孟宪举[1]2003年在《基于稳健设计的含间隙弹性连杆机构分析与综合》文中进行了进一步梳理连杆机构由于本身固有的结构原因，其输出运动总是存在一定的误差，称为结构误差。另外，由于加工误差、装配误差、运动副间隙、弹性变形、输入误差的存在也会使机构的输出产生误差，称为机械误差。导致机械误差的因素往往具有随机性，因此，机构的输出误差也是随机量。但是，在传统的机构分析与设计中，认为机构输入、机构结构参数不存在误差或取其误差为确定值，这样的分析与设计称为确定性分析与设计。将机构的输入误差和结构参数误差作为随机量研究机构的分析与设计问题称为稳健性分析与设计。目前，对机构稳健性分析与设计的研究尚不深入，主要工作集中在机构运动学参数概率误差分析方面，对机构动力学参数概率误差进行研究的文献作者还尚未见到。在机构运动学参数概率误差研究中，目前的文献仅限于考虑构件结构参数误差和运动副间隙造成的运动输出参数的概率误差分析。对于运动副间隙的处理，研究中总是假设运动副中销轴位置在间隙空间内均匀分布，将间隙问题作为运动学问题处理，但是，间隙对机构动力学特性的影响要远大于其对机构运动学特性的影响。目前，机构运动学参数概率误差研究中也未涉及到机构的弹性变形问题。本文综合考虑连杆机构的输入误差、加工误差、运动副间隙、弹性变形，从机构动力学角度出发，系统研究连杆机构运动学与动力学参数的稳健性分析和设计问题。研究内容分主要为以下五个方面：考虑构件加工误差，研究刚性连杆机构的运动学和动力学参数的概率误差分析问题。在这部分中，作者利用随机过程理论建立了矩阵形式的连杆机构运动学和动力学参数概率误差分析模型，该模型避开了传统误差分析中求解误差敏感系数时遇到的复杂的数学问题，成功解决了输出参数的误差相关性问题。考虑构件加工误差和运动副间隙，研究含间隙刚性连杆机构的运动学和动力学输出参数的概率误差分析问题。间隙对机构的运动和动力性能都有影响，尤其是对机构的动力学性能影响很大，微小的间隙都会极大地改变机构的动态响应。本文抛弃了销轴位置在间隙空间内均匀分布的假设，以含间隙连杆机构动力学为基础，首次建立了考虑加工误差、运动副间隙的刚性连杆机构运动学与动力学输出参数的概率误差分析模型。<WP=6>考虑构件加工误差、运动副间隙和构件的弹性变形，研究弹性连杆机构的运动学和动力学输出参数的概率误差问题。在这部分研究中，作者首次建立了叁种弹性连杆机构概率误差分析模型：精确分析模型、准静态分析模型、近似计算模型。这些模型为研究机构运动学和动力学参数的概率误差奠定了理论基础。在机构运动学和动力学参数概率误差分析的基础上，本文系统研究了连杆机构稳健性综合问题。在这一部分研究中，作者建立了以输出精度为优化目标函数的稳健性优化模型和以加工成本为目标函数的稳健性优化模型，并对稳健性模型中的目标函数、约束函数进行了专门研究。利用输出精度模型可以对机构的结构参数进行稳健性优化设计，提高机构输出的可靠性；利用加工成本模型可以对机构的结构参数误差进行优化分配，降低机构的总体加工成本。最后，本文以一个实现轨迹的平面四杆机构为例，用输出精度模型对其结构参数进行了稳健性优化设计，并与确定性优化设计结果进行了对比，对比结果表明：稳健性优化设计能降低机构原始误差对输出误差的影响，提高机构输出的可靠性；用加工成本模型对结构参数误差进行了优化分配，降低了机构的总体加工成本。
