本發(fā)明公開了一種基于變形基的柔性薄壁結(jié)構(gòu)的容差分配方法及裝置，屬于機械制造技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

容差分配技術(shù)是機械制造業(yè)中一項重要的基礎(chǔ)技術(shù)，決定產(chǎn)品最終交付的質(zhì)量，對產(chǎn)品的質(zhì)量和維護成本有重要的影響。合理的容差分配能夠在保證裝配的互換性和協(xié)調(diào)性的基礎(chǔ)上，降低裝配成本，提高生產(chǎn)效率。

經(jīng)過對現(xiàn)有技術(shù)的文獻檢索發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有的容差分配技術(shù)建立了以誤差尺寸鏈為基礎(chǔ)的公差分析和解算技術(shù)，采用極值法、統(tǒng)計法、蒙特卡洛法等方法進行公差分析。這些方法主要針對剛性件的3-2-1六點定位裝配，大薄壁結(jié)構(gòu)具有一定的柔性，在實際裝配中采用n-2-1定位，傳統(tǒng)的容差分配方法并不適用。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提出了一種基于變形基的柔性薄壁結(jié)構(gòu)的容差分配方法及裝置，能夠?qū)崿F(xiàn)對柔性大薄壁結(jié)構(gòu)的容差分配，降低柔性大薄壁結(jié)構(gòu)的裝配成本，提高生產(chǎn)效率。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取了如下技術(shù)方案。

一種基于變形基的柔性薄壁結(jié)構(gòu)的容差分配方法，包括：

根據(jù)標準基本單元的不同模態(tài)振型，確定基本單元的r個基本變形基，r為≥4的整數(shù)，所述基本單元為子裝配體或零件中的一種或一種以上組合；

對所述r個基本變形基進行加權(quán)，得到基本單元的變形基；

根據(jù)所述基本單元的變形基和所述基本單元變形基對應(yīng)的偏差因子，表征基本單元的偏差場；

根據(jù)所述柔性薄壁結(jié)構(gòu)在裝配時的變形協(xié)調(diào)條件，確定柔性薄壁結(jié)構(gòu)裝配體偏差因子與構(gòu)成所述柔性薄壁結(jié)構(gòu)的各基本單元的所述偏差因子的關(guān)聯(lián)關(guān)系函數(shù)；

以所述關(guān)聯(lián)關(guān)系函數(shù)、基本單元的加工精度要求及裝配精度要求作為容差分配模型的約束條件，求解容差分配模型的目標函數(shù)，得到最優(yōu)裝配體偏差因子；

根據(jù)所述最優(yōu)裝配體偏差因子，確定構(gòu)成所述柔性薄壁結(jié)構(gòu)的各基本單元的所述偏差場；

根據(jù)所述各基本單元的偏差場確定各基本單元的容差值，實現(xiàn)所述各基本單元的容差分配。

在一可選實施例中，所述基本單元包括子裝配體和零件，所述根據(jù)所述最優(yōu)裝配體偏差因子，確定構(gòu)成所述柔性薄壁結(jié)構(gòu)的各基本單元的所述偏差場，包括：

根據(jù)所述最優(yōu)裝配體偏差因子，確定構(gòu)成所述柔性薄壁結(jié)構(gòu)的各子裝配體的偏差因子；

根據(jù)所述子裝配體的偏差因子，確定所述子裝配體的偏差場及構(gòu)成所述子裝配體的各零件的偏差因子；

根據(jù)所述各零件的偏差因子，確定所述各零件的偏差場。

在一可選實施例中，所述根據(jù)標準基本單元的不同模態(tài)振型，確定基本單元的r個基本變形基，包括：

獲取標準基本單元的剛度矩陣和質(zhì)量矩陣；

根據(jù)所述剛度矩陣和質(zhì)量矩陣，計算所述標準基本單元的1階至r階模態(tài)振型，作為基本單元的r個基本變形基。

在一可選實施例中，6≤r≤8。

在一可選實施例中，所述容差分配模型為下式：

s.t.λas＝s1λ1+s2λ2+s3λ3+...+snλn

式中，ci(τi)為基本單元的加工成本函數(shù)，ri(τi)為基本單元的修配成本函數(shù)，li(τi)為基本單元的質(zhì)量損失函數(shù)，f(τi)是容差分配模型的目標函數(shù)，τi為基本單元i的尺寸公差，λi、λas分別為基本單元i、裝配體的偏差因子，分別為基本單元i、裝配體的變形基，bi、bas分別為基本單元i、裝配體的偏差場，τas(k)為裝配體的第k項裝配偏差數(shù)值，τi(j)為基本單元i的第j個特征點或面的偏差數(shù)值，n為裝配體中包含所述基本單元的總個數(shù)。

