起落架运动机构可靠性研究论文

毕业设计论文本科10级机电及自动化学院机械工程及自动化专业设计（论文）题目飞机起落架机构可靠性研究学生姓名黄永辉学号1011111015起讫日期2013-11-19——2014-5-25设计地点华侨大学机电学院指导教师赖雄鸣职称讲师i目录1机构可靠性分析内容.....................................................11.1运动使能可靠性.....................................................11.2运动精度可靠性.....................................................22机构可靠性影响因素及其统计分析.........................................42.1尺寸误差...........................................................42.2运动副间隙.........................................................52.3磨损...............................................................72.3.1磨损规律.....................................................82.3.2磨损量统计分析...............................................82.3.3考虑磨损间隙的统计分析.......................................82.4运动副摩擦.......................................................................................93机构可靠性分析........................................................103.1机构模型的建立................................................................................103.1.1微分法......................................................113.1.2复数矢量法..................................................133.1.3矩阵法......................................................143.1.4环路增量法..................................................163.1.5抽样仿真分析法..............................................173.1.6小结........................................................183.2机构可靠性计算................................................................................183.2.1均值法......................................................193.2.2优化规划法..................................................204机构可靠性的敏感性分析................................................224.1运动误差均值及其方差敏感度分析....................................224.2运动误差精度可靠度的敏感性分析....................................235机构系统可靠性分析....................................................256实例一：四杆机构......................................................276.1影响因素统计分析.............................................................................276.2运动精度可靠性分析..........................................................................296.2.1运动精度可靠度分析..........................................296.3运动使能可靠性分析.........................................................................367实例二：转弯机构......................................................407.1影响因素统计分析..................................................417.2转弯机构建模......................................................447.2.1变量参数分布空间拉丁抽样....................................447.2.2转弯机构精确建模............................................467.3转弯机构可靠度计算..........................................................................497.3.1运动使能可靠度计算..........................................497.3.2转弯机构运动精度可靠度计算..................................507.4转弯机构敏感性分析..........................................................................5211机构可靠性分析内容机构的定义：通过运动副实现可动连接并能实现预期运动功能、承受并传递动力功能的构件系统称为机构。机构可靠性的定义：机构在规定的使用条件下，在规定的使用期内，为实现其规定功能，而使其性能保持在允许值范围内的能力。按照机构的定义，机构主要两大基本功能：实现预期运动、承受或传递动力。根据两大基本功能，可将机构可靠性划分为与承载能力相关的可靠性问题和与运动功能相关的可靠性问题。前者一般可归结为机械结构零部件的可靠性问题，即结构的可靠性。后者属于机构运动功能的可靠性。本文主要从机构运动功能的角度分析机构的可靠性。以下论述的机构可靠性均指机构运动功能可靠性。机构可靠性主要分析两方面内容：运动使能可靠性（机构能否动）、运动精度可靠性（动起来后能否精确运动）。1.1运动使能可靠性运动使能可靠性主要研究机构运动中，各种因素对机构动力及其机构本身的影响。在机构动力可靠性分析中，最关心的时机构的运动使能可靠性（机构是否能够有效运转）即：由于各种影响因素的综合作用下，其驱动力（矩）dM和阻抗力（矩）rM在运动过程中不断变化，且具有概率分布特性。只有驱动力（矩）dM大于阻抗力（矩）rM时，机构才能保证有效运转。因此从可靠性的角度出发，机构运动使能的可靠度即为驱动力（矩）dM大于阻抗力（矩）rM的概率。)(rdMMPR（1.1）2图1.1机构阻力随机构位置变化而变如图1.1所示，M2为理想机构的阻力变化曲线，M1和M3分别表示机构在尺寸、间隙等随机变量的影响下的极限曲线包络线。M5表示，机构的输出最大驱动力矩。M4和M6表示最大驱动力矩的上下极限值。因此在θ1处，理想阻力矩达到最大值，但仍小于最大驱动力矩。因此，只要最大阻力矩小于最大驱动力矩，机构就可以有效运转。1.2运动精度可靠性运动精度可靠性主要研究机构运动过程中，各种误差因素，对机构运动精确度的影响，包括研究机构运动位移、速度、加速度等相关运动指标的精确性。机构运动精度可靠度可定义为机构输出运动的精确度指标落在最大允许精确度指标范围内的概率。如下式：)(上下PR（1.2）其中：为机构输出精确度指标上为机构精确度指标上限下为机构精确度指标下限进一步地，运动精度可靠度可根据式（1.2）可化为机构输出运动的误差落在最大允许范围内的概率，即下式（1.3）：)(上下PR（1.3）其中：为机构输出误差M5最大驱动力矩MθM2M3Mθ1阻力矩MM4M6理想阻力矩最大值M13上为机构输出误差上限下为机构输出误差下限若上=下=，则式（1.3）可以表示为)(PR（1.4）其中：为给定的许用误差。图1.2机构运动位移误差随机构位置变化而变化如图1.2所示，黑线为机构的理想位移输出R0，而灰线所包络的区域表示机构实际位移输出在理想位移输出的附近出现的可能位置。其位移误差是由于受到机构可靠性影响因素的作用而产生的。根据式子（1.4），灰线的轮廓线为极限位移误差（如R1和R2），只要满足粉红线即可。因此图1.2可进一步转换如下：图1.3机构运动位移误差随机构位置变化而变化θR0R1R20Δεε42机构可靠性影响因素及其统计分析前面论述中，机构可靠性包括运动使能可靠性和机构运动精度可靠性。其可靠性均受机构可靠性影响因素综合作用的影响。因此必须对机构可靠性影响因素做具体分析。机构可靠性影响因素有：（1）尺寸误差（2）运动副间隙（3）铰接磨损（4）机构各运动副的摩擦。2.1尺寸误差“3σ”原则：如果检测数据的总体服从正态分布x~N(μ,σ)，对于每个检测数据落在区间（μ-3σ，μ+3σ）内的概率为99.73%。如下图所示：图2.1“3σ”原则一般认为，零件加工的几何尺寸误差服从正态分布。可根据“3σ”原则，对几何尺寸的加工误差进行统计分析。设零件的加工尺寸为上下XXL，其中L为零件的加工尺寸，上X、下X分别为尺寸上限和下限。根据“3σ”原则，尺寸均值为：2/(）下上XXLL（2.1）标准差为：6)(6)()(下上下上XXXLXLL（2.2）特别的当上X=下X=X时，LL，3XL52.2运动副间隙在机械系统中,机构的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,这就存在一定的运动副间隙。运动副的设计、制造过程中,必然会有一定的误差,这种误差是产生运动副间隙的一个原因。另外对于经过一定时期运转的机器,由于摩擦、磨损现象的存在,也将使运动副产生间隙。所以,机构中运动副间隙是不可避免的。本文主要讨论最常见的转动副间隙的影响。1）“有效长度模型”理论该理论针对铰链式运动副中径向间隙和销轴位置的不确定性等因素对连杆长度的影响,以及由此造成输出运动误差作了详尽的分析。该理论认为铰链式运动副中,销轴在套孔中运动,销轴的中心在误差圆范围内呈正态随机分布,如图2.7所示,则有效长度R与实际杆长r有这样的关系:22)()(yxrR（2.3）图2.6转动副间隙模型图2.7有效联接模型其中，x，y为销轴中心的局域坐标。局部坐标以P为圆心，x以OP方向为正方向。根据该理论可得如下结论：E(x)=E