机构运动精度可靠性研究现状
结构机构可靠性及可靠性灵敏度分析——10章_展望）
第十章结构机构可靠性和可靠性灵敏度分析的展望可靠性是一个古老而又面临着新挑战的问题，它涉及 (1) 系统行为的描述和模拟，(2)系统行为的定量化，(3) 不确定性的描述、定量化和传递。
本书只是着重介绍了结构机构可靠性和可靠性灵敏度分析的一些经典方法和现在发展的新方法，研究在输入变量与系统行为之间关系确定，并且输入变量随机不确定性已知的条件下，不确定性的传递问题。
本书所介绍的这些方法只是可靠性工程涉及众多问题中的一个基本问题。
在结束本书的理论方法探讨之前，联系本书所研究的内容，对结构机构可靠性未来所需要研究的问题进行简单的展望。
1、输入变量不确定性的描述和定量化[1-14]一般输入变量的随机不确定性采用概率密度函数来描述，依据经典的概率统计理论，获取概率密度函数需要大量的样本数据，尤其是要准确获取密度函数的尾部时，则需要更大量的样本数据，而且往往影响系统行为失效概率的部分就是输入变量概率密度函数的尾部。
然而值得指出的是：由于经费和时间的限制，工程问题中的大样本数据往往是不可得的。
这使得可靠性研究人员投入了大量的精力和时间来研究小样本情况下母体概率密度函数的估计问题。
尽管挖掘小样本中关于母体信息的思路以及在同类产品中获取更多信息的方法是可取的，并且在今后相当长一段时间内基于这种思路的研究将在可靠性领域持续开展，但值得注意的是这种信息的挖掘和获取毕竟是有限的，因为小样本中本身所包含的信息量只是完整信息的一部分。
以有限的信息去推断完整的信息将承受一定的风险，了解并控制推断过程中的风险水平是保证所作推断有意义的前提。
另外，建立小样本情况下，输入变量不确定性的合适的描述模型也是解决信息不足问题的一个补充手段，如现在已在可靠性领域广泛研究的凸集描述模型和模糊描述模型等，还有各种描述的混合模型。
作为不足以获得概率密度函数情况下的必要补充，研究与样本信息量匹配的不确定性描述模型是输入变量不确定性描述和定量化方面的一项重要研究内容，并且在此基础上的各种不确定性描述模型的相容性也是今后可靠性领域的重要研究内容。
机构可靠性分析
q = [q1 , q2 ,L qn ]T —为考虑各种随机误差情况下，
机构有效结构参数向量； F = [ f1 , f 2 ,L f λ ]T —为λ个独立运动方程，正好解 出λ个输出运动。
19
机构运动学可靠性数学模型
（2）输出位移、速度、加速度与输入运动的关系式 位移：
Y = Y ( X , q)
32机构可靠性研究的主要参考文献1何水清王善结构可靠性分析与设计国防工业出版社19932师忠秀等多臂机构动作可靠性分析及计算方法青岛大学学报19983李立杰等k8机襟翼限位机构可靠性建模及求解方法南京航空航天大学学报19986曾声奎等系统可靠性设计分析教程北京航空航天大学学报200133机构可靠性研究的主要参考文献7孙志礼等实用机械可靠性设计理论与方法科学出版社20038赵广燕张建国改进的重要度抽样法在机构可靠性中的应用北京航空航天大学学报20039孙国仓结构与机构中的某些性能参数可靠性研究哈尔滨工程大学200310张树林黄文敏飞行器机构可靠性北京航空航天大学学报199511徐进丝杆升降机构传动的可靠性设计研究煤矿机械200334
Wd >Wr
此时机构运动可靠度即运动过程中驱动力（矩）所作的功—— 主动功 Wd 大于阻抗力（矩）所作的功——被动功的概率，即
Rm = P(Wd >Wr )
16
机构功能可靠性分析
当已知主动功和被动功的分布特性时， 即可求出机构的 运动的可靠度。 当主动功和被动功都为正态分布且相互独立 时，有：
β=
Wd − Wr
2 2 σW + σW
d r
式中： Wd、σ Wd ——主动功的均值和标准差；
M r、σ Mr ——被动功的均值和标准差。
17
机构功能可靠性分析
第7章 机构运动可靠性分析
此式建立了输出速度误差与输入速度误差，输入位移误差及结 构参数误差之间的关系
& & ∆Y = − Z∆X − Z 1 ∆X − T1 ∆q
7.2机构运动可靠性基本模型及计算方法 机构运动可靠性基本模型及计算方法
将上式再对时间微分，并令
∂F −1 d 2 ∂F d 2 ∂F d ∂F Z2 = [ 2 ( ) − 2 ( ) Z − 2 ( ) Z1 ] ∂Y dt ∂X dt ∂Y dt ∂Y
∂F −1 d 2 ∂F d 2 ∂F d ∂F T2 = [ 2 ( ) − 2 ( )T − 2 ( )T1 ] ∂Y dt ∂q dt ∂Y dt ∂Y
则
& && & ∆Y& = − Z∆X − 2 Z 1 ∆X − Z 2 ∆X − T2 ∆q
此式建立了输出加速度误差与输入加速度误差，输入速度误 差，输入位移误差及结构参数误差之间的关系
7.1概述 概述
机构可靠度的计算方法 机构可靠性分析的主要任务是建立机构性能输出参数与影响机 构性能输出参数变化的主要随机变量间函数或相关关系的数学 模型 根据机构运动学可靠性的定义，对于一个给定机构，它的位 置误差表达式为
∂D ∆S = ∑ ⋅ ∆xi i =1 ∂x i
