【摘要】：在機械系統(tǒng)中,機構(gòu)運動副是連接兩構(gòu)件并保持二者有一定相對運動的中間環(huán)節(jié)。為了保證兩構(gòu)件有相對運動,運動副元件間一般需采用動配合,這就需要存在一定的運動副間隙。保持運動副存在適量間隙是確保機構(gòu)運轉(zhuǎn)靈活的基礎(chǔ),但運動副間隙的不確定性卻已成為嚴重影響機構(gòu)動態(tài)性能以及可靠性的重要因素。含運動副間隙機構(gòu)系統(tǒng)的研究已經(jīng)引起越來越多的關(guān)注,雖然其研究已涉及到機構(gòu)的運動學(xué)、動力學(xué)各個方面,但現(xiàn)有研究文獻顯示,對含運動副間隙隨機性的機構(gòu)運動可靠性分析與綜合體系尚未完善,需對其相關(guān)理論和方法進行深入研究。為此,本文通過考慮尺寸公差和運動副間隙的不確定性,來研究機構(gòu)運動可靠性分析與綜合理論和方法,主要工作體現(xiàn)在以下幾方面:(1)為了驗證運動副間隙對機構(gòu)運動可靠性的影響,以曲柄連桿機構(gòu)為例,綜合考慮機構(gòu)的尺寸公差和運動副間隙不確定性以及機構(gòu)自身誤差,構(gòu)建誤差概率模型。采用概率法對含運動副間隙不確定性的機構(gòu)運動精度分析的難點是運動副間隙變量的概率建模以及如何處理運動副間隙變量間的統(tǒng)計相關(guān)性問題。針對此難點,采用混合降維法(Hybrid Dimension Reduction Method,HDRM)對含運動副間隙不確定性的機構(gòu)瞬時可靠性進行分析,用一次二階矩法(First Order Second Moment,FOSM)對考慮隨機誤差(包括尺寸公差、運動副間隙)的曲柄搖桿機構(gòu)運動可靠性分析。(2)機構(gòu)時變可靠度能夠提供運動區(qū)間上的全部可靠性信息,便于實現(xiàn)風(fēng)險管理和概率壽命預(yù)測。本文提出了一個有效的對函數(shù)生成機構(gòu)的時變可靠性分析方法—包絡(luò)函數(shù)法。文中用混合降維法近似隨機變量的運動輸出和用包絡(luò)函數(shù)法估算失效概率對時間的依賴性。實例分析表明:所提出的包絡(luò)函數(shù)法是有效的。(3)在對機構(gòu)可靠性分析的基礎(chǔ)上,進一步探討含運動副間隙不確定性的機構(gòu)可靠性概率綜合,以機構(gòu)運動失效概率最小為目標函數(shù),并將機構(gòu)運動失效概率作為約束條件進行概率綜合。實例分析表明:所提出的機構(gòu)概率綜合方法能夠有效降低機構(gòu)運動失效概率,提高機構(gòu)運動的運行安全性。(4)可靠性設(shè)計優(yōu)化和穩(wěn)健設(shè)計是最典型的兩種不確定性設(shè)計方法�？煽啃栽O(shè)計優(yōu)化和穩(wěn)健性設(shè)計是從不同的角度來提高產(chǎn)品質(zhì)量,在實際工程中,產(chǎn)品需要同時滿足可靠性和穩(wěn)健性的設(shè)計要求。因此,有必要在設(shè)計階段將二者結(jié)合起來以期全面提高產(chǎn)品的設(shè)計質(zhì)量和水平。本文提出可靠性穩(wěn)健設(shè)計方法,并進行實例分析,驗證可靠性穩(wěn)健設(shè)計的優(yōu)越性。并在此基礎(chǔ)上提出基于成本-質(zhì)量模型的可靠性穩(wěn)健綜合模型,獲取以工程實用的全壽命周期成本最小,滿足可靠性和穩(wěn)健性要求的最優(yōu)解,為機構(gòu)設(shè)計質(zhì)量的全面提高奠定基礎(chǔ)。
[Abstract]:In the mechanical system, the mechanism motion pair is the middle link that connects the two components and keeps the two parts moving relative to each other. In order to ensure the relative motion of the two components, dynamic coordination is generally needed between the two components, which requires the existence of a certain clearance of the moving pairs. Maintaining proper clearance of motion pairs is the basis for ensuring flexible operation of the mechanism, but the uncertainty of the clearance of motion pairs has become an important factor seriously affecting the dynamic performance and reliability of the mechanism. More and more attention has been paid to the research of mechanism system with kinematic pair clearance. Although the research has involved all aspects of kinematics and dynamics of the mechanism, the existing research literature shows that, The reliability analysis and synthesis system of mechanism with random clearance between motion pairs is not perfect, so the relevant theories and methods need to be studied deeply. In this paper, the kinematic reliability analysis and synthesis theory and method of mechanism are studied by considering the uncertainty of dimension tolerance and clearance of motion pair. The main work is as follows: (1) in order to verify the effect of the clearance of motion pairs on the kinematic reliability of the mechanism, taking the crank-connecting rod mechanism as an example, the dimensional tolerance of the mechanism, the uncertainty of the clearance of the kinematic pair and the error of the mechanism itself are considered comprehensively. The error probability model is constructed. The difficulty of using probability method to analyze the kinematic accuracy of the mechanism with uncertainty of the clearance of the kinematic pair is the probability modeling of the variable of the clearance of the kinematic pair and how to deal with the statistical correlation among the variables of the gap of the moving pair. In order to solve this difficulty, the mixed dimension reduction method (Hybrid Dimension Reduction Method,HDRM) is used to analyze the instantaneous reliability of the mechanism with the uncertainty of the clearance of the kinematic pair. The first order second moment method (First Order Second Moment,FOSM) is used to consider the random errors (including dimensional tolerances). (2) the time-varying reliability of the mechanism can provide all the reliability information in the movement interval, which is convenient for risk management and probability life prediction. In this paper, an effective time-varying reliability analysis method for function generating mechanisms-enveloping function method is proposed. In this paper, the mixed dimension reduction method is used to approximate the motion output of random variables and the envelope function method is used to estimate the time dependence of failure probability. The example analysis shows that the proposed envelope function method is effective. (3) on the basis of the reliability analysis of the mechanism, the probability synthesis of the reliability of the mechanism with the uncertainty of the clearance of the moving pair is further discussed. Taking the minimum probability of kinematic failure of mechanism as the objective function, the probability of kinematic failure of mechanism is considered as the constraint condition for probabilistic synthesis. An example analysis shows that the proposed probabilistic synthesis method can effectively reduce the probability of motion failure of the mechanism. (4) Reliability design optimization and robust design are two typical uncertain design methods. Reliability design optimization and robustness design are to improve product quality from different angles. In practical engineering, the product needs to meet the design requirements of reliability and robustness at the same time. Therefore, it is necessary to combine the two in the design phase in order to improve the quality and level of product design in an all-round way. In this paper, a reliability robust design method is proposed, and an example is given to verify the superiority of reliability robust design. On this basis, the reliability robust synthesis model based on the cost-quality model is proposed, and the optimal solution is obtained, which is based on the engineering practical life cycle cost and meets the requirements of reliability and robustness. It lays a foundation for improving the quality of mechanism design in an all-round way.
【學(xué)位授予單位】：西華大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TH112

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本文編號：2450709