机械产品几何精度设计中的多目标公差优化技术

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1、机械产品几何精度设计中的多目标公差优化技术刘海博2015年1月中图分类号：TP391UDC分类号：621机械产品几何精度设计中的多目标公差优化技术作者姓名刘海博学院名称机械与车辆学院指导教师何永熹副教授答辩委员会主席王晓力教授申请学位工学硕士学科专业机械工程学位授予单位北京理工大学论文答辩日期2015年1月Multi-objectiveToleranceOptimizationinDesignofGeometricPrecisionforMechanicalProductsCandidateName：LiuHaiboSchoolorDepartment:SchoolofMech

2、anicalEngineeringFacultyMentor:AssociateProf.HeYongxiChair,ThesisCommittee：Prof.WangXiaoliDegreeApplied:MasterofPhilosophyMajor：MechanicalEngineeringDegreeby:BeijingInstituteofTechnologyTheDateofDefence：January,2015研究成果声明本人郑重声明：所提交的学位论文是我本人在指导教师的指导下进行的研究工作获得的研究成果。尽我所知，文中除特别标注和致谢的地方外，学位论文中不包含

3、其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京理工大学或其它教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的合作者对此研究工作所做的任何贡献均已在学位论文中作了明确的说明并表示了谢意。特此申明。签名：日期：摘要在航天航空等复杂机械产品的生产过程中，由于其结构的复杂性，易出现装配精度难以满足要求的情况。因此，如何在产品的设计阶段对公差设计方案进行优化，从而提高产品的一次装配成功率和装配精度，显得尤为必要。本文结合航天航空等复杂机械产品的实际工程需求，对几何精度设计中的多目标公差优化技术展开研究，论文主要研究工作如下：（1）介绍了公差优化技术的研究背景、相关技术研究现状。结

4、合公差建模、公差转换和公差优化模型及算法的国内外现状分析，指出了公差优化技术存在的主要问题，并给出了论文的课题来源和研究意义。（2）分析了面向公差优化的精度信息建模技术。以特征几何变动对称李子群的分类为基础，利用小位移向量对公差的变动作用进行解析，并根据公差域的类型和范围对小位移向量的大小进行求解。（3）研究了基于公差变动域的几何公差转换方法。针对不同类型的基准几何和功能几何，对功能几何被约束的自由度进行解析；根据基准选择原则、基准完备性和冗余性确定转换后的定位基准及公差类型；并利用几何公差累积方程实现公差值的求解。（4）研究了基于小生境粒子群算法的公差优化方法。构建了以加工-

5、公差成本、质量损失成本、公差敏感稳健性为优化目标,以装配功能要求和经济加工能力为约束条件的公差多目标优化模型；基于Pareto和小生境的概念对标准粒子群算法进行改进，并设计了算法流程。（5）作为上述研究成果的工程实践，自主设计并开发了产品公差优化原型系统，详细论述了软件的开发背景、体系结构、功能模块和实现方法，并结合实例对提出的技术和方法进行了验证。最后，对全文进行了总结，并对下一步的研究工作和相关技术发展方向进行了展望。关键词：公差优化；小位移向量；公差转换；多目标；小生境粒子群算法IIAbstractItisdifficultandtime-consumingtoguara

6、nteequalityrequirementsofcomplexmechanicalproducts,suchasaeronauticsandastronauticsproductswithmorecomplicatedstructuresonparts.Asaresult,toleranceoptimizationisrequiredbeforeactualassemblyprocessestoimprovethesuccessprobabilityofassembly.Inthisdissertation,theoreticalandcriticaltechnologies

7、onmulti-objectivetoleranceoptimizationareexploredandresearchedindepthinordertomeetdemandsduringassemblyandadjustmentprocesses.Themaineffortsandcontributionofthisdissertationareasfollowing:(1)Thebackgroundoftoleranceoptimizationtechnologyisintroduce