n
7.1概述 概述
机构从动件的位置误差∆S 是各原始误差 ∆xi引起的局部误差
∂F & d ∂F ∂F & d ∂F d ∂F ∆Y + ( )∆Y + ∆X + ( )∆X + ( )∆q = 0 ∂Y dt ∂Y ∂X dt ∂X dt ∂q
令
∂F −1 d ∂F d ∂F Z1 = [ ( ) − ( )Z ] ∂Y dt ∂X dt ∂Y
对曲柄滑块机构运动精度可靠性模型的研究
( 16) 2 [o2 R c2 + E R c2 ] 8Y 2 2 8Y 2 2 ( ) { oz + } + ( ) oe 8z 9 8e 式 ( 10) 和式 ( 16) 就是既考虑尺寸误差又考虑运动 副 间 隙 误 差时的机构位移误差的均值和方差计算模型 , 一 般 认 为 尺 寸 误 差 服 从 正 态 分 布, 正 态 分 布 的 叠 加 仍 服从正态分布 , 所以位移误差服从正态分布 , 设 Z= Ac-Y > 0, 即实际误差 AY 小于极限误差 c, 则可靠度为 [7] R = P ( Z > 0) =
O 0 O
( Z) dZ =
1 ~ 2T
-B
e - 2 z dz =
1 2
( B)
( 17)
( 9)
式 中 ; B= u = c-u , c 为 误 差 的 极 限 值 , u, oy 是 以 上 所 求 o oy 位移特征值, 则仅考虑尺寸误差时曲柄滑块机构位移误 差 的可靠度为 R= 2 ( B) ,
图2
有效联接模型
( 13)
8Y 8R 8Y y 8Y = = ( 14) 8y 8R 8y 8R R 将以上 三 式 代 入 式 ( 11) , ( 下 角 标 I1 , I2 表 示 不 同 铰 链 的居域坐标 ) 有 o2 y = ( ( 8Y 2 2 ) ( oT + o2 I1 ) + 8T ( 15)
u= ( coSozu L
( 10)
~ L2 -( TSino+ e) ~ L2 -( TSino+ e) 2 由此看出用有效长度 R 代替杆长 T 后, 对输出误差均 值没有影响 , 再来看对方差的影响 , 将式 ( 5) 代入式 ( 2) , 求方差得 o2 Y = ( ( 8Y 2 2 8Y 2 2 ) oT + ( ) oI1 + 8T 8I1 ( 11)
对曲柄滑块机构运动精度可靠性模型的研究
可
一 一 ｑ
一
…
： （） １ ２
（ ）当 —０时 ． （ ） 程 有 两 个实 根 ． ２ 式 ８方 即
ｒ ： ｚ
［ ］ 钱 志 良 ． 桂 生 具 有 最 佳 传 动 角 的 曲 柄 摇 杆 机 构 的 闭 式 解 ２ 苏 ［］ Ｊ．机 械设 计 ，２ ０ 、７ ｌ ） １ ２ ５ ０ ０ １ ‘ １ ：３ ～３ ．４ Ｅ ３ 刘 义 翔 ． 勇 ． 延 平 ．按 行 程 速 比 系数 Ｋ 设 计 平 面 曲 柄 摇 ３ 常 李 杆 机 构 的 解 析法 ［］ Ｊ ．机 械 工 程 师 ．１９ ．（ ） ３ ２ ９ ５ ２ ：２ ～ ４ ［ ］ 马 喜 Ｊ ． 勇 在 平 面 曲 柄 摇 杆 机 构 设 计 中 运 用 辅 助 角 方 法 ４ Ｉ常 １ 的 若 干 研 究 结 果 ［］ Ｊ ．机 械 科 学 与 技 术 ．１ ９ ．５ ５ ９６ １【） Ｅ ３ 华 大 年 主 编 ．机 械 原 理 ［ ］ ５ Ｍ ．北 京 ：高 等 教 育 出 版 社 ．１９１ ９．
。ｓ
导 十ｃ导ｃ 导一 ＋ 号 。 ｚ ｃ： ｚ。 。 。 ｓ ｓ ｚ ＝
据 给 定 的行 程 速 比系 数 Ｋ ＝ １ １ ． 计 算 器 算 得 极 位 ．５用
夹 角 ０＝ １ ． ５ １ ９ ３ 。 ２ ５ ８ ３ ５ ５。
按 式 （ Ｏ ． 时 １）此 将 式 （ ） 形 为 ７变
・
无 论 出现 哪 种 情 况 ． 式 （ ） 程 的 正 确 解 ｌ 将 ８方 Ｔ 值 代 人 式 （） 求 出具 有 最 佳 传 动 角 （ ） 之 机 构 的 相 对 长 度 ： ５． ｙ …
民用飞机襟翼运动机构运动可靠性分析及优化设计
陈炎，董萌
（上海飞机设计研究院，上海201210）
摘要：以滑轨-滑轮架式襟翼运动机构为研究对象，在其运动关系的基础上建立了考虑多种误差
的可靠性分析模型，并运用数值分析方法（蒙特卡罗数字模拟法）对此机构在襟翼巡航、起飞和着
陆状态的运动可靠性进行分析，同 究了各 差因素的 性灵敏度，最后采用带精英策略
的非支配排序遗传算法（NSGA - # ）对该运动机构可靠性进行优化,提出了提高该机构运动可靠
为原点建
立坐标系， 1所示， 襟 转角度可以用
襟翼弦线和（轴夹角*表示，襟
以用襟翼
弦线任取一点P3坐标（（，*3 ） W&曲柄与摇臂连
接点P1的坐标（（1，*1 ）需满足曲柄定长约束条件, 即
｛（ %（0 $ Z1cos/
（ 1）
*1 % *0 $ NCn/
收稿日期：2021 -01 -15 基金项目：民用飞机专项科研项目 作者简介:陈炎（1990一），男，工程师，硕士，主要研究方向为飞机增升机构设计,chenyan@ comac. co.
