產品裝配的尺寸鏈公差分析

1、Page 1,產品裝配的尺寸鏈公差分析,編制日期：2017.10.20,Page 2,在生產過程中，由于產品的制程能力和尺寸公差分配不合理，往往使產品在裝配時無法裝配的情況?？赡軙斐闪慵膱髲U或產品不合格，給生產帶來不應有的經濟損失。 有鑒于此，現根據公司多年的生產經驗，面對制造和裝配的產品設計的尺寸鏈公差進行分析，探索公差在尺寸鏈中的應用, 以便在滿足產品功能、性能、外觀和可裝配性等要求的前提下，合理定義和分配零件和產品的公

2、差，優(yōu)化產品設計，以最小的成本和最高的質量制造產品。,Page 3,1. 尺寸鏈的定義：? 尺寸鏈，是指在產品的裝配關系中，由互相聯系的尺寸按一定順序首尾相接排列而成的封閉尺寸組。 尺寸鏈兩大特點：一是封閉性，尺寸鏈是由多個尺寸首尾相連；二是關聯性，組成尺寸鏈的每個尺寸都與關鍵尺寸有關聯性，尺寸鏈中每個尺寸的精度會影響到關鍵尺寸的精度。? 如果公差分析計算出的關鍵尺寸名義值與設計值不相等，則說明尺寸定義錯誤。,Page 4,什么地

3、方使用公差分析 ?單個零件或組件出現公差堆積。在公差堆積中，用公差分析可以確定總的變異結果。,Page 5,2.尺寸鏈公差分析過程： 第一步 – 確定組裝要求,一些產品要求的例子:裝配要求換殼；無固定的配對組裝（多套模具或模穴）功能要求結構方面；良好的滑動結構，翻蓋結構，或機構裝置品質要求外觀；外殼與按鍵之間的間隙其他; 良好的運動或一些奇怪的雜音，零件松動,3. 轉

4、換名義尺寸，將公差轉成對稱公差,2. 建立封閉尺寸鏈圖,1. 確定組裝要求,6. 按要求計算變異,5. 確定公差分析的方法,4. 按要求計算名義尺寸,Page 6,第二步 – 建立封閉尺寸鏈圖,3. 轉換名義尺寸，將公差轉成對稱公差,2. 建立封閉尺寸鏈圖,1. 確定組裝要求,6. 按要求計算變異,5. 確定公差分析的方法,4. 按要求計算名義尺寸,零件 3,零件 2,零件 1,零件 4,,20.00 ± 0.30,,必要

5、條件(Gap > 0),,,,,,,,,,15.00 ± 0.25,10.00 ± 0.15,,,,,,,,,,46.20,+0.20- 0.60,,B (d2 ),A (d1 ),,,,,,,,,C (d3 ),D (d4 ),,,+,必要條件X (dGap ) > 0,,,,,Page 7,第三步 – 轉換名義尺寸,3. 轉換名義尺寸，將公差轉成對稱公差,2. 建立封閉尺寸鏈圖,1. 確定組裝

6、要求,6. 按要求計算變異,5. 確定公差分析的方法,4. 按要求計算名義尺寸,,,,,,,46.00 ± 0.40,,,46.20,,,+0.20- 0.60,45.60,+0.80- 0.00,,,,,,,零件 4,從設計角度看，上圖所有尺寸標注方法，其功能是相同。按規(guī)則，設計者將使用雙邊公差，所以須將非雙向對稱公差轉換為雙向對稱公差。,Page 8,名義值間隙是:,dGap = - 10.00 - 15.00 -

7、 20.00 + 46.00 = 1.00,,B (d2 ),A (d1 ),,,,,,,,,C (d3 ),D (d4 ),,,+,必要條件X (dGap ) > 0,,,,3. 轉換名義尺寸，將公差轉成對稱公差,2. 建立封閉尺寸鏈圖,1. 確定組裝要求,6. 按要求計算變異,5. 確定公差分析的方法,4. 按要求計算名義尺寸,第四步 – 計算名義尺寸,dGap= 名義值間隙。正值是空隙，負值是干涉n= 堆疊中獨立尺

8、寸的數量di= 尺寸鏈中第i個尺寸的名義尺寸,判斷尺寸鏈中尺寸的正負：? 尺寸的正負可以使用“箭頭法”確定。箭頭法是指從關鍵尺寸的任一端開始起畫單向箭頭，順著整個尺寸鏈一直畫下去，包括關鍵尺寸，直到最后一個形成閉合回路，然后按照箭頭方向進行判斷，凡是箭頭方向與關鍵尺寸箭頭同向的尺寸為負（-），反向的為正（+）,關鍵尺寸,Page 9,第五步 – 公差分析方法的定義,3. 轉換名義尺寸，將公差轉成對稱公差,2. 建立封閉尺寸鏈圖,

