平面连杆机构运动精度可靠性优化设计及评价.doc

平面连杆机构运动精度可靠性优化设计及评价随着机械朝着高精度和高可靠性方向发展,机构运动精度可靠性作为机械可靠性的重要分支,受到人们的广泛关注并日益突出。但真实机构系统的内外部总是存在不确定性,例如杆长公差和配合间隙等导致机构运动输出精度降低和失效等特征。因此,本文旨在设计阶段考虑上述影响因素所带来的真实机构输出的不确定性,选择平面轨迹四杆机构、曲柄滑块机构和平面五杆二自由度变胞机构为代表的经典机构进行了运动精度可靠性优化设计、分析与评价。主要研究内容如下:(1)针对考虑构件杆长公差和转动副间隙的平面轨迹机构,提出一种多尺寸概率综合法,构建了机构运动误差概率分析模型,以轨迹点运动精度最大失效概率最小化为目标,将可靠性和运动无缺陷作为性能概率约束,建立了机构运动精度可靠性概率优化设计模型,并验证了模型的有效性。优化出了最优杆长及允差等设计参数。研究了不同铰点配合间隙对机构运动精度可靠度的影响程度。(2)针对曲柄滑块机构,增加考虑移动副间隙,提出了一种含混合间隙及多尺寸公差的误差分析法。针对十二种配合方案进行了全局优化设计。全面观测了滑块往、返一周的实际运动轨迹和运动误差分布状况。针对滑块往区间,定量分析了杆长尺寸公差条件下,混合间隙对机构运动精度可靠度的影响程度。(3)针对平面五杆二自由度变胞机构,将杆长尺寸公差和间隙等作为误差源,建立了机构高精度高可靠性的多目标优化设计模型。定量分析了机构不同构态区间各轨迹点处的运动误差值和失效概率等分布特征。获得了构态变换产生的累积误差。(4)针对所研究的平面连杆机构,基于成本-公差函数,预估了不同方案的机构制造成本,兼顾运动精度可靠度,进行方案综合评价。根据设计目标要求不同,合理的选出最优设计方案,为实际工程设计提供了一套可量化的评价体系。