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公差分析和优化设计.pdf

公差分析和优化设计

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2010-05-22 0人阅读 举报 0 0 暂无简介

简介:本文档为《公差分析和优化设计pdf》,可适用于工程科技领域

圈隧露i夏满FOCUS技术聚焦E墨翟|r‘’谓●l摘要:公差分析和优化设计是产品尺寸管理过程的核心部分在降低成本缩短开发周期和提高产品质量等方面起着非常重要的作用。文章详细介绍了完整产品的公差分析过程阐述了计算机辅助三维公差分析的原理和步骤。表明根据分析结果可制定相应的测量计划并根据实际情况修正数学模型完善数据库。指出公差分析和优化设计从根本上保证了质量目标的达成并且极大地减少了后期修改正在越来越多地被应用到实际开发过程中。关键词:基准形状和位置公差(GDT)公差分析ToleranceAnalysisandOptimizationDesignAbstract:Toleranceanalysisandoptimizationisthecorepartofdimensionmanagementprocessandisveryimportantforreducingcostshorteningdevelopmenttimeandimprovingquality.Thetoleranceanalysisprocessofcompleteproductisintroduced.Andtheprincipleandstepsofcomputeraidedthreedimensionaltoleranceanalysisisdescribed.Itshowsthatbasedonanalysisresultsthecorrespondingmeasurementplancanbeestablished.Basedonactualsituationmathematicalmodelshouldbeupdatedanddatabaseisimproved.Itisindicatedthattoleranceanalysisandoptimizationdesigncanvalidatethequalitytargetandgreatlyreducethelatemodification.Nowitisbeingusedmoreandmoreinactualdevelopmentprocess.Keywords:GeometryDimensionandTolerance(GDT)ToleranceAnalysis在产品设计和生产的所有环节中尺寸管理过程是非常重要的一个部分。而公差分析作为尺寸管理的核心部分在整个产品开发过程中起着越来越重要的作用。在公差设计和控制上的一些传统做法已经无法满足要求随着计算机辅助公差分析(CAT)方法的出现控制手段被进一步完善可以从根本上解决开发设计过程中的尺寸问题可以最大程度的减少后期的被动修改降低成本同时加快了产品投向市场的速度。文章介绍了公差分析的整个过程重点阐述计算机辅助公差分析的原理和步骤。公差分析的步骤完整产品的公差分析过程包括个步骤:)定义公差分析的目标)定义基准系统(DATUM))定义初始的GDT)计算机辅助公差分析和公差设计优化)定义尺寸关键点和制定测量计划)实际过程能力的研究、反馈和持续改进。公差分析的这个步骤为并行工程贯穿于产品开发的整个过程如图所示。感念设计产品设计工艺设计生产┏━━━━━━━━━━━━━━━┳━━━━━┳━━━━━━━━━━━━┳━━━━━━━━━┓┃定女公差分析的目标┃圈圈┃┃┃┃定义基准系统┃■瞳瞳┃:┃┃┃┃┃:┃┃┃定女初始的GDT┃┃■┃┃┃┃┃:┃┃┃计算机辅助公差分析和优化┃┃翻圈髓嘲墨┃┃┃定义尺寸关键点和制定测量计划┃┃盥圈麟衄┃┃┃实际过程能量研究反馈和改进┃┃i强髓圈瞄强盈瞄黜┃嘲跚∞躺避般础蚴┃┗━━━━━━━━━━━━━━━┻━━━━━┻━━━━━━━━━━━━┻━━━━━━━━━┛.定义公差分析的目标通常在产品设计初期甚至在真正的产品设计开始之前已经开始定义与尺寸相关的一些主要分析目标。公差分析的目标通常包括个方面:)产品的可装配性目标)产品的功能性目标)产品的外观性目标。产品的可装配性目标用来评估各个部件之间是否菩毳秀蚕鱼垦匡蒌毽!..。。摊鲁汽车工程师年月。一一圜酉总体来说这种一维的分析方法快速简单通常只适用于一些简单的案例分析因为其无法考虑到装配方法和装配顺序的影响也不能兼顾到正态分布以外的其他分布类型的误差更不能应对几何形状非常复杂的情况。计算机辅助的三维公差分析方法可以从根本上解决这些问题。目前市场上已经有很多成熟的软件如DCSVisVSASigmund等。软件虽然各不相同但是其分析的思路和基本过程非常接近都是在三维数学模型的基础上建立数学GDT模型并定义数学装配关系然后通过几千几万次的虚拟装配来分析预先设定的目标。下面重点介绍三维公差分析的具体步骤其中一些图例来自Sigmund软件。)定义特征。三维公差分析软件可以把CAD里的三维实体以某种格式读入但是原有的几何特征无法被直接使用必须在原三维模型的基础上创建新的公差分析特征包括平面、孔、轴、凸台及键槽等。)定义GDT。按照图纸上的初始公差设计定义基准和GDT这样就可以对每个变量的分布类型以及其相关的参数进行定义。)定义装配。按照实际的装配方案在软件环境里进行虚拟装配建立好各个部件以及子装配之间的装配关系如图所示。这里非常重要的一点是定义好装配变差它是各配合特征之间由于间隙的存在而造成的图所示为孔轴定位时定位孔和定位销之间的浮动。