重卡底盤系統(tǒng)尺寸鏈分析方法研究

貢博，強曉輝，樊寧

重卡底盤系統(tǒng)尺寸鏈分析方法研究

貢博，強曉輝，樊寧

（陜西重型汽車有限公司，陜西 西安 710200）

底盤系統(tǒng)尺寸鏈?zhǔn)堑妆P各分總成存在裝配關(guān)系的零部件，由互相連接的尺寸形成封閉的尺寸組。尺寸鏈的分析計算在裝配過程工藝可行性分析中起著至關(guān)重要的作用。文章重點對重卡底盤系統(tǒng)的尺寸鏈分析計算進(jìn)行詳細(xì)的方法研究，定義基本的分析工作內(nèi)容、分析流程以及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)模板，為底盤系統(tǒng)工藝分析提供重要支持。

尺寸鏈；工藝分析；底盤系統(tǒng)

前言

裝配尺寸分析中的各組成環(huán)尺寸來自不同零件，經(jīng)過實際加工得到滿足設(shè)計要求的一個合格尺寸，而它的封閉環(huán)一般為部件裝配關(guān)系中的一項裝配設(shè)計要求，例如間隙、尺寸要求，稱為裝配尺寸鏈，分為一維尺寸鏈和三維尺寸鏈。一維尺寸鏈?zhǔn)侵溉拷M成環(huán)在一個平行平面內(nèi)的尺寸鏈。三維尺寸鏈?zhǔn)侵附M成環(huán)位于幾個不平行平面內(nèi)的尺寸鏈。尺寸鏈分析與裝配工藝分析同步進(jìn)行，對工藝同步分析起著重要而積極的作用。

1 底盤系統(tǒng)尺寸鏈分析的目的

底盤系統(tǒng)尺寸鏈分析是通過建立尺寸分析模型，及蒙特卡羅模擬計算，得到尺寸公差的最終結(jié)果；通過分析貢獻(xiàn)因子確認(rèn)偏差源，對偏差源進(jìn)行優(yōu)化，最終使得目標(biāo)尺寸公差達(dá)到目標(biāo)要求。具體表現(xiàn)為以下幾點：

（1）通過尺寸鏈建模、分析，計算和評價整車系統(tǒng)、底盤關(guān)鍵系統(tǒng)的目標(biāo)參數(shù)（或公差）的合格率是否滿足6σ（99.73%）。

（2）通過尺寸鏈計算，分析出影響目標(biāo)參數(shù)（或公差）的主要零部件或公差（即偏差源）。

（3）通過優(yōu)化偏差源的公差值，迭代計算整車系統(tǒng)、底盤關(guān)鍵系統(tǒng)的目標(biāo)參數(shù)（或公差）直至合格率滿足6σ（99.73%），該公差值即為零部件的優(yōu)化公差值。

（4）通過優(yōu)化裝配，即定義關(guān)鍵零部件的分裝以及分總成關(guān)鍵尺寸公差，迭代計算整車系統(tǒng)、底盤關(guān)鍵系統(tǒng)的目標(biāo)參數(shù)（或公差）直至合格率滿足6σ（99.73%），即確定裝配方法（分裝）和分總成尺寸公差值即為控制該系統(tǒng)目標(biāo)參數(shù)（或公差）的必要措施和方法。

（5）通過尺寸鏈計算，識別出整車系統(tǒng)、底盤關(guān)鍵系統(tǒng)內(nèi)零部件的關(guān)鍵、重要尺寸公差，為底盤零部件測量系統(tǒng)的建立（RPS）、零部件圖紙的標(biāo)注從尺寸公差向形位公差轉(zhuǎn)變（即GD&T圖紙）、裝配圖紙的公差定義提供重要的數(shù)據(jù)參考依據(jù)。

（6）通過尺寸鏈計算，識別整車系統(tǒng)、底盤關(guān)鍵系統(tǒng)內(nèi)零部件的關(guān)鍵、重要尺寸公差，為零部件測量計劃的編制提供重要的數(shù)據(jù)參考依據(jù)。