飞、着 的
求需设计相应的运动机
构，运动机构在导引襟翼运动
，由于
不确定性影响因素（如零件尺寸、输
、运
动副间
、装
和磨损等），襟
运动
轨迹与理论值
，这些
襟翼缝道
参数、降低飞机气动效率，严重情况 引起襟翼卡
&因此，对襟翼运动机构不确定性 因素下的
性
析，具
重要的意义。
' 已有学者 2-3（对关
展开
关
，些
襟翼作动器的安装误
2021年6月 第50卷第6期
机械设计与制造工程 Machine Design and Manufacturing Engineering
机构运动仿真的优势和局限性进行分析
机构运动仿真的优势和局限性进行分析
机构运动仿真是应用数学、物理、计算机等多个领域知识,利用计算机技术模拟机构在复杂环境中的运动过程,以实现机构设计、性能分析和优化设计的过程。
下面分析机构运动仿真的优势和局限性：
优势：
1. 降低设计成本：机构运动仿真可以在计算机上进行虚拟设计、模拟和测试,可以减少实际试验的时间和成本,从而降低设计成本。
2. 提高设计效率：机构运动仿真可以根据设计要求进行验证和优化,在这个过程中,可以不断调整仿真参数以尽可能地优化方案,从而提高设计效率。
3. 增强精度：由于机构运动仿真是根据精确的数学和物理模型进行计算,因此可以获得更准确的结果,这对于工程设计和开发至关重要。
4. 提高可靠性：运用机构运动仿真技术进行模拟分析可以发现机构构件之间的相互作用、载荷分布及异常情况等,轻松急救提前发现设计过程中可能存在的问题。
局限性：
1. 数据模型的准确度是制约仿真精度的主要因素,因此要保证机构运动仿真的准确性,必须要有足够的技术和经验。
2. 仿真技术的应用范围受限制。
例如在复杂的结构设计中,机构仿真方法则无力处理连续介质流动、微观结构等复杂问题。
3. 机构运动仿真大量使用计算机模拟,需要大量计算资源和高性能计算机的加持。
在一些科研或行业领域需求更高的情况下,常规计算机基本无法满足其需求,需要大型超级计算机、云计算等技术支持。
4. 机构运动仿真在人类智慧领域相较短时间内无法趋势到一定的境地。
基于虚拟样机技术的机构运动可靠性分析
【 系统 ・ 施加 形位约 束（ 构预装 配） 机 全 相 同 的 放 大 机 构 而 ｌ 建 模 ・ 加运动 约束（ 动副） 施 运
总第 ２ ２ １ 期 ２１ ０ ２年第 ２期
舰 船 电 子 工 程
Ｓ ｉ ｅ ｔｏ ｉ ｇ ｎ ｅ ｉ ｇ ｈ ｐ Ｅｌｃ ｒ ｎ ｃ Ｅｎ ｉ ｅ ｒｎ
Ｖｏ ． ２ Ｎｏ ２ １ ３ ．
１２ Ｏ
基 于 虚 拟 样 机 技 术 的 机 构 运 动 可 靠 性 分 析
陈 磊 金
ｐ ｏ ｅ ｕ ｅ ｎ ｆｅ ｔ ｆｔ ｅｔ ａ ｄ ｍ ｒｏ ｓｏ ｈ ｔ ｅｉｂｉｔ ｆｔ ｇ ｉｉａ ｉｎ ｄ ｖｃ ｒ ｏ ａ ｅ ｔ ａ ｈ ｏ ｈｅ ｅ ｇ ｈ— ｒ ｃ ｄ ｒ ，ａ ｄ ｅｆ ｃｓｏ ｈ ｗｏｒ ｎ ｏ ｅｒ ｒ ｎ ｔ ｅ ｍｏ ｉ ｒｌａ ｌ ｙ ｏ ｈｅｍａ ｎｆｃ ｔｏ ｅ ｉｅａ ｅ ｃ ｍｐ ｒｄ ｗｉｈ ｅ ｃ ｔ ｒｌｎ ｔ ｏｎ ｉ
素 ， 可 靠 性 指 标 是 时 间 性 的 质 量 指 标 。 面 对 新 时 期 军 队 而
析 理 论 、 涉 模 型 理 论 及 虚 拟 样 机 技 术 ， Ａ ＡＭＳ动 力 学 干 以Ｄ
软件 。 为研究平 台 ， 以实 现机 构动 作可 靠性 分 析及 定 量 计算为 目标 的综 合技术 ， 目前 已是复 杂机构 动 作可 靠性 分 析计算 的一种行 之有效的方法 。
ｗ ａｙｓ ．
ＫｅｙＷ ｏｒ ｓ ＡＤＡＭ Ｓ．ｍｏ ｉｎ ｒｌａ ｌｔ ．ｓｍｕａ ｉｎ ｄ ｔｏ ｅｉｂｉ ｙ ｉ ｌｔｏ ｉ Ｃｌｓ ｍ ｂ ＴＢ１ ２． ａ ｓ Ｎｕ ｅｒ ］ １
并联机构的运动学精度提高方法研究的开题报告
并联机构的运动学精度提高方法研究的开题报告一、研究背景和意义并联机构由于其高刚性、高精度、高速度等特点，被广泛应用于精密机械加工、航空航天和自动化装配等领域。
但由于其结构和运动学的复杂性，使得并联机构的精度问题成为制约其应用的关键因素。
因此，提高并联机构的运动学精度是当前研究的重点之一。
二、研究内容本文研究的内容主要集中于并联机构的运动学精度提高方法。
首先分析目前并联机构的运动学精度问题，探讨其产生原因；其次，介绍现有的并联机构运动学精度提高方法，如使用高精度传感器、优化控制算法等；最后，提出一种针对并联机构运动学精度提高的新方法，探索其效果和实现可行性。
三、研究目标和意义本研究的主要目标是提出一种针对并联机构运动学精度提高的新方法，以解决当前并联机构运动学精度存在的问题。
该方法应能实现运动学误差的在线校正和自适应控制，在提高精度的同时，能够有效减少机构的成本和结构复杂度，提高其实用性。
该方法的研究成果可以为并联机构的研究和应用提供重要的理论和实践基础，并有望促进并联机构在精密加工、自动化装配等领域的推广应用。
四、研究方法和技术路线本研究的方法主要包括理论分析和实验验证两个方面。
