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一、选题的依据及意义 |
机械产品的质量指标（精度、耐用度、可靠性）在很大程度上决定于公差选择的合理性。公差也直接影响着产品的可制造性和可装配性，对产品的功能、制造成本也有重要影响。依据产品整体或零部件的技术要求、加工方案等对有关零部件进行合理的公差分配能够在产品的功能与制造成本之间的找到一个平衡，其研究工具是尺寸链即装配尺寸链里、零件尺寸链、和工艺尺寸链等。 任何机械产品都是由零件装配而成的,产品精度的高低和性能优劣很大程度上是由零件的制造精度决定的, 其中零件制造精度的高低是由其加工中允许的设计公差确定的,而产品精度和性能的要求也反过来为零件的制造精度的选择提供了依据。电机（英文：Electric machinery，俗称“马达”）是指依据电磁感应定律实现电能转换或传递的一种电磁装置。它的主要作用是产生驱动转矩，作为用电器或各种机械的动力源。因此，对电机的优化，能够改善机械制造环境。 计算机辅助公差设计，是指在机械产品设计、加工、装配、检测等过程中，利用计算机对产品及其零部件的尺寸和公差进行优化选择和监控，力图用最低的成本，设计并生产出满足用户精度要求的产品的过程。计算机辅助公差设计是CAD/CAM集成中的关键技术之一，它不仅影响产品的质量，且对制造成本起着决定性影响。 通过PRO/E建模工具设计零件并进行装配，同时运用PRO/E中的CE/TOL（公差分析）模块对所设计的零件及零件装配的全过程进行公差分析与综合，确定零件的公差在装配过程中影响关键尺寸公差的约束，通过改变个别零件的关键尺寸的公差约束即公差的优化过程，来降低制造成本，减少发生干涉和精度超标的概率，提高产品的精度。并且综合运用大学所学的知识，解决工程问题，锻炼运用知识能力。 |
二、国内外相关研究简介 |
进入21世纪以来CAD/CAM已取得了重大的突破和引人注目的成就，但机械零件的公差设计，在国内基本上还停留在人工选择上，各种CAD软件中仅能实现公差的标注；即使在国外已有许多学者开展了计算机辅助公差设计的研究，但由于软件发展水平的限制，其公差设计尚未达到实用程度，如IDEAS中的公差模块也仅能作公差分析而已，产品设计时还处于半人工处理阶段。因此作为联系CAD、CAM和CAPP来说的重要环节公差设计无法与CAD/CAM的集成化相适应，已制约着它们的进一步发展，故进行计算机辅助公差设计的研究已成为迫切的需要。 1978年，英国剑桥大学的Hillyard博士在他的博士论文中首次提出利用计算机辅助确定零件的几何形状、尺寸、公差等概念，并建议用数学方程来描述零件的几何形状，以此来进行尺寸和公差设计。同一年，丹麦的Bjorke教授也发表专著，提出利用计算机化的尺寸链来对设计和制造公差进行控制。两人的研究工作为计算机辅助公差设计的发展奠定了基础。1983年，Requicha发表论文《Towards a Theory of Geometric Tolerancing》，在文中提出漂移公差带理论，奠定了计算机辅助公差设计的理论基础。1988年，以色列的R. Weill教授在国际生产协会年会上发表重要论文《Tolerancing for Function》，成为CAT发展的一个重要转折点。通过这一时期的研究，形成了比较系统的关于公差设计的理论体系。从1988年起，计算机辅助公差设计的研究进入大发展时期，有关公差研究的学术论文大量出现。从80年代起，公差设计进入团队研究阶段。以Clement Bourdet为代表的法国公差研究团队一直致力于公差理论研究和软件的开发，并发表了大量文章。美国Brigham Young大学的ADCATS协会(Association for the Development of Computer Aided Tolerancing System)在Chase教授领导下致力于二维和三维公差分析理论研究和软件开发，并取得了丰富的成果。在国内，有浙江大学的吴昭同、杨将新教授的研究团队和华中科技大学的李柱、徐振高教授等团队。 计算机辅助公差设计旨在解决机械产品设计和制造过程中与产品精度有关的所有环节。