产品装配的尺寸链公差分析

1、page 1,产品装配的尺寸链公差分析,编制日期：2017.10.20,page 2,在生产过程中，由于产品的制程能力和尺寸公差分配不合理，往往使产品在装配时无法装配的情况。可能会造成零件的报废或产品不合格，给生产带来不应有的经济损失。 有鉴于此，现根据公司多年的生产经验，面对制造和装配的产品设计的尺寸链公差进行分析，探索公差在尺寸链中的应用, 以便在满足产品功能、性能、外观和可装配性等要求的前提下，合理定义和分配零件和产品的公差，优化产品设计，以最小的成本和最高的质量制造产品,page 3,1. 尺寸链的定义： 尺寸链，是指在产品的装配关系中，由互相联系的尺寸按一定顺序首尾相接排列而成的封闭

2、尺寸组。 尺寸链两大特点：一是封闭性，尺寸链是由多个尺寸首尾相连；二是关联性，组成尺寸链的每个尺寸都与关键尺寸有关联性，尺寸链中每个尺寸的精度会影响到关键尺寸的精度。 如果公差分析计算出的关键尺寸名义值与设计值不相等，则说明尺寸定义错误,page 4,什么地方使用公差分析 ? 单个零件或组件出现公差堆积。 在公差堆积中，用公差分析可以确定总的变异结果,page 5,2.尺寸链公差分析过程： 第一步 确定组装要求,一些产品要求的例子: 装配要求 换壳；无固定的配对组装（多套模具或模穴） 功能要求 结构方面；良好的滑动结构，翻盖结构，或机构装置 品质要求 外观；外壳与按键之间的间隙 其他; 良好的

3、运动或一些奇怪的杂音，零件松动,3. 转换名义尺寸，将公差 转成对称公差,2. 建立封闭尺寸链图,1. 确定组装要求,6. 按要求计算变异,5. 确定公差分析的方法,4. 按要求计算名义尺寸,page 6,第二步 建立封闭尺寸链图,3. 转换名义尺寸，将公差 转成对称公差,2. 建立封闭尺寸链图,1. 确定组装要求,6. 按要求计算变异,5. 确定公差分析的方法,4. 按要求计算名义尺寸,零件 3,零件 2,零件 1,零件 4,20.00 0.30,必要条件 (gap 0,15.00 0.25,10.00 0.15,46.20,0.20 - 0.60,b (d2,a (d1,c (d3,d (

4、d4,必要条件 x (dgap ) 0,page 7,第三步 转换名义尺寸,3. 转换名义尺寸，将公差 转成对称公差,2. 建立封闭尺寸链图,1. 确定组装要求,6. 按要求计算变异,5. 确定公差分析的方法,4. 按要求计算名义尺寸,46.00 0.40,46.20,0.20 - 0.60,45.60,0.80 - 0.00,零件 4,从设计角度看，上图所有尺寸标注方法，其功能是相同。 按规则，设计者将使用双边公差，所以须将非双向对称公差转换为双向对称公差,page 8,名义值间隙是,dgap = - 10.00 - 15.00 - 20.00 + 46.00 = 1.00,b (d2,a

5、(d1,c (d3,d (d4,必要条件 x (dgap ) 0,3. 转换名义尺寸，将公差 转成对称公差,2. 建立封闭尺寸链图,1. 确定组装要求,6. 按要求计算变异,5. 确定公差分析的方法,4. 按要求计算名义尺寸,第四步 计算名义尺寸,dgap= 名义值间隙。正值是空隙，负值是干涉 n= 堆叠中独立尺寸的数量 di= 尺寸链中第i个尺寸的名义尺寸,判断尺寸链中尺寸的正负： 尺寸的正负可以使用“箭头法”确定。箭头法是指从关键尺寸的任一端开始起画单向箭头，顺着整个尺寸链一直画下去，包括关键尺寸，直到最后一个形成闭合回路，然后按照箭头方向进行判断，凡是箭头方向与关键尺寸箭头同向的尺寸为负