理论分析主要围绕并联机构的运动学精度问题展开，分析其误差来源，提出新的运动学精度提高方法；实验验证主要以实际并联机构为对象，通过实验测试和数据分析，验证新提出的运动学精度提高方法的效果和可行性。
研究的技术路线如下：1. 分析并联机构的运动学精度问题及其产生原因2. 探讨现有的并联机构运动学精度提高方法，如使用高精度传感器、优化控制算法等3. 提出一种针对并联机构运动学精度提高的新方法，并进行理论分析和数学模型建立4. 设计并联机构运动学精度提高实验，实现新方法的实验验证5. 参考文献撰写与论文撰写五、预期成果和存在的问题预期成果：1. 提出针对并联机构运动学精度提高的新方法，并论证其在理论上的可行性2. 设计并联机构运动学精度提高实验，验证新方法的效果和可行性3. 完成相关研究论文和技术报告的撰写存在问题：1. 并联机构的结构和运动学模型较为复杂，需要进行深入的理论探索和实验研究2. 基于新方法的运动学精度提高方案需要在实际应用中进行更多的验证和调整3. 研究中可能会遇到计算量大、精度不足等问题，需要制定相应的解决方案。
某巡飞武器折叠展开机构可靠性及运动精度分析
某巡飞武器折叠展开机构可靠性及运动精度分析摘要：通过建立等效动力模型得出巡飞器折叠展开机构的运动规律，进而对折叠展开机构进行动态静力分析，对机构运动功能可靠性及运动精度进行了较为全面的探讨和研究。
该方法可用于飞行器分离机构，展开机构和折叠机构等的可靠性及运动精度分析。
关键词：巡飞器；可靠性；运动精度一引言随着现代战争观念的转变，巡飞武器得以广泛应用。
巡飞武器是一种可由多种平台投放，在空中进行巡逻飞行，以执行情报侦察、精确打击和毁伤评估等作战任务的新型弹药。
巡飞武器兼具飞航导弹和无人机的特点，与飞航导弹相比，巡飞弹滞空时间长、持续威慑能力强；与无人机相比，巡飞弹可以像常规导弹一样，能够快速进入作战区域，并可实现对目标精确打击。
折叠展开机构作为巡飞武器的关键机构之一，其能否正常运行将直接影响到武器系统的巡航能力及命中精度。
更严重的，如果折叠机构开或者展开失效，将可能引起初始发射失败或攻击目标的变化，造成无法弥补的重大损失。
因此，对巡飞武器折叠展开机构进行分析显得尤为必要。
二动力学模型（一）几何模型某型巡飞器弹翼及舵翼折叠展开机构可以简化成如图1所示的机构模型。
折叠机构由舱体、压盖、固定轴、驱动源等部分组成，模型中所有构件材料均为低碳钢，密度为7830 ，杨氏模量为210 GPa，泊松比为 0. 3。
巡飞器在发射筒内时，翼面折叠，由发射筒内壁限位；发射离箱后，翼面在驱动源产生的扭矩驱动下绕旋转轴转动实现展开到位，锁紧装置将翼面锁定，完成展开过程，巡飞器转入正常飞行姿态[1]。
模型受力分析如下：折叠展开机构可视为理想约束系统，系统运动微分方程为：式中：为翼面绕转轴的转动惯量；为外翼绕转轴的展开角加速度；为驱动源刚度；为翼面的展开角度；为翼面折叠状态驱动源的预转角；m 为翼面的重量；g 为重力加速度；L 为外翼质心a到转轴中心O的距离；M1为气动阻力矩； M2为摩擦力矩。
式1可以转化为标准的Runge格式进行求解，选取时间为自变量，以折叠翼面展开角度、角速度为变量，变量的初值为，建立常微分方程组，如式2 所示[2]:(二) 运动仿真弹翼展开机构的驱动力由驱动源提供，力的大小根据驱动源的外径、内径、圈数等计算得到，驱动源提供的驱动力大小随时间的变化关系如图3 所示[3]。
模切机主切机构运动精度可靠度的求解
ｎ ｓ 。ａ ｄ ｆ ｒ ｈ ｒｔ ｒ ｅ ｒ ｒ ａｔ ｌ ｅ ｉａｉ ｅ ｆ ｈ ｅ ｆｒ ｎ ｅ ｆ ｎ ｔ ｎ ｉ ｌｔ ｎ ｅ ｕ ｔ ｏ ｉ ｍ ｎ ｅ ｆ ｓ ｄ ｒ ｅｐ ｒ ａ ｒ ｔ ｓｏ ｅ ｐ ｒ ｍａ ｃ ｕ ｃｉ ．Ｓ ｍｕａ ｉ ｓｒ ｓ ｌ ｎ ｏ ｔ ｉ ｏ ｏ ｍｏ ｉ ｄ ｖ ｖ ｔ ｏ ｏ ｏ ｓ ｋ ｎ ｍａｉ ｓａ ｃ ｒ ｃ ｅ ｉｂ ｌ ｙ ｏ ｃ ａ ｉｍ ｄ ｍｏ ｓｒ ｔ ｈ ｔｔ ｅ ｐ ｏ ｏ ｅ ｔ ｏ ｓ ａ ｃ ｒ ｔ ，ｐ ａ ｔ ａ ｉ ｅ ｔ ｃ ｕ ａ ｙ ｒ ｌ ｉ ｔ ｆｍｅ ｈ ｎ ｓ ｅ ｎ ｔ ｅ ｔ ａ ｒ ｐ ｓ ｄ ｍｅ ｈ ｄ ｉ ｃ ｕ ａｅ ｒ ｃｉｌ ｃ ａ ｉ ａ ｈ ｃ
２ ２ 机构运 动精 度 可靠 度求解 数 学模 型 ．
运动精度可靠度求解中偏导数的计算， 为模切机主切
机构运动 精度可靠 性 的研 究提供 了一条简捷 的途径 。
ｌ 改进 的粒 子群算法
受 鸟 群 运 动 的 启 发 ， ｂｒａｔ和 Ｋ ｎ ｅｙ６于 Ｅ ｅｈｒ ｅｎｄ Ｌ
由上节可知 ， 可靠度指标的计算 可以转化为求 解验算点的极值问题 ， 故机构运动精度可靠度求解 数 学模 型 可表 示为 ：
念简单 、 参数设置简单 、 收敛速度快 的优点 ， 但随着 迭代次数的增加 ， 各粒子变得越来越相似 ， 存在易陷
人局 部最 优 的 问题 。 在粒 子 群 算 法 的可 调 整 参 数 中 ， 惯性 权 重 是 最
ｓｔ ．
Ｘ ＝ ｛ ，２… ， ｝ １戈 ， ∈
：
｛Ｉ （ ）＝０｝ ｇ
