利用公差解决尺寸链求解

1、利用公差解决尺寸链求解         需要尺寸链求解的原因，是因为机械零件在制造中肯定会有大大小小的误差；在允许的范围内（尺寸公差）可能具有不同大小的实际尺寸。例如：孔配合间隙和中心距偏差。    因为在装配后，这些误差会影响到机构最终的效果，所以尺寸链求解的基本原理总是与公差和装配相关联。在Inventor中这两个要素都能表达，这就提示我们解决的可能性。    当然，目前Inventor的装配特性，还不能完全与“物理”的机械结构完全一致。但已经比较像了，本文将以

2、一个实例来解说直接求解尺寸链的可能性。实例参见下图的简化结构。    1.制造误差影响分析：    这是个夹具夹紧机构的设计，在这个机构中，加紧机构与工件的关系可以调整压头（未作出）与滑座的相对位置来确定，以适应工件不同批次的铸造误差。零件“滑座”上设计有调整用的齿纹槽（未作出）和紧固螺钉孔。    在零件的制造中，误差是无法避免的。在设计中，要根据这个机构的特点和目前的工艺能力，合理地选用公差，设法在保证性能的条件下降低成本，并不是越精确越好。    参见图2，在零件初步设

3、计过程中，相关的公称尺寸和公差应当是在草图驱动尺寸添加的时候，就已经确定了的，例如零件“杠杆.IPT”的各尺寸公差。    至于这些公差的选择是否合理，有两个设计约束条件：    第一是能否满足机构的最终结构要求。    不能因为偏差太大影响机构性能，造成所设计的机构的动作和要求的最终位置产生不符合设计原始要求的错误，这是设计错，不允许出现；    第二是在现有的工艺能力下，能否顺利完成制造。    不能因为偏差设计得太小，使得制造过程的废品率过

4、大，或者为了保证质量，而不得不使用费用加高的高精度加工设备等工艺条件。这些结果都会无谓地提升了工艺成本，造成利润的下降。    在Inventor中，这些尺寸公差，可以通过设置模型创建实际尺寸的方法，在结果模型中表现出它们对整个设计造成的影响的实际效果。这样，就有可能在Inventor的装配模型中，利用模型的尺寸公差和结果模型时使用何种极限尺寸完成，因此“看到”这些尺寸所组成的尺寸链所“表现”出的，对于最后机构几何位置的影响，进而精确地定量地评估各个零件上的结构尺寸公差，从几何关系的角度看是否合理。    对于工艺结果评估，就不是In

5、ventor或其他的CAD软件所能完成的了    2.形成要求的装配关系    利用“装配草图.IPT”中的草图，表达壳体的连接定位关系。据此装入有关零件，按理想位置与“装配草图.IPT”装配到位。各装配约束关系的意义已经写在装配的名称中，请读者自行解析。参见图3。    按照原始设计要求，在这个夹紧状态下，推杆的工作斜面与滚子的接触处，应当有不少于5mm的剩余长度。这是为了确保机构有效的必要措施和设计约束条件。    在装配环境下的YZ面作草图，产生“结果评估”草图（参见图

6、3右）：    ·投影滚子外径和推杆的斜面；    ·作草图线从滚子投影中心出发，垂直于斜面投影；    ·作草图线从斜面投影右端出发、垂直于斜面投影；    ·标注着两条线的计算尺寸。    从图4可见，在各个零件为零误差（公称尺寸）的前提下，整个机构结果的理想剩余距离为13.4mm。    3.误差影响分析    这个简化模型中，可能影响这个参

7、数的零件是：杠杆和滚子。    ·滚子外径变小，剩余长度减少；    ·杠杆的尺寸20变小，剩余长度减少；    ·杠杆的尺寸60、尺寸6变小，剩余长度也会减少；    4.控制零件结果模型按照公差上、下限创建，评估    这需要在零件草图中设置，前提条件是，给了某驱动尺寸公差。    而控制模型结果大小的方法，例如对于“滚子.IPT”调整成“按最小极限尺寸创建模型”，参见图5，过程是；

8、    打开“滚子.IPT”，编辑草图；选定30尺寸，在右键菜单中“尺寸特性”；再在接着弹出的界面中，设置“估算大小”为“-”；其实，这个操作中并没有什么“估算”的事，而是在设置结果三维模型的尺寸按照怎样的尺寸大小完成结果造型，也就是：    按公称尺寸（O）    按最大极限尺寸(+)    按最小极限尺寸(-)    “确定”之后，Inventor将更新模型，存盘关闭；回来再更新装配，可见“结果评估”草图中的计算尺寸变成了11.96mm。同样

9、作“杠杆.IPT”的修改，可见“结果评估”草图中的计算尺寸变成了10.1mm。    评估结果是：目前的设计还有5mm左右的余地。这说明，设计中的相关零件尺寸公差还可能再放宽一些，以便降低工艺成本    5.点评    像这种尺寸链并不是正交的，即便使用传统的尺寸连求解起来也不是很简单的过程。    但是在Inventor基于装配关系的模型中，我们看到这种过程表现为极其简单、几乎是动态反映结果的操作过程。对于简单尺寸链，求解会更为简洁，相信读者在理解了这个例子之后，能够自行解决。    从上述例子中可以看出，Inventor在这件事情上的表现，已经不仅是虚拟装配，也实现了虚拟制造的误差评估。    这种功能对于设计参数的求解，已经细致到了公差的选择。显然，这说明Inventor的设计辅助能力是相当强大的。这时正面的效果，笔者认为每个用户都应当充分利用来支