[发明专利]一种含铰链间隙的连杆机构非概率时变可靠性综合方法

说明书

本发明提出了一种含铰链间隙的连杆机构非概率时变可靠性综合方法。首先，根据连杆机构杆长、初始位置与铰链间隙的具体特征，结合向量法获取机构运动误差函数的数学表达；其次，将杆长不确定性与铰链的不确定性信息引入建立机构运动误差的区间过程模型，并且实现机构运动精度极限状态函数时变不确定特征量的快速计算；基于首次穿越理论和离散化策略，完成任意微小循环载荷增量段内穿越失效可能度的指标定义与求解，进而构建时变可靠度模型；最后，以运动精度的非概率时变可靠性指标为目标，以机构存在条件的非概率可靠度为约束条件，完成含铰链间隙的连杆机构非概率时变可靠性综合。本发明在进行机构综合过程中合理表征了不确定性对机构在运动周期内的综合影响，并可实现有效提高机构时变可靠度。

技术领域

本发明涉及连杆机构的可靠性综合技术领域，特别涉及考虑时变性、不确定性共同作用下含铰链间隙连杆机构运动精度的定量表征以及基于运动精度非概率时变可靠度指标为优化目标的连杆机构可靠性综合方案的制定。

背景技术

当前，固定结构的分析和优化设计理论已经日渐成熟，由于固定结构发生故障而引起的事故越来越少，相对而言，随着机械向着高精度方向发展，由于机构运动误差所导致的故障问题显得日益突出，机构的运动精度往往是设计者最关心的问题。

由于加工误差、工作磨损等原因，铰链间隙是不可避免的。合适的间隙可以带来位移与转角的补偿，能够防止机构出现卡滞，但是，也严重影响了机构运动精度。另外，由于加工误差因素，机构零件尺寸的不确定性固有存在，零件尺寸不确定性与铰链间隙的耦合作用导致机构运动轨迹往往偏离设计目标，加剧了安全隐患，也使得传统的基于确定性的机构尺寸综合方法不再适用。因此，针对含铰链间隙机构开展不确定性分析方法与机构可靠性综合方法研究已经受到了学术界和工程界的高度重视。

当前，国内外学者与工程技术人员对于含铰链间隙连杆机构的不确定性分析与可靠性综合研究主要集中在以下三个方面：(1)基于概率统计模型量化零件尺寸的不确定性；(2)通过无质量杆来描述铰链间隙；(3)基于最大静态可靠性目标的机构可靠性综合。上述工作一定程度上丰富了含铰链间隙连杆机构的可靠性综合理论，但是仍存在一定的问题：(1)当样本信息充足的情况下，概率统计理论是描述不确定性最好的途径，但实际工程中，往往无法获取足够的样本信息；(2)通过无质量杆替代铰链间隙的方法仅仅考虑到了轴承与轴销连续接触的情况，而忽略了轴销在间隙圆中自由运动的情况；(3)机构运动是一个随时间变化的过程，当前基于静态可靠性的综合方法仅仅考虑到了任意时刻的机构运动精度，而忽略了机构运动误差的时间相关性，因此，需要建立定义在完整机构运动周期内的可靠性度量指标，即时变可靠度。

综合上述原因，针对实际工程中贫信息、少数据的情况，建立以非概率理论框架为基础的机构运动学不确定性分析模型、铰链间隙的量化表征模型、机构运动精度时变可靠度建模与求解技术以及机构时变可靠性综合技术具有显著的现实意义。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种针对含铰链间隙的连杆机构非概率时变可靠性综合方法。本发明充分考虑实际工程问题中普遍存在的不确定性因素，以提出的机构运动精度非概率时变可靠性度量指标作为机构综合的目标函数，所得到的设计结果在机构的完整工作过程中能够保证最高的时变可靠度，工程适用性更强。

本发明采用的技术方案为：一种含铰链间隙的连杆机构非概率时变可靠性综合方法，实现步骤如下：