收稿 日期 ： ０ １ １１ ２ １－ －６ ０
基金项 目 ： 陕西省教育厅专项科研计划研究基金资助项 目（ ０ ０Ｋ ０ ） ２ １Ｊ ７ ６ 。 作者简介 ： 王西珍 （９ ０） 女 ， １ ８ ． ， 山西河津人 ， 博士生 ， 究方 向为机 械动 力学特性 及性 能优 化。Ｅｍａ ：１２ １＠ ｙｈｏ 研 ・ ｉ ｙ ５ ７ ａｏ． ｌ １ ｃｍ ｃ 。 言（ ９０ ） 男 ， ｏ ．ｎ 李 １６ ． ， 陕西彬县 人 ， 教授 ， 博导 ， 研究方向为机 电测 控技术 、 先进制造 及精密加 工技术 。Ｅ —
基于运动副磨损和原始误差影响的机构运动可靠性分析
ａ ｃ ｒ ｃ ｆ ｃ ａ ｉｍ ｕ ｄｂ ｖ ｒｏ ｖｏ ｓａｏ ｇｗｉ ｈ ｅｖｃ ｉ ．Ｔｈ ｅｉｂｌ ｙｏ ｔｏ ｃ ｕ ｃ ｕ ａ ｙ ｏ ｍｅ ｈ ｎｓ ｗｏ ｌ ｅｅ ｅ － ｂ ｉ ｕ ｌｎ ｔ ｔ ｅｓ ｒ ｉｅｔｍｅ ｌ ｆ ｈ ｅｒ ｌ ｉ ｔ ｆ ａ ｉ ｍｏ ｉｎａ ｃ —
Ｆａ ｔＤｉｇ ｏ ｉ，Ｌａ ｚ ｏ ｔ ｉｅ ｓｔ ｕｌ ａ ｎ ｓｓ ｎ ｈ ｕＣｉ Ｕｎｖ ｒｉｙ，Ｌａ ｚ ｏ ７ ０ ７ ｙ ｎｈ ｕ ３ ０ ０，Ｃｈｎ ） ｉａ
Ａｂ ｔ ａ ｔ ｓｒ ｃ ：Ａ ｄ ｌ ｏ ａｃ ｌｔｎ ｈ ａ ｉｇ ｃ ｐ ｃｔ ｆｋｎ ｍａ ｉ ａｒ 一 是 ｍｏ ｅ ｒｃ ｌｕａ ｉｇ ｔ ｅｗｅ ｒｎ ａ ａ ｉ ｏ ｉ ｅ ｔ ｐ ｉ ｆ ｙ ｃ 优 ｗａ ｓａ ｌ ｈ ｄｏ ｈ ｓｅ ｔｂ ｉ ｅ ｎ ｔ ｅ ｓ ｂ ｓｓｏ ｕ ａ ｉ ｆ ｍｍａ ｉｉｇ ｔ ｅｗｅ ｒｔ ｅ ｒｅ ｎ ｅ ｅ ｒ ｈｒ ｓ ｌｓａ ａｌｂｅ ｓ ｒｚｎ ｈ ａ ｈ ｏ ｉｓａ ｄ ｒ ｓａ ｃ ｅｕ ｔ ｖ ｉ ｌ．Ｔｈ ｏ ｔ ｃ ｒ ｓ ｕ ｅａ ｄｒ ｌｔ ｅｖ — ａ ｅｃ ｎ ａ ｔｐ ｅ ｓ ｒ ｎ ｅａ ｉ ｅ ｖ ｌｃｔ ｆｔ ｅｐ ｉ ｅｅ ｎ ｎ ｏ ｉｉｎｗｅ ｅｃ ｌｕ ａｅ ｙ ａ ａｙ ｉ ｇｋ ｎ ｍａｉｓａ ｄｋ ｎ ｔ ｓｏ ｈ ｃ ａ ｏ ｉ ｏ ａｒ ｌｍｅ ｔ ｎ ａ ｙｐ ｓｔ ｒ ａｃ ｌｔ ｄｂ ｎ ｌｚｎ ｉｅ ｔｃ ｎ ｉｅ ｉ ｆｔ ｅｍｅ ｈ － ｙ ｈ ｉ ｏ ｃ ｎｓ ｉｍ．Ｔｈ ｅｉｂｌ ｙ ｍｏ ｅ ｆｍｏ ｉｎ ａ ｃ ｒ ｃ ｏ ｈ ｃ ａ ｉｍ ｓ ｓ ｔｕ ａ ｅ ｎ ｔ ｓ ｕ ｔ ｎ ｅｒ ｌ ｉ ｔ ｄ ｌｏ ｔ ｃ ｕ ａ ｙ ｆ ｒｔ ｅｍｅ ｈ ｎｓ ｗａ ｅ ｐ ｂ ｓ ｄ ｏ ｗｏ ａ ｓ ｍｐ ｉ ｓ ａ ｉ ｏ ｏ
五轴机床机构运动精度的可靠性分析
五轴机床机构运动精度的可靠性分析李翠玲1，王耿华2，杨强1，孙志礼1（1.东北大学机械工程与自动化学院，辽宁沈阳110819；2.郑州轻工业学院机电工程学院，河南郑州450002）来稿日期：2012-03-06基金项目：国家科技重大专项（2009ZX04014-014）；辽宁省博士科研启动基金资助项目（201120005）作者简介：李翠玲，（1970－），女，辽宁沈阳人，副教授，主要从事：摩檫学方面的研究1引言装备制造业是关系国计民生的重大基础性产业。
五轴联动加工中心是数控机床的高端产品，被认为是航空航天、船舶、军工等行业加工复杂零件的最重要的加工工具之一[1]。
加工精度是机床的重要性能指标，可靠性设计是提高机床加工精度和使用寿命的有效手段。
目前，我国中高档数控机床的可靠性设计仍处于起步阶段。
国外一些科研人员利用机构学理论推导了五坐标机床的空间几何误差模型[2]。
国外一些科研人员建立了多轴数控机床的准静态误差计算模型，用以考虑几何误差、回转轴误差、热误差和机床零部件弹性变形的影响[3]。
科研人员运用多体系统理论和齐次坐标变换，建立了多轴数控机床通用的运动学综合空间误差计算模型[4]。
一些科研人员以一种三平移两转动五轴机床为研究对象，利用齐次坐标变换推导了可以考虑几何误差和热误差的机构误差解耦计算式[5-6]。
由于制造和装配中存在公差，载荷、驱动存在随机性等因素，机械系统存在一定的随机性。
以往五轴机床运动精度分析中往往不考虑输入误差的随机性，必然造成评价结果不准确。
以2R3T 型五轴机床为例，建立了完整的机构运动可靠性计算模型。
最后通过算例证明了该方法的有效性。
2运动学分析2.1机构描述及坐标系建立某厂生产的一种2R3T 型五轴机床的结构示意图，如图1所示。
机床共有9个构件，名称见图右侧，对应编号为（0~8）。
机床采用龙门动横梁式结构，选配两轴转动工作台。
滑板-横梁-滑枕（主轴箱）移动分别实现X 、Y 、Z 三坐标进给，配合双摆工作台绕X 、Z 轴的转动进给，实现五轴联动。
[考试]运动目标检测研究意义及国内外现状
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运动目标检测研究意义及国内外现状1研究意义 (1)2国内外研究现状 (1)1研究意义众所周知，当前是信息时代，信息的获得、加工、处理以及应用都有了飞跃发展。