在一可選實施例中，所述求解容差分配模型，包括：通過遺傳算法求解容差分配模型的目標函數(shù)。

一種基于變形基的柔性薄壁結(jié)構(gòu)的容差分配裝置，包括：

基本變形基確定模塊，用于根據(jù)標準基本單元的不同模態(tài)振型，確定基本單元的v個基本變形基，r為≥4的整數(shù)，所述基本單元為子裝配體或零件中的一種或一種以上組合；

基本單元變形基確定模塊，用于對所述r個基本變形基進行加權(quán)，得到基本單元的變形基；

基本單元偏差場表征模塊，用于根據(jù)所述基本單元的變形基和所述基本單元變形基對應(yīng)的偏差因子，表征基本單元的偏差場；

第一關(guān)聯(lián)關(guān)系確定模塊，用于根據(jù)所述柔性薄壁結(jié)構(gòu)在裝配時的變形協(xié)調(diào)條件，確定柔性薄壁結(jié)構(gòu)裝配體偏差因子與構(gòu)成所述柔性薄壁結(jié)構(gòu)的各基本單元的所述偏差因子的關(guān)聯(lián)關(guān)系函數(shù)；

求解模塊，用于以所述關(guān)聯(lián)關(guān)系函數(shù)、基本單元的加工精度要求及裝配精度要求作為容差分配模型的約束條件，求解容差分配模型的目標函數(shù)，得到最優(yōu)裝配體偏差因子；

基本單元偏差場確定模塊，用于根據(jù)所述最優(yōu)裝配體偏差因子，確定構(gòu)成所述柔性薄壁結(jié)構(gòu)的各基本單元的所述偏差場；

基本單元容差分配模塊，用于根據(jù)所述各基本單元的偏差場確定各基本單元的容差值，實現(xiàn)所述各基本單元的容差分配。

在一可選實施例中，所述基本單元包括子裝配體和零件，所述基本單元偏差場確定模塊，用于：

根據(jù)所述最優(yōu)裝配體偏差因子，確定構(gòu)成所述柔性薄壁結(jié)構(gòu)的各子裝配體的偏差因子；

根據(jù)所述子裝配體的偏差因子，確定所述子裝配體的偏差場及構(gòu)成所述子裝配體的各零件的偏差因子；

根據(jù)所述各零件的偏差因子，確定所述各零件的偏差場。

在一可選實施例中，所述基本變形基確定模塊，用于：

獲取標準基本單元的剛度矩陣和質(zhì)量矩陣；

根據(jù)所述剛度矩陣和質(zhì)量矩陣，計算所述標準基本單元的1階至r階模態(tài)振型，作為基本單元的r個基本變形基。

在一可選實施例中，6≤r≤8。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下有益效果：

本發(fā)明提供的基于變形基的柔性薄壁結(jié)構(gòu)的容差分配方法，通過選用形成裝配體的基本單元的模態(tài)振型作為基本變形基，實現(xiàn)利用變形基和對應(yīng)的偏差因子對偏差場進行表征，通過利用裝配體偏差因子和基本單元偏差因子的關(guān)聯(lián)作為約束條件中的一項，對容差分配模型的目標函數(shù)進行求解，求解出最優(yōu)裝配體偏差因子，從而實現(xiàn)對裝配體各基本單元偏差因子的預(yù)測和控制，可以解決柔性大薄壁結(jié)構(gòu)容差設(shè)計問題。通過對各基本單元分配容差值，有效提高產(chǎn)品的測量效率與裝配質(zhì)量。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實施例提供了一種基于變形基的柔性薄壁結(jié)構(gòu)的容差分配方法流程圖；

圖2是本發(fā)明實施例提供的基本變形基示意圖；

圖3是本發(fā)明實施例提供的一基本單元裝配協(xié)調(diào)關(guān)系示意圖；

圖4是本發(fā)明實施例提供的一種最優(yōu)裝配體偏差因子求解過程流程圖；

圖5是本發(fā)明實施例提供的容差分配結(jié)構(gòu)框架；

圖6是本發(fā)明實施例提供的容差分配案例的裝配過程圖；

圖7是本發(fā)明實施例提供的容差分配案例的偏差因子結(jié)果圖；

圖8是本發(fā)明實施例提供的容差分配案例的容差分配結(jié)果圖；

圖9為本發(fā)明實施例提供的一種基于變形基的柔性薄壁結(jié)構(gòu)的容差分配裝置結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖，對本發(fā)明作進一步詳細說明。

