基于机械产品大量生产中的公差设计

摘 要：产品质量是企业的生命线。为确保机械产品的装配质量，文章应用尺寸链原理校验、计算了原公差设计方案。并提出了经计算后的可行性调整建议，在实际生产中保证了机械产品的装配精度和使用可靠性。

关键词：机械产品；大量生产；尺寸链；公差

引言

机械产品一般都是由若干零件、组件和部件装配而成的。零件是构成机械的最小单元，零件的加工精度和加工精度的一致性是保证装配精度、机械使用可靠性的基础和根本。因此，零件工艺制造设计时不但要考虑满足最小单元的技术要求，还必须考虑该零件是否能满足装配的技术要求。即能否满足装配中的尺寸精度、位置精度、运动精度、接触精度等方面的技术要求。在大量生产中，控制上述精度的最有效方法是应用装配尺寸链原理进行综合分析、计算、校验、合理设计零件公差。以期达到所生产的零件都是合格品，通过完全互换装配法，装配成性能可靠、使用方便、品质优良的机械产品。

1 问题的提出

课题为某厂的机械产品一A型机械手。取物部分的结构如图1所示，图中机械手沿A向运动，通过B 向施力，将03-5（拨柄）转动（拨柄通过拨柄轴安装在支座上），夹持位置由对面距Xd尺寸限制（如图2所示），夹持力大小通过直面距Xj调整（如图1所示）。这两个尺寸相关联，若设计不合理，导致装配中出现了超差问题，废品率约占25%。现通过尺寸链分析、计算、校验A型机械手/03-01装配03-3（支座）、03-5（拨柄）后，能否保证满足装配尺寸Xd=24.35～24.75和Xj=2.9～3.2的技术要求。

2 校验计算

所谓大量生产是指：同一产品的生产数量很大（5000件/年以上），大多数工作地点经常按一定节奏重复进行某一零件的某一工序的加工。大量生产类型所采用的装配方法是完全互换法，装配时各配合零件可不经挑选、修配及调换，即可达到规定的装配精度的装配方法。为确保机械装配后的精度，其装配尺寸链采用极值法解算，计算公式如下。

封闭环的基本尺寸：

封闭环的极限尺寸：

封闭环的上偏差：

封闭环的下偏差：

封闭环的公差：

2.1 计算条件

2.1.1 条件一

根据受力条件并简化分析计算，考虑拨柄通过03-6（拨柄轴）与支座的相对位置：当计算直面距Xj时，认为拨柄与支座接触的位置在1点；计算对面距Xd时认为拨柄与支座接触的位置在2点。