同时重力造成的偏心以及工装夹具等因素对装配的影响都可以在数学模型里反映出来。图“足义装目e关系图孔轴浮动目E合变差足义)定义测量目标。根据定义好的尺寸分析目标建立测量的数学模型。)模拟分析。利用程序内置的随机发生器产生几千个虚拟的部件和相应的装配然后对测量目标进行测量并对测量结果进行分析。分析的类型包括蒙特卡罗分析、敏感度分析和极限情况分析等。)结果分析及优化。通常主要关注个类型的报告。首先是测量目标值的统计分析报告如图所示。报告包括被分析对象的均值、离散程度及相对于设计目标的....满足程度等信息。规范:下公差一.理论值一.上公差=.控制界限:下界限一.均值=.上界限=.超差百分比=.Cp=O.Cpk一.均值偏移=.理论值辍器高度差/mm图统计分析结果报告其次会关注另外一个报告一一影响测量目标的所有变量的敏感度分析报告如图所示。如果统计分析结果显示目前的公差设计还不能满足目标要求那么根据敏感度报告的情况对相应的公差进行调整并重新模拟分析直至满足要求同时对于敏感度低的变差可以进行适当的放松从而降低加工成本。通过这种优化活动可以看出利用这种分析方法在设计早期就可以对最终的装配质量进行验证对设计进行优化减少了对快速样件的需求降低成本的同时也加快了产品推向市场的速度。.%:手柄定位面的轮廓度=O..%:手柄旋转轴和定位轴的浮动....O求.血.O.O.......l.’.百分比图敏感度分析报告.定义尺寸关键点和制定测量计划根据敏感度分析报告可以定义出影响最终质量目标的关键特征点并据此制定出相应的测量计划。这样质量检查和最终的质量目标就建立了直接和有效地联系。同时可以把检查的重点放在最需要的地方从而降低了检查成本也提高了检查质量。(下转第页))各种控制算法的结合由于现代汽车传感器技术的不断发展基于滑移率的控制算法开始为人们所重视但是往往采用的都是单一的算法而单一的算法往往存在很多问题如:PID控制算法虽简单实用精度好但是鲁棒性较差实施的成本比较商模糊控制鲁棒性强但是控制精度较差所以不妨可以将两者结合起来以便达到高精度强鲁棒性的特点。还有将滑模控制与最优控制结合起来等等方法这将是ABS控制技术的一个重要发展方向。总结ABS的主要作用就是能提高汽车在各种附着系数路面条件下的制动稳定性和达到最佳的制动距离。目前实际使用的ABS所采用的控制技术主要是基于逻辑门限值的控制技术但是随着车速传感器技术的发展基于车轮滑移率的各种控制算法将被广泛重视和采用。另外随着网络技术的不断发展使未来汽车电子控制技术与装置将以网络的方式实现资源共享和综合控制实现多装置共用同一个控制器这样就大大缩小硬件结构使系统得以小型化并朝着多目标综合控制以提高系统性价比的方向发展相信将来防抱制动系统会给驾驶者带来全新的感觉。参考文献】余志生.汽车理论【M】.版.北京:机械工业出版社..【】张新.汽车液压防抱制动系统(ABS)的理论与实践M.长沙:中南大学出版社.】YehEdgeC.ConjugateBoundaryMethodforControlLawDesignofAntiSkidBrakeSystemJ.Int.J.VehicleDesign.():..】程军.实际防抱控制算法的相平面分析及验证【J.汽车运输研究():.】程军.一种基于PC微机的实时硬件闭环模拟系统及应用J.汽车工程():.M.S.AHardy.AnInvestigationofAntilockBrakingSystemsforHeavyGoodsVehicleJ.JournalofAutomobileEngineering.():.【宋传学.防抱制动系统控制算法的仿真研究J汽车工程():.】程军.汽车防抱死制动系统的理论与实践M.北京:北京理工大学出版社.庄继德.汽车电子控制系统工程【M】.北京:北京理工大学出版社.舒迪前.预测控制系统及其应用M.北京:机械工业出版社.【】TimontyW.AthanPanosT.Papalambros.MulticriteriaOptimizationofAntilockBrakingSystemControlAlgorithmsJ.EngineeringOptimizationV..f收稿日期:)(上接第页).实际过程能力的研究反馈和持续改进通过对尺寸测量结果的分析以及和设计时假设条件的对比可以找出假设条件偏差的地方从而反过来可以修正数学模型可以据此建立或者更新尺寸能力数据库为以后的设计提供更准确的依据同时还可以找出分析时被忽略的其他影响最终质量的因素添加到数学模型里从而提高了分析的准确程度。另外还可以和生产部门共同确定急需改进的地方对相应工艺进行持续的改进和提高。结论通过公差分析过程可以对零件的公差系统进行验证以确保其满足最终的装配质量目标的同时达到以下项目标:)降低对快速样件的需求。)减少后期的模具修改降低报废率)放松不敏感尺寸的要求来降低管理成本)识别关键的尺寸特性并进行跟踪及优化。目前包括计算机辅助公差分析方法在内的公差管理过程已经在很多公司和企业里使用并且在降低成本、加快开发速度和提高产品质量方面都取得了明显的效果。参考文献【刘巽尔.形状和位置公差一原理与应用【M】.北京:机械工业出版社.】天津大学数学系概率统计教研室.应用概率统计【M.天津:天津大学出版社.】ErikSalisburyPh.D.UsingAssemblyBuildAnalysistoimproveandoptimizedesign.SOLIDSolutionsMay/June.(收稿日期:)

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