參見圖1，本發(fā)明實施例提供了一種基于變形基的柔性薄壁結(jié)構(gòu)的容差分配方法，包括：

步驟101：根據(jù)標準基本單元的不同模態(tài)振型，確定基本單元的r個基本變形基，r為≥4的整數(shù)，所述基本單元為子裝配體或零件中的一種或一種以上組合；

具體地，本發(fā)明實施例中，可以根據(jù)柔性薄壁結(jié)構(gòu)的實際生產(chǎn)和裝配過程，將柔性薄壁結(jié)構(gòu)分解成基本單元，所述基本單元可以包括零件還可以包括由至少兩個零件構(gòu)成的子裝配體，甚至還可以包括零件以及子裝配體，具體可以根據(jù)實際生產(chǎn)和裝配需要確定，本發(fā)明不做限定；所述標準基本單元為無偏差標準尺寸的理想基本單元；

參見圖2，發(fā)明人在實現(xiàn)本發(fā)明的過程中發(fā)現(xiàn)，基本單元的變形基需要滿足兩個特點：一是滿足不相關(guān)性，即每個基本變形模式相互獨立；二是能夠表征基本單元的拉伸、彎曲、扭轉(zhuǎn)等基本變形趨勢。模態(tài)振型滿足不相關(guān)性，歸一性的特點，因此非常適宜作為基本變形基。

在一可選實施例子中，如式(1)所示，步驟101中基于無偏差標準尺寸的理想基本單元，利用基本單元的整體剛度矩陣k和質(zhì)量矩陣m，采用模態(tài)分析方法計算基本單元不同頻率ω下的模態(tài)振型作為表征基本單元偏差的基本變形基，具體包括以下步驟：

獲取標準基本單元的剛度矩陣和質(zhì)量矩陣；

根據(jù)所述剛度矩陣和質(zhì)量矩陣，計算所述標準基本單元的1階至r階模態(tài)振型，作為基本單元的r個基本變形基；

式中，k為所述標準基本單元的剛度矩陣，m為所述標準基本單元的質(zhì)量矩陣，ω為所述標準基本單元的振動頻率，為所述標準基本單元在ω振頻下的基本變形基，m為1至r間的整數(shù)，q為基本單元的模態(tài)振型與標準基本單元的位移向量。

在一可選實施例中，6≤r≤8，例如，當r等于6時為所述標準基本單元的1階、2階、3階、4階、5階、6階基本變形基，當r等于8時，為所述標準基本單元的1階、2階、3階、4階、5階、6階、7階或8階基本變形基。

模態(tài)振型振動頻率越高，對應(yīng)的模態(tài)振型振動越劇烈。高階頻率下的模態(tài)振型類似于基本單元表面的粗糙度，低階頻率下的模態(tài)振型類似于基本單元的拉伸、彎曲、扭轉(zhuǎn)及這些變形的組合。對實際薄壁結(jié)構(gòu)的偏差場進行描述時，對標準基本單元進行模態(tài)分析，選取低階模態(tài)振型作為表征基本單元的“場”偏差。選取的低階模態(tài)數(shù)目越多，相當于基本變形基的數(shù)目越多，表征基本單元“場”偏差的結(jié)果越準確，但當選取的低階模態(tài)數(shù)目過多時易導(dǎo)致計算速度過慢，當6≤r≤8既能滿足絕大部分柔性薄壁結(jié)構(gòu)的容差分配，又能保證較高的計算速度。

步驟102：對所述r個基本變形基進行加權(quán)，得到基本單元的變形基；

在本發(fā)明一可選實施例中，根據(jù)式(1)確定基本單元的變形基，式中及為所述r個基本變形基，為基本單元i的變形基；

具體地，本發(fā)明實施例中，式1中第r列向量代表r階基本變形基，e代表r階基本變形基上的第e個特征點的位移偏差。

步驟103：根據(jù)所述基本單元的變形基和所述基本單元變形基對應(yīng)的偏差因子，表征基本單元的偏差場；

本發(fā)明實施例中，根據(jù)式(3)表征基本單元i的偏差場bi，式中λi為基本單元的偏差因子，為基本單元i的變形基；

步驟104：根據(jù)所述柔性薄壁結(jié)構(gòu)在裝配時的變形協(xié)調(diào)條件，確定柔性薄壁結(jié)構(gòu)裝配體偏差因子與構(gòu)成所述柔性薄壁結(jié)構(gòu)的各基本單元的所述偏差因子的關(guān)聯(lián)關(guān)系函數(shù)；