马雄杰[2]2015年在《低压真空断路器传动系统稳健性优化设计》文中认为二十世纪六十年代初期发展起来的真空断路器由于具有无火灾、零污染、高寿命、无海拔限制以及优异的开断性能等优点,已在我国中压(10-35kV)电力系统中得到了广泛应用并占据主导地位,但在低压(<1140V)领域中受诸多因素限制尚未得到大量推广。触头开距和合分闸过程中的预振动是制约当前低压真空断路器研制进度和技术性能水平的两个主要关键问题。包括操作机构在内的整个连杆传动系统设计质量好坏与之密切关联。同时,国内设计真空断路器仍主要通过引进和类比设计的方式完成,缺少相关的理论和方法指引。在此背景下,根据真空断路器具有触头开距小、负载特性存在突变的特点,从力和运动两方面的角度出发对连杆传动系统进行研究和设计,使断路器实现可靠关合及分断,具有十分重要的理论和实践意义,有助于进一步提升产品质量和市场竞争力。本课题结合企业某型低压真空断路器的研制过程开展研究,首先调研了国内外真空断路器的发展及其机械可靠性研究的现状,分析了当前产品研发中存在的主要问题和解决关键。根据稳健优化理论和设计方法,提出了一种基于稳健优化的断路器传动系统设计思想和实现方法。根据产品关键目标技术参数要求,在详细研究真空断路器开断电弧的物理机理特点以及包括机械特性在内的影响要素基础上,通过比较和综合现有成熟技术方案,确定了传动系统的总体组成方案。在满足运动位移要求下,对中间传动连杆机构的设计及其运动学和力学数学模型进行了讨论和研究；从解决当前低压真空断路器设计中的关键瓶颈-触头开距和合分闸过程中的预振动问题角度出发,引入了稳健优化设计的思想和方法,以断路器开距误差最小化且以传动杆件尺寸在其容差范围内变化时开距的最大波动量最小为设计目标建立稳健优化设计模型,获得连杆精确尺寸,提高断路器输出开距的稳健性,保证产品的分断性能。在对断路器合、分闸过程中的弹跳问题进行数学模型分析基础上,通过建立以触头弹簧刚度系数误差最小化且以弹簧结构参数在其容差范围内变化时弹簧刚度系数的最大波动量最小为设计目标的稳健优化设计模型,通过计算达到了间接控制触头弹跳幅值,从而改善了断路器关合和分断性能。对稳健优化改进后的断路器样机进行了机械特性测试,进一步改进产品结构和优化关键参数,使传动系统满足产品性能的设计要求。随着国民经济的发展和科学技术的进步,低压真空断路器的应用将越为广泛,对其性能及稳健性要求也将进一步提高。本课题的开展必将为产品技术的提升开拓出一条理论与实践紧密结合并现实有效的路径,有助于提高产品的质量和市场竞争力,为社会创造价值,增强国家的科技实力。
李玉娟[3]2015年在《考虑运动副间隙的平面函数机构概率分析与综合》文中认为在机械系统中,机构运动副是连接两构件并保持二者有一定相对运动的中间环节。为了保证两构件有相对运动,运动副元件间一般需采用动配合,这就需要存在一定的运动副间隙。保持运动副存在适量间隙是确保机构运转灵活的基础,但运动副间隙的不确定性却已成为严重影响机构动态性能以及可靠性的重要因素。含运动副间隙机构系统的研究已经引起越来越多的关注,虽然其研究已涉及到机构的运动学、动力学各个方面,但现有研究文献显示,对含运动副间隙随机性的机构运动可靠性分析与综合体系尚未完善,需对其相关理论和方法进行深入研究。为此,本文通过考虑尺寸公差和运动副间隙的不确定性,来研究机构运动可靠性分析与综合理论和方法,主要工作体现在以下几方面:(1)为了验证运动副间隙对机构运动可靠性的影响,以曲柄连杆机构为例,综合考虑机构的尺寸公差和运动副间隙不确定性以及机构自身误差,构建误差概率模型。