2 工作內(nèi)容

底盤尺寸鏈分析的對象為整車底盤各系統(tǒng)，主要對影響最終系統(tǒng)性能的關(guān)鍵尺寸鏈進(jìn)行計算，分析各尺寸公差的合理性。

重點內(nèi)容包括：

（1）整車軸距尺寸，前、后輪距尺寸；懸架左、右側(cè)X方向和Z反向偏差的尺寸鏈；前、后懸架與車架總成中心線Y方向偏差的尺寸鏈。

（2）懸置系統(tǒng)，即駕駛室前、后懸置左、右側(cè)裝配距離的尺寸鏈。

（3）動力系統(tǒng)，即動力總成與車架總成中心線Y方向偏差的尺寸鏈。

（4）轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，轉(zhuǎn)向機裝配X、Y、Z方向偏差的尺寸鏈。

3 底盤系統(tǒng)尺寸鏈分析流程

3.1 一維尺寸鏈分析過程

底盤一維尺寸鏈?zhǔn)轻槍φ嚒⒌妆P關(guān)鍵系統(tǒng)在X、Y、Z任意單一方向的公差分析計算，通過確定定義裝配方案、零件公差、裝配浮動等方式識別出尺寸鏈中各組成環(huán)的實際情況，使用均方根法計算公差累計。

一維尺寸鏈分析流程：確定目標(biāo)尺寸公差→定義裝配方案→確定零部件尺寸公差→定義裝配浮動→模擬計算→結(jié)果分析。

（1）確定目標(biāo)公差尺寸：根據(jù)設(shè)計定義的系統(tǒng)尺寸公差，將該尺寸公差設(shè)定為A0，即目標(biāo)公差。

（2）定義裝配方案：根據(jù)該系統(tǒng)的裝配工藝，定義影響該系統(tǒng)尺寸公差所有零部件的裝配順序。

（3）確定零部件尺寸公差：根據(jù)設(shè)計圖紙，賦予影響該系統(tǒng)零部件尺寸的公差值。

（4）定義裝配浮動：根據(jù)裝配工藝，對螺栓、鉚釘連接的配合關(guān)系進(jìn)行裝配浮動值定義。

（5）模擬計算：將上述所有要素帶入Excel計算軟件，求出設(shè)定的目標(biāo)公差值在3σ或6σ統(tǒng)計情況下的合格率。

（6）結(jié)果分析：識別出影響因素最大的零部件尺寸及公差，并對該公差進(jìn)行二次賦值和迭代計算。

3.2 三維尺寸鏈分析過程

三維尺寸鏈分析采用VSA軟件進(jìn)行，建模及分析流程：數(shù)據(jù)導(dǎo)入→定義功能特征→定義公差特征→定義裝配操作→創(chuàng)建測量點→定義測量操作→模擬計算→結(jié)果分析。

（1）數(shù)據(jù)導(dǎo)入

三維數(shù)據(jù)模型須轉(zhuǎn)換成JT文件格式，按照產(chǎn)品數(shù)據(jù)的命名規(guī)則對三維數(shù)據(jù)模型的零部件及總成命名，黑盒件（即不定義零件之間裝配公差，僅定義總成公差的件）的命名標(biāo)準(zhǔn)為：BLOCK_零件號。

導(dǎo)入所要分析的裝配零件或總成，根據(jù)裝配工藝分析和定義的裝配順序，調(diào)整數(shù)模裝配順序。

（2）定義功能特征：根據(jù)零件幾何特征創(chuàng)建虛擬工裝特征、基準(zhǔn)特征、裝配特征。虛擬工裝特征是指在公差分析軟件中建立零部件的工裝裝配點，各個裝配點特征與零部件基準(zhǔn)一一對應(yīng)，使得基準(zhǔn)零部件能夠裝配在工裝上。基準(zhǔn)特征是指按照RPS標(biāo)準(zhǔn)建立的一系列零部件的基準(zhǔn)裝配特征，這些特征用于裝配操作，是整個裝配特征的一部分。特征類型包括：面、圓孔、長圓孔、邊。裝配特征是裝配過程中，一個零部件安裝在另一個零部件上的非基準(zhǔn)特征配合。特征類型一般為：裝配面、焊接面、裝配圓孔、長圓孔、第一裝配邊、第二裝配邊。

（3）定義特征公差要求

根據(jù)通用公差及特殊功能要求輸入特征的尺寸公差（單一公差、復(fù)合公差），公差的定義應(yīng)符合產(chǎn)品的技術(shù)狀態(tài)，質(zhì)量要求等。

