產(chǎn)品裝配的尺寸鏈公差分析

1、Page 1,產(chǎn)品裝配的尺寸鏈公差分析,編制日期：2017.10.20,Page 2,在生產(chǎn)過程中，由于產(chǎn)品的制程能力和尺寸公差分配不合理，往往使產(chǎn)品在裝配時(shí)無法裝配的情況?？赡軙?huì)造成零件的報(bào)廢或產(chǎn)品不合格，給生產(chǎn)帶來不應(yīng)有的經(jīng)濟(jì)損失。 有鑒于此，現(xiàn)根據(jù)公司多年的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，面對(duì)制造和裝配的產(chǎn)品設(shè)計(jì)的尺寸鏈公差進(jìn)行分析，探索公差在尺寸鏈中的應(yīng)用, 以便在滿足產(chǎn)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(chǎn)品的公

2、差，優(yōu)化產(chǎn)品設(shè)計(jì)，以最小的成本和最高的質(zhì)量制造產(chǎn)品。,Page 3,1. 尺寸鏈的定義：? 尺寸鏈，是指在產(chǎn)品的裝配關(guān)系中，由互相聯(lián)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(diǎn)：一是封閉性，尺寸鏈?zhǔn)怯啥鄠€(gè)尺寸首尾相連；二是關(guān)聯(lián)性，組成尺寸鏈的每個(gè)尺寸都與關(guān)鍵尺寸有關(guān)聯(lián)性，尺寸鏈中每個(gè)尺寸的精度會(huì)影響到關(guān)鍵尺寸的精度。? 如果公差分析計(jì)算出的關(guān)鍵尺寸名義值與設(shè)計(jì)值不相等，則說明尺寸定義錯(cuò)誤。,Page 4,什么地

3、方使用公差分析 ?單個(gè)零件或組件出現(xiàn)公差堆積。在公差堆積中，用公差分析可以確定總的變異結(jié)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(chǎn)品要求的例子:裝配要求換殼；無固定的配對(duì)組裝（多套模具或模穴）功能要求結(jié)構(gòu)方面；良好的滑動(dòng)結(jié)構(gòu)，翻蓋結(jié)構(gòu)，或機(jī)構(gòu)裝置品質(zhì)要求外觀；外殼與按鍵之間的間隙其他; 良好的運(yùn)動(dòng)或一些奇怪的雜音，零件松動(dòng),3. 轉(zhuǎn)

4、換名義尺寸，將公差轉(zhuǎn)成對(duì)稱公差,2. 建立封閉尺寸鏈圖,1. 確定組裝要求,6. 按要求計(jì)算變異,5. 確定公差分析的方法,4. 按要求計(jì)算名義尺寸,Page 6,第二步 – 建立封閉尺寸鏈圖,3. 轉(zhuǎn)換名義尺寸，將公差轉(zhuǎn)成對(duì)稱公差,2. 建立封閉尺寸鏈圖,1. 確定組裝要求,6. 按要求計(jì)算變異,5. 確定公差分析的方法,4. 按要求計(jì)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(zhuǎn)換名義尺寸,3. 轉(zhuǎn)換名義尺寸，將公差轉(zhuǎn)成對(duì)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(jì)算變異,5. 確定公差分析的方法,4. 按要求計(jì)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(shè)計(jì)角度看，上圖所有尺寸標(biāo)注方法，其功能是相同。按規(guī)則，設(shè)計(jì)者將使用雙邊公差，所以須將非雙向?qū)ΨQ公差轉(zhuǎn)換為雙向?qū)ΨQ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(zhuǎn)換名義尺寸，將公差轉(zhuǎn)成對(duì)稱公差,2. 建立封閉尺寸鏈圖,1. 確定組裝要求,6. 按要求計(jì)算變異,5. 確定公差分析的方法,4. 按要求計(jì)算名義尺寸,第四步 – 計(jì)算名義尺寸,dGap= 名義值間隙。正值是空隙，負(fù)值是干涉n= 堆疊中獨(dú)立尺

8、寸的數(shù)量di= 尺寸鏈中第i個(gè)尺寸的名義尺寸,判斷尺寸鏈中尺寸的正負(fù)：? 尺寸的正負(fù)可以使用“箭頭法”確定。箭頭法是指從關(guān)鍵尺寸的任一端開始起畫單向箭頭，順著整個(gè)尺寸鏈一直畫下去，包括關(guān)鍵尺寸，直到最后一個(gè)形成閉合回路，然后按照箭頭方向進(jìn)行判斷，凡是箭頭方向與關(guān)鍵尺寸箭頭同向的尺寸為負(fù)（-），反向的為正（+）,關(guān)鍵尺寸,Page 9,第五步 – 公差分析方法的定義,3. 轉(zhuǎn)換名義尺寸，將公差轉(zhuǎn)成對(duì)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(jì)算變異,5. 確定公差分析的方法,4. 按要求計(jì)算名義尺寸,一般應(yīng)用比較多的公差分析模式是：極值法 (Worst Case)，簡(jiǎn)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(jì)算關(guān)鍵尺寸的值。,2. 均方根法 均方根法是統(tǒng)計(jì)分析法(Root Sum of Squares)的一種，簡(jiǎn)稱RSS。是把尺寸鏈中的各個(gè) 尺寸公差的平方之和再開根即

