基于機械產品大量生產中的公差設計

摘 要：產品質量是企業的生命線。為確保機械產品的裝配質量，文章應用尺寸鏈原理校驗、計算了原公差設計方案。并提出了經計算后的可行性調整建議，在實際生產中保證了機械產品的裝配精度和使用可靠性。

關鍵詞：機械產品；大量生產；尺寸鏈；公差

引言

機械產品一般都是由若干零件、組件和部件裝配而成的。零件是構成機械的最小單元，零件的加工精度和加工精度的一致性是保證裝配精度、機械使用可靠性的基礎和根本。因此，零件工藝制造設計時不但要考慮滿足最小單元的技術要求，還必須考慮該零件是否能滿足裝配的技術要求。即能否滿足裝配中的尺寸精度、位置精度、運動精度、接觸精度等方面的技術要求。在大量生產中，控制上述精度的最有效方法是應用裝配尺寸鏈原理進行綜合分析、計算、校驗、合理設計零件公差。以期達到所生產的零件都是合格品，通過完全互換裝配法，裝配成性能可靠、使用方便、品質優良的機械產品。

1 問題的提出

課題為某廠的機械產品一A型機械手。取物部分的結構如圖1所示，圖中機械手沿A向運動，通過B 向施力，將03-5（撥柄）轉動（撥柄通過撥柄軸安裝在支座上），夾持位置由對面距Xd尺寸限制（如圖2所示），夾持力大小通過直面距Xj調整（如圖1所示）。這兩個尺寸相關聯，若設計不合理，導致裝配中出現了超差問題，廢品率約占25%。現通過尺寸鏈分析、計算、校驗A型機械手/03-01裝配03-3（支座）、03-5（撥柄）后，能否保證滿足裝配尺寸Xd=24.35～24.75和Xj=2.9～3.2的技術要求。

2 校驗計算

所謂大量生產是指：同一產品的生產數量很大（5000件/年以上），大多數工作地點經常按一定節奏重復進行某一零件的某一工序的加工。大量生產類型所采用的裝配方法是完全互換法，裝配時各配合零件可不經挑選、修配及調換，即可達到規定的裝配精度的裝配方法。為確保機械裝配后的精度，其裝配尺寸鏈采用極值法解算，計算公式如下。

封閉環的基本尺寸：

封閉環的極限尺寸：

封閉環的上偏差：

封閉環的下偏差：

封閉環的公差：

2.1 計算條件

2.1.1 條件一

根據受力條件并簡化分析計算，考慮撥柄通過03-6（撥柄軸）與支座的相對位置：當計算直面距Xj時，認為撥柄與支座接觸的位置在1點；計算對面距Xd時認為撥柄與支座接觸的位置在2點。

2.1.2 條件二

形位公差中只考慮支座撥柄槽直徑的同軸度和撥柄φ6.04H9孔的垂直度影響，其余忽略不計。

2.1.3 列出已知條件：03-3（支座）、03-5（撥柄）零件圖如圖3所示，已知數據如表1所示。

圖3

表1

2.2 根據已知條件繪制尺寸鏈圖如圖4所示

圖4

2.3 依據組成環性質判斷各環增減性

封閉環：Xj、Xd

增環、減環判斷可根據公式：

當？孜i為正值時，為增環；當？孜i為負值時，為減環。

2.4 根據極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 依據方程式計算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 依據方程式計算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 計算結果：計算結果如表2所示（代入數據計算略）

表2

2.8 計算結果分析

從計算結果表2中可知，按照原圖紙尺寸制造的支座、撥柄，不能夠保證產品圖裝配要求，在極限情況時，直面距最小可到2.803，而此時相應的對面距到了最大24.905，若修銼保證對面距，則直面距更小，裝配中不可再調整。

3 調整建議

通過對計算結果的分析，可看出直面距最大值、對面距最小值離產品圖要求還有余量，是尺寸分配不合理造成，將支座上的12.05JS11（L8）和11.1JS11（L1）調整為11.95JS11和11.05JS11后，調整后的計算結果如表3所示。