2.1.2 条件二

形位公差中只考虑支座拨柄槽直径的同轴度和拨柄φ6.04H9孔的垂直度影响，其余忽略不计。

2.1.3 列出已知条件：03-3（支座）、03-5（拨柄）零件图如图3所示，已知数据如表1所示。

图3

表1

2.2 根据已知条件绘制尺寸链图如图4所示

图4

2.3 依据组成环性质判断各环增减性

封闭环：Xj、Xd

增环、减环判断可根据公式：

当？孜i为正值时，为增环；当？孜i为负值时，为减环。

2.4 根据极值法基本公式建立方程式：

Ci2=C1i2+C2i2 （i=3，4，5） （1）

Xj+L1-L3/2+L20-L17/2-Ci×cos（аji）+L15/2=0 （2）

Xd-L9/2+ L10-L2-L3/2+L20-L17/2-Ci×sin（аji）=0 （3）

аji=аj+аni （j=1，2） （4）

аni=atan（C1i/C2i） （i=3，4，5） （5）

а1=а01-а0 （6）

B1-A×cos（а2）- sqrt（A12+B12-A2）×sin（а2）=0 （7）

а2=π/2- atan（A1/B1）- atan（A/sqrt（A12+B12-A2）） （8）

а01=asin（LB/B） （9）

а0=atan（L13/（L12-L14） （10）

A1=L1-L4+LR； B1=L8-L2-L6

LR=L6× tan（π/2-（π/2+L7）/2）

A=L13-L6 ； B=（（L12-L14）2+L15/2

LB=L8-L2+L3/2-L20+L17/2

C13=L13-L16 ； C23=L12

C14=L13+L18-L19 ； C24=L12

C15=L13-L16 ； C25=L12 +L11

2.5 依据方程式计算Xj

Xj+L1-L3/2+L20-L17/2-C3× cos（а13） -L15=0

Xj+L1-L3/2+L20-L17/2-C4× cos（а14） -L15=0

2.6 依据方程式计算Xd

Xd-L9/2+ L10-L2-L3/2+L20-L17/2-C3× sin（а13）=0

Xd-L9/2+ L10-L2-L3/2+L20-L17/2-C5× sin（а15）=0

2.7 计算结果：计算结果如表2所示（代入数据计算略）

表2

2.8 计算结果分析

从计算结果表2中可知，按照原图纸尺寸制造的支座、拨柄，不能够保证产品图装配要求，在极限情况时，直面距最小可到2.803，而此时相应的对面距到了最大24.905，若修锉保证对面距，则直面距更小，装配中不可再调整。

3 调整建议

通过对计算结果的分析，可看出直面距最大值、对面距最小值离产品图要求还有余量，是尺寸分配不合理造成，将支座上的12.05JS11（L8）和11.1JS11（L1）调整为11.95JS11和11.05JS11后，调整后的计算结果如表3所示。

表3

从表3中可看出，在极限情况时，直面距最小值、对面距最大值可位于产品图要求范围内；而直面距最大值若处于极限情况时，超差有0.0144，而此时对面距最小值在24.392，有0.042的余量，可通过修锉支座保证满足产品图要求。

因此，建议调整03-3（支座）的12.05JS11为11.95JS11；调整11.1JS11为11.05JS11。

4 结束语

通过建立尺寸链分析，可以对机械产品的尺寸公差进行合理性校验、计算，从中发现设计、生产和加工中存在的问题。从而加以改进和调整设计中不合理的尺寸，避免大量生产中出现批量废品，对实际生产过程有指导作用。使机械制造活动达到低成本、高精度、高可靠性的目的。

参考文献

[1]吴拓.机械制造工艺与机床夹具[M].北京：机械工业出版社，2006.

[2]郑修本，冯冠大.机械制造工艺学[M]. 北京：机械工业出版社，1998.

[3]顾崇衔.机械制造工艺学[M].陕西：陕西科学技术出版社，1981.

[4]刘守勇. 机械制造工艺与机床夹具[M].北京：机械工业出版社，2005.

[5]冯之敬.机械制造工程原理[M]. 北京：清华大学出版社，1999.

作者简介：李焕英（1961-），女，云南昆明人，云南开放大学，讲师，大学本科，研究方向为机械制造及机械课教学。endprint

摘 要：产品质量是企业的生命线。为确保机械产品的装配质量，文章应用尺寸链原理校验、计算了原公差设计方案。并提出了经计算后的可行性调整建议，在实际生产中保证了机械产品的装配精度和使用可靠性。

关键词：机械产品；大量生产；尺寸链；公差

引言

机械产品一般都是由若干零件、组件和部件装配而成的。零件是构成机械的最小单元，零件的加工精度和加工精度的一致性是保证装配精度、机械使用可靠性的基础和根本。因此，零件工艺制造设计时不但要考虑满足最小单元的技术要求，还必须考虑该零件是否能满足装配的技术要求。即能否满足装配中的尺寸精度、位置精度、运动精度、接触精度等方面的技术要求。在大量生产中，控制上述精度的最有效方法是应用装配尺寸链原理进行综合分析、计算、校验、合理设计零件公差。以期达到所生产的零件都是合格品，通过完全互换装配法，装配成性能可靠、使用方便、品质优良的机械产品。

