随机参数平面机构运动设计若干关键问题研究

论文摘要

随机参数机构运动设计是指：在考虑结构件几何加工误差、弹性变形、运动副间隙误差以及随机载荷等随机因素的前提下,研究机构的运动规律,运用稳健(优化)设计、可靠性(优化)设计、可靠性稳健(优化)设计等新兴的设计方法,设计出能够同时满足机构性能和运动精度要求的优化机构。能够精确、及时地完成规定动作(运动)是机构设计的主要目的之一。机构设计参数的随机性是大多数工程实际问题所固有的,而机构所承受的荷载同样具有随机变化的性质,这样就必然导致具有随机结构参数的承受随机载荷的随机机构系统。因此研究这种随机机构系统的运动设计问题有着十分重要的意义。可靠性设计和稳健设计是非常先进的设计思想’,由于它们对于提高产品质量和保持产品性能的稳定性方面具有非常重要的作用,因此具有广阔的应用前景。将它们应用到机构设计中,处理机构运动设计中设计参数的随机性问题必将有重大的理论意义和实用价值。可靠性设计利用可靠性理论处理随机性,而稳健设计是使所设计的机构对设计变量的变化不敏感。在考虑随机参数的情况下,上述方法都可以有效地提高工程设计水平。然而,这些设计方法总是被独立的应用在不同的设计阶段。因此,将可靠性优化设计理论、可靠性灵敏度分析技术和稳健设计方法有机地结合在一起,发展一种机构可靠性稳健设计方法是十分必要的。本论文共分六章,主要研究内容包括：第1章：绪论。明确了本文的工程背景及选题目的和意义,介绍了可靠性理论的兴起、概念及发展状况,简述了可靠性优化设计方法的研究进展及其发展趋势,阐明了研究稳健设计理论与方法的重大意义。第2章：数学基础和可靠性基本理论。本章首先简要介绍了本文所用的数学理论与方法,然后详细地阐述了可靠性设计理论和可靠性优化设计方法。第3章：平面连杆机构运动精度分析。本章综合考虑机构结构参数和由载荷的随机性引起的输入参数的不确定性,采用矩阵法建立平面连杆机构的运动精度模型第4章：任意分布参数机构可靠性优化设计。本章提出了一种实用有效的具有任意分布参数的机构可靠性优化设计的数值方法。采用随机摄动法、Edgeworth级数、可靠性设计理论和优化设计方法讨论了随机参数服从任意分布参数的机构可靠性优化设计问题,建立了任意分布参数的机构可靠性优化设计的数学模型,发展了可靠性优化设计理论。第5章：机构可靠性稳健设计。本章首先将可靠性设计理论与灵敏度分析方法相结合,提出了机构可靠性灵敏度设计的计算方法,给出了可靠性灵敏度的变化规律,研究了设计参数的改变对机构可靠性的影响,为机构的可靠性设计提供了理论依据。然后在可靠性优化设计理论、可靠性灵敏度分析和稳健设计方法的基础上,讨论了机构可靠性稳健设计问题,提出了机构可靠性稳健设计的数值方法,建立了机构可靠性稳健设计的数学模型,把可靠性灵敏度溶入优化设计模型之中,将机构可靠性稳健设计归结为满足可靠性要求的多目标优化问题。本章提出了机构可靠性稳健设计的分析方法,拓展了可靠性稳健设计方法的应用范围。在机构的设计中,正确地应用可靠性稳健设计的方法,可以使机构在经受各种因素的干扰下,都能保持其可靠性的稳定,以使机构可靠性对设计参数的变化不敏感,提高产品的安全可靠性和鲁棒稳健性。第6章：结论与展望。总结了本文研究结论,展望了可靠性理论和稳健设计方法及其在机构运动设计的应用和发展前景。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 工程背景及选题的目的和意义
• 1.2 机械可靠性工程概述
• 1.2.1 结构可靠性理论发展概述
• 1.2.2 机构可靠性理论发展概述
• 1.3 可靠性优化设计研究的现状
• 1.4 稳健设计发展的现状
• 1.5 本论文的研究内容
• 第2章 数学基础和可靠性基本理论
• 2.2 数学基础
• 2.2.1 Kronecker代数理论简介
• 2.2.2 二阶矩与四阶矩技术
• 2.2.3 Edgeworth级数
• 2.3 可靠性分析的基本理论
• 2.3.1 可靠度的基本概念
• 2.3.2 可靠度数值计算方法概述
• 2.4 可靠性优化设计方法
• 2.4.1 建立可靠性优化设计模型的方法
• 2.4.2 可靠性优化设计模型的求解方法
• 2.5 本章小结
• 第3章 平面连杆机构运动精度误差分析
• 3.1 运动输出均值模型的建立
• 3.2 运动精度误差模型的建立
• 3.3 四杆机构运动精度误差分析
• 3.4 数值算例
• 3.5 本章小结
• 第4章 任意分布参数机构可靠性优化设计
• 4.1 可靠性设计的摄动法
• 4.2 Edgeworth级数
• 4.3 任意分布参数的可靠性优化设计
• 4.4 平面连杆机构可靠性优化设计
• 4.4.1 平面连杆机构可靠性
• 4.4.2 平面连杆机构可靠性优化设计
• 4.5 数值算例
• 4.5.1 平面四杆机构运动精度可靠性分析
• 4.5.2 平面四杆机构运动精度可靠性优化设计
• 4.5.3 牛头刨主运动机构运动精度可靠性优化设计
• 4.6 本章小结
• 第5章 机构可靠性稳健设计
• 5.1 可靠性灵敏度设计
• 5.1.1 正态分布参数的可靠性灵敏度设计
• 5.1.2 任意分布参数的可靠性灵敏度设计
• 5.2 基于灵敏度分析的稳健设计
• 5.2.1 稳健设计方法的概念
• 5.2.2 基于灵敏度的附加约束实现策略
• 5.2.3 基于灵敏度的附加目标函数实现策略
• 5.3 可靠性稳健设计
• 5.4 平面连杆机构运动精度可靠性稳健设计
• 5.4.1 四杆机构运动可靠性灵敏度设计
• 5.4.2 四杆机构运动可靠性稳健设计
• 5.4.3 牛头刨床机构运动精度可靠性稳健设计
• 5.5 本章小结
• 第6章 结论与展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的论文