柔性薄壁結(jié)構(gòu)在裝配時由于內(nèi)部應(yīng)力的變形協(xié)調(diào)作用，裝配體將產(chǎn)生回彈變形。根據(jù)薄壁結(jié)構(gòu)裝配時的變形協(xié)調(diào)條件，建立裝配體偏差因子與零件偏差因子的關(guān)聯(lián)關(guān)系，變形協(xié)調(diào)條件可以包括位移協(xié)調(diào)條件和力平衡條件等。

例如，在本發(fā)明的一具體實施例中，柔性薄壁結(jié)構(gòu)裝配體如圖2所示，由兩個基本單元構(gòu)成，根據(jù)圖2結(jié)構(gòu)的裝配的力平衡條件可以得到：

式中，k1，k2，k12分別為基本單元1、基本單元2和裝配體的剛度矩陣；分別為基本單元1、基本單元2和裝配體的變形基；λ1，λ2，λ12分別為基本單元1、基本單元2和裝配體的偏差因子。

取代入式(4)得到裝配體偏差因子與基本單元偏差因子的關(guān)聯(lián)關(guān)系：

步驟105：以所述關(guān)聯(lián)關(guān)系函數(shù)、基本單元的加工精度要求及裝配精度要求作為容差分配模型的約束條件，求解容差分配模型的目標函數(shù)，得到最優(yōu)裝配體偏差因子；

具體地，本發(fā)明實施例中，可以根據(jù)加工成本函數(shù)、修配成本函數(shù)及質(zhì)量損失函數(shù)中的一個或一個以上組合來得到容差分配模型的目標函數(shù)；

a、關(guān)于加工成本函數(shù)

基本單元的設(shè)計容差對制造成本有很大的影響?；締卧峙涞娜莶畈煌瑢?yīng)加工成本也不一樣。常見的成本-公差模型有倒數(shù)模型、指數(shù)模型、負平方模型、冪指數(shù)模型和多相式模型等。這些模型均為隨自變量增加而減小，趨近于某一常數(shù)的在第一象限里的凹單調(diào)減函數(shù)。

在本發(fā)明的一可選實施例中，采用倒數(shù)模型描述基本單元的加工成本與公差的函數(shù)關(guān)系。假定第i個基本單元要求的尺寸公差為τi，則第i個基本單元的加工成本可以表示為：

ci(τi)＝ai/τi(6)

式中，ci(τi)為基本單元i的加工成本函數(shù)，ai基本單元i的加工成本系數(shù)；τi為基本單元i的尺寸公差。

加工成本系數(shù)ai可根據(jù)基本單元的加工成本與加工時間，分配相應(yīng)的加工因子則第i個基本單元的加工成本系數(shù)為：

b、關(guān)于修配成本函數(shù)

當基本單元的尺寸精度不能滿足現(xiàn)場裝配精度要求時，通常采用修配基本單元的方法使?jié)M足裝配要求。

本發(fā)明采用冪指數(shù)模型描述基本單元的修配成本與修配量的函數(shù)關(guān)系。第i個基本單元的修配成本可以表示為：

式中，為基本單元的修配成本函數(shù)，bi為修配成本系數(shù)，υi為基本單元的修配量。c、關(guān)于質(zhì)量損失函數(shù)

質(zhì)量損失用于評價當產(chǎn)品質(zhì)量指標偏移設(shè)計目標時，造成的社會損失。產(chǎn)品質(zhì)量特性在產(chǎn)品上市后產(chǎn)生波動而造成的損失大小即為該產(chǎn)品的質(zhì)量損失成本，質(zhì)量損失成本可以定量描述產(chǎn)品的質(zhì)量。質(zhì)量損失函數(shù)l(y)可以表示為：

l(y)＝h(y-m)²(9)

式中，l(y)為質(zhì)量損失函數(shù)，h為質(zhì)量損失系數(shù)，y為產(chǎn)品的質(zhì)量特征值，m為產(chǎn)品的質(zhì)量的目標值，a為基本單元功能失效的損失，y0為允許參數(shù)偏離目標值最大偏差。

