机构动作可靠性仿真技术研究

论文摘要

机构动作（运动）可靠性是衡量各种机构质量好坏的重要指标之一。在以往的机械可靠性研究中，比较重视强度和寿命的可靠性问题，而对机构动作可靠性的研究较少。随着机械向高精密化、高自动化方向的发展，人们逐渐认识到以机构动作的准确性为主要指标的可靠性问题日益突出，成为制约机械可靠性提高的主要因素之一。因此，系统地研究机构动作可靠性理论和分析方法，对于全面提高机械产品的质量，具有十分重要的实际意义。 在机构动作可靠性的分析中，以往大多是从建立数学模型的角度进行研究，这种方法对多因素影响下的复杂机构分析、求解非常困难。本文在分析了国内外现有机构动作可靠性理论和研究方法的基础上，综合运用机构运动学、运动误差分析及干涉模型理论，从考虑尺寸误差和运动副间隙误差的角度出发，建立了机构动作可靠性的数学模型，并给出了机构动作可靠性的计算公式。 综合分析了ADAMS、CAD软件和VC++之间的协作技术，提出了一种机构动作可靠性仿真方法，即以ADAMS／View作为研究平台，建立机构参数化模型，在循环仿真过程中完成每一次模型的实现，保存仿真结果，再应用自编程序对仿真结果进行统计、计算得出机构动作可靠度。 根据所提出的仿真方法，建立了机构动作可靠性仿真系统（MARSS）。其中，前处理模块主要完成机构模型的参数化建模，施加约束、力和运动，建立测量对象等功能；动作可靠性仿真模块自动完成对参数化模型的实现、执行运动学／动力学仿真以及保存仿真分析结果的循环操作；后处理模块完成对仿真结果的统计，最终计算出机构动作可靠度。MARSS采用菜单、对话框以及快捷键的方式设计，用户使用方便，适用于不同机构的动作可靠性分析与计算，通用性较好。 综合考虑尺寸制造误差和运动副间隙误差的影响，建立了曲柄滑块机构的运动可靠性仿真模型。应用蒙特卡洛法和截尾正态分布理论，有效地解决了仿真过程中模型的尺寸误差和运动副误差为随机变量的问题，并应

论文目录

• 独创性声明
• 学位论文版权使用授权书
• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第一章 综述
• 1.1 研究背景、定义及其影响因素
• 1.1.1 研究背景
• 1.1.2 定义
• 1.1.3 影响因素
• 1.2 国内外研究动态
• 1.2.1 机构磨损可靠性
• 1.2.2 应用状态变量法的可靠性仿真
• 1.2.3 机构运动功能可靠性
• 1.2.4 其他相关研究
• 1.3 相关领域的研究现状
• 1.3.1 机械零件可靠性
• 1.3.2 结构可靠性
• 1.3.3 模糊可靠性
• 1.4 研究意义和主要内容
• 第二章 机构动作可靠性理论基础
• 2.1 机构动作可靠性
• 2.1.1 问题的提出
• 2.1.2 机构动作可靠性指标
• 2.2 机构运动函数表达式
• 2.3 机构误差分析
• 2.3.1 机构主动件的广义坐标
• 2.3.2 机构的位置误差
• 2.3.3 机构的位移误差
• 2.3.4 机构的速度误差与加速度误差
• 2.3.5 机构从动件的位置（移）误差、速度误差及加速度误差
• 2.4 机构运动误差分析
• 2.4.1 机构从动件位置误差的一般表达式
• 2.4.2 机构从动件位置误差的较精确表达式
• 2.4.3 机构从动件的速度误差
• 2.4.4 机构从动件的加速度误差
• 2.4.5 机构运动误差的数字特征
• 2.5 利用蒙特卡洛模拟法分析机构的运动误差
• 2.6 机构的运动可靠性分析
• 2.7 截尾分布理论
• 2.7.1 截尾分布理论的简介
• 2.7.2 两端截尾分布模型
• 2.7.3 截尾正态分布
• 2.7.4 截尾点的确定
• 2.8 本章小结
• 第三章 机构动作可靠性仿真技术
• 3.1 软件协作技术
• 3.1.1 CAD软件与 ADAMS协作技术
• 3.1.2 CAD软件二次开发技术
• 3.1.3 技术路线的确定
• 3.2 相关技术要点
• 3.2.1 ADAMS/View命令文件的应用
• 3.2.2 参数化建模与设计
• 3.2.3 基本形体的参数化建模方法
• 3.2.4 循环仿真及保存仿真结果的实现
• 3.2.5 子程序的编写
• 3.2.6 仿真结果文本文件的保存
• 3.3 仿真结果文件的处理
• 3.3.1 仿真结果文件的操作
• 3.3.2 机构动作可靠度的计算
• 3.4 本章小结
• 第四章 机构动作可靠性仿真系统
• 4.1 MARSS总体框架
• 4.2 前处理模块的功能
• 4.2.1 建立适用于动作可靠性分析的仿真模型
• 4.2.2 模型的参数化修改
• 4.2.3 建立测量对象
• 4.3 动作可靠性仿真模块的功能
• 4.3.1 动作可靠性仿真模块的具体内容
• 4.3.2 机构动作可靠性仿真模块的对话框功能
• 4.3.3 机构动作可靠性仿真模块的设计方案
• 4.4 后处理模块的功能
• 4.5 MARSS基本操作
• 4.5.1 进入 MARSS
• 4.5.2 MARSS主界面
• 4.5.3 前处理模块的操作
• 4.5.4 动作可靠性仿真模块的操作
• 4.5.5 后处理模块的操作
• 4.5.6 退出 MARSS
• 4.5.7 通用性说明
• 4.6 本章小结
• 第五章 典型机构运动可靠性分析
• 5.1 理想状态下机构运动分析
• 5.2 考虑尺寸制造误差的运动可靠性分析
• 5.3 考虑运动副间隙误差的计算模型
• 5.3.1 有效长度模型
• 5.3.2 曲柄滑块机构运动副间隙误差的影响
• 5.4 算例
• 5.5 考虑尺寸误差的机构运动可靠性仿真分析
• 5.5.1 建立参数化虚拟样机
• 5.5.2 建立测量对象
• 5.5.3 建立运动可靠性仿真模型
• 5.5.4 应用 MARSS分析曲柄滑块机构的运动可靠性
• 5.5.5 仿真结果分析
• 5.6 考虑运动副间隙的机构运动可靠性仿真分析
• 5.6.1 建立参数化模型
• 5.6.2 施加约束
• 5.6.3 仿真设置
• 5.6.4 仿真结果分析
• 5.7 本章小结
• 第六章 某航炮自动机动作可靠性分析
• 6.1 研究背景及意义
• 6.2 某型航炮的工作原理
• 6.2.1 概述
• 6.2.2 某航炮自动机的基本工作原理
• 6.3 自动机可靠性模型的建立
• 6.3.1 主要考虑的随机因素
• 6.3.2 机心组参数化模型的建立
• 6.3.3 机心组模型的修改设置
• 6.3.4 机心组可靠性模型的建立
• 6.3.5 机心组动作可靠性的研究对象
• 6.3.6 有关计算和设置
• 6.4 应用 MARSS分析自动机动作可靠性模型
• 6.5 自动机动作可靠性的仿真结果
• 6.5.1 仿真结果
• 6.5.2 应用分析
• 6.6 本章小结
• 第七章 结论和展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读博士学位期间发表论文情况
• 作者简介