人们认识世界的重要知识来源就是图像信息，在很多场合，图像所传送的信息比其他形式的信息更丰富、真切和具体。
人眼与大脑的协作使得人们可以获取、处理以及理解视觉信息，人类利用视觉感知外界环境信息的效率很高。
事实上，据一些国外学者所做的统计，人类所获得外界信息有80%左右是来自眼睛摄取的图像。
由此可见，视觉作为人类获取外界信息的主要载体，计算机要实现智能化，就必须能够处理图像信息。
尤其是近年来，以图形、图像、视频等大容量为特征的图像数据处理广泛应用于医学、交通、工业自动化等领域。
自然界的一切图像都是连续变化的模拟图像，在日常生活中，这些图像中的运动目标往往是我们比较关心的，如：行人、行驶的交通工具以及其他的运动物体。
运动目标检测是计算机视觉和数字图像处理的一个热门方向，广泛应用于机器人导航、智能视频监控、工业检测、航空航天等诸多领域。
因此，运动目标检测也就成为了近年来理论和应用的研究热点，它是图像处理和计算机视觉学科的重要分支，也是智能监控系统的核心部分。
它的目的就是如何快速、准确地检测出监控视频中的运动目标，即从序列图像中将运动目标提取出来。
随着社会经济的不断发展，城市化步伐的不断加速，城市的工作、生活秩序显得越来越紊乱，实时的人数统计有着重要意义。
如：可以通过统计等候电梯的人数来优化调度电梯，以此提高电梯的利用率，减少用户的等待时间。
可以通过统计经过十字路口、丁字路口人群流动繁忙的交通场合的人数，可以合理安排交通警察或保安人员的工作时间和工作额度。
2国内外研究现状计算机视觉是指用计算机实现人的视觉功能，它的研究目标就是使计算机具有用过一幅或多幅图像认知周围环境的能力（包括对客观世界三维环境的感知、识别与理解）。
运动目标检测作为计算机视觉技术的一个分支，就是对视场内的运动目标，如人或交通工具，进行实时的观测，并将其分类，然后分析他们的行为。
平面连杆机构运动精度可靠性及灵敏度分析
轴开始,沿逆时针方向 计 量 为 正;xj 和yj(j=A, B,… ,F)分 别 为 各 铰 链 处 间 隙 矢 量 的 水 平 及 垂 直
分量;Xj 和Yj(j=A,D,F)分别为机构中 A、D、F
3个装 配 基 准 点 的 水 平 及 垂 直 位 置 坐 标;三 副 构
件舱门及摇臂在铰链 A、C处的夹角分别用毴A、毴C
失效的概率 Pf 可以表示为
Pf = P{g(X)<毮}
(4)
由式(1)~ 式(4)可以看出,只要能得到各连
杆的实际长度及铰 链 的 间 隙 参 数,就 可 通 过 求 解
机构的运动方程(式(1))得该 机 构 中 各 杆 件 的 方
位 角 ;通 过 式 (2)和 式 (3)得 到 锁 环 的 位 置 坐 标 和
1暋 连 杆 机 构 精 度 问 题 描 述
本文以飞机舱门收放机构为例来说明机构运 动精度可靠性研究的背景及方法。如图1所示,
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中 国 机 械 工 程 第 25 卷 第 18 期 2014 年 9 月 下 半 月
为保证上 锁 时 允 许 的 最 大 位 置 偏 差。 因 此,机 构
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2.1暋 实际杆长计算 构件的实际长度主要受制造加工误差和受载
后变形量的影响。 2.1.1暋 制造加工误差
由于制 造 技 术 的 限 制 和 人 工 因 素 存 在,杆 件 在制造加工过程中 必 然 存 在 误 差,符 合 制 造 精 度 要求的杆件尺寸分 布 在 一 定 的 范 围 之 内,由 相 关 标准可以查到各杆 长 的 极 限 偏 差,进 而 得 到 长 度 的上下限 Lmax、Lmin。 通 常 总 是 假 设 构 件 尺 寸 的 加工误差服从正态 分 布,这 已 为 工 程 实 际 所 证 实 且为中心极限定理所证明。所以有
平面连杆机构运动误差及可靠性分析
平面连杆机构运动误差及可靠性分析太原重型机械学院机电工程分院 陆凤仪 徐格宁大连大起有限公司港口机械厂 黄 炜摘 要:为获得考虑运动副间隙和杆长误差的平面连杆机构运动规律,采用复数矢量法,推导出运动误差计算公式,在此基础上建立了曲柄滑块机构运动精度可靠性分析模型,编制了相应的计算机软件,并计算出算例机构位置参数和输出运动误差的方差和可靠度。