（4）建立公差庫

公差庫中包含了所有零部件的公差設(shè)置，在建立特征時，可以直接在對話框直接選取，不需要一一設(shè)置，提高了尺寸模型建立的效率。

需要關(guān)注的是要素線的形狀公差值應(yīng)小于該要素線形成的面的形狀公差值；同一被測要素的形狀公差值應(yīng)小于其定向公差值，定向公差值、形狀公差值應(yīng)小于其定位公差值；回轉(zhuǎn)表面及其素線的形狀公差值和其軸線的同軸度公差值均應(yīng)小于相應(yīng)的跳動公差值。

（5）定義裝配操作

五種裝配方式，分別是：靜態(tài)裝配、動態(tài)裝配、典型裝配、定制裝配及彈性裝配，底盤系統(tǒng)分析過程中常用的是靜態(tài)裝配、動態(tài)裝配及定制裝配。

（6）創(chuàng)建測量點

在需要測量的零件下建立測量點，測量點的選取應(yīng)根據(jù)實際的測量需求，選取測量點，添加測量點，可以直接在零件上選取，也可輸入坐標(biāo)和方向矢量確認(rèn)點的位置。

（7）定義測量操作

在總成樹下添加測量組節(jié)點，然后在測量組節(jié)點下定義測量操作。測量選項中有多種測量方式，點測量，可測量一個點在X或Y或Z向的波動，點與點之間距離的測量，間隙面差測量等，可根據(jù)需求進(jìn)行選擇。

（8）模擬計算

通過蒙特卡羅模擬運算，一般請設(shè)定運行5000次以上，計算出尺寸鏈傳遞及各個公差的貢獻(xiàn)因子，通過對貢獻(xiàn)因子的分析，確認(rèn)偏差源。通過對偏差源的優(yōu)化，優(yōu)化定位或者公差等，達(dá)成最終目標(biāo)的優(yōu)化及合格率達(dá)成。

（9）結(jié)果分析

圖1 尺寸鏈分析結(jié)果

分析結(jié)果反饋的內(nèi)容如圖1所示，包括標(biāo)準(zhǔn)偏差，上下限百分比，cp及cpk值等，可以從這些結(jié)果中分析最終目標(biāo)是否符合公差要求，如果不符合要求，就要對貢獻(xiàn)因子進(jìn)行分析，確認(rèn)偏差源，通過對偏差源的分析，對偏差源運用公差優(yōu)化，定位優(yōu)化等手段，使得最終運算結(jié)果達(dá)成目標(biāo)要求。

4 結(jié)束語

底盤系統(tǒng)尺寸鏈分析是裝配工藝分析中的重要一環(huán)，本文對尺寸鏈分析的基本內(nèi)容和流程做出了闡述，通過過程研究，總結(jié)出尋找影響裝配精度的關(guān)鍵零件或特征的方法，進(jìn)而有針對性的進(jìn)行公差優(yōu)化。隨著尺寸工程技術(shù)的不斷發(fā)展，底盤尺寸鏈分析方法也將不斷提升，為裝配同步分析提供更大的技術(shù)支撐。

[1] 李華偉,張福路.汽車尺寸工程尺寸鏈分析方法及流程.機械工程師,2017.03:132～134.

[2] 張蕾.三維尺寸鏈的偏差研究,機械工程師,2015.07:105～107.

[3] 孔令偉,張浩.尺寸鏈技術(shù)在工藝優(yōu)化中的應(yīng)用.汽車使用技術(shù), 2016.03:161～163.

[4] 曹渡,劉永清.汽車尺寸工程技術(shù).北京:機械工業(yè)出版社,2017.4.

The Research of Heavy Truck Chassis System Dimension Chain Analysis Method

Gong Bo, Qiang Xiaohui, Fan Ning

( Shaanxi Heavy Duty Automobile CO. Ltd, Shaanxi Xi’an 710200 )

The dimension chain of chassis system is a closed chain which connected the chassis assembly components. The analysis and calculation of the dimensional chain plays a crucial role in the process feasibility analysis. This paper is based on the dimensional chain analysis and calculation of the heavy truck chassis system research. Define basic analytical work content, analysis process and related standard templates, and give important support of chassis system process analysis.

dimension chain; process analysis; chassis system

U466

A

1671-7988(2019)14-112-03

U466

A

1671-7988(2019)14-112-03

貢博（1984-），男，工程師，工程碩士，就職于陜西重型汽車有限公司，主要從事車架零件加工工藝的研究。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2019.14.036