表3

從表3中可看出，在極限情況時，直面距最小值、對面距最大值可位于產品圖要求范圍內；而直面距最大值若處于極限情況時，超差有0.0144，而此時對面距最小值在24.392，有0.042的余量，可通過修銼支座保證滿足產品圖要求。

因此，建議調整03-3（支座）的12.05JS11為11.95JS11；調整11.1JS11為11.05JS11。

4 結束語

通過建立尺寸鏈分析，可以對機械產品的尺寸公差進行合理性校驗、計算，從中發現設計、生產和加工中存在的問題。從而加以改進和調整設計中不合理的尺寸，避免大量生產中出現批量廢品，對實際生產過程有指導作用。使機械制造活動達到低成本、高精度、高可靠性的目的。

參考文獻

[1]吳拓.機械制造工藝與機床夾具[M].北京：機械工業出版社，2006.

[2]鄭修本，馮冠大.機械制造工藝學[M]. 北京：機械工業出版社，1998.

[3]顧崇銜.機械制造工藝學[M].陜西：陜西科學技術出版社，1981.

[4]劉守勇. 機械制造工藝與機床夾具[M].北京：機械工業出版社，2005.

[5]馮之敬.機械制造工程原理[M]. 北京：清華大學出版社，1999.

作者簡介：李煥英（1961-），女，云南昆明人，云南開放大學，講師，大學本科，研究方向為機械制造及機械課教學。endprint

摘 要：產品質量是企業的生命線。為確保機械產品的裝配質量，文章應用尺寸鏈原理校驗、計算了原公差設計方案。并提出了經計算后的可行性調整建議，在實際生產中保證了機械產品的裝配精度和使用可靠性。

關鍵詞：機械產品；大量生產；尺寸鏈；公差

引言

機械產品一般都是由若干零件、組件和部件裝配而成的。零件是構成機械的最小單元，零件的加工精度和加工精度的一致性是保證裝配精度、機械使用可靠性的基礎和根本。因此，零件工藝制造設計時不但要考慮滿足最小單元的技術要求，還必須考慮該零件是否能滿足裝配的技術要求。即能否滿足裝配中的尺寸精度、位置精度、運動精度、接觸精度等方面的技術要求。在大量生產中，控制上述精度的最有效方法是應用裝配尺寸鏈原理進行綜合分析、計算、校驗、合理設計零件公差。以期達到所生產的零件都是合格品，通過完全互換裝配法，裝配成性能可靠、使用方便、品質優良的機械產品。

1 問題的提出

課題為某廠的機械產品一A型機械手。取物部分的結構如圖1所示，圖中機械手沿A向運動，通過B 向施力，將03-5（撥柄）轉動（撥柄通過撥柄軸安裝在支座上），夾持位置由對面距Xd尺寸限制（如圖2所示），夾持力大小通過直面距Xj調整（如圖1所示）。這兩個尺寸相關聯，若設計不合理，導致裝配中出現了超差問題，廢品率約占25%。現通過尺寸鏈分析、計算、校驗A型機械手/03-01裝配03-3（支座）、03-5（撥柄）后，能否保證滿足裝配尺寸Xd=24.35～24.75和Xj=2.9～3.2的技術要求。

2 校驗計算

所謂大量生產是指：同一產品的生產數量很大（5000件/年以上），大多數工作地點經常按一定節奏重復進行某一零件的某一工序的加工。大量生產類型所采用的裝配方法是完全互換法，裝配時各配合零件可不經挑選、修配及調換，即可達到規定的裝配精度的裝配方法。為確保機械裝配后的精度，其裝配尺寸鏈采用極值法解算，計算公式如下。

封閉環的基本尺寸：

封閉環的極限尺寸：

封閉環的上偏差：

封閉環的下偏差：

封閉環的公差：

2.1 計算條件

2.1.1 條件一

根據受力條件并簡化分析計算，考慮撥柄通過03-6（撥柄軸）與支座的相對位置：當計算直面距Xj時，認為撥柄與支座接觸的位置在1點；計算對面距Xd時認為撥柄與支座接觸的位置在2點。

