与概念结构生长同步的三维公差设计研究与开发

论文摘要

当前的公差设计研究大多集中于详细设计阶段，对于设计前期的公差研究较少，也少有涉及三维公差。本文以国家自然科学基金项目“产品概念结构与公差同步综合进化设计理论与应用研究”（项目号：50475129）为依托展开研究。按照自顶向下、分解重构的设计思想，在生长型概念结构设计的基础上，将三维公差设计研究提前到概念设计阶段，开发了与概念结构生长同步的三维公差设计系统，并用实例验证了其正确性和可行性。设计前期的三维公差设计技术可以及时发现设计中的公差问题，减少设计修改并缩短设计周期，从而极大地降低产品成本。论文主要研究内容如下：第一章：在综述国内外计算机辅助公差设计与机械产品概念结构设计的基础上，提出了公差设计及概念结构设计中亟待解决的问题，说明了在设计前期研究三维公差设计问题的必要性，并介绍了本文的主要研究内容和结构安排。第二章：根据产品概念设计与生物生长的相似性，在分解重构理论、功能表面、广义定位原理这些基础理论支持下，将公差设计与概念结构生长型设计相结合，提出了与概念结构生长同步的三维公差设计理论，建立了功能-结构-公差集成模型，给出了与概念结构生长同步的公差设计总体框架。第三章：建立了产品四层三维公差表示模型，进行了产品名义结构的约束分析，并引入了旋量理论，给出了各种公差类型与旋量之间的对应关系。给出了与概念结构生长同步的三维公差单步设计过程，及其全局优化框架。第四章：首次提出了功能定位模式的标准化概念，结合标准化模式给出了公差类型自动生成的规则。完成了三维公差链的自动搜索，采用了运动学模型进行三维公差取值的分配计算。第五章：在现有软件DARFAD基础上，开发了与概念结构生长同步的三维公差设计系统，并以活塞夹具设计过程中定位圆盘和定位销的设计为例，验证了本文理论研究与技术实施的正确性和有效性。结论与展望：对本文的研究内容进行总结，对需要进一步解决的问题和以后应开展的工作进行了探讨和展望。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究的背景和意义
• 1.2 计算机辅助公差设计概述
• 1.2.1 引言
• 1.2.2 计算机辅助公差设计的发展历史
• 1.2.3 计算机辅助公差设计的研究现状
• 1.2.4 计算机辅助公差设计中有待解决的问题
• 1.3 产品概念设计概述
• 1.3.1 概述
• 1.3.2 产品概念设计的研究现状及问题
• 1.4 本论文课题来源及主要研究内容
• 第2章 概念结构生长型设计及其公差设计
• 2.1 概念结构生长型设计概述
• 2.2 概念结构生长型设计的基础理论
• 2.2.1 生长型设计的指导原则
• 2.2.2 生长型设计的定位原理
• 2.2.3 生长型设计的基本单元
• 2.2.4 生长型设计的关键技术
• 2.2.5 生长型设计系统模型及其建立
• 2.3 生长型公差设计理论
• 2.3.1 生长型公差设计的意义
• 2.3.2 生长型公差设计中产品功能、结构及公差的集成
• 2.3.3 与概念结构生长同步的公差设计框架
• 2.4 本章小结
• 第3章 与概念结构生长同步的三维公差设计研究
• 3.1 三维公差的表示模型
• 3.1.1 现有的公差表示模型
• 3.1.2 基于功能表面的层次式三维公差表示模型
• 3.2 三维公差设计中的约束分析
• 3.2.1 约束分析的必要性
• 3.2.2 刚体自由度
• 3.2.3 约束分类与公差类型分类
• 3.3 旋量在三维公差设计中的应用
• 3.3.1 旋量与旋量矩阵
• 3.3.2 旋量与公差类型的对应关系
• 3.4 与概念结构生长同步的三维公差设计过程
• 3.4.1 单步设计过程
• 3.4.2 全局三维公差优化
• 3.4.3 版本管理系统
• 3.5 本章小结
• 第4章 与概念结构生长同步的三维公差设计关键技术
• 4.1 原始需求的分析确定
• 4.1.1 原始精度需求的确定
• 4.1.2 建立产品功能原型
• 4.1.3 原始精度需求的存储
• 4.2 功能定位模式标准化
• 4.3 公差类型的自动生成
• 4.4 公差链的搜索及公差分配
• 4.5 本章小结
• 第5章 原型系统及实例应用
• 5.1 原型系统
• 5.1.1 原型系统结构
• 5.1.2 原型系统的实施
• 5.1.3 原型系统模块简介
• 5.2 实例应用
• 5.3 本章小结
• 结论与展望
• 全文总结
• 展望
• 参考文献
• 致谢
• 学位论文评阅及答辩情况表