10、得到關(guān)鍵尺寸的公差。,計(jì)算公式：,它的假設(shè)是每個(gè)尺寸的 Ppk 指標(biāo)是1.33并且制程是在中心。,計(jì)算公式：,Ttot = 最大的預(yù)期間隙變量(對(duì)稱 公差) .N = 獨(dú)立尺寸的堆疊數(shù)量.Ti = 第i個(gè)尺寸對(duì)稱公差.,Ttot = 最大的預(yù)期間隙變量(對(duì)稱公差) .N = 獨(dú)立尺寸的堆疊數(shù)量.Ti = 第i個(gè)尺寸對(duì)稱公差.,Page 10,第六步 – 計(jì)算變異,3. 轉(zhuǎn)換名

11、義尺寸，將公差轉(zhuǎn)成對(duì)稱公差,2. 建立封閉尺寸鏈圖,1. 確定組裝要求,6. 按要求計(jì)算變異,5. 確定公差分析的方法,4. 按要求計(jì)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(shí)例：,計(jì)算X名義值:,dGap

12、 = - 10.00 - 15.00 - 20.00 + 46.00 = 1.00,轉(zhuǎn)換成對(duì)稱公差后尺寸為46.00 ± 0.40,X,Page 11,3. 轉(zhuǎn)換名義尺寸，將公差轉(zhuǎn)成對(duì)稱公差,2. 建立封閉尺寸鏈圖,1. 確定組裝要求,6. 按要求計(jì)算變異,5. 確定公差分析的方法,4. 按要求計(jì)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(dá)到最小間隙的要求 (dGap >0).,極值法: 間隙變量是個(gè)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(dá)到。,Page 12,3. 轉(zhuǎn)換名義尺寸，將公差轉(zhuǎn)成對(duì)稱公差,2. 建立封閉尺寸鏈圖,1. 確定組裝要求,6. 按要求計(jì)算變異,5. 確定公差分析的方法,4. 按要求計(jì)算名義尺寸,第六步 – 計(jì)算變異, WC or RSS ?,以上的計(jì)算結(jié)果WC: 最小間隙 Xmin = –0.10 mmRSS: 最小間隙 Xmin = 0.42 mm

15、使用哪一個(gè) ?,,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(shí)產(chǎn)品公差分析,（舊的類似零件）,根據(jù)實(shí)際測(cè)量的零件尺寸和公差及制程能力，進(jìn)行公差分析，與設(shè)計(jì)階段的公差分析進(jìn)行對(duì)比如果出現(xiàn)結(jié)果不滿足時(shí)，一方面考慮是否可以進(jìn)行設(shè)計(jì)的優(yōu)化；另外一方面考慮是否可以提高零件制程能力。,當(dāng)公差分析的結(jié)果不滿足要求時(shí)：,?A) 推薦的做法：? 1.調(diào)整尺寸鏈中的尺寸大小;? 2.縮短關(guān)鍵尺寸的

16、尺寸鏈，避免公差累積；? 如果兩個(gè)零件之間的關(guān)鍵尺寸很重要，盡量使得尺寸鏈僅涉及到這兩個(gè) 零件，避免涉及到第三個(gè)、第四個(gè)、第N個(gè)零件；涉及的零件越多，公 差累積，越不容易滿足設(shè)計(jì)要求；如果涉及多個(gè)零件不可避免，則盡量 減少涉及的零件個(gè)數(shù)。 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(jìn)行尺寸管控的區(qū)

17、域；?使用定位特征時(shí)可以減少和避免對(duì)其他尺寸的公差要求，只需嚴(yán)格管控定 位特征的相關(guān)尺寸，就可以滿足產(chǎn)品設(shè)計(jì)要求；?因?yàn)槎ㄎ惶卣骶雀撸褂枚ㄎ惶卣饔欣跍p少零件之間的尺寸公差累積。,****通過對(duì)關(guān)鍵尺寸進(jìn)行公差分析，可以盡量避免嚴(yán)格的尺寸公差要求，公差越嚴(yán)格，成本越高。,參考文獻(xiàn):,[ 1] 　同長虹, 黃建龍, 董世芳， 在尺寸鏈計(jì)算中如何考慮形位公差—— 公差原則在尺寸鏈計(jì)算中的應(yīng)用 .《現(xiàn)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(yīng)用 . 《吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)》 1999年S1期[ 3] 　杜官將, 薛小強(qiáng)， 尺寸鏈中形位公差的判別與解算 . 《機(jī)械工程與自動(dòng)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(jī)械