2.1.2 條件二

形位公差中只考慮支座撥柄槽直徑的同軸度和撥柄φ6.04H9孔的垂直度影響，其余忽略不計。

2.1.3 列出已知條件：03-3（支座）、03-5（撥柄）零件圖如圖3所示，已知數據如表1所示。

圖3

表1

2.2 根據已知條件繪制尺寸鏈圖如圖4所示

圖4

2.3 依據組成環性質判斷各環增減性

封閉環：Xj、Xd

增環、減環判斷可根據公式：

當？孜i為正值時，為增環；當？孜i為負值時，為減環。

2.4 根據極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 依據方程式計算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 依據方程式計算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 計算結果：計算結果如表2所示（代入數據計算略）

表2

2.8 計算結果分析

從計算結果表2中可知，按照原圖紙尺寸制造的支座、撥柄，不能夠保證產品圖裝配要求，在極限情況時，直面距最小可到2.803，而此時相應的對面距到了最大24.905，若修銼保證對面距，則直面距更小，裝配中不可再調整。

3 調整建議

通過對計算結果的分析，可看出直面距最大值、對面距最小值離產品圖要求還有余量，是尺寸分配不合理造成，將支座上的12.05JS11（L8）和11.1JS11（L1）調整為11.95JS11和11.05JS11后，調整后的計算結果如表3所示。

表3

從表3中可看出，在極限情況時，直面距最小值、對面距最大值可位于產品圖要求范圍內；而直面距最大值若處于極限情況時，超差有0.0144，而此時對面距最小值在24.392，有0.042的余量，可通過修銼支座保證滿足產品圖要求。

因此，建議調整03-3（支座）的12.05JS11為11.95JS11；調整11.1JS11為11.05JS11。

4 結束語

通過建立尺寸鏈分析，可以對機械產品的尺寸公差進行合理性校驗、計算，從中發現設計、生產和加工中存在的問題。從而加以改進和調整設計中不合理的尺寸，避免大量生產中出現批量廢品，對實際生產過程有指導作用。使機械制造活動達到低成本、高精度、高可靠性的目的。

參考文獻

[1]吳拓.機械制造工藝與機床夾具[M].北京：機械工業出版社，2006.

[2]鄭修本，馮冠大.機械制造工藝學[M]. 北京：機械工業出版社，1998.

[3]顧崇銜.機械制造工藝學[M].陜西：陜西科學技術出版社，1981.

[4]劉守勇. 機械制造工藝與機床夾具[M].北京：機械工業出版社，2005.

[5]馮之敬.機械制造工程原理[M]. 北京：清華大學出版社，1999.

作者簡介：李煥英（1961-），女，云南昆明人，云南開放大學，講師，大學本科，研究方向為機械制造及機械課教學。endprint

摘 要：產品質量是企業的生命線。為確保機械產品的裝配質量，文章應用尺寸鏈原理校驗、計算了原公差設計方案。并提出了經計算后的可行性調整建議，在實際生產中保證了機械產品的裝配精度和使用可靠性。

關鍵詞：機械產品；大量生產；尺寸鏈；公差

引言

機械產品一般都是由若干零件、組件和部件裝配而成的。零件是構成機械的最小單元，零件的加工精度和加工精度的一致性是保證裝配精度、機械使用可靠性的基礎和根本。因此，零件工藝制造設計時不但要考慮滿足最小單元的技術要求，還必須考慮該零件是否能滿足裝配的技術要求。即能否滿足裝配中的尺寸精度、位置精度、運動精度、接觸精度等方面的技術要求。在大量生產中，控制上述精度的最有效方法是應用裝配尺寸鏈原理進行綜合分析、計算、校驗、合理設計零件公差。以期達到所生產的零件都是合格品，通過完全互換裝配法，裝配成性能可靠、使用方便、品質優良的機械產品。

