基于模糊数学的机械零件表面结构几何特征研究

论文摘要

机械零件的表面结构与其使用性能密切相关,是评定机械零件加工表面质量的重要指标,尤其随着现代机械制造技术向精密化和微型化方向的发展,对表面结构几何特征的识别以及评定的研究越来越为工程技术界所重视,并成为当今前沿的研究课题。世界各国为了使其机械产品的质量处于领先水平,对表而结构的几何特征都在进行着更广泛深入的研究。机械零件的加工表面是由一系列不同间距和高度的峰和谷组成的不规则几何形状叠加在一起的复杂表而结构,其几何特征由表面粗糙度和表面波纹度共同构成。山于两者均存在于同一形体上,其表面功能各不相同,两者所形成的工艺因素也各不相同,为了研究和分析表面的加工工艺以及控制和提高产品质量,必须分别测量和评定表面粗糙度和表而波纹度。然而表而粗糙度与表面波纹度二者具有交融成分,几何参数分界线之间存在模糊性；表而结构几何特征各评定参数在描述表面结构几何形状特性时所提供的信息以及各参数之间的相关程度都具有模糊性；单参数在表征表面不同性能方而有其独特的优点,三维表面结构信息更能反映加工表面的实际特征,即单参数与三维综合参数二者在表征加工表面的性能时都是不可缺少的,而它们之间的关系也是具有模糊性的。目前,如何将存在于同-表面的表面粗糙度与表面波纹度的融合成分截然分离以分别对其进行评定；在众多参数中如何选用评定参数能够最准确、最完美地表征实际轮廓表面的几何特征（包括高度、间距及形状）；三维综合参数中包含了哪些单参数的信息,如何从综合参数中获得单参数信息,或者已知单参数的信息,如何获取三维综合参数信息,以实现三维综合参数信息和单参数信息的相互转换等,对于这些具有模糊性的问题只有定性分析而无定量分析。若对这些模糊性问题进行定量分析,用传统的数理统计的数学方法已经远不能满足要求。针对于此,本论文提出了一种全新的研究表面结构几何特征的方法——以模糊数学理论为基础分析研究表面结构几何特征。主要研究内容有：1.采用模糊数学理论直接从实际表面定量分离表面粗糙度和表面波纹度,测得符合评定质量的实际的参数值；并对表面粗糙度与表面波纹度的相关程度做定量分析。2.以模糊数学理论为基础,分别对表面结构几何特征的幅度参数、间距参数及形状参数等评定参数进行模糊综合评定；定量分析各评定参数在表征表面结构的表面特征和使用性能时所提供的有用信息以及参数之间的相关程度,明确各评定参数之间的相关性和使用特性3.提出一种全新的加权法——模糊聚类分析加权法,对所测得的粗糙度参数值进行加权,所加权重经过模糊综合评判后成功地实现了三维综合参数信息和单参数信息的相互转换。对已建立的模糊综合评判和模糊聚类分析模式采用C#.NET语言成功地编制了软件程序。经实验证明取得了满意的结果。4.采用光纤式光散射法测量表面粗糙度,提出了一种准直型光纤传感器。该测量系统几乎可以不受测头到被测表而距离变化和环境光线的影响,特别是基本消除了光源光强波动对输出结果的影响。实验表明,取得的结果也完全符合P.Beckmann等专家的光散射理论。本文采用模糊数学理论,直接从实际表面对表面结构几何特征融合成分进行定量分离,对评定参数的单参数相关程度以及单参数与三维综合参数相关性等方面进行定量分析,完全打破了传统方法,解决了传统的数理统计学所不能解决的模糊性问题。这种分析问题的方法不仅适用于计量领域,对其它科学领域均具有普遍意义,所建立的数学模型和所编制的软件程序具有广泛的实用价值。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 研究目的和意义
• 1.2.1 研究目的
• 1.2.2 亟待解决的问题
• 1.2.3 本课题的科学意义和应用前景
• 1.3 国内外研究现状
• 1.3.1 表面粗糙度的研究
• 1.3.2 表面波纹度的研究
