基于DP-SDT偏差綜合理論的三維公差分析方法.pdf

1、公差分析是產(chǎn)品設計過程中一種重要的質量仿真方法，可以利用公差、幾何模型等信息來預測分析產(chǎn)品裝配質量。公差分析可以在設計階段提前發(fā)現(xiàn)潛在的質量問題，針對性的改進公差等工藝設計，從而減少后期工程更改，縮短設計周期，實現(xiàn)產(chǎn)品質量和成本的平衡。由于公差分析技術的復雜性，當前公差方法大多針對特定的公差類型和質量要求，同時也不足以模擬各種復雜的裝配過程信息，限制了公差分析方法在工程實際中的應用。針對這些問題，本文以三維公差分析為研究對象，分別針對產(chǎn)

2、品裝配過程和運行過程展開了偏差綜合理論、公差建模和分析、質量要求建模和分析、計算機輔助公差分析（Computer-Aided Tolerancing，CAT）系統(tǒng)設計與開發(fā)等方面的研究，具體研究內容如下：
　　提出了一種新的DP-SDT（Deviation Propagation and Small Displacement Torsor）偏差綜合理論。該理論采用小位移旋量（Small Displacement Torsor，SD

3、T）模型對產(chǎn)品中的各種模型偏差進行建模，通過對多工序裝配過程偏差傳播與累積（Deviation Propagation，DP）方式和特點的分析，提出了 DP-SDT偏差綜合理論的設計方案。該理論包括對關鍵特征和關鍵零件的定義、對偏差和多種裝配過程信息的建模，提出了基于獨立偏差和關聯(lián)偏差分類的DP-SDT偏差綜合算法，設計了自定義坐標系的建立方法、幾何結構信息和偏差在各個坐標系之間的轉換方法。DP-SDT偏差綜合理論實現(xiàn)了通過各種來源偏差

4、、幾何結構信息、裝配過程信息求解裝配體上任意特征的偏差。同時，相對當前的偏差綜合理論，該理論集成了裝配序列、定位方式、配合方式、工裝夾具等多種裝配過程信息，實現(xiàn)了對裝配過程更為細致的描述和模擬，提高了分析結果可信度。
　　提出了一種新的基于DP-SDT理論的裝配過程公差分析方法。該方法以DP-SDT偏差綜合理論為核心，通過對所有類型的三維尺寸形位公差按 DP-SDT理論中的作用方式進行分類，分別建立了特征公差偏差、定位偏差、特征形

5、貌偏差這3種公差數(shù)學模型和偏差求解算法；建立了尺寸、形位要求等5種基于質量點偏差的裝配質量要求模型；建立了合格率、公差貢獻率等5個角度來預測和評估裝配質量的方法。DP-SDT裝配過程公差分析方法實現(xiàn)了通過所有類型的三維尺寸形位公差、零件幾何結構信息、多種裝配過程信息來多方面綜合預測和評估產(chǎn)品裝配質量。本文以燃氣輪機定子鐵芯沖片疊裝過程的公差優(yōu)化為例說明了 DP-SDT裝配過程公差分析方法在工程實際中的應用。
　　針對產(chǎn)品運行過程的

6、質量仿真，提出了一種新的基于 DP-SDT理論的零件運動軌跡偏差分析方法。該方法利用 DP-SDT裝配過程公差分析方法，分析了產(chǎn)品目標零件的運動軌跡在運動行程、受力方向、振動強度這3種產(chǎn)品運行狀態(tài)信息和公差設計、幾何結構設計、裝配過程設計等產(chǎn)品設計信息綜合作用下的運行質量偏差。通過對運動行程等影響因素作用方式的分析，該方法建立了以“多個運動節(jié)點的運動組件位置方向變換”和運動行程偏差求解算法實現(xiàn)對運動行程的集成、以定位偏差求解過程中“定位

7、系數(shù)的搜索求解算法”實現(xiàn)對受力方向和振動強度的集成，并從軌跡空行程等4個角度來預測和評價產(chǎn)品運動軌跡的質量。DP-SDT運動軌跡偏差分析方法拓展了公差分析應用領域，使得公差分析方法能夠在一定程度上模擬預測產(chǎn)品運行質量偏差，從而更全面的優(yōu)化公差設計方案。本文以火車輪車床刀架公差優(yōu)化為例說明了DP-SDT運動軌跡偏差分析方法在工程實際中的應用。
　　依據(jù)上述兩種公差分析方法，分別設計開發(fā)CAT原型系統(tǒng)。該CAT原型系統(tǒng)實現(xiàn)了和CAD系