1 问题的提出

课题为某厂的机械产品一A型机械手。取物部分的结构如图1所示，图中机械手沿A向运动，通过B 向施力，将03-5（拨柄）转动（拨柄通过拨柄轴安装在支座上），夹持位置由对面距Xd尺寸限制（如图2所示），夹持力大小通过直面距Xj调整（如图1所示）。这两个尺寸相关联，若设计不合理，导致装配中出现了超差问题，废品率约占25%。现通过尺寸链分析、计算、校验A型机械手/03-01装配03-3（支座）、03-5（拨柄）后，能否保证满足装配尺寸Xd=24.35～24.75和Xj=2.9～3.2的技术要求。

2 校验计算

所谓大量生产是指：同一产品的生产数量很大（5000件/年以上），大多数工作地点经常按一定节奏重复进行某一零件的某一工序的加工。大量生产类型所采用的装配方法是完全互换法，装配时各配合零件可不经挑选、修配及调换，即可达到规定的装配精度的装配方法。为确保机械装配后的精度，其装配尺寸链采用极值法解算，计算公式如下。

封闭环的基本尺寸：

封闭环的极限尺寸：

封闭环的上偏差：

封闭环的下偏差：

封闭环的公差：

2.1 计算条件

2.1.1 条件一

根据受力条件并简化分析计算，考虑拨柄通过03-6（拨柄轴）与支座的相对位置：当计算直面距Xj时，认为拨柄与支座接触的位置在1点；计算对面距Xd时认为拨柄与支座接触的位置在2点。

2.1.2 条件二

形位公差中只考虑支座拨柄槽直径的同轴度和拨柄φ6.04H9孔的垂直度影响，其余忽略不计。

2.1.3 列出已知条件：03-3（支座）、03-5（拨柄）零件图如图3所示，已知数据如表1所示。

图3

表1

2.2 根据已知条件绘制尺寸链图如图4所示

图4

2.3 依据组成环性质判断各环增减性

封闭环：Xj、Xd

增环、减环判断可根据公式：

当？孜i为正值时，为增环；当？孜i为负值时，为减环。

2.4 根据极值法基本公式建立方程式：

Ci2=C1i2+C2i2 （i=3，4，5） （1）

Xj+L1-L3/2+L20-L17/2-Ci×cos（аji）+L15/2=0 （2）

Xd-L9/2+ L10-L2-L3/2+L20-L17/2-Ci×sin（аji）=0 （3）

аji=аj+аni （j=1，2） （4）

аni=atan（C1i/C2i） （i=3，4，5） （5）

а1=а01-а0 （6）

B1-A×cos（а2）- sqrt（A12+B12-A2）×sin（а2）=0 （7）

а2=π/2- atan（A1/B1）- atan（A/sqrt（A12+B12-A2）） （8）

а01=asin（LB/B） （9）

а0=atan（L13/（L12-L14） （10）

A1=L1-L4+LR； B1=L8-L2-L6

LR=L6× tan（π/2-（π/2+L7）/2）

A=L13-L6 ； B=（（L12-L14）2+L15/2

LB=L8-L2+L3/2-L20+L17/2

C13=L13-L16 ； C23=L12

C14=L13+L18-L19 ； C24=L12

C15=L13-L16 ； C25=L12 +L11

2.5 依据方程式计算Xj

Xj+L1-L3/2+L20-L17/2-C3× cos（а13） -L15=0

Xj+L1-L3/2+L20-L17/2-C4× cos（а14） -L15=0

2.6 依据方程式计算Xd

Xd-L9/2+ L10-L2-L3/2+L20-L17/2-C3× sin（а13）=0

Xd-L9/2+ L10-L2-L3/2+L20-L17/2-C5× sin（а15）=0

2.7 计算结果：计算结果如表2所示（代入数据计算略）

表2

2.8 计算结果分析

从计算结果表2中可知，按照原图纸尺寸制造的支座、拨柄，不能够保证产品图装配要求，在极限情况时，直面距最小可到2.803，而此时相应的对面距到了最大24.905，若修锉保证对面距，则直面距更小，装配中不可再调整。

3 调整建议

通过对计算结果的分析，可看出直面距最大值、对面距最小值离产品图要求还有余量，是尺寸分配不合理造成，将支座上的12.05JS11（L8）和11.1JS11（L1）调整为11.95JS11和11.05JS11后，调整后的计算结果如表3所示。