• 1.3.3 表面粗糙度和表面波纹度分离的研究
• 1.3.4 表面结构几何特征评定参数的相关性研究
• 1.3.5 表面结构几何特征研究综述
• 1.4 主要研究内容
• 1.5 小结
• 第2章 表面结构几何特征的隶属函数
• 2.1 引言
• 2.2 表面结构几何特征的相关性
• 2.2.1 表面粗糙度
• 2.2.2 表面波纹度
• 2.2.3 表面粗糙度与波纹度的相关性
• 2.3 表面结构几何特征的分离提取
• 2.4 基于隶属函数的表面结构几何特征
• 2.4.1 模糊数学中隶属函数的构造策略
• 2.4.2 表面粗糙度和波纹度相关性的隶属函数
• 2.4.3 不同材料表面的粗糙度、波纹度的隶属函数
• 2.4.4 不同加工工艺表面的粗糙度、波纹度的隶属函数
• 2.4.5 表面粗糙度与表面波纹度的相关程度的定量分析
• 2.5 小结
• 第3章 表面结构几何特征评定参数的相关性
• 3.1 引言
• 3.2 表面结构几何特征评定参数
• 3.2.1 表面结构几何特征的表征
• 3.2.2 表面粗糙度评定参数的相关性及其选择
• 3.2.3 表面波纹度评定参数的相关性及其选择
• 3.3 基于模糊数学的表面结构几何特征评定参数相关性
• 3.3.1 模糊综合评判的意义
• 3.3.2 表面结构几何特征评定参数相关性的模糊数学模式
• 3.3.3 表面粗糙度几何特征评定参数的相关程度的定量分析
• 3.3.4 表面波纹度几何特征评定参数的相关程度的定量分析
• 3.4 小结
• 第4章 表面粗糙度三维综合参数的特性分析
• 4.1 引言
• 4.2 光纤式光散射法测量零件表面粗糙度
• 4.2.1 表面结构三维几何特征的测量方法
• 4.2.2 面积法测量表面粗糙度
• 4.2.3 光散射理论
• 4.2.4 光纤在表面粗糙度测量中的应用
• 4.2.5 光纤式光散射法测量表面粗糙度
• 4.3 表面粗糙度三维综合参数的模糊综合评判
• 4.3.1 模糊综合评判的数学模式
• 4.3.2 模糊综合评判与表面粗糙度的相关性分析
• 4.4 表面粗糙度三维评定参数
• 4.4.1 表面粗糙度评定参数
• 4.4.2 表面粗糙度主要特征参数的相关性分析
• 4.4.3 表面粗糙度单参数和综合参数的相关性分析
• 4.5 光纤式散射法测量表面粗糙度的模糊综合评判
• 4.5.1 光纤式散射法测量表面粗糙度的模糊分析
• 4.5.2 光纤式散射法测量的实验采样
• 4.5.3 光纤式光散射法测量表面粗糙度的模糊综合评判
• 4.5.4 结果分析
• 4.6 小结
• 第5章 表面结构几何特征的试验研究
• 5.1 表面结构几何特征的隶属函数实验研究
• 5.1.1 表面结构几何特征相关性的隶属函数
• 5.1.2 不同材料表而几何特征的隶属函数
• 5.1.3 不同加工工艺表面几何特征的隶属函数
• 5.1.4 结论
• 5.2 表面结构几何特征评定参数的相关性实验研究
• 5.2.1 表面粗糙度几何特征评定参数的相关程度的定量分析
• 5.2.2 表面波纹度几何特征评定参数的相关程度的定量分析
• 5.2.3 结论
• 5.3 表面粗糙度三维综合参数的特性分析实验研究
• 5.3.1 光纤式光散射法测量实验装置
• 5.3.2 光纤式散射法测量表面粗糙度三维综合参数
• 5.3.3 结论
• 第6章 总结与展望
• 6.1 论文工作主要结论
• 6.2 研究工作主要创新点
• 6.3 进一步工作展望
• 参考文献
• 第一章 绪论
• 第二章 表面结构几何特征的隶属函数
• 第三章 表面结构几何特征评定参数的相关性
• 第四章 表面粗糙度三维综合参数的特性分析
• 第五章 表面粗糙度三维综合参数的特性分析
• 附录
• 致谢
• 攻读学位期间发表的学术论文目录及科研成果