加工過程中，上式中(y-m)表示尺寸公差。公差取對稱雙向分布，質(zhì)量損失函數(shù)為：

式中，參數(shù)b由基本單元功能失效時的損失和容差確定，τi為基本單元的尺寸公差。

以薄壁結(jié)構(gòu)產(chǎn)品的制造成本、修配成本和質(zhì)量損失成本的總和最小為裝配容差優(yōu)化模型的目標函數(shù)。

d、關(guān)于約束條件：

d1、偏差因子的關(guān)聯(lián)關(guān)系：

由公式(5)裝配前后基本單元偏差因子與裝配體偏差因子的關(guān)聯(lián)關(guān)系如下：

式中，ki為基本單元i的剛度矩陣，為基本單元i的變形基，di為與基本單元i相關(guān)的關(guān)聯(lián)矩陣，λi為基本單元i的偏差因子，λ12為裝配體的偏差因子，si為偏差因子的傳遞矩陣。

以四塊壁板裝配成柱面結(jié)構(gòu)的過程為例，推導(dǎo)柱面結(jié)構(gòu)各偏差因子間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，推導(dǎo)過程如下：

兩塊壁板裝配體：

三塊壁板裝配體：

λ123＝s12s1x1+s12s2x2+s3x3(15)

式中，λ123為三塊壁板裝配體的偏差因子，s12為兩塊壁板裝配體偏差因子的傳遞矩陣。

四塊壁板裝配體：

λ1234＝s123s12s1λ1+s123s12s2λ2+s123s3λ3+s4λ4(16)

λ1234＝[s123s12s1s123s12s2s123s3s4]·[λ1λ2λ3λ4]^t(17)

[λ1λ2λ3λ4]^t＝[s123s12s1s123s12s2s123s3s4]^-1·λ1234(18)

式中，λ1234為四塊壁板裝配體的偏差因子，s123為三塊壁板裝配體偏差因子的傳遞矩陣。

由式(18)可由裝配體偏差因子計算各基本單元的偏差因子。由基本單元i的變形基和偏差因子λi可計算基本單元的偏差場：

式中，bi為基本單元i的偏差場，e為基本單元i特征點的數(shù)量，r為基本單元i變形基的數(shù)量。d2、設(shè)備加工精度約束:

零件的偏差需滿足現(xiàn)場的加工條件。由零件i的偏差場bi計算第j個特征點、特征面的偏差值τi(j)，各項偏差值需滿足設(shè)備的加工精度約束。

式中，為特征點加工偏差的最小值，為特征點加工偏差的最大值。

d3、裝配精度約束：

由裝配體的變形基和裝配體的偏差因子λas計算可得裝配體偏差場根據(jù)裝配體偏差場計算各項幾何精度指標數(shù)值τas，各項指標需滿足裝配體整體公差的要求，如式(23)所示：

式中，為裝配體幾何精度指標的最小值，為裝配體幾何精度指標的最大值。

在本發(fā)明的一優(yōu)選實施例中，所述容差分配模型為下式：

式中，ci(τi)為基本單元的加工成本函數(shù)，ri(τi)為基本單元的修配成本函數(shù)，li(τi)為基本單元的質(zhì)量損失函數(shù)，f(τi)是容差分配模型的目標函數(shù)，τi為基本單元i的尺寸公差，λi、λas分別為基本單元i、裝配體的偏差因子，分別為基本單元i、裝配體的變形基，bi、bas分別為基本單元i、裝配體的偏差場，τas(k)為裝配體的第k項裝配偏差數(shù)值，τi(j)為基本單元i的第j個特征點或面的偏差數(shù)值，n為裝配體中包含所述基本單元的總個數(shù)。