关键词:平面连杆机构;运动精度;可靠性;分析Abstract:In order to obtain planar linkage kinematics law considering kinematic pair gap and structural error,the kinemat ic error formula is derived adopti ng the plural number vector law.The reliability analysis model of kinematic accuracy on slider crank mechanism is established based on the above formula.The relevant computer soft ware is developed.Moreover,the position parameter and the variance and reliability degree of output movement error are worked out with a typical example.Key words:planar linkage;kinematic accuracy;reliability;analysis随着机械向高度、重载、轻型和精密的方向发展,机械运动精度已成为影响产品质量、寿命和可靠性的重要因素,由于组成机构的构件存在加工误差和装配误差,导致构件尺寸的误差,从而使运动误差存在不确定性,其运动精度具有随机性。
基于ADAMS夹钳机构运动过程的可靠性研究
经分 析后 可 得 出下 面两 种情 况将 导 致 夹钳 不能 在 自 重 下 复位 ：
仿 真 模 型 验 证 正 确 的 基 础 上 ，可 以 对 产 品 设 置 可 控 参 数 ，根 据 需 求 有 目的 的 对 模 型 进 行 优 化 分 析 。 本 文 正 是 基 于 上 述 理 论 。通 过 在 Ｓ ｌ ｅ ｇ ｏｉ ｄ ｅ中 建 立 ｄ 虚 拟 样 机 模 型 。通 过 Ｐ ｒｓｌ ａａｏｉ 件 导 人 Ａ ａ ｄ文 ｄ ｍｓ软 件 中
２ 夹 钳 自动 展 开原 理 及 其 静 力 学 分 析
２１ 实 现 夹 钳 在 自重 下 自动 张 开 的原 理 ．
夹 钳 的 机 构 复 杂 ， 持 的 可 靠 性 难 以把 握 。 当 夹 持 小 夹 物体 时 ， 起重 机 放下 夹钳 后 钳体 有 可能 会 卡死 。 致钳 在 导 体 不 能 在 自重 下 复 位 。 图 １所 示 ， 起 重 机 放 下 物 体 时 ， 如 当
虚拟 机械 系统 进行静 力 学 、运 动学 和动 力学 分 析 ，输 出
位移 、速 度 、加 速 度 和反 作 用 力 曲 线 。 在 仿 真 的 过 程
中，其 三维 几何模 型 的建立 、产 品预 装配 等通 常 在 Ｃ Ｄ Ａ
软件 中完 成 ，由于 Ａ ａ 与 先 进 的 Ｃ Ｄ软 件 以及 Ｃ Ｅ ｄ ｍｓ Ａ Ａ
维普资讯
第 ２ １卷 第 ４期
２０ ８ 年 ７月 ０
机 电 产 品 研 度 刨 新
Ｄｅｖ ０ ｍｅ ｅｌ Ｄ ｎｔ＆ Ｉ ｏ ａ ｉ ｎ ｏ ｃ ｎ ｒ ＆ Ｅｌ ｃ ｒｃ ｌ Ｐ ｏ ｎｎ ｖ ｔｏ ｆ Ｍａ ｈｉ ｅ ｙ ｅ ｔｉ ａ ｒ ｄｕｃ ｓ ｔ
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机构运动精度可靠性研究现状
机构运动精度可靠性是影响产品质量、寿命的关键因素且已成为衡量机构运动性能的重要指标，文章对机构运动精度可靠性的研究现状进行了分析，并介绍了目前求解机构可靠度新方法及其应用。
标签：机构运动精度；可靠性；现状
1 概述
机构是传递运动和动力的可动装置，它是機械装备的特征骨架和执行器[1]。
机构的运动和动力性能直接关联着整个机械装备的品质和功能，提高机构的运动于动力性能一直是学者们的研究重点。
传统机构学将机构的概念局限于仅含刚性构件、理想运动副（无间隙或柔性）、构件尺寸绝对精确的机构系统。
然而，真实机构系统具有多种内外部不确定性（如几何公差、运动副间隙与磨损、构件物理参数如密度与弹性模量、工作载荷等的随机性）[2]，这些不确定性对机构运动学与动力学性能有着不可忽视的影响，传统的以确定性参数为基础的机构学研究不能描述上述特征。
技术发展对机构的高精度、可靠性等提出了更高的要求。
机构运动精度可靠性研究是在特定的工作条件和时间内，真实机构的运动输出与理想机构运动输出之间的偏差落在期望误差限范围内的概率。
受不确定性影响，真实机构与理想机构的运动必然存在不确定性或随机偏差，即使这些内外部不确定性很小，但在机构设计时如果不加以考虑或考虑不充分，也可能会造成很大的机构输出的不确定性，进而导致机构运动精度下降、动作不可靠、定位不准确以及动力性能不佳，从而使整个机械装备的功能丧失、性能下降、故障率上升、寿命缩短和用户满意度下降等。
如1978年美国发射的陆地卫星2号由于偏航飞轮失效而导致整星失效，1987年德国发射的TVSAT卫星进入轨道后一翼展开而另一翼卡主而导致整星灾难。
因此，在机构系统设计中必须考虑内外部的不确定性具有相当的必要性和重要性。
但这是确定性设计方法难以胜任的，因此须采用不确定性工程设计理论与方法研究机构的运动输出与不确定性之间的内在联系和规律以及对应的机构设计与分析理论。
2 可靠性方法
可靠性方法是处理不确定性因素最为有效的途径[3]。
通常，不确定性分为随机性、模糊性和有界不确定性，其建模与分析方法分为概率和非概率两大类，与之对应的可靠性分为概率可靠性和非概率可靠性。
研究前者的数学方法主要有概率论、数理统计和随机过程。
