A stochastic design procedure of optimum mechanism considering tolerances on the link lengths and clearances in the joints is presented. The mechanical error is newly analyzed for the three-sigma band of confidence level through new stochastic model of 4-bar linkage. A multiobjective optimization problem with two objective functions, mechanical error and manufacturing cost, is formulated. Tolerance width on the link length and clearance size are taken as design variables. The conflict between the two objectives is represented in the form of trade-off curve. A new concept of loop closure error is also introduced and applied to the optimum design of mechanism with or without the tolerances and the clearances. Numerical results are given with two examples of a 4-bar function generating mechanism and a 4-bar path generating mechanism.
제조과정에서 필연적으로 주어지는 공차(tolerance)와, 이음새에서의 간극(clearance)을 가진 기구(mechanism)의 최적설계과정이, 추계적기구 모델을 사용하여 제시되었다.
먼저 공차와 간극이 없다고 가정한 기구의 설계단계에서는, 기구의 구조적 오차를 최소화시킴으로써 각 링크길이와 기구의 출발위치등을 결정하게 되며, 다음에 이렇게 구해진 노미널 기구(nominal mechanism)에 대하여 각 링크길이에 있어서의 공차와 이음새부의 간극 때문에 생기는 기계적 오차를 통계적 처리를 통하여 평가하며, 이 기계적 오차와 제조비를 동시에 최소화 시키는 다목적 최적설계 문제를 정식화하여 최적 공차크기와 간극의 크기를 결정하였다.
그리고 이 두 목적함수간의 서로 상충하는 성질이 트레이드오프곡선(trade-off curve)의 형태로 제시되며, 이곡선으로부터 설계자는 두 목적 함수사이에서 가장 타협적인 해를 쉽게 결정할 수가 있게 되었다.
각 설계단계에서 기구닫힘오차(loop closure error)라는 개념이 새로이 도입되었는데, 이 개념은 구조적 오차와 기계적 오차에 대한 편리한 척도로 사용될 수 있음이 입증되었다.
실제 설계 예로서는 사기함수발생기구 (4-bar function generator)와 사기궤적 발생기구(4-bar path generator) 를 선택하였다.
