【正文】 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 本科 10 級(jí) 機(jī)電及自動(dòng)化 學(xué)院 機(jī)械工程及自動(dòng)化 專業(yè) 設(shè)計(jì)（論文）題目 飛機(jī)起落架機(jī)構(gòu)可靠性研究 學(xué)生姓名 黃永輝 學(xué)號(hào) 1011111015 起訖日期 20221119—— 2022525 設(shè)計(jì)地點(diǎn) 華僑大學(xué)機(jī)電學(xué)院 指導(dǎo)教師 賴雄鳴 職稱 講師 i 目 錄 1 機(jī)構(gòu)可靠性分析內(nèi)容 ..................................................... 1 運(yùn)動(dòng)使能可靠性 ..................................................... 1 運(yùn)動(dòng)精度可靠性 ..................................................... 2 2 機(jī)構(gòu)可靠性影響因素及其統(tǒng)計(jì)分析 ......................................... 4 尺寸誤差 ........................................................... 4 運(yùn)動(dòng)副間隙 ......................................................... 5 磨損 ............................................................... 7 磨損規(guī)律 ..................................................... 8 磨損量統(tǒng)計(jì)分析 ............................................... 8 考慮磨損間隙的統(tǒng)計(jì)分析 ....................................... 8 運(yùn)動(dòng)副摩擦 ....................................................................................... 9 3 機(jī)構(gòu)可靠性分析 ........................................................ 10 機(jī)構(gòu)模型的建立 ................................................................................ 10 微分法 ...................................................... 11 復(fù)數(shù)矢量法 .................................................. 13 矩陣法 ...................................................... 14 環(huán)路增量法 .................................................. 16 抽樣仿真分析法 .............................................. 17 小結(jié) ........................................................ 18 機(jī)構(gòu)可靠性計(jì)算 ................................................................................ 18 均值法 ...................................................... 19 優(yōu)化規(guī)劃法 .................................................. 20 4 機(jī)構(gòu)可靠性的敏感性分析 ................................................ 22 運(yùn)動(dòng)誤差均值及其方差敏感度分析 .................................... 22 運(yùn)動(dòng)誤差精度可靠度的敏感性分析 .................................... 23 5 機(jī)構(gòu)系統(tǒng)可靠性分析 .................................................... 25 6 實(shí)例一：四桿機(jī)構(gòu) ...................................................... 27 影響因素統(tǒng)計(jì)分析 ............................................................................. 27 運(yùn)動(dòng)精度可靠性分析 .......................................................................... 29 運(yùn)動(dòng)精度可靠度分析 .......................................... 