9、1. 確定組裝要求,6. 按要求計算變異,5. 確定公差分析的方法,4. 按要求計算名義尺寸,一般應用比較多的公差分析模式是：極值法 (Worst Case)，簡稱WC 極值法是考慮零件尺寸最不利的情況，通過尺寸鏈中 尺寸的最大值或最小值來計算關鍵尺寸的值。,2. 均方根法 均方根法是統(tǒng)計分析法(Root Sum of Squares)的一種，簡稱RSS。是把尺寸鏈中的各個 尺寸公差的平方之和再開根即

10、得到關鍵尺寸的公差。,計算公式：,它的假設是每個尺寸的 Ppk 指標是1.33并且制程是在中心。,計算公式：,Ttot = 最大的預期間隙變量(對稱 公差) .N = 獨立尺寸的堆疊數量.Ti = 第i個尺寸對稱公差.,Ttot = 最大的預期間隙變量(對稱公差) .N = 獨立尺寸的堆疊數量.Ti = 第i個尺寸對稱公差.,Page 10,第六步 – 計算變異,3. 轉換名

11、義尺寸，將公差轉成對稱公差,2. 建立封閉尺寸鏈圖,1. 確定組裝要求,6. 按要求計算變異,5. 確定公差分析的方法,4. 按要求計算名義尺寸,零件 3,零件 2,零件 1,零件 4,,20.00 ± 0.30,,必要條件(Gap > 0),,,,,,,,,,15.00 ± 0.25,10.00 ± 0.15,,,,,,,,,46.20,+0.20- 0.60,實例：,計算X名義值:,dGap

12、 = - 10.00 - 15.00 - 20.00 + 46.00 = 1.00,轉換成對稱公差后尺寸為46.00 ± 0.40,X,Page 11,3. 轉換名義尺寸，將公差轉成對稱公差,2. 建立封閉尺寸鏈圖,1. 確定組裝要求,6. 按要求計算變異,5. 確定公差分析的方法,4. 按要求計算名義尺寸,Ttot = 0.15 + 0.25 + 0.30 + 0.40 = 1.10 最小間隙 Xmin = dGap

13、 – Ttot = 1.00 – 1.10 = – 0.10 最大間隙 Xmax = dGap + Ttot = 1.00 + 1.10 = 2.10 增加 0.10 達到最小間隙的要求 (dGap >0).,極值法: 間隙變量是個體公差的總和.,均方根法：,最大間隙 Xmin = dGap – Ttot = 1.00 – 0.58 = 0.42 最小間隙 Xmax = dGap + Ttot = 1.

14、00 + 0.58 = 1.58 最小間隙的要求 (dGap >0) 完全達到。,Page 12,3. 轉換名義尺寸，將公差轉成對稱公差,2. 建立封閉尺寸鏈圖,1. 確定組裝要求,6. 按要求計算變異,5. 確定公差分析的方法,4. 按要求計算名義尺寸,第六步 – 計算變異, WC or RSS ?,以上的計算結果WC: 最小間隙 Xmin = –0.10 mmRSS: 最小間隙 Xmin = 0.42 mm

15、使用哪一個 ?,,Page 13,3. 極值法與均方根法的區(qū)別,（舊的類似零件）,Page 14,4.真實產品公差分析,（舊的類似零件）,根據實際測量的零件尺寸和公差及制程能力，進行公差分析，與設計階段的公差分析進行對比如果出現結果不滿足時，一方面考慮是否可以進行設計的優(yōu)化；另外一方面考慮是否可以提高零件制程能力。,當公差分析的結果不滿足要求時：,?A) 推薦的做法：? 1.調整尺寸鏈中的尺寸大小;? 2.縮短關鍵尺寸的

16、尺寸鏈，避免公差累積；? 如果兩個零件之間的關鍵尺寸很重要，盡量使得尺寸鏈僅涉及到這兩個 零件，避免涉及到第三個、第四個、第N個零件；涉及的零件越多，公 差累積，越不容易滿足設計要求；如果涉及多個零件不可避免，則盡量 減少涉及的零件個數。 3. 使用定位特征；,Page 15,?使用定位特征的好處：?定位特征可以提供較精密的尺寸公差；?定位特征的尺寸可以放置于比較容易進行尺寸管控的區(qū)

17、域；?使用定位特征時可以減少和避免對其他尺寸的公差要求，只需嚴格管控定 位特征的相關尺寸，就可以滿足產品設計要求；?因為定位特征精度高，使用定位特征有利于減少零件之間的尺寸公差累積。,****通過對關鍵尺寸進行公差分析，可以盡量避免嚴格的尺寸公差要求，公差越嚴格，成本越高。,參考文獻:,[ 1] 　同長虹, 黃建龍, 董世芳， 在尺寸鏈計算中如何考慮形位公差—— 公差原則在尺寸鏈計算中的應用 .《現代制造工程》 20

18、08( 1) : 89-91.[ 2] 吳巍, 袁洪印,  吳明 , 潘鳳芝,  尺寸鏈在公差原則分析中的應用 . 《吉林農業(yè)大學學報》 1999年S1期[ 3] 　杜官將, 薛小強， 尺寸鏈中形位公差的判別與解算 . 《機械工程與自動化》 2008( 6) : 164-168.[ 4] 李仲輝, 魯世紅 ， 考慮形位公差的裝配公差分析 . 《機械