对于后者，处理模糊性的数学工具是模糊数学，研究有界不确定性的数学方法和理论是非概率集合理论。
概率方法发展比较成熟，能够得到高精度的不确定性预估。
对机构系统而言，其不确定性主要为随机不确定性，因此，概率设计方法是机构运动不确定性分析与设计最为有效且十分重要的方法，目前已被学术界和工程界广泛认可并采用。
特别是对于有运动精度要求的机构，概率方法可以从概率统计角度对机构运动精度进行解释并赋予概率
精度的含义。
通过概率方法对机构运动精度可靠性研究目前可分为点（瞬时）可靠性方法和时变（区间）可靠性方法，下面将分别介绍。
2.1 点（瞬时）可靠性
在现有的机构可靠性理论中，机构运动精度可靠性大多局限于研究机构运动在其预定工作范围内某特定位置（或特定点）真实机构的运动输出与理想机构运动输出之间的偏差落在期望误差限范围内的概率，我们将这种基于时间点的可靠性称为点可靠性或瞬时可靠性。
机构运动输出误差由机构本身固有的结构误差和由于制造误差、运动副间隙等不确定性因素产生的机械误差两部分组成。
许多学者在此方面做了大量的研究，提出了诸如转换机构法、直接微分法、微分位移合成法、环路增量法、矩阵法等误差建模方法以及最坏情况分析、概率分析和区间分析等误差分析处理方法。
机构运动精度可靠性借助结构工程领域的极限状态模型建立其分析模型，并采用一次二阶矩方法（First Order and Second Moment，FOSM）和蒙特卡洛分析方法（Mento Carlo Simulation，MCS）分析机构在其预定工作范围内某点的实际输出满足期望运动输出的概率。
但是，点可靠性仅研究了机构在预定工作范围内每一给定位置或时间点的可靠度问题，而没有涉及到机构在整个工作范围内的可靠性问题，所以它只反映了机构在给定位置处的局部信息而不能反映机构在该点之前或之后的机构运动情况，不能描述出机构在整个运动范围内的全局信息和特征。
因此，有学者提出了时变（区间）可靠性概念并致力于这方面的研究。
2.2 时变（区间）可靠性
时变可靠性指与时间相关的一种动态可靠度，它不仅反映了所研究的当前时间点的信息而且包括该时间以前系统的全部信息，其最大特点是在其分析模型中引入了时间变量并考虑了两时间点之间的相关性。
时变可靠性研究源于结构工程领域，所涉及的可靠性分析模型中包含随机变量随时间变化和材料强度随时间下降。
目前，时变可靠性分析方法主要有极值法和基于Poison假设的首次穿越理论。
极值法的思想是通过获得所考察对象的性能指标的全局极大或极小值概率分布而将时变可靠度问题转换为点可靠度问题求解。
基于Poison假设的首次穿越理论归结为计算穿越率的问题，穿越率求解是这类问题的核心和难点。
针对该问题，Rice提出著名的Rice公式，随后Middleton对其进行了改进。
但是除对特殊的随机过程如平稳高斯过程可以求得解析穿越公式外，对于一般随机过程其穿越率是难以获得的，为此，张均富提出了基于一次二阶矩（FOSM）和首次穿越理论的均值首穿方法（Mean Value First Passage Method，MVFP）并推导了穿越率的解析表达式[4]。
为了解决均值首穿法在某些情况下求解精度不高和为了避免求解穿越率时在数学处理上的困难，张均富提出联合极值点法（Joint Extreme Point Method，JEP）对球面函数机构的运动精度可靠度进行了高精度求解[5]。
3 结束语
文章介绍了机构运动精度可靠性研究现状，目前研究得最多且较为成熟的为点的（瞬时）非时变可靠性，但是点可靠性仅仅反映系统在某一时间点的局部信
息而非全局信息。
时变（区间）可靠性包含了系统某时间段内的全部信息，所以它较之点可靠性更具有实际意义，但是目前为止在国内外的研究不是很多。
机构可靠性理论的发展对机构的设计、综合有着重大的实际意义，能够预测工程系统的剩余可靠度和寿命，能为为设备或系统的维修、维护提供理论数据并做到事前维护而避免灾难性事故的发生。
参考文献
[1]杨廷力.机器人机构拓扑结构学[M].北京：机械工业出版社，2003.
[2]孟宪举，张策，詹梅晶，等.含间隙连杆机构精度概率分析模型[J].机械设计，2004，21（9）：35-37.
[3]乔心州.不确定结构可靠性分析与优化设计研究[D].西安：西安电子科技大学，2008，12.
[4]Zhang J F，Du X P. Time-Dependent Reliability Analysis for Function Generator Mechanisms[J].Journal of Mechanical Design，2011，133（3）.
[5]Zhang J f. Reliability analysis of spherical function generating mechanisms[J].Journal of Advanced Mechanical Design，Systems，and Manufacturing，2014.
作者简介：李晓松（1990-），四川达州人，研究方向为设备可靠性与维护改造。