动力伺服刀架转位系统可靠性灵敏度分析与稳健优化设计

论文摘要

动力伺服刀架是数控刀架中比较先进的一种,动力伺服刀架的性能将直接影响整台数控机床的性能。动力伺服刀架转位系统是动力伺服刀架工作的核心系统,因此,研究动力伺服刀架转位系统的可靠性对动力伺服刀架的研究有重要意义。本文对动力伺服刀架转位系统转位角度可靠性进行了研究。计算了转位角度可靠度,进行了基于可靠度的灵敏度分析。在可靠度的基础上,进行了可靠性优化设计；在灵敏度的基础上,做了可靠性稳健设计。具体内容如下：首先,将Pro/E3.0三维建模软件和ADAMS动力学仿真软件相结合,进行齿轮啮合的精确运动仿真,通过Pro/E3.0二次开发,实现基于标准渐开线方程和过度曲线方程的齿轮精确参数化建模,基于多体动力学的接触碰撞算法,利用ADAMS软件实现了齿轮啮合的运动学精确仿真。其次,考虑齿轮装配时由于装配误差引起的中心距偏差对转位角度的影响。以各齿轮中心坐标为设计参数,通过iSIGHT进行过程集成,进行仿真模拟并计算出参数随机变化情况下的转位角度。然后用神经网络技术对得出的数据进行拟合,拟合出转位角度的显式方程。再次,运用一次二阶矩法、四阶矩法和Monte Carlo法计算动力伺服刀架转位系统转位角度的可靠度,分析了各设计参数对可靠度产生的影响。基于可靠性优化理论,以转位角度实际值与理论值偏差最小为目标函数,对动力伺服刀架转位系统进行了可靠性优化设计。基于灵敏度和稳健设计的基本理论,以灵敏度最小,即最稳健为目标,对动力伺服刀架转位系统进行了可靠性稳健设计。最后,基于计算结果分析了各设计变量对可靠度的影响,得出了基于可靠度的可靠性优化设计方案和基于灵敏度的可靠性稳健设计方案,对产品设计有一定的指导意义。展望了动力伺服刀架转位系统可靠性研究过程中需要进一步解决的问题。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 工程背景及选题的目的和意义
• 1.2 人工神经网络发展的历史及现状
• 1.3 结构可靠性研究的现状与进展
• 1.4 可靠性优化设计的研究现状
• 1.5 稳健设计发展的现状
• 1.6 本论文的研究内容
• 第2章 可靠性基本理论和神经网络基础
• 2.1 引言
• 2.2 数学基础
• 2.2.1 Kronecker代数理论简介
• 2.2.2 二阶矩与四阶矩技术
• 2.2.3 Edgeworth级数
• 2.3 可靠性分析的基本理论
• 2.3.1 可靠度的基本概念
• 2.3.2 可靠度数值算法概述
• 2.4 可靠性优化设计方法
• 2.4.1 建立可靠性优化设计模型的方法
• 2.4.2 可靠性优化设计模型的求解方法
• 2.5 人工神经网络基础
• 2.5.1 神经网络模型分类
• 2.5.2 人工神经元结构模型
• 2.5.3 BP网络结构
• 2.5.4 BP网络算法及数学推导
• 2.6 本章小结
• 第3章 刀架转位系统运动学分析
• 3.1 引言
• 3.2 双伺服动力刀架转位部分分析
• 3.2.1 刀架转位部分模型
• 3.2.2 转位部分动力学分析
• 3.3 影响转位角度的因素与分析
• 3.3.1 影响因素
• 3.3.2 转位角度分析
• 3.4 编写命令语言
• 3.5 本章小结
• 第4章 转位系统可靠性灵敏度设计
• 4.1 引言
• 4.2 软件过程集成及试验设计
• 4.2.1 过程集成软件介绍
• 4.2.2 确定基本随机参数
• 4.2.3 过程集成
• 4.2.4 自动化求解
• 4.3 基于人工神经网络方法的转位角度方程拟合
• 4.3.1 确定神经网络训练样本
• 4.3.2 建立并检验神经网络
• 4.4 转位系统可靠性灵敏度分析
• 4.4.1 转位系统转位角度可靠性
• 4.4.2 可靠性设计的摄动法
• 4.4.3 可靠性灵敏度的计算方法
• 4.4.4 可靠性灵敏度无量纲化
• 4.4.5 转位角度可靠性灵敏度分析
• 4.5 本章小结
• 第5章 转位系统可靠性优化设计与稳健设计
• 5.1 引言
• 5.2 转位系统可靠性优化设计
• 5.2.1 设计变量
• 5.2.2 目标函数
• 5.2.3 约束条件
• 5.2.4 优化模型
• 5.2.5 优化求解
• 5.3 转位系统可靠性稳健设计
• 5.3.1 稳健设计方法的概念
• 5.3.2 基于灵敏度的附加约束实现策略
• 5.3.3 基于灵敏度的附加目标函数实现策略
• 5.3.4 可靠性稳健设计
• 5.3.5 转位系统转位角度可靠性稳健设计
• 5.4 本章小结
• 第6章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