表3

从表3中可看出，在极限情况时，直面距最小值、对面距最大值可位于产品图要求范围内；而直面距最大值若处于极限情况时，超差有0.0144，而此时对面距最小值在24.392，有0.042的余量，可通过修锉支座保证满足产品图要求。

因此，建议调整03-3（支座）的12.05JS11为11.95JS11；调整11.1JS11为11.05JS11。

4 结束语

通过建立尺寸链分析，可以对机械产品的尺寸公差进行合理性校验、计算，从中发现设计、生产和加工中存在的问题。从而加以改进和调整设计中不合理的尺寸，避免大量生产中出现批量废品，对实际生产过程有指导作用。使机械制造活动达到低成本、高精度、高可靠性的目的。

参考文献

[1]吴拓.机械制造工艺与机床夹具[M].北京：机械工业出版社，2006.

[2]郑修本，冯冠大.机械制造工艺学[M]. 北京：机械工业出版社，1998.

[3]顾崇衔.机械制造工艺学[M].陕西：陕西科学技术出版社，1981.

[4]刘守勇. 机械制造工艺与机床夹具[M].北京：机械工业出版社，2005.

[5]冯之敬.机械制造工程原理[M]. 北京：清华大学出版社，1999.

作者简介：李焕英（1961-），女，云南昆明人，云南开放大学，讲师，大学本科，研究方向为机械制造及机械课教学。endprint

摘 要：产品质量是企业的生命线。为确保机械产品的装配质量，文章应用尺寸链原理校验、计算了原公差设计方案。并提出了经计算后的可行性调整建议，在实际生产中保证了机械产品的装配精度和使用可靠性。

关键词：机械产品；大量生产；尺寸链；公差

引言

机械产品一般都是由若干零件、组件和部件装配而成的。零件是构成机械的最小单元，零件的加工精度和加工精度的一致性是保证装配精度、机械使用可靠性的基础和根本。因此，零件工艺制造设计时不但要考虑满足最小单元的技术要求，还必须考虑该零件是否能满足装配的技术要求。即能否满足装配中的尺寸精度、位置精度、运动精度、接触精度等方面的技术要求。在大量生产中，控制上述精度的最有效方法是应用装配尺寸链原理进行综合分析、计算、校验、合理设计零件公差。以期达到所生产的零件都是合格品，通过完全互换装配法，装配成性能可靠、使用方便、品质优良的机械产品。

1 问题的提出

课题为某厂的机械产品一A型机械手。取物部分的结构如图1所示，图中机械手沿A向运动，通过B 向施力，将03-5（拨柄）转动（拨柄通过拨柄轴安装在支座上），夹持位置由对面距Xd尺寸限制（如图2所示），夹持力大小通过直面距Xj调整（如图1所示）。这两个尺寸相关联，若设计不合理，导致装配中出现了超差问题，废品率约占25%。现通过尺寸链分析、计算、校验A型机械手/03-01装配03-3（支座）、03-5（拨柄）后，能否保证满足装配尺寸Xd=24.35～24.75和Xj=2.9～3.2的技术要求。

2 校验计算

所谓大量生产是指：同一产品的生产数量很大（5000件/年以上），大多数工作地点经常按一定节奏重复进行某一零件的某一工序的加工。大量生产类型所采用的装配方法是完全互换法，装配时各配合零件可不经挑选、修配及调换，即可达到规定的装配精度的装配方法。为确保机械装配后的精度，其装配尺寸链采用极值法解算，计算公式如下。

封闭环的基本尺寸：

封闭环的极限尺寸：

封闭环的上偏差：

封闭环的下偏差：

封闭环的公差：

2.1 计算条件

2.1.1 条件一

根据受力条件并简化分析计算，考虑拨柄通过03-6（拨柄轴）与支座的相对位置：当计算直面距Xj时，认为拨柄与支座接触的位置在1点；计算对面距Xd时认为拨柄与支座接触的位置在2点。

