[发明专利]一种多动作序列的机构可靠性评估方法

说明书

技术领域

本发明提供一种针对具有多动作序列的机构进行可靠性评估的方法，属于机械设计、机构可靠性设计领域。

背景技术

机构是机械的主体，火炮、机器人、数控机床等机械装备中机构所占比重及发挥作用越来越大。如某火炮弹药自动装填机构是一个高速度、高精度、多自由度的专用机械臂系统，协同动作多，完成一次弹药装填需要10多个动作序列，如输弹、关闩、闭锁、击发、解锁、开闩、抽壳、抛壳等；运动类型多，包括平动、旋转、摆动、惯性运动等；运动速度高，每个动作的平均工作时间仅不足1s。正因为该机构动作序列多、动作之间相关性较大、运动复杂，机构卡弹、到位精度不稳定等问题突出，故障率高。

工程实际中存在的各种不确定因素，如载荷、材料属性、构件尺寸、环境和工况等，其随机波动往往会导致机构的运动精度、寿命离散性较大。通过对机构进行可靠性评估，可以在设计阶段进行能够机构多种设计方案的比较和优选，能够分析某一个原始误差随机性对机构性能的影响大小，从而发现机构关键环节，明确提高机构可靠性的重点和方向，为改善机构的设计质量和提高设计水平提供支撑。

现有的机构可靠性分析方法，不考虑机构各运动单元之间相关性，分析每个动作单元启动、运动和定位三个阶段位置、速度和加速度等运动特性，机构各动作序列的可靠性模型简化为串联模型，进行机构可靠性的综合分析。由于机构各动作序列相互关联性较强，这是一种近似简化的方法，分析结果与实际有较大的误差。因此本发明考虑各动作序列相关，评估机构的可靠性，提高可靠性评估结果的精度。

发明内容

本发明的目的是提供一种考虑多动作序列相关的机构可靠性评估方法，通过可靠性评估，能够确定机构的系统可靠度，及其因素的灵敏度，主要包括5个步骤：

1分析机构的动作序列，并依次对每一个动作序列，分析运动功能相关的故障模式，包括已发生的、潜在的故障；

2依次对每一动作序列的故障模式，建立可靠度计算模型；

3根据动作序列、故障之间的关系，建立机构系统可靠性模型；

4利用协方差函数，分析各动作序列故障模式之间的相关性；

5利用改进的一次多维正态(简称FOMN)方法，进行机构系统可靠度、灵敏度评价。

本发明的特点是：能够考虑机构多个动作序列及相互之间的相关性，评价机构系统的可靠度、灵敏度，方法可行，具有较强的实用价值。

附图说明

图1：本发明的流程图。

图2：基于故障树建立的串联系统可靠性模型

具体实施方式

本发明的流程图如图1所示，包括以下步骤：

1分析机构的动作序列，并依次对每一个动作序列，分析运动功能相关的故障模式，包括已发生的、潜在的故障。

首先对机构进行运动学分析，将机构运动拆解出多个动作序列，例如火炮弹药装填机构包含输弹、关闩、闭锁、击发、解锁、开闩、抽壳、抛壳等动作系列。利用机构的故障数据、相似机构故障数据等，按以下几个方面分析机构各动作序列的主要运动相关的基本故障模式：

1)运动精度类故障，如位移、速度、加速度超差，运动轨迹误差过大等；

2)运动协调类故障，如动作不同步、动作不协调、动作干涉等；

3)运动形式变换类故障，如启动困难、卡滞、动作不到位等。

针对具体的机构，由上述基本故障模式演变为功能相关的故障模式，如对于飞机起落架收放机构，具体故障为不能收、不能放、收放不到位等。

2依次对每一动作序列的故障模式，建立可靠度计算模型

针对机构各动作序列的故障模式，由功能函数法建立其可靠度计算模型。以机构运动精度类故障为例，说明可靠度计算模型的建立方法和过程。

机构运动精度类故障以运动误差为主要参量，机构运动误差指实际机构运动与理想运动所产生的差异，包括位移误差、速度误差、加速度误差、动态误差等。其中，位移误差ΔY表示为

ΔY＝Y-Y^*

式中，Y为机构实际位移，可实测得到，也可通过运动学仿真获得。Y^*为机构理论位移，由机构运动关系式等推算。Y、Y^*均与机构构件尺寸、间隙、材料性能参数等因素x有关，由于工程中各因素存在一定离散性，因此Y、Y^*均为随机变量，也即位移误差ΔY为随机变量。当对位移Y函数进行时间的一阶偏导数时，即可确定机构速度。依此原理，求二阶偏导数时，确定机构的加速度。