配尺寸的测量精度,从而提高了液力变矩器与发动机的配合精度。     

主轴系统动态误差和热漂移误差的测试分析

主轴的动态误差和热漂移误差直接影响机床的定位精度和工件表面加工质量。运用API主轴动态误差及热变形分析仪和API主轴误差分析软件对加工中心的主轴进行动态误差和热漂移测试。通过测量系统采集到的机床主轴系统的温度变化及分布数据及主轴系统的热变形数据,可以了解及掌握机床在运转过程中主轴系统的实际工况,如热平衡时间、主轴系统不同时刻在各方向的变形量等信息,对以后主轴系统的优化设计和动态补偿提供了基础数据支撑。     

面向精密装配的零件形状误差评价参数确定方法

针对传统的以最小包容原则为基础的形状误差评价方法不足以定量描述形状误差分布和装配精度关系的现状,提出了面向装配精度的零件表面形状误差评价参数的确定方法.首先通过分析实际加工表面的检测参数确定非高斯模拟的输入参数,以非高斯平面模拟方法生成切削加工表面,以小波滤波获得表面形状误差,建立并提取能够表征表面形状误差分布的表征参数;将滤波后的表面通过接触点搜索的方法来模拟装配,计算装配后的第二个零件的空间方位变化的分布参数;通过相关分析确定零件形状误差表征参数和装配后零件空间方位分布参数的关系,确定形状误差评价参数,实现表面几何分布表征参数与装配精度关系的定量描述,为优化装配工艺从而提高装配精度提供科学依据.      

热膨胀法测量陶瓷烧成温度模拟实验研究

热膨胀法古陶瓷测温中升温速率、烧结程度、判断曲线的选择、分析方法等因素会影响测温精度。为提高测温精度,通过不同升温速率对各种具有已知烧成温度模拟样品的测温实验,建立了一套热膨胀法古陶瓷测温的参考程序。此外,根据测量值与实际烧成温度之间的定量关系,利用线性拟合的方法推算出了用于减小测温误差的校正公式。实验结果显示:校正公式在指定的温度范围内可大幅提高测温精度。     

基于遗传算法的三维空间柱面拟合

从二维平面曲线的定义出发,进而扩展至三维空间柱面的定义.提出采用遗传算法拟合得出空间柱面的参数,将空间柱面唯一确定.以空间圆柱面为例,说明采用遗传算法进行空间柱面拟合的原理以及方法.以空间曲面的表达参数作为需辨识的参数值,并且对相关的参数值加以约束,基于最小二乘原理建立优化目标函数,采用遗传算法进行进化寻优.实例研究表明本文方法的有效性与拟合精度优势.     

利用蜂群算法优化的区域高程拟合精度分析

针对最小二乘支持向量机拟合法的拟合参数难以选取的问题,提出将人工蜂群算法引入最小二乘支持向量机建立高精度区域拟合模型的方法。人工蜂群算法可对最小二乘支持向量机中的参数进行全局性追踪搜索,模仿蜜蜂的采蜜过程,将参数的初选值作为蜜源,最小二乘支持向量机预测的平均平方误差作为目标函数,在一定范围内经过迭代更新确定最佳参数,最终建立精度较高的全球定位系统(GPS)高程拟合模型。实验结果表明,相比常规最小二乘支持向量机拟合法,ABC-LSSVM组合方法构建的拟合模型精度提高了28%,在此同时,该组合方法比BP神经网络拟合法的收敛效果更高、稳定性更佳,证明了ABC-LSSVM组合方法在GPS高程拟合模型构建中的有效可行性,为GPS高程拟合模型的建立提供一定的参考价值。