2.1.2 条件二

形位公差中只考虑支座拨柄槽直径的同轴度和拨柄φ6.04H9孔的垂直度影响，其余忽略不计。

2.1.3 列出已知条件：03-3（支座）、03-5（拨柄）零件图如图3所示，已知数据如表1所示。

图3

表1

2.2 根据已知条件绘制尺寸链图如图4所示

图4

2.3 依据组成环性质判断各环增减性

封闭环：Xj、Xd

增环、减环判断可根据公式：

当？孜i为正值时，为增环；当？孜i为负值时，为减环。

2.4 根据极值法基本公式建立方程式：

Ci2=C1i2+C2i2 （i=3，4，5） （1）

Xj+L1-L3/2+L20-L17/2-Ci×cos（аji）+L15/2=0 （2）

Xd-L9/2+ L10-L2-L3/2+L20-L17/2-Ci×sin（аji）=0 （3）

аji=аj+аni （j=1，2） （4）

аni=atan（C1i/C2i） （i=3，4，5） （5）

а1=а01-а0 （6）

B1-A×cos（а2）- sqrt（A12+B12-A2）×sin（а2）=0 （7）

а2=π/2- atan（A1/B1）- atan（A/sqrt（A12+B12-A2）） （8）

а01=asin（LB/B） （9）

а0=atan（L13/（L12-L14） （10）

A1=L1-L4+LR； B1=L8-L2-L6

LR=L6× tan（π/2-（π/2+L7）/2）

A=L13-L6 ； B=（（L12-L14）2+L15/2

LB=L8-L2+L3/2-L20+L17/2

C13=L13-L16 ； C23=L12

C14=L13+L18-L19 ； C24=L12

C15=L13-L16 ； C25=L12 +L11

2.5 依据方程式计算Xj

Xj+L1-L3/2+L20-L17/2-C3× cos（а13） -L15=0

Xj+L1-L3/2+L20-L17/2-C4× cos（а14） -L15=0

2.6 依据方程式计算Xd

Xd-L9/2+ L10-L2-L3/2+L20-L17/2-C3× sin（а13）=0

Xd-L9/2+ L10-L2-L3/2+L20-L17/2-C5× sin（а15）=0

2.7 计算结果：计算结果如表2所示（代入数据计算略）

表2

2.8 计算结果分析

从计算结果表2中可知，按照原图纸尺寸制造的支座、拨柄，不能够保证产品图装配要求，在极限情况时，直面距最小可到2.803，而此时相应的对面距到了最大24.905，若修锉保证对面距，则直面距更小，装配中不可再调整。

3 调整建议

通过对计算结果的分析，可看出直面距最大值、对面距最小值离产品图要求还有余量，是尺寸分配不合理造成，将支座上的12.05JS11（L8）和11.1JS11（L1）调整为11.95JS11和11.05JS11后，调整后的计算结果如表3所示。

表3

从表3中可看出，在极限情况时，直面距最小值、对面距最大值可位于产品图要求范围内；而直面距最大值若处于极限情况时，超差有0.0144，而此时对面距最小值在24.392，有0.042的余量，可通过修锉支座保证满足产品图要求。

因此，建议调整03-3（支座）的12.05JS11为11.95JS11；调整11.1JS11为11.05JS11。

4 结束语

通过建立尺寸链分析，可以对机械产品的尺寸公差进行合理性校验、计算，从中发现设计、生产和加工中存在的问题。从而加以改进和调整设计中不合理的尺寸，避免大量生产中出现批量废品，对实际生产过程有指导作用。使机械制造活动达到低成本、高精度、高可靠性的目的。

参考文献

[1]吴拓.机械制造工艺与机床夹具[M].北京：机械工业出版社，2006.

[2]郑修本，冯冠大.机械制造工艺学[M]. 北京：机械工业出版社，1998.

[3]顾崇衔.机械制造工艺学[M].陕西：陕西科学技术出版社，1981.

[4]刘守勇. 机械制造工艺与机床夹具[M].北京：机械工业出版社，2005.

[5]冯之敬.机械制造工程原理[M]. 北京：清华大学出版社，1999.

作者简介：李焕英（1961-），女，云南昆明人，云南开放大学，讲师，大学本科，研究方向为机械制造及机械课教学。endprint