6、（-），反向的为正（,关键尺寸,page 9,第五步 公差分析方法的定义,3. 转换名义尺寸，将公差 转成对称公差,2. 建立封闭尺寸链图,1. 确定组装要求,6. 按要求计算变异,5. 确定公差分析的方法,4. 按要求计算名义尺寸,一般应用比较多的公差分析模式是： 极值法 (worst case)，简称wc 极值法是考虑零件尺寸最不利的情况，通过尺寸链中 尺寸的最大值或最小值来计算关键尺寸的值,2. 均方根法 均方根法是统计分析法(root sum of squares)的一种，简称rss。是把尺寸链中的各个 尺寸公差的平方之和再开根即得到关键尺寸的公差,计算公式,它的假设是每个尺寸的 pp

7、k 指标是1.33并且制程是在中心,计算公式,ttot = 最大的预期间隙变量(对称 公差) . n = 独立尺寸的堆叠数量. ti = 第i个尺寸对称公差,ttot = 最大的预期间隙变量(对称公差) . n = 独立尺寸的堆叠数量. ti = 第i个尺寸对称公差,page 10,第六步 计算变异,3. 转换名义尺寸，将公差 转成对称公差,2. 建立封闭尺寸链图,1. 确定组装要求,6. 按要求计算变异,5. 确定公差分析的方法,4. 按要求计算名义尺寸,零件 3,零件 2,零件 1,零件 4,20.00 0.30,必要条件 (gap 0,15.00 0.25,10.00 0.15,46.2

8、0,0.20 - 0.60,实例,计算x名义值,dgap = - 10.00 - 15.00 - 20.00 + 46.00 = 1.00,转换成对称公差后尺寸为46.00 0.40,x,page 11,3. 转换名义尺寸，将公差 转成对称公差,2. 建立封闭尺寸链图,1. 确定组装要求,6. 按要求计算变异,5. 确定公差分析的方法,4. 按要求计算名义尺寸,ttot = 0.15 + 0.25 + 0.30 + 0.40 = 1.10 最小间隙 xmin = dgap ttot = 1.00 1.10 = 0.10 最大间隙 xmax = dgap + ttot = 1.00 + 1.10

9、 = 2.10 增加 0.10 达到最小间隙的要求 (dgap 0,极值法: 间隙变量是个体公差的总和,均方根法,最大间隙 xmin = dgap ttot = 1.00 0.58 = 0.42 最小间隙 xmax = dgap + ttot = 1.00 + 0.58 = 1.58 最小间隙的要求 (dgap 0) 完全达到,page 12,3. 转换名义尺寸，将公差 转成对称公差,2. 建立封闭尺寸链图,1. 确定组装要求,6. 按要求计算变异,5. 确定公差分析的方法,4. 按要求计算名义尺寸,第六步 计算变异, wc or rss ,以上的计算结果 wc: 最小间隙 xmin = 0.

10、10 mm rss: 最小间隙 xmin = 0.42 mm 使用哪一个 ,page 13,3. 极值法与均方根法的区别,旧的类似零件,page 14,4.真实产品公差分析,旧的类似零件,根据实际测量的零件尺寸和公差及制程能力，进行公差分析，与设计阶段的公差分析进行对比如果出现结果不满足时，一方面考虑是否可以进行设计的优化；另外一方面考虑是否可以提高零件制程能力,当公差分析的结果不满足要求时,a) 推荐的做法： 1.调整尺寸链中的尺寸大小; 2.缩短关键尺寸的尺寸链，避免公差累积； 如果两个零件之间的关键尺寸很重要，尽量使得尺寸链仅涉及到这两个 零件，避免涉及到第三个、第四个、第n个零件；涉及

11、的零件越多，公 差累积，越不容易满足设计要求；如果涉及多个零件不可避免，则尽量 减少涉及的零件个数。 3. 使用定位特征,page 15,使用定位特征的好处： 定位特征可以提供较精密的尺寸公差； 定位特征的尺寸可以放置于比较容易进行尺寸管控的区域； 使用定位特征时可以减少和避免对其他尺寸的公差要求，只需严格管控定 位特征的相关尺寸，就可以满足产品设计要求； 因为定位特征精度高，使用定位特征有利于减少零件之间的尺寸公差累积,通过对关键尺寸进行公差分析，可以尽量避免严格的尺寸公差要求，公差越严格，成本越高,page 16,参考文献,1 同长虹, 黄建龙, 董世芳， 在尺寸链计算中如何考虑形位公差 公差原则在尺寸链计算中的应用 .现代制造工程 2008( 1) : 89-91. 2 吴巍, 袁洪印,吴明,潘凤芝,尺