一种考虑加工误差概率分布的行星滚柱丝杠分组选配方法

本发明涉及行星滚柱丝杠优化设计领域，特别是涉及一种考虑加工误差概率分布的行星滚柱丝杠分组选配方法。

背景技术：

1、行星滚柱丝杠是一种通过丝杠、滚柱、螺母间多对螺旋曲面互相啮合将旋转运动转化为直线运动的螺旋传动机构。极高的承载能力、行程精度、传动效率、轴向刚度与高速性能特性，使其主要应用在数控机床、航空航天、武器装备与精密机械等领域。得益于与同规格滚珠丝杠副相比所能传动的更高单位密度功率，行星滚柱丝杠在全电化趋势下有着极高的应用潜力，尤其用作机电作动器中的末端执行机构。

2、尤其航空航天与武器装备等领域对行星滚柱丝杠的应用均有较高的精度要求，其关键零部件公差设计是研发过程中的一大难点。相比普通结构件，精密传动机构对零部件加工精度有着极高要求，普通加工生产环境下生产设备所能提供的有限加工精度条件，限制了设计精密传动机构时零部件加工精度等级，行星滚柱丝杠加工生产的主要矛盾在于加工能力与加工条件难以保证产品性能以及产品一致性。因而分组选配的首要目标为满足装配件性能指标，需要引入分组选配方法以对零件进行装配分组，以满足一般加工精度下高性能指标要求。因此，如何在满足相应技术指标的前提下，选配出合理的零件尺寸分组，是设计行星滚柱丝杠产品时必须关注的一个问题。

技术实现思路

1、为了克服现有技术的不足，本发明的目的是提供一种考虑加工误差概率分布的行星滚柱丝杠分组选配方法，本发明解决了行星滚柱丝杠公差宽度与加工精度不匹配的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

3、一种考虑加工误差概率分布的行星滚柱丝杠分组选配方法，包括：

4、构建装配件的关系矩阵，根据所述装配件的关系矩阵获取装配件敏感度；

5、基于信噪比对所述装配件敏感度进行分析，确定分组基准公差；

6、根据实际加工误差统计分析结果，利用中点定位、双侧拓展的初始分组方法生成初始选配方案；

7、构建非支配排序的遗传优化算法；

8、构建以分组合格率及分组剩余率为目标的优化函数；

9、基于分组基准公差，根据非支配排序的遗传优化算法和以分组合格率及分组剩余率为目标的优化函数对所述初始选配方案进行分组区间优化，得到关键公差设计方案；

10、基于加工误差概率分布的仿真装配验证，对关键公差设计方案进行分组选配设计。

11、优选地，所述基于信噪比对所述装配件敏感度进行分析，确定分组基准公差，包括：

12、将所述装配件敏感度分为零件层敏感度和尺寸层敏感度；

13、基于信噪比对装配件的尺寸层敏感度和装配件的零件层敏感度进行分析，确定分组基准公差。

14、优选地，所述信噪比的计算公式为：

15、

16、其中，u和σ2为假设零件几何尺寸制造误差为公差带内成正态分布的随机变量时的均值与方差，tu和tl为原公差上下界，v表示偏移率。

17、优选地，所述尺寸层敏感度的表达式为：

18、

19、其中，τ为尺寸层敏感度，信噪比的倒数作为修正系数，tm和tf分别为制造公差和配合公差。

20、优选地，所述零件层敏感度为：

21、

22、其中，γ为零件层敏感度，c为制造成本系数。

23、优选地，所述制造成本的表达式为：

24、c＝n/h；

25、其中，h为合格率，n为零件数。

26、优选地，所述优化函数为：

27、

28、其中，cog表示该选配方案中未满足轴向间隙指标需求的装配件总数，xti代表第i个零件由小到大的第t个分组区间的右边界位置，di代表第i个零件中径值，表示中径公差下偏差，表示中径公差上偏差。

29、根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

30、本发明提供了一种考虑加工误差概率分布的行星滚柱丝杠分组选配方法，通过构建装配件的关系矩阵，根据所述装配件的关系矩阵获取装配件敏感度；基于信噪比对所述装配件敏感度进行分析，确定分组基准公差；根据实际加工误差统计分析结果，利用中点定位、双侧拓展的初始分组方法生成初始选配方案；构建非支配排序的遗传优化算法；构建以分组合格率及分组剩余率为目标的优化函数；基于分组基准公差，根据非支配排序的遗传优化算法和以分组合格率及分组剩余率为目标的优化函数对所述初始选配方案进行分组区间优化，得到关键公差设计方案；基于加工误差概率分布的仿真装配验证，对关键公差设计方案进行分组选配设计。实现了行星滚柱丝杠关键零部件的公差分组，在保证加工精度的前提下，提高了行星滚柱丝杠装配成功率。

31、附图说明

32、为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

33、图1为本发明实施例行星滚柱丝杠分组选配方法的流程图；

34、图2为本发明实施例行星滚柱丝杠的结构示意图；

35、图3为本发明实施例加工误差分布概率图；

36、图4为本发明实施例不合格装配件总数平均值变化趋势图；

37、图5为本发明实施例零件总剩余数平均值变化趋势图；

38、图6为本发明实施例多目标优化的pareto解集。

技术特征：

1.一种考虑加工误差概率分布的行星滚柱丝杠分组选配方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的一种考虑加工误差概率分布的行星滚柱丝杠分组选配方法，其特征在于，所述基于信噪比对所述装配件敏感度进行分析，确定分组基准公差，包括：

3.根据权利要求2所述的一种考虑加工误差概率分布的行星滚柱丝杠分组选配方法，其特征在于，所述信噪比的计算公式为：

4.根据权利要求3所述的一种考虑加工误差概率分布的行星滚柱丝杠分组选配方法，其特征在于，所述尺寸层敏感度的表达式为：

5.根据权利要求4所述的一种考虑加工误差概率分布的行星滚柱丝杠分组选配方法，其特征在于，所述零件层敏感度为：

6.根据权利要求5所述的一种考虑加工误差概率分布的行星滚柱丝杠分组选配方法，其特征在于，所述制造成本的表达式为：

7.根据权利要求5所述的一种考虑加工误差概率分布的行星滚柱丝杠分组选配方法，其特征在于，所述优化函数为：

技术总结
本发明提供了一种考虑加工误差概率分布的行星滚柱丝杠分组选配方法，包括：构建装配件的关系矩阵，根据装配件的关系矩阵获取装配件敏感度；基于信噪比对装配件敏感度进行分析，确定分组基准公差；根据实际加工误差统计分析结果，利用初始分组方法生成初始选配方案；构建非支配排序的遗传优化算法；构建以分组合格率及分组剩余率为目标的优化函数；基于分组基准公差，根据非支配排序的遗传优化算法和以分组合格率及分组剩余率为目标的优化函数对初始选配方案进行分组区间优化，得到关键公差设计方案；基于加工误差概率分布的仿真装配验证，对关键公差设计方案进行分组选配设计。本发明解决了行星滚柱丝杠公差宽度与加工精度不匹配的问题。

技术研发人员：魏沛堂,吴翰林,刘怀举,胡瑞,杜雪松,刘根伸,杨荣奎
受保护的技术使用者：重庆大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16