采用概率法对含运动副间隙不确定性的机构运动精度分析的难点是运动副间隙变量的概率建模以及如何处理运动副间隙变量间的统计相关性问题。针对此难点,采用混合降维法(Hybrid Dimension Reduction Method,HDRM)对含运动副间隙不确定性的机构瞬时可靠性进行分析,用一次二阶矩法(First Order Second Moment,FOSM)对考虑随机误差(包括尺寸公差、运动副间隙)的曲柄摇杆机构运动可靠性分析。(2)机构时变可靠度能够提供运动区间上的全部可靠性信息,便于实现风险管理和概率寿命预测。本文提出了一个有效的对函数生成机构的时变可靠性分析方法—包络函数法。文中用混合降维法近似随机变量的运动输出和用包络函数法估算失效概率对时间的依赖性。实例分析表明:所提出的包络函数法是有效的。(3)在对机构可靠性分析的基础上,进一步探讨含运动副间隙不确定性的机构可靠性概率综合,以机构运动失效概率最小为目标函数,并将机构运动失效概率作为约束条件进行概率综合。实例分析表明:所提出的机构概率综合方法能够有效降低机构运动失效概率,提高机构运动的运行安全性。(4)可靠性设计优化和稳健设计是最典型的两种不确定性设计方法。可靠性设计优化和稳健性设计是从不同的角度来提高产品质量,在实际工程中,产品需要同时满足可靠性和稳健性的设计要求。因此,有必要在设计阶段将二者结合起来以期全面提高产品的设计质量和水平。本文提出可靠性稳健设计方法,并进行实例分析,验证可靠性稳健设计的优越性。并在此基础上提出基于成本-质量模型的可靠性稳健综合模型,获取以工程实用的全寿命周期成本最小,满足可靠性和稳健性要求的最优解,为机构设计质量的全面提高奠定基础。
王卫青[4]2006年在《基于稳健设计的机械手精度分析与设计》文中进行了进一步梳理本文将稳健设计思想引入机械手设计方法中,根据稳健设计的目标,建立了机构稳健设计的叁种应用模型,逐一提出基于模糊模型、随机模型和容差模型的机构稳健设计准则及建模方法。 首先根据矩阵变换和微变换原理推导出机械手位姿误差概率模型;接着在分析了各种误差源的基础上,应用协方差矩阵完整地描述了手部位姿误差各分量的标准差和相互之间的相关性。根据模糊数学和稳健设计原理,不但考虑机构制造误差的随机性,而且考虑机构综合中的模糊影响因素,对机器人机械手精度设计问题进行了探讨,应用稳健性设计方法提高了机械手的可靠性;最后提出了机械手手部位姿误差补偿公式。 在柔性机械手的精度分析中,将各种因素统一归结为机器人的结构参量误差和运动变量误差,并且为了分析多种因素对机器人位姿误差的综合影响和提高设计质量,综合考虑由机械手静态误差、关节柔性以及连杆柔性所引起的机器人位姿误差,提出了机器人位姿误差稳健设计方法。 本文引入了并联机器人误差敏感系数,它反映了机器人机构的解对原始误差的敏感程度。分析了并联机器人机械手误差公式模型,然后在容差稳健设计的基础上进行了机械手精度综合。
