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考虑原始误差与磨损的机构运动可靠性分析

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论文说明:图表目录

第1章 绪论

1.1 引言

1.2 可靠性研究的历史与现状

1.3 结构可靠性的发展历史与现状

1.4 机构可靠性研究概况

1.4.1 对于机构运动精度可靠性的研究

1.4.2 对于机构动作可靠性的研究

1.4.3 机构运动可靠性的研究方法

1.5 磨损理论的研究现状

1.5.1 磨损研究的历史

1.5.2 磨损理论研究的现状

1.5.3 已经取得的研究成果

1.6 机构磨损的研究

1.7 本文研究的主要工作

第2章 机构运动误差理论分析与模型建立

2.1 机构误差的概念

2.2 机构误差产生的原因

2.3 机构输出误差的数学模型

2.4 机构原始位置误差

2.4.1 机构位置误差的计算模型

2.4.2 机构位置误差的概率计算式

2.5 几种典型的平面机构的原始位置误差分析

2.5.1 基于转化机构的微小位移法的平面连杆机构误差分析

2.5.2 基于影响系数法的凸轮机构误差分析

2.6 机构误差分析计算模型的应用

2.6.1 用复数矢量法建立位置精度模型

2.6.2 对游梁式抽油机的实例分析

2.7 本章小结

第3章 机构运动副磨损模型

3.1 磨损的典型过程分析及磨损速度模型

3.1.1 典型磨损过程

3.1.2 磨损速度与磨损量计算模型

3.1.3 运动副磨损过程的简化与速度模型

3.2 机构工作时运动副的摩擦力分析

3.2.1 运动副元素的结构特征

3.2.2 移动副中摩擦力分析

3.2.3 转动副中摩擦力分析

3.2.4 平面高副中摩擦力分析

3.3 平面运动副磨损的计算模型

3.3.1 Archard粘着磨损模型

3.3.2 对Archard粘着磨损模型的改进

3.3.3 改进后运动副的磨损分析模型

3.3.4 模型中几个参数的确定

3.4 高副磨损

3.5 铰链四杆机构的磨损分析

3.5.1 机构运动分析

3.5.2 机构受力学分析

3.5.3 运动副磨损次数及磨损量计算

3.5.4 按照编写的程序计算磨损量

3.5.5 计算结果分析

3.6 本章小结

第4章 机构运动的可靠性模型

4.1 机构运动可靠性的定义

4.1.1 可靠性的定义

4.1.2 机构运动可靠性的定义

4.2 机构运动可靠性计算模型

4.3 机构运动学方程

4.4 考虑原始误差对机构运动可靠性的影响分析

4.4.1 构件尺寸误差、安装误差对机构输出运动可靠性的影响分析

4.4.2 运动副原始间隙模型

4.4.3 基于概率论的机构位移可靠度模型

4.5 机构磨损对其输出运动可靠性的影响分析

4.5.1 机构的运动学分析确定相对运动速度

4.5.2 求解各构件质心处的加速度

4.5.3 利用机构受力分析求解运动副的接触反力

4.5.4 考虑磨损影响的运动副间隙模型

4.6 综合考虑原始误差和运动副磨损的机构运动可靠性模型

4.7 实例分析

4.7.1 实例分析1

4.7.2 实例分析2

4.8 本章小结

第5章 多机构传动系统的运动可靠性模型

5.1 多机构系统的组合方式及输出精度模型

5.1.1 建立机构串联系统模型

5.1.2 建立并联机构系统模型

5.1.3 建立串并联混合机构系统模型

5.2 影响系统输出运动精度的因素分析

5.2.1 各个分机构运动精度对系统输出运动精度的影响分析

5.2.2 传动比分配的影响分析

5.2.3 附加增速-减速环节的影响分析

5.3 给定输出件运动精度分配方案选择

5.3.1 等精度法的原理及特点

5.3.2 原始误差等效作用法的原理及特点

5.3.3 简易计算法的原理及特点

5.3.4 误差补偿法的原理及特点

5.4 实例分析

5.4.1 多机构系统输出运动误差分析

5.4.2 多机构系统的精度分配

5.5 本章小结

第6章 总结与展望

6.1 本文取得的主要成果和结论

6.2 本文的主要创新点

6.3 有待进一步研究的问题

参考文献

致谢

附录A 攻读博士学位期间发表的论文及科研情况

附录B 铰链四杆机构运动误差分析计算程序

附录C 曲柄滑块机构计算磨损量程序

附录D 曲柄滑块机构可靠性分析计算程序

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摘要

随着现代机械日益向着高精度、高可靠性方向发展,对机构运动可靠性提出了更高的要求。由于影响机构可靠性的因素的复杂性和随机性,加上我国可靠性研究起步较晚,因此,关于机构可靠性的研究还有很多工作要做。
   本文先从单个机构的运动可靠性分析着手,对机构误差理论、运动副磨损等问题进行了较深入的研究,分析了机构原始误差、运动副原始间隙以及运动副磨损对机构输出误差的影响,建立了单个机构运动可靠性分析模型,在此基础上,建立了多个机构组成的传动系统的运动可靠性分析模型,并对模型的应用进行了研究,通过本文的工作,取得了一定的研究成果,现将主要研究内容和成果概括如下:
   1、在对机构误差根源分析的基础上,建立了机构误差的通用分析模型,采用转化机构法,分别建立了曲柄滑块机构和铰链四杆机构位置误差的分析模型,采用影响系数法,建立了凸轮机构位置误差的计算模型。以游梁式抽油机主机构——曲柄摇杆机构为例,根据所建模型利用MATLAB软件编写计算程序,对抽油杆冲程误差进行了应用分析,验证了模型的有效性和分析方法的可行性。
   2、根据机构的工作特点提出以研究稳定阶段磨损为主的解决机构运动副磨损问题的思路。根据机构运动时构件受力、运动速度呈现周期性循环的特征以及机构运动副连续接触理论,针对运动副磨损以粘着磨损为主的结论,对Archard磨损计算模型进行了改进,建立了机构运动副磨损的实用计算模型(δw=ksPsvsjsns+khPhvhjhnh)。
   3、提出根据运动分析确定任意时刻运动副元素的相对运动速度,采用静态动力学理论分析机构受力,提出将运动副磨损简化为两个凸凹圆柱形刚体连续接触模型,利用赫兹接触应力计算公式,确定各位置的接触应力,根据套孔与轴销的相对运动特点,确定其单位周期的磨损次数,解决了运动副磨损模型的具体应用问题。
   4、根据应力-强度干涉模型,分别建立了:①考虑机构原始误差、②同时考虑机构原始误差与原始间隙、③综合考虑机构原始误差与原始间隙以及运动副磨损影响三种情况下机构运动可靠性模型。利用所建立的模型和编写的MATLAB计算程序,对曲柄滑块机构的运动可靠度进行了模型应用。
   5、在对单个机构可靠性研究的基础上,根据系统可靠性理论和多机构系统的组成特征,将复杂机构传动系统划分为串联组合、并联组合和混联组合三种类型,分别建立了对应的机构输出误差计算模型。
   6、分析了传动系统中各个机构的组合类型、排列顺序、机构传动比大小等对传动系统输出精度的影响,并对传动系统设计时各个分机构运动精度分配方法进行了讨论,利用建立的多机构系统的运动误差计算模型,对振动筛传动机构进行了实例应用研究。

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