1 問題的提出

課題為某廠的機械產品一A型機械手。取物部分的結構如圖1所示，圖中機械手沿A向運動，通過B 向施力，將03-5（撥柄）轉動（撥柄通過撥柄軸安裝在支座上），夾持位置由對面距Xd尺寸限制（如圖2所示），夾持力大小通過直面距Xj調整（如圖1所示）。這兩個尺寸相關聯，若設計不合理，導致裝配中出現了超差問題，廢品率約占25%。現通過尺寸鏈分析、計算、校驗A型機械手/03-01裝配03-3（支座）、03-5（撥柄）后，能否保證滿足裝配尺寸Xd=24.35～24.75和Xj=2.9～3.2的技術要求。

2 校驗計算

所謂大量生產是指：同一產品的生產數量很大（5000件/年以上），大多數工作地點經常按一定節奏重復進行某一零件的某一工序的加工。大量生產類型所采用的裝配方法是完全互換法，裝配時各配合零件可不經挑選、修配及調換，即可達到規定的裝配精度的裝配方法。為確保機械裝配后的精度，其裝配尺寸鏈采用極值法解算，計算公式如下。

封閉環的基本尺寸：

封閉環的極限尺寸：

封閉環的上偏差：

封閉環的下偏差：

封閉環的公差：

2.1 計算條件

2.1.1 條件一

根據受力條件并簡化分析計算，考慮撥柄通過03-6（撥柄軸）與支座的相對位置：當計算直面距Xj時，認為撥柄與支座接觸的位置在1點；計算對面距Xd時認為撥柄與支座接觸的位置在2點。

2.1.2 條件二

形位公差中只考慮支座撥柄槽直徑的同軸度和撥柄φ6.04H9孔的垂直度影響，其余忽略不計。

2.1.3 列出已知條件：03-3（支座）、03-5（撥柄）零件圖如圖3所示，已知數據如表1所示。

圖3

表1

2.2 根據已知條件繪制尺寸鏈圖如圖4所示

圖4

2.3 依據組成環性質判斷各環增減性

封閉環：Xj、Xd

增環、減環判斷可根據公式：

當？孜i為正值時，為增環；當？孜i為負值時，為減環。

2.4 根據極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 依據方程式計算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 依據方程式計算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 計算結果：計算結果如表2所示（代入數據計算略）

表2

2.8 計算結果分析

從計算結果表2中可知，按照原圖紙尺寸制造的支座、撥柄，不能夠保證產品圖裝配要求，在極限情況時，直面距最小可到2.803，而此時相應的對面距到了最大24.905，若修銼保證對面距，則直面距更小，裝配中不可再調整。

3 調整建議

通過對計算結果的分析，可看出直面距最大值、對面距最小值離產品圖要求還有余量，是尺寸分配不合理造成，將支座上的12.05JS11（L8）和11.1JS11（L1）調整為11.95JS11和11.05JS11后，調整后的計算結果如表3所示。

表3

從表3中可看出，在極限情況時，直面距最小值、對面距最大值可位于產品圖要求范圍內；而直面距最大值若處于極限情況時，超差有0.0144，而此時對面距最小值在24.392，有0.042的余量，可通過修銼支座保證滿足產品圖要求。

因此，建議調整03-3（支座）的12.05JS11為11.95JS11；調整11.1JS11為11.05JS11。

4 結束語

通過建立尺寸鏈分析，可以對機械產品的尺寸公差進行合理性校驗、計算，從中發現設計、生產和加工中存在的問題。從而加以改進和調整設計中不合理的尺寸，避免大量生產中出現批量廢品，對實際生產過程有指導作用。使機械制造活動達到低成本、高精度、高可靠性的目的。

參考文獻

[1]吳拓.機械制造工藝與機床夾具[M].北京：機械工業出版社，2006.

[2]鄭修本，馮冠大.機械制造工藝學[M]. 北京：機械工業出版社，1998.

[3]顧崇銜.機械制造工藝學[M].陜西：陜西科學技術出版社，1981.

[4]劉守勇. 機械制造工藝與機床夾具[M].北京：機械工業出版社，2005.

[5]馮之敬.機械制造工程原理[M]. 北京：清華大學出版社，1999.

作者簡介：李煥英（1961-），女，云南昆明人，云南開放大學，講師，大學本科，研究方向為機械制造及機械課教學。endprint