程强[5]2005年在《基于稳健设计的含间隙连杆机构精度概率分析》文中研究说明平面连杆机构是许多机械都广泛使用的运动机构。但是由于本身固有的结构原因,输出运动总是存在一定的结构误差。另外,构件的加工误差、运动副间隙、输入误差等因素也使机构的输出存在着机械误差。导致机械误差的因素往往具有随机性,因此,机构的输出误差也是随机量。 本文基于将机构输入误差和结构参数误差作为随机量来研究机构的稳健性分析与设计方法,考虑机构加工误差、运动副间隙、输入误差,从机构动力学角度出发,系统研究连杆机构运动学与动力学参数的稳健性分析问题。 考虑构件加工误差和输入误差的随机性,建立了矩阵形式的连杆机构精度概率分析模型,该模型避开了对机构输出表达式直接微分遇到的复杂数学运算,同时也解决了机构输出参数误差的相关性问题。 基于连续接触模型,将转动副中的间隙视作为一根无质量、长度等于径向间隙的刚性直杆,结合拉格朗日方程,推导出机构的动力学方程,通过数值积分,求得机构的间隙角参数。将连杆机构运动方程对时间连续微分,建立含间隙机构运动输出参数的一般矩阵表达式,避免了多次复杂的求导运算,进而求得动力学参数,并分析间隙数量、间隙大小、以及输入转速对机构动态特性的影响。 综合考虑导致机械误差因素的随机性,建立含间隙平面连杆机构精度概率分析模型。模型为分析间隙的影响,合理确定构件尺寸和间隙误差,客观地评价机构运动精度提供了一个定量的尺度,对于提高机械的工作可靠性和使用寿命具有重要意义。
黄海洋[6]2010年在《高速轮转印刷机折页机构稳健设计方法研究》文中提出随着轮转印刷机印刷速度的不断提高,印后装置中的十六开折页机构的工作性能成为制约印刷机整体运行速度的关键因素。为了实现十六开折页机构的高速平稳运行,本文对其进行了稳健设计方法的研究。稳健设计方法是近十几年发展起来的一种有效的工程设计方法,已在各行各业中得到了广泛的应用。本文在结合稳健设计的发展及已有研究成果的基础上,介绍了稳健设计的基本理论、原理和一些常用的设计方法,并对稳健设计的发展现状和趋势作了总结。为了分析影响折页机构高速平稳运行的因素,本文对折页机构进行了运动综合分析,主要包括机构的运动规律分析,机构的运动精度概率分析,设计参数灵敏度分析和基于测试实验的运动副间隙振动状态分析研究。其中,在机构的运动精度概率分析过程中,将机构中的设计参数的变差考虑在内,建立了运动精度概率分析模型,实现了对运动精度的定量分析。在设计参数灵敏度分析的过程中,建立了设计参数的灵敏度方程和模型,分析了折页机构的运动输出量对设计参数的敏感程度。同时,为了分析运动副间隙对机构运动状态的影响,本文在运动副间隙振动状态实验的基础上,对含运动副间隙的四杆机构进行了初步分析和研究。然后,结合对折页机构的运动综合分析,建立了基于灵敏度分析的稳健设计模型,求得稳健设计解,并将稳健设计结果与原设计方案进行了分析比较。结合折页机构运动综合分析模型和稳健设计模型,设计开发了轮转机折页机构稳健设计平台,并对平台的功能进行了简要介绍和演示。最后对折页机构的稳健设计方法进行了总结和展望。
周光钱[7]2016年在《平面轨迹机构概率分析与稳健性设计》文中研究指明在机构学领域,轨迹机构的运动综合研究一直活跃。无论是针对精确点综合还是连续轨迹综合,许多学者致力于综合模型改进和求解方法的研究,其目的在于提高运动综合精度,即减小机构的运动误差。但上述研究均在确定性范围对机构进行运动设计。对于真实机构而言,系统内外部总是存在不确定性的作用,如制造公差、运动副间隙、磨损、受热受力变形等,导致平面轨迹机构运动的实际运动输出与理想输出存在一定的偏差,进而导致机构的运动精度失效、运动不可靠等,本文以概率方法来处理平面轨迹机构中的随机不确定性因素对运动误差的影响。最后,利用机构综合运动误差的均值和方差构建轨迹型机构的稳健设计模型,进而保证了机构对不确定性的稳健性。