机械装配偏差源及其偏差传递机理

张东海 李友昂

【摘要】通过建立整机装配过程的状态空间模型，分析机械装配偏差源及其偏差传递机理是装配精度预测的前项工作。进行两类偏差的概念及其数学描述，是在机械装配过程中进行机械精度预测的重要环节。本文基于偏差流的应用研究奠定理论基础，进行机械装配偏差源和偏差传递分析。通过分析装配偏差源及其偏差传递机理，验证偏差传递模型的有效性。

【关键词】机械；装配；偏差源；偏差传递

机械装配偏差源和偏差传递综合影响装配功能的尺寸和形位精度、装夹定位精度信息，对机械本身质量有很大的影响。以零件特征面为基本元素，建立一个统一的、多元化的偏差模型。根据装配过程中是否存在装配间隙，集成三维空间中的位置和质量特征信息。把装配精度预测的基础分为设计时的预测和装配过程中的预测两个不同的预测阶段，并量化这些影响。将偏差流分为连续流和断续流两种，综合传统偏差模型的优点进行偏差传递分析。

一.机械装配偏差源其偏差传递机理概述

在机械装配过程中装配偏差源和偏差传递分析都是机械装配精度预测的基础，是建立面向质量分析的零件模型数字化装配技术的难点之一。加工各种零部件都有可能产生偏差，需要基于带公差信息的零件和装配模型对装配过程进行模拟和仿真。一般来说机械装配偏差源的种类有如下几种：第一类偏差是零件功能几何的位置偏差，需要基于带测量尺寸和误差的零件和装配模型对装配过程进行模拟和仿真。分为零件几何定向偏差和定位偏差，通过偏差来预测产品的装配精度和装配成功率提高产品的装配精度和一次装配成功率。第二类偏差是零件功能几何的形状偏差，通过预测实现装配零件装调方案的优化。基于偏差源统一表达弧度等外型的偏差，建立零件模型和零件偏差模型。满足产品装配精度的要求，为装配过程的偏差分析奠定了基础。第三类偏差是零件装配位置偏差，在虚拟装配等数字化装配系统中具有重要意义。

二.机械装配偏差源及其偏差传递机理研究

在机械数字化装配过程中，建立偏差源的模型需要符合一定要求。从而对机械装备的精度和成功率进行预测，为质量信息的定量表达提供了一种新方法。仿真模拟装配过程，集成三维空间中的质量特征。对装配精度和成功率进行预测，分析零件装配位置偏差。

（1）零件装配位置偏差分为两种，以具备测量尺寸及误差的零件和装配模型为基础装夹定位偏差引入的零件位置的定向和定位偏差。其作为机械装配过程中的重要环节对装配成品的整体性能和质量有很大影响，若不能量化这些影响，就不能有区别地制订零部件的精度要求。加强对偏差源及其偏差传递机理的研究和考虑，正确预測装配质量参数和分析装配过程偏差。解析功能几何形状偏差，奠定了用工程模型解决此领域问题的基础。分析偏差在零件间、零件内两特征间的偏差传递和相互作用，借鉴机器人末端精度分析方法建立的状态转换模型。就机械装配偏差源及其偏差传递机理进行分析，为整机综合精度预测、分析以及质量偏差溯源等机械装配精度预测打下良好基础。

（2）在机械数字化装配系统中运用有效的方法判断偏差源的关联，优化机械装配方案。判断偏差源的作用类型，提高偏差模型在计算机表达与装配精度预测中的实用性。应用偏差矢量表达几何变动的位置和方向，预测产品的装配精度和装配成功率。整机零部件质量及其相对位置精度是影响产品性能的重要因素之一，通过对机械装配偏差源及其偏差传递机理的分析建立一个多元的、统一的统计偏差模型。应用虚拟边界实体造型方法表达域边界信息和域大小形状信息等几何位置偏差域，进一步建立面向三类偏差源统一表达和评价的多元统计学模型。当零件装夹发生定位偏差时以一个常量来看待零件位置偏差，并建立面向整个产品偏差传递及装配功能表达的装配偏差有向图模型。基于偏差流的应用研究奠定理论基础模型，增加机械装备的精确度和首次装配成功的机率。

（3）从偏差传递的角度，偏差值评价和偏差作用评价构成了偏差源评价。建立面向质量分析的零件模型和零件偏差模型，研究机械装配偏差传递和累积的规律。包括几何位置偏差评价、几何形状偏差评价和零件装配位置偏差评价的偏差源评价目的是便于偏差累积分析，深入到偏差根源诊助于零件尺寸的设计和装配方案的调整。建立多元的、统一的统计偏差模型，计算偏差源对装配精度的影响因子。提出零件基准偏差和配合基准偏差概念，注重偏差源和偏差传递机理分析。考虑机械装配过程中的力变性和热变形产生的偏差源信息，为基于偏差流的应用研究奠定理论基础。

三.机械装配偏差源及偏差传递机理深度解析

相比较而言，偏差传递指的是偏差在零件直接的传递。表达整个装配体中任意零部件特征之间的相对位置精度，有助于更好的分析偏差积累、装配功能评价以及装配方案等的反馈信息。以零件特征面为基本元素的传递方式主要包括两种，在零件与零件间隙配合时通过偏差几何和零件装配位置偏差进行传递。在产生的位姿变动可以与后一零件的装配几何偏差产生耦合现象的几何偏差与装配位置偏差的传递中，通过分析建立偏差传递有向图构建一个多元的、统一的统计偏差模型。通过零件之间的配合约束，来分析偏差累积并预测装配精度。零件之间的装配在偏差的不断传递过程中实现偏差的积累，进行计算机表达以及构建偏差传递有向图。在建立这两类偏差模型以及单个零件装配模型的基础上，分析偏差传递机理。为机械零件精度预测打下良好的基础，尽量减小偏差并提高装配产品的质量。

四.结束语

综上所述，在机械装配过程中研究和分析机械装配偏差源及其偏差传递机理对装配精度预测模型具有重要的意义和价值。通过针对零件的精度预测前的偏差源和偏差传递分析，进行综合精度分析。影响产品质量的偏差源的类型主要包括位置偏差、几何位偏差和几何形状偏差三种，通过集成三维空间中的位置和质量特征信息对偏差累积做出准确判断，确保机械装配在装配质量预测和装配过程偏差分析上的有效性。

参考文献

[1]张柱，陈小云.针对白车身装配尺寸偏差模式识别方法研究.北京出版社，2014（11）.

[2]刘晓东，蒋科.机械装配偏差源及其偏差传递机理分析.北京出版社，2015（6）.

[3]何明，张志，戴静.机械装配过程的偏差传递建模理论.北京出版社，2015（9）.

[4]刘晓.机械装配过程的偏差源分析.北京出版社，2015（9）.