29 運(yùn)動(dòng)使能可靠性分析 ......................................................................... 36 7 實(shí)例二：轉(zhuǎn)彎?rùn)C(jī)構(gòu) ...................................................... 40 影響因素統(tǒng)計(jì)分析 .................................................. 41 轉(zhuǎn)彎?rùn)C(jī)構(gòu)建模 ...................................................... 44 變量參數(shù)分布空間拉丁抽樣 .................................... 44 轉(zhuǎn)彎?rùn)C(jī)構(gòu)精確建模 ............................................ 46 轉(zhuǎn)彎?rùn)C(jī)構(gòu)可靠度計(jì)算 .......................................................................... 49 運(yùn)動(dòng)使能可靠度計(jì)算 .......................................... 49 轉(zhuǎn)彎?rùn)C(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)精度可靠度計(jì)算 .................................. 50 轉(zhuǎn)彎?rùn)C(jī)構(gòu)敏感性分析 .......................................................................... 52 1 1 機(jī)構(gòu)可靠性分析內(nèi)容 機(jī)構(gòu)的定義 ： 通過(guò)運(yùn)動(dòng)副實(shí)現(xiàn)可動(dòng)連接并能實(shí)現(xiàn)預(yù)期運(yùn)動(dòng)功能、承受并傳遞動(dòng)力功能的構(gòu)件系統(tǒng)稱為機(jī)構(gòu)。 機(jī)構(gòu)可靠性的定義 ： 機(jī)構(gòu)在規(guī)定的使用條件下，在規(guī)定的使用期內(nèi)，為實(shí)現(xiàn)其規(guī)定功能， 而使其性能保持在允許值范圍內(nèi)的能力。 按照機(jī)構(gòu)的定義， 機(jī)構(gòu) 主要 兩大基本功能：實(shí)現(xiàn)預(yù)期運(yùn)動(dòng) 、承受或傳遞動(dòng)力 。根據(jù)兩大基本功能，可將機(jī)構(gòu)可靠性劃分為與承載能力相關(guān)的可靠性問(wèn)題和與運(yùn)動(dòng)功能相關(guān)的可靠性問(wèn)題。前者一般可歸結(jié)為機(jī)械結(jié)構(gòu)零部件的可靠性問(wèn)題，即結(jié)構(gòu)的可靠性。后者屬于機(jī)構(gòu) 運(yùn)動(dòng) 功能的 可靠性 。 本文 主要從機(jī)構(gòu) 運(yùn)動(dòng) 功能的 角度分析機(jī)構(gòu)的可靠性 。以下論述的機(jī)構(gòu)可靠性均指機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)功能可靠性 。 機(jī)構(gòu)可靠性主要分析兩方面內(nèi)容： 運(yùn)動(dòng)使能 可靠性 （機(jī)構(gòu)能否動(dòng)） 、 運(yùn)動(dòng) 精度 可靠性 （動(dòng)起來(lái)后能否精確運(yùn)動(dòng)） 。 運(yùn)動(dòng)使能可靠性 運(yùn)動(dòng) 使能 可靠性 主要研究機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)中，各種因素對(duì)機(jī)構(gòu)動(dòng)力及其機(jī)構(gòu)本身的影響。在機(jī)構(gòu)動(dòng)力可靠性分析中，最關(guān)心的時(shí)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)使能可靠性（機(jī)構(gòu)是否能夠有效運(yùn)轉(zhuǎn)）即：由于各種影響因素的綜合作用下，其驅(qū)動(dòng)力（矩） dM 和阻抗力（矩） rM 在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中不斷變化，且具有概率分布特性。只有驅(qū)動(dòng)力（矩）dM 大于阻抗力（矩） rM 時(shí)，機(jī)構(gòu)才能保證有效運(yùn)轉(zhuǎn)。因此從可靠性的角度出發(fā)，機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)使能的可靠度即為驅(qū)動(dòng)力（矩） dM 大于阻抗力（矩） rM 的概率。 )( rd MMPR ?? （ ） 2 圖 機(jī)構(gòu)阻力隨機(jī)構(gòu)位置變化而變 如圖 ， M2為理想機(jī)構(gòu)的阻力變化曲線， M1和 M3分別表示機(jī)構(gòu)在尺寸、間隙等隨機(jī)變量的影響下的 極限曲線包絡(luò)線。 M5表示，機(jī)構(gòu)的輸出最大驅(qū)動(dòng)力矩。 M4和 M6表示最大驅(qū)動(dòng)力矩的上下極限值。因此在θ 1處，理想阻力矩達(dá)到最大值，但仍小于最大驅(qū)動(dòng)力矩。因此，只要最大阻力矩小于最大驅(qū)動(dòng)力矩，機(jī)構(gòu)就可以有效運(yùn)轉(zhuǎn)。 