機械裝配偏差源及其偏差傳遞機理研究

王紅艷 么志利

（唐山勞動技師學院，河北 唐山 063300）

1 概述

在機械數字化裝配過程中，裝配精度預測是一項既關鍵又具有難度的工作。機械裝配精度預測可以分為兩個階段，即設計階段預測和裝配階段預測，其中，設計階段的預測以具備公差信息的零件和裝配模型為基礎，進行裝配過程的模擬仿真，從而對機械裝備的精度和成功率進行預測，并在不斷優化零件尺寸和偏差便裝配設計以實現機械的精確裝配。裝配階段的預測是以具備測量尺寸及誤差的零件和裝配模型為基礎，仿真模擬裝配過程，對裝配精度和成功率進行預測，優化機械裝配方案，增加機械裝備的精確度和首次裝配成功的機率。這兩個階段的精度預測對研究機械裝配偏差源及其偏差傳遞機理都有重要意義，尤其是在機械數字化裝配系統中，對于機械裝配偏差源和偏差傳統的研究還不是很全面，對于偏差模型的建立由于缺乏對偏差源及其偏差傳遞機理的研究和考慮，在裝配精度預測及計算機表達上的實用性還有待提高，現就機械裝配偏差源及其偏差傳遞機理進行如下分析，以求有助于提高偏差模型在計算機表達與裝配精度預測中的實用性。

2 機械裝配偏差源分析

偏差源是影響機械裝配功能的零件尺寸、形位精度、定位精度等信息。偏差存在于機械裝配過程中的零件加工、工具和夾具等環節中，機械裝配過程中的力變性和熱變形也會產生偏差源信息。

2.1 偏差源的類型

機械裝備的偏差源按照裝尺寸、形位精度、定位精度等影響裝配功能的因素可以大致分為三類，即裝配位置偏差、幾何位偏差和幾何形狀偏差。其中，幾何位置偏差主要包含幾何定位偏差和定向偏差，幾何定位偏差有尺寸偏差、對稱度偏差、位置度偏差、同軸度偏差；幾何定向偏差有角度尺寸偏差、平行度偏差、傾斜度偏差、垂直度偏差等，幾何位置偏差源會使機械裝配過程中零件的裝配發生位置變動，位置變動經過一定程度的積累就會影響裝配精度。幾何形狀偏差有直線度偏差、平面度偏差、線面輪廓度偏差等，按幾何形狀偏差裝配零件，經過一定積累后，同樣會對裝配精度造成影響。裝配位置偏差分為兩種情況，一方面是由于裝夾定位偏差而造成的裝配位置偏差，又分為定向和定位兩種，另一方面是由于在間隙裝配過程中由于裝配位置不確定性而導致的裝配定位和定向的偏差，在裝配過程中，位置偏差會同幾何位偏差和幾何形狀偏差發生偶聯作用，共同影響機械裝配精度。

2.2 偏差源作用類型的判斷

偏差源的作用類型主要包括三種，即正積累、負積累、不相關，判斷偏差源的作用類型對偏差傳遞機理的研究有著重要的意義，偏差源是否對裝配精度產生影響由機械裝配零部件的拓撲或配合關系的決定。在判斷偏差源的作用類型時，要通過分析零件面邊圖或建立相關的模型圖，來分析偏差源和偏差流通絡是否發生重合，若重合則說明偏差源與裝配功能相關，會產生正積累、或負積累效應，否則無關。當偏差源與裝配精度相關時，可以通過對偏差正負累積性矢量坐標和坐標系半空間轉換矢量坐標的綜合分析偏差作用類型是正積累還是負積累。

2.3 偏差源的評價

對偏差源進行評價有助于更好的分析偏差積累、裝配功能評價以及裝配方案等的反饋信息。偏差源的評價包括偏差值評價和偏差作用評價，偏差值的評價用于確定偏差的大小，偏差值可以是主方向偏差值、各方向偏差值以及偏差主方向和各方向的加權值；偏差作用的評價，主要是計算偏差源對裝配精度的影響因子，偏差作用的評價包括偏差值大小、加工成本等方面的評價。此外，利用偏差作用的評價模型還有助于零件尺寸的設計和裝配方案的調整。

3 機械裝配偏差源的偏差傳遞機理分析

綜合上述對機械裝配偏差源種類、作用類型及其評價的分析，可對機械裝配偏差源的偏差傳遞機理進行研究。機械裝配偏差源的偏差傳遞方式主要包括兩種，第一種是通過幾何偏差進行傳遞，第二種是通過裝配位置偏差進行傳遞。前者的偏差傳遞方式為連續性偏差傳遞，而后者的偏差傳遞方式為斷續性偏差傳遞。在通過幾何偏差的傳遞中，偏差傳遞主要是在零件之間接觸裝配時發生，由于零件之間的配合約束，前一零件配合后會發生零件位姿的變動，且產生的位姿變動可以與后一零件的裝配幾何偏差產生耦合現象，從而零件之間的裝配在偏差的不斷傳遞過程中實現偏差的積累。通過裝配位置偏差進行的偏差傳遞機理是裝配功能方向上存在著間隙配合，間隙配合的存在使得前一裝配零件的偏差積累斷開，后一零件裝配位置偏差成為偏差傳遞的新起點，是裝配精度受到影響。

結語

綜上所述，偏差源的類型主要包括配位置偏差、幾何位偏差和幾何形狀偏差三種類型，偏差源的作用類型包括正積累、負積累、不相關三種，偏差源的偏差傳遞方式包括通過幾何偏差進行傳遞和通過裝配位置偏差進行傳遞，通過對機械裝配偏差源及其偏差傳遞機理的分析可建立相應的裝配精度預測模型，從而確保機械裝配的功能性。作為機械裝配過程中的重要環節，機械裝配精度的預測受到偏差源的影響，研究和分析機械裝配偏差源及其偏差傳遞機理對裝配精度預測偏差源和偏差傳遞的模型具有重要的意義和價值。

[1]劉偉東，寧汝新，劉檢華.機械裝配偏差源及其偏差傳遞機理分析.《機械工程學報》.2012年1期

[2]作者：曾超.基于MEWMA控制圖的車身焊接裝配尺寸偏差監測研究.機械工程.湖南大學.2013（學位年度）