本文的主要研究工作可概述为:1、在平面连杆轨迹机构运动学及运动性能分析的基础上,结合机构连杆尺寸公差随机性和结构误差的影响,建立平面连杆轨迹机构输出运动综合误差模型,分析连杆尺寸公差的随机性对轨迹机构输出运动精度的影响。2、采用双变量降维方法导出了机构运动综合误差的各阶原点矩计算公式,并进一步推导出机构运动综合误差的均值和方差的计算公式。最后给出数值算例对所提方法的有效性进行验证。3、基于机构系统内外不确定性的作用,在考虑平面连杆机构的连杆尺寸公差随机性的情况下进行概率设计,利用机构运动综合误差的均值和方差建立平面连杆轨迹机构的稳健性综合设计模型,并通过数值算例对提出的稳健性综合设计模型与确定性设计模型进行分析对比。结果表明:稳健性设计方法比确定性设计在提高机构设计质量方面更具优越性。
陈刚[8]2010年在《真空断路器弹簧操动机构模糊稳健优化设计的研究》文中研究指明高压断路器是电力系统中最主要的控制、保护装置,对电网的安全运行起着关键作用,而高压断路器配用的操动机构的运动特性及其可靠性、稳健性,直接影响着断路器的操作性能及其可靠性。真空断路器弹簧操动机构的模糊稳健优化是工程领域中的前沿性课题,具有良好的应用前景和实用价值。对于它的研究有着重要的理论意义和实际意义。本文针对12kV、12.5kA真空断路器弹簧操动机构进行优化设计的研究。在对此机构进行动力学与运动学分析的基础上,建立了计算断路器分、合闸速度的离散关系式;从真空断路器分、合闸功能的基本要求出发,以机构中各杆件的尺寸为设计变量,以真空断路器的分、合闸速度的方差最小化及成本最低为目标,对此机构实施常规优化设计,并对优化结果进行分析,探讨了该方法的缺陷;以机构中各杆件的尺寸和分、合闸弹簧的刚度系数为设计变量,将加工误差等归入设计变量的容差中,以断路器的分、合闸速度的方差最小化且速度最稳健为目标,对此机构实施稳健优化设计,并对优化结果进行分析,探讨了该方法的局限性;将机构中必定存在的运动副间隙、安装水平、材质好坏和设计水平等视作不可控因素,并将其与断路器的分、合闸速度的非线性关系用模糊数学处理,仍以机构中各杆件的尺寸和分、合闸弹簧的刚度系数为设计变量,将零部件的加工误差、老化、疲劳等归入设计变量的容差中,以断路器的分、合闸速度的方差最小化且最稳健为目标,建立了此机构的模糊稳健优化的数学模型,并对优化结果进行分析,比较;以12kV、12.5kA真空断路器弹簧操动机构的模糊稳健优化的结果为技术指标,以弹簧刚度系数误差最小且最稳健为目标,对分、合闸弹簧的动力特性即刚度系数实施模糊稳健优化设计,进一步提高此机构模糊稳健优化结果的稳健性。提出了一系列切实可行的优化策略;选取典型多变量多峰值的测试函数进行寻优测试,验证所提出的将随机方向搜索算法与复合型算法相结合的搜索全局最优点的优化算法的可行性;采用模糊推理,结合优化设计技术,应用Matlab软件,求解各个优化数学模型;对各个优化设计结果进行的分析及比较,证明了模糊稳健优化设计的结果性能最佳,最为稳健。
王兆波[9]2013年在《矿用蓄电池电机车液压制动系统仿真分析与机构参数稳健优化设计》文中研究说明矿用蓄电池电机车制动系统性能对保障其安全运行和运输效率非常重要。本文以湖南某公司生产的8吨矿用蓄电池电机车为研究对象，综合运用现代设计理论与方法、机械系统建模与动态分析方法、现代控制理论、流体传动与控制方法等理论，系统分析了矿用蓄电池电机车制动过程力学行为，构建了其液压制动系统动力学仿真模型，并对矿用蓄电池电机车闸瓦连杆机构进行稳健优化设计。