運(yùn)動(dòng) 精度 可靠性 運(yùn)動(dòng) 精度 可靠性主要研究 機(jī)構(gòu) 運(yùn)動(dòng) 過(guò)程 中 ， 各種 誤差 因素 ， 對(duì) 機(jī)構(gòu) 運(yùn)動(dòng)精確度 的 影響，包括研究機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)位移、速度、加速度等相關(guān)運(yùn)動(dòng)指標(biāo)的精確性。 機(jī)構(gòu) 運(yùn)動(dòng)精度可靠度 可 定義為機(jī)構(gòu)輸出運(yùn)動(dòng)的 精確度指標(biāo) 落在最大允許 精確度指標(biāo) 范圍內(nèi)的概率。 如下式： )( 上下 ??? ??? PR （ ） 其中： ? 為機(jī)構(gòu)輸出 精確度指標(biāo) 上? 為機(jī)構(gòu) 精確度指標(biāo) 上限 下? 為機(jī)構(gòu) 精確度指標(biāo) 下限 進(jìn)一步地， 運(yùn)動(dòng)精度可靠度 可根據(jù)式（ ）可化為 機(jī)構(gòu)輸出運(yùn)動(dòng)的誤差落在最大允許范圍內(nèi)的概率 ，即 下式（ ） ： )( 上下 ??? ???? PR （ ） 其中 ： ?? 為機(jī)構(gòu)輸出 誤差 M5 最大驅(qū)動(dòng)力矩 M θ M2 M3 M θ 1 阻力矩 M M4 M6 理想阻力矩最大值 M1 3 上? 為機(jī)構(gòu)輸出 誤差 上限 下? 為機(jī)構(gòu)輸出 誤差 下限 若 上? = 下? =? ，則式（ ）可以表示為 )( ?? ???PR （ ） 其中： ? 為給定的許用誤差。 圖 機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)位移誤差隨機(jī)構(gòu)位置變化而變 化 如圖 所示， 黑線為 機(jī)構(gòu) 的理想位移輸出 R0，而 灰 線所包絡(luò)的區(qū)域表示機(jī)構(gòu)實(shí)際 位移 輸出在理想位移輸出的附近出現(xiàn)的 可能位置 。其位移誤差是由于受到機(jī)構(gòu)可靠性影響因素的作用而產(chǎn)生的。 根據(jù)式子（ ）， 灰 線的輪廓線為極限位移誤差 （如 R1 和 R2） ，只要滿足粉紅線 ???? 即可。 因此圖 可進(jìn)一步轉(zhuǎn)換如下： 圖 機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)位移誤差隨機(jī)構(gòu)位置變化而變 化 θ R0 R1 R2 0 Δε ε 4 2 機(jī)構(gòu)可靠性影響因素及其 統(tǒng)計(jì)分析 前面論述中，機(jī)構(gòu)可靠性包括 運(yùn)動(dòng)使能 可靠性 和 機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)精度 可靠性 。 其可靠性均受機(jī)構(gòu)可靠性影響因素綜合作用的影響。因此必須對(duì)機(jī)構(gòu)可靠性影響因素做 具體分析。 機(jī)構(gòu)可靠性影響 因素有： （ 1） 尺寸誤差 （ 2） 運(yùn)動(dòng)副間隙 （ 3） 鉸接 磨損 （ 4）機(jī)構(gòu) 各運(yùn)動(dòng)副 的摩擦 。 尺寸誤差 “ 3σ”原則：如果檢測(cè)數(shù)據(jù)的總體服從正態(tài)分布 x~N(μ ,σ )，對(duì)于每個(gè)檢測(cè)數(shù)據(jù)落在區(qū)間（μ 3σ，μ +3σ）內(nèi)的概率為 %。 如下圖所示： 圖 “ 3σ”原則 一般認(rèn)為，零件加工的幾何尺寸誤差服從正態(tài)分布?？筛鶕?jù)“ 3σ”原則，對(duì) 幾何尺寸的 加工誤差進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。 設(shè)零件的加工尺寸為 上下XXL?? ， 其中 L 為零件的加工尺寸，上X?、下X?分別為尺寸上限和下限。 根據(jù)“ 3σ ”原則，尺寸均值為： 2/( ）下上 XXLL ?????? （ ） 標(biāo)準(zhǔn)差為： 6 )(6 )()( 下上下上 XXXLXLL ??????????? （ ） 特別的當(dāng)上X?=下X?= X? 時(shí)， LL?? ， 3XL ??? 5 運(yùn)動(dòng)副間隙 在機(jī)械系統(tǒng)中 ,機(jī) 構(gòu)的運(yùn)動(dòng)副是連接兩構(gòu)件并保持二者有一定相對(duì)運(yùn)動(dòng)的中間環(huán)節(jié)。為了保證兩構(gòu)件有相對(duì)運(yùn)動(dòng) ,運(yùn)動(dòng)副元件間一般需采用動(dòng)配合 ,這就存在一定的運(yùn)動(dòng)副間隙。運(yùn)動(dòng)副的設(shè)計(jì)、制造過(guò)程中 ,必然會(huì)有一定的誤差 ,這種誤差是產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)副間隙的一個(gè)原因。另外對(duì)于經(jīng)過(guò)一定時(shí)期運(yùn)轉(zhuǎn)的機(jī)器 ,由于摩擦、磨損現(xiàn)象的存在 ,也將使運(yùn)動(dòng)副產(chǎn)生間隙。所以 ,機(jī)構(gòu)中運(yùn)動(dòng)副間隙是不可避免的。 本文主要討論 最常見的轉(zhuǎn)動(dòng)副 間隙 的影響 。 1） “有效長(zhǎng)度模型”理論 該理論 針對(duì) 鉸鏈?zhǔn)竭\(yùn)動(dòng)副中徑向間隙和銷軸位置的不確定性等因素對(duì)連桿長(zhǎng)度的影響 ,以及由此 造成輸出運(yùn)