按照CAT在产品设计和和制造中所起到的不同作用，CAT技术包括公差信息建模、尺寸链自动生成、公差分析、公差综合等内容，其关中关键技术主要包括并行公差设计理论、动态公差控制技术、公差成本建模技术、功能尺寸的自动化标注、形位公差的确定、尺寸链的应用、公差稳健性研究等 理论基础研究的目的是为了最终开发出实用的CAT软件，虽然计算机辅助公差设计的概念在1978年就已经提出了，但是直到近几年，才出现了商品化的计算机辅助公差设计软件，如CE/TOL、Sigmund 3D、Valisys等，另外传统的CAD软件也新增了自主研发的公差分析模块，如Ideas中的2D Tolerance Analysis模块，EDS/Unigraphics提供的EDS/VisVSA等公差模块。但是，这些公差分析软件主要集中在公差分析方面，其公差模型的生成、对ISO公差标准的支持、对形位公差的支持、对三维公差设计和分析的支持等方面还有很多问题，迫切需要攻关性研究。 在计算机辅助公差设计(CAT)领域，目前公差设计软件尚未达到应用水平，某些CAD／CAM软件系统的公差分析模块的性能有待进一步完善，可靠性也有待进一步提高。还未出现一个非常实用的公差综合分析软件。另外，大多数研究都集中在一维尺寸公差的设计方面，相对来说在形位公差和三维公差方面的研究则较少。 计算机辅助公差设计旨在解决机械产品设计和制造过程中与产品精度有关的所有环节。按照CAT在产品设计和和制造中所起到的不同作用，CAT技术包括公差信息建模、尺寸链自动生成、公差分析、公差综合等内容，经过国内外学者的不懈努力，CAT技术取得了长足的发展。 |
三、本课题研究内容 |
(1) 公差分析的意义； (2) 确定公差分析的方法； (3) 构建电机模型； (4) 尺寸链分析； (5) 对公差数据进行优化。 |
四、本课题研究方法 |
通过文献法收集相关书籍，研究相关图纸，观察电机实物。 通过仿真法获取模型；应用计算机辅助公差设计技术对装配公差进行分析优化；确定参数完成计算；完成设计报告。 通过对比法确定研究方法。 |
五、研究目标、主要特色（创新）及工作进度 |
通过PRO/E建模工具设计零件并进行装配，同时运用PRO/E中的CE/TOL（公差分析）模块对所设计的零件及零件装配的全过程进行公差分析与综合，确定零件的公差在装配过程中影响关键尺寸公差的约束及其敏感度，通过改变个别零件的关键尺寸的公差约束即公差的优化过程，来降低制造成本，减少发生干涉和精度超标的概率，提高产品的精度。 工作进度： 第1~2周查找文献； 第3~4周确定研究方案； 第5~6周建立分析模型； 第7~8周提取相关数据； 第9~10周相关数据分析； 第11~12周总结成果； 第13~14周打印、校核，PPT准备； 第15~16周毕业论文答辩。 |
六、参考文献（不能超过五年的文献，书籍除外） |
[1]秦大同，谢里阳主编.；现代机械设计手册【M】 套装6册；北京：化学工业出版社, 2011.03； [2]朱延娟； 祁磊主编；同济大学航空航天与力学学院；复杂结构的公差分析及优化【J】，2015.04； [3]金秋,莫帅. 基于改进成本公差模型的并行公差优化设计【J】. 天津科技大学学报. 2010.05； [4]杨将新,徐旭松,曹衍龙,刘衍聪. 基于装配定位约束的功能公差规范设计【J】. 机械工程学报. 2010.02； [5]赵岩铁，王立波主编. 公差配合与技术测量【M】. 北京：北京航空航天大学出版社, 2015.02. [6]黄伟. 面向装配的计算机辅助公差分析及优化设计【D】.安徽农业大学,2012. [7]阎艳,余美琼,王国新,郝佳. 平面尺寸链公差分析算法研究【J】. 北京理工大学学报,2011,07:799-802. [8]张旭，王爱民等编. 产品设计可装配性技术【M】. 北京：航空工业出版社, 2009.06. [9]钟元编著. 面向制造和装配的产品设计指南【M】. 北京：机械工业出版社, 2011.05. [10]张开富，李原，杨海成等编.尺寸链组成环灵敏度排序的多准则群决策算法【J】.西北工业大学,现代设计与集成制造技术教育部重点实验室,陕西,西安,710072;中国航天科技集团公司,北京,100037，2006, 12(10) |