本文主要研究内容如下：(1)系统分析和研究了矿用蓄电池电机车制动过程力学行为及其数学模型。通过对矿用蓄电池电机车手轮闸瓦制动过程力学行为分析，探讨了制动力与闸瓦压力关系式，进行了制动减速度数学模型和制动距离数学模型研究，并计算矿用蓄电池电机车在不同工况下的制动时间、制动距离和闸瓦平均压力。(2)构建了基于能量回收的矿用蓄电池电机车液压制动系统。详细分析了矿用蓄电池电机车结构和制动特点，系统研究了能量回收制动方式，分别研究了液压能量回收装置、拉杆闸瓦制动装置和液压伺服控制装置组成及功能，构建了基于能量回收的矿用蓄电池电机车液压制动系统。(3)运用AME/Sim软件进行了矿用蓄电池电机车液压制动系统动力学建模与仿真分析。由AME/Sim的模拟仿真平台建立了基于能量回收的矿用蓄电池电机车液压制动系统动力学模型；仿真分析了电机车进行正常制动和紧急制动情况下电机车速度、闸瓦平均压力、蓄能器压力随时间变化规律。结果表明，与传统制动相比较，矿用蓄电池电机车正常与紧急制动情况下，液压制动时间分别降低了19%和28.9%，制动距离分别降低了19.9%，33.1%。(4)考虑杆件加工误差和转动副间隙影响，对矿用蓄电池电机车闸瓦制动连杆机构进行稳健优化设计。首先对矿用电机车闸瓦制动连杆机构的运动过程进行分析，建立理想状况下的闸瓦制动连杆机构运动学模型。然后，考虑转动副间隙对该机构进行运动学分析，建立计入转动副模型的闸瓦制动连杆机构运动学模型。最后，以机构杆长为设计变量，以转动副间隙、间隙副接触角和杆件加工误差为噪声因素，建立以闸瓦制动距离误差均值和标准差最小化为目标的矿用电机车手轮闸瓦制动连杆机构参数稳健设计优化模型，并运用遗传算法和蒙特卡洛模拟法对参数进行稳健设计与优化。这为有效地改善和提高矿用蓄电池电机车制动性能提供理论依据。
谭晓兰, 韩建友, 何广平[10]2006年在《连杆机构稳健设计一般原理与方法的研究》文中进行了进一步梳理研究关于连杆机构的稳健设计问题。分析了由于杆件尺寸及运动副间隙的随机变化而使连杆机构运动质量具有不确定性,提出了机构稳健设计的一般原理;建立了连杆机构稳健设计的数学模型,并给出了考虑运动副间隙影响的函数发生机构稳健设计示例。
参考文献：
[1]. 基于稳健设计的含间隙弹性连杆机构分析与综合[D]. 孟宪举. 天津大学. 2003
[2]. 低压真空断路器传动系统稳健性优化设计[D]. 马雄杰. 东南大学. 2015
[3]. 考虑运动副间隙的平面函数机构概率分析与综合[D]. 李玉娟. 西华大学. 2015
[4]. 基于稳健设计的机械手精度分析与设计[D]. 王卫青. 青岛大学. 2006
[5]. 基于稳健设计的含间隙连杆机构精度概率分析[D]. 程强. 青岛大学. 2005
[6]. 高速轮转印刷机折页机构稳健设计方法研究[D]. 黄海洋. 北京印刷学院. 2010
[7]. 平面轨迹机构概率分析与稳健性设计[D]. 周光钱. 西华大学. 2016
[8]. 真空断路器弹簧操动机构模糊稳健优化设计的研究[D]. 陈刚. 沈阳工业大学. 2010
[9]. 矿用蓄电池电机车液压制动系统仿真分析与机构参数稳健优化设计[D]. 王兆波. 湖南科技大学. 2013
[10]. 连杆机构稳健设计一般原理与方法的研究[J]. 谭晓兰, 韩建友, 何广平. 机械设计与研究. 2006
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