[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

摘要

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。

主权项

1.一种含铰链间隙的连杆机构非概率时变可靠性综合方法，其特征在于实现步骤如下：第一步：首先根据机构杆长，铰链间隙结合矢量方法建立机构运动学方程，以机构实际运动函数ψ(θ)与目标函数ψd(θ)的差值作为误差函数，四连杆方程生成机构杆长为L1,L2,L3,L4，铰链间隙为C1,C2,C3,C4，则四连杆机构的运动误差函数可以定义为e(θ)＝ψd(θ)‑ψ(θ)，θ为机构输入角度；第二步：利用区间模型合理表征贫信息、少数据条件下的机构尺寸参数l_i的不确定性，则有其中为第i根杆长度的中心值，Δl_i为第i根杆长度区间半径，利用凸集模型来合理表征无法确知联合分布函数下的铰链间隙参数，则定义凸集模型E_j(δ_j,r_Cj)＝{δ_j:δ_j^TΩ_jδ_j≤r_Cj²}，其中，r_Cj为第j个铰链的间隙圆半径，(x_j,y_j)定义为轴中心在距离轴承中心的坐标向量，为两个标准区间参数组成的标准区间坐标；第三步：将不确定信息带入到机构运动误差函数中，建立含不确定性的机构运动误差随时间的变化函数，即：e(aI,θ)＝ψd(θ)‑ψ(aI,θ)其中为包含所有区间变量与凸集变量的向量，结合一阶泰勒展开方法，将含有不确定参数的机构运动误差方程在不确定参数中心值处展开，引入四个拉格朗日乘子，结合拉格朗日乘子法，可得：其中，a^c为区间向量a^I的中心值向量，基于本步骤可以获得机构运动误差不确定上界与下界随输入角度的变化函数，分别为与e(a^I,θ)；第四步：根据误差函数不确定性与输入角度的关联性质，将机构运动误差随输入角度的变化函数表征为非概率区间过程，即e^I(θ)，对于完整机构运动过程，将输入角度离散为有限个离散的区间变量e(θ₀),e(θ₀+Δθ),.......e(θ₀+nΔθ)，Δθ为输入角度的微小增量，n为离散个数，将首次穿越理论与机构运动误差的区间过程模型相结合，提出针对机构运动精度的时变可靠度计算指标其中，[θ₀,θ_f]表示机构输入角度范围，Pos{·}表示事件发生的可能性度量，|e(θ)|＜ε表示任意输入角度下运动误差小于可接受容差ε；第五步：以机构运动精度的非概率时变失效度Pf(θ0,θf)作为优化目标，以机构各个组成杆件的长度、机构初始输入与目标函数初值为优化变量，以方程生成机构存在条件的可靠度作为约束条件，构建面向方程生成机构运动精度的非概率时变可靠性综合的优化模型，并以粒子群智能算法实现完整优化迭代过程；第六步：迭代过程中，如果当前设计不满足机构存在条件可靠度约束的许用值，或者尽管满足可靠度约束，但相较于上一个可行解，目标函数的相对变化百分比大于预设值ξ时，设计变量的种群重置更新，将已经完成迭代次数的值增加1，并返回步骤三，否则，进行步骤七；第七步：如果全局最优设计方案与全局次优设计方案的目标函数值相当接近时，终止计算，将得到的全局最优设计方案中的变量参数作为最终的连杆机构设计方案。