參見圖4，在一可選實施例中，求解容差分配模型的目標函數(shù)，得到最優(yōu)裝配體偏差因子，具體包括以下步驟：

步驟1：搜索滿足條件的裝配體偏差因子；

步驟2：根據(jù)滿足條件的裝配體偏差因子計算裝配體的偏差場；

步驟3：將計算得到的偏差場數(shù)據(jù)與裝配體幾何精度指標進行對比：

步驟4：判斷是否滿足約束條件；

若是則進行步驟5，若否則重復(fù)步驟1-4；

步驟5：根據(jù)裝配體偏差場計算基本單元偏差因子；

步驟6：根據(jù)基本單元偏差差因子計算基本單元偏差場；

步驟7：將計算得到的基本單元偏差場數(shù)據(jù)與基本單元的加工精度進行對比；

步驟8：判斷是否滿足約束條件；

若是則進行步驟9，若否則重復(fù)步驟1-8；

步驟9：根據(jù)基本單元偏差場數(shù)據(jù)計算目標函數(shù)并對計算結(jié)果進行比較；

步驟10：選取最優(yōu)裝配體偏差因子。

具體地，本發(fā)明實施例中可以通過遺傳算法、蟻群算法、退火算法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法等智能算法求解容差分配模型的目標函數(shù)，優(yōu)選通過遺傳算法求解。

步驟106：根據(jù)所述最優(yōu)裝配體偏差因子，確定構(gòu)成所述柔性薄壁結(jié)構(gòu)的各基本單元的所述偏差場；

步驟107：根據(jù)所述各基本單元的偏差場確定各基本單元的容差值，實現(xiàn)所述各基本單元的容差分配。

本發(fā)明提供的基于變形基的柔性薄壁結(jié)構(gòu)的容差分配方法，通過選用形成裝配體的基本單元的模態(tài)振型作為基本變形基，實現(xiàn)利用變形基和對應(yīng)的偏差因子對偏差場進行表征，通過利用裝配體偏差因子和基本單元偏差因子的關(guān)聯(lián)作為約束條件中的一項，對容差分配模型的目標函數(shù)進行求解，求解出最優(yōu)裝配體偏差因子，從而實現(xiàn)對裝配體各基本單元偏差因子的預(yù)測和控制，可以解決柔性大薄壁結(jié)構(gòu)容差設(shè)計問題。通過對各基本單元分配容差值，有效提高產(chǎn)品的測量效率與裝配質(zhì)量。

參見圖5，在一可選實施例中，所述基本單元包括子裝配體和零件，步驟106，具體包括：

根據(jù)所述最優(yōu)裝配體偏差因子，確定構(gòu)成所述柔性薄壁結(jié)構(gòu)的各子裝配體的偏差因子；

根據(jù)所述子裝配體的偏差因子，確定所述子裝配體的偏差場及構(gòu)成所述子裝配體的各零件的偏差因子；

根據(jù)所述個零件的偏差因子，確定所述各零件的偏差場。

以下為本發(fā)明實施例提供的基于變形基的柔性薄壁結(jié)構(gòu)的容差分配方法的一具體實施例：

參見圖6-8，本實施例中選取四塊厚度為8.2mm,長度為727.5mm,半徑為1675mm的鋁合金壁板進行裝配得到柱面薄壁結(jié)構(gòu)。裝配后柱面薄壁結(jié)構(gòu)的公差要求如下：裝配體兩端面的平面度小于2mm，端面平行度小于2.5mm，端面間的距離為727.5±2mm，對柱面結(jié)構(gòu)進行容差分配。

如圖3所示：以薄壁結(jié)構(gòu)的拓撲結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)劃分子結(jié)構(gòu)，在有限元軟件中提取各零組件的剛度矩陣和質(zhì)量矩陣，采用模態(tài)分析的方法計算構(gòu)件不同頻率下的振型，選取前8階的振型作為構(gòu)件的基本變形基。

參見圖5，圖中s為子問題，可獨立進行裝配體容差分配；λ為各零組件的偏差因子；f為目標函數(shù)值：根據(jù)子結(jié)構(gòu)接觸邊界的變形協(xié)調(diào)條件，建立壁板裝配體變形基的模態(tài)方程?；谘b配體的模態(tài)計算過程，建立兩塊壁板裝配體的偏差因子與壁板偏差因子的關(guān)聯(lián)關(guān)系。

式中，λ1為壁板1的偏差因子,λ2為壁板2的偏差因子,λ12為兩塊壁板裝配體的偏差因子。k1為壁板1的剛度矩陣,k2為壁板2的剛度矩陣,k12為兩塊壁板裝配體的剛度矩陣。為壁板1的變形基,為壁板2的變形基,為兩塊壁板裝配體的變形基。

依據(jù)柱面結(jié)構(gòu)的裝配順序,推導(dǎo)柱面結(jié)構(gòu)偏差因子與各壁板偏差因子的關(guān)聯(lián)關(guān)系。

