基于DP-SDT偏差綜合理論的三維公差分析方法.pdf

1、公差分析是產(chǎn)品設(shè)計(jì)過(guò)程中一種重要的質(zhì)量仿真方法，可以利用公差、幾何模型等信息來(lái)預(yù)測(cè)分析產(chǎn)品裝配質(zhì)量。公差分析可以在設(shè)計(jì)階段提前發(fā)現(xiàn)潛在的質(zhì)量問(wèn)題，針對(duì)性的改進(jìn)公差等工藝設(shè)計(jì)，從而減少后期工程更改，縮短設(shè)計(jì)周期，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品質(zhì)量和成本的平衡。由于公差分析技術(shù)的復(fù)雜性，當(dāng)前公差方法大多針對(duì)特定的公差類型和質(zhì)量要求，同時(shí)也不足以模擬各種復(fù)雜的裝配過(guò)程信息，限制了公差分析方法在工程實(shí)際中的應(yīng)用。針對(duì)這些問(wèn)題，本文以三維公差分析為研究對(duì)象，分別針對(duì)產(chǎn)

2、品裝配過(guò)程和運(yùn)行過(guò)程展開(kāi)了偏差綜合理論、公差建模和分析、質(zhì)量要求建模和分析、計(jì)算機(jī)輔助公差分析（Computer-Aided Tolerancing，CAT）系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)等方面的研究，具體研究?jī)?nèi)容如下：
　　提出了一種新的DP-SDT（Deviation Propagation and Small Displacement Torsor）偏差綜合理論。該理論采用小位移旋量（Small Displacement Torsor，SD

3、T）模型對(duì)產(chǎn)品中的各種模型偏差進(jìn)行建模，通過(guò)對(duì)多工序裝配過(guò)程偏差傳播與累積（Deviation Propagation，DP）方式和特點(diǎn)的分析，提出了 DP-SDT偏差綜合理論的設(shè)計(jì)方案。該理論包括對(duì)關(guān)鍵特征和關(guān)鍵零件的定義、對(duì)偏差和多種裝配過(guò)程信息的建模，提出了基于獨(dú)立偏差和關(guān)聯(lián)偏差分類的DP-SDT偏差綜合算法，設(shè)計(jì)了自定義坐標(biāo)系的建立方法、幾何結(jié)構(gòu)信息和偏差在各個(gè)坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換方法。DP-SDT偏差綜合理論實(shí)現(xiàn)了通過(guò)各種來(lái)源偏差

4、、幾何結(jié)構(gòu)信息、裝配過(guò)程信息求解裝配體上任意特征的偏差。同時(shí)，相對(duì)當(dāng)前的偏差綜合理論，該理論集成了裝配序列、定位方式、配合方式、工裝夾具等多種裝配過(guò)程信息，實(shí)現(xiàn)了對(duì)裝配過(guò)程更為細(xì)致的描述和模擬，提高了分析結(jié)果可信度。
　　提出了一種新的基于DP-SDT理論的裝配過(guò)程公差分析方法。該方法以DP-SDT偏差綜合理論為核心，通過(guò)對(duì)所有類型的三維尺寸形位公差按 DP-SDT理論中的作用方式進(jìn)行分類，分別建立了特征公差偏差、定位偏差、特征形

5、貌偏差這3種公差數(shù)學(xué)模型和偏差求解算法；建立了尺寸、形位要求等5種基于質(zhì)量點(diǎn)偏差的裝配質(zhì)量要求模型；建立了合格率、公差貢獻(xiàn)率等5個(gè)角度來(lái)預(yù)測(cè)和評(píng)估裝配質(zhì)量的方法。DP-SDT裝配過(guò)程公差分析方法實(shí)現(xiàn)了通過(guò)所有類型的三維尺寸形位公差、零件幾何結(jié)構(gòu)信息、多種裝配過(guò)程信息來(lái)多方面綜合預(yù)測(cè)和評(píng)估產(chǎn)品裝配質(zhì)量。本文以燃?xì)廨啓C(jī)定子鐵芯沖片疊裝過(guò)程的公差優(yōu)化為例說(shuō)明了 DP-SDT裝配過(guò)程公差分析方法在工程實(shí)際中的應(yīng)用。
　　針對(duì)產(chǎn)品運(yùn)行過(guò)程的

6、質(zhì)量仿真，提出了一種新的基于 DP-SDT理論的零件運(yùn)動(dòng)軌跡偏差分析方法。該方法利用 DP-SDT裝配過(guò)程公差分析方法，分析了產(chǎn)品目標(biāo)零件的運(yùn)動(dòng)軌跡在運(yùn)動(dòng)行程、受力方向、振動(dòng)強(qiáng)度這3種產(chǎn)品運(yùn)行狀態(tài)信息和公差設(shè)計(jì)、幾何結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、裝配過(guò)程設(shè)計(jì)等產(chǎn)品設(shè)計(jì)信息綜合作用下的運(yùn)行質(zhì)量偏差。通過(guò)對(duì)運(yùn)動(dòng)行程等影響因素作用方式的分析，該方法建立了以“多個(gè)運(yùn)動(dòng)節(jié)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)組件位置方向變換”和運(yùn)動(dòng)行程偏差求解算法實(shí)現(xiàn)對(duì)運(yùn)動(dòng)行程的集成、以定位偏差求解過(guò)程中“定位

7、系數(shù)的搜索求解算法”實(shí)現(xiàn)對(duì)受力方向和振動(dòng)強(qiáng)度的集成，并從軌跡空行程等4個(gè)角度來(lái)預(yù)測(cè)和評(píng)價(jià)產(chǎn)品運(yùn)動(dòng)軌跡的質(zhì)量。DP-SDT運(yùn)動(dòng)軌跡偏差分析方法拓展了公差分析應(yīng)用領(lǐng)域，使得公差分析方法能夠在一定程度上模擬預(yù)測(cè)產(chǎn)品運(yùn)行質(zhì)量偏差，從而更全面的優(yōu)化公差設(shè)計(jì)方案。本文以火車輪車床刀架公差優(yōu)化為例說(shuō)明了DP-SDT運(yùn)動(dòng)軌跡偏差分析方法在工程實(shí)際中的應(yīng)用。
　　依據(jù)上述兩種公差分析方法，分別設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)CAT原型系統(tǒng)。該CAT原型系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了和CAD系