λ1234＝s123s12s1λ1+s123s12s2λ2+s123s3λ3+s4λ4

式中，λ1234為柱面結(jié)構(gòu)的偏差因子,λ1,λ2,λ3,λ4分別為四塊壁板的偏差因子,s為傳遞矩陣下標為壁板的編號。

容差分配優(yōu)化模型式(22)所示。按照圖5的算法流程計算容差分配優(yōu)化模型的目標函數(shù)，得到柱面結(jié)構(gòu)和各零部件的最優(yōu)偏差因子，結(jié)果如圖7所示。

由最優(yōu)偏差因子和變形基可以得到柱面結(jié)構(gòu)及各零部件的最優(yōu)偏差場。分析偏差場數(shù)據(jù)，得到各零部件的容差分配結(jié)果,結(jié)果如圖8所示。即在柱面結(jié)構(gòu)的生產(chǎn)過程中,1號壁板和2號壁板的平面度要求為2.90mm,平行度為1.75mm,端面間距為727.5±1.7mm。3號壁板的平面度要求為1.49mm,平行度為1.68mm,端面間距為727.5±1.7mm。4號壁板的平面度要求為1.22mm,平行度為1.82mm,端面間距為727.5±1.8mm。兩塊壁板裝配體的平面度要求為3.19mm，平行度為2.30mm，端面間距為727.5±2.3mm。三塊壁板裝配體的平面度要求為2.62mm，平行度為1.94mm，端面間距為727.5±1.9mm。

參見圖9，本發(fā)明還提供了一種基于變形基的柔性薄壁結(jié)構(gòu)的容差分配裝置，包括：

基本變形基確定模塊10，用于根據(jù)標準基本單元的不同模態(tài)振型，確定基本單元的r個基本變形基，r為≥4的整數(shù)，所述基本單元為子裝配體或零件中的一種或兩種；

基本單元變形基確定模塊20，用于對所述r個基本變形基進行加權(quán)，得到基本單元的變形基；

基本單元偏差場表征模塊30，用于根據(jù)所述基本單元的變形基和所述基本單元變形基對應(yīng)的偏差因子，表征基本單元的偏差場；

第一關(guān)聯(lián)關(guān)系確定模塊40，用于根據(jù)所述柔性薄壁結(jié)構(gòu)在裝配時的位移協(xié)調(diào)條件，確定柔性薄壁結(jié)構(gòu)裝配體偏差因子與構(gòu)成所述柔性薄壁結(jié)構(gòu)的各基本單元的所述偏差因子的關(guān)聯(lián)關(guān)系函數(shù)；

求解模塊50，用于以所述關(guān)聯(lián)關(guān)系函數(shù)、基本單元的加工精度要求及裝配精度要求作為容差分配模型的約束條件，求解容差分配模型的目標函數(shù)，得到最優(yōu)裝配體偏差因子；

基本單元偏差場確定模塊60，用于根據(jù)所述最優(yōu)裝配體偏差因子，確定構(gòu)成所述柔性薄壁結(jié)構(gòu)的各基本單元的所述偏差場；

基本單元容差分配模塊70，用于根據(jù)所述各基本單元的偏差場確定各基本單元的容差值，實現(xiàn)所述各基本單元的容差分配。

在一優(yōu)選實施例中，所述基本單元包括子裝配體和零件，所述基本單元偏差場確定模塊，用于：

根據(jù)所述最優(yōu)裝配體偏差因子，確定構(gòu)成所述柔性薄壁結(jié)構(gòu)的各子裝配體的偏差因子；

根據(jù)所述子裝配體的偏差因子，確定所述子裝配體的偏差場及構(gòu)成所述子裝配體的各零件的偏差因子；

根據(jù)所述各零件的偏差因子，確定所述各零件的偏差場。

在一優(yōu)選實施例中，所述基本變形基確定模塊，用于：

獲取標準基本單元的剛度矩陣和質(zhì)量矩陣；

根據(jù)所述剛度矩陣和質(zhì)量矩陣，計算所述標準基本單元的1階至r階模態(tài)振型，作為基本單元的r個基本變形基。

在一優(yōu)選實施例中，6≤r≤8。

裝置實施例與方法實施例對應(yīng)，具有與方法實施例相同的有益效果，具體參見方法實施例，此處不再贅述。

以上所述，僅為本發(fā)明最佳的具體實施方式，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。

本發(fā)明說明書中未作詳細描述的內(nèi)容屬于本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員的公知技術(shù)。