尺寸链设计与计算

1,汽车制造工艺学,尺寸链 Machining Process Planning,2,4.4.1 尺寸链基本概念,尺寸链定义,在零件加工或机器装配过程中，由相互联系的尺寸形成的封闭尺寸组，称为尺寸链,装配尺寸链在机器设计和装配过程中，由有关零件尺寸形成的尺寸链,工艺尺寸链在加工过程中，由同一零件有关工序尺寸所形成的尺寸链,封闭环在零件加工过程或机器装配过程中最终形成的环（或间接得到的环）, 指组成尺寸链的每一个尺寸,增环该环变动（增大或减小）引起封闭环同向变动（增大或减小）的环,组成环尺寸链中除封闭环以外的各环。对于工艺尺寸链来说，组成环的尺寸一般是由加工直接得到的,减环该环变动（增大或减小）引起封闭环反向变动的环,3,图示尺寸链中，尺寸 A0 是加工过程间接保证的，因而是尺寸链的封闭环；尺寸 A1 和 A2 是在加工中直接获得的，因而是尺寸链的组成环。其中， A1为增环， A2为减环。,4.4.1 尺寸链基本概念,4,4.4.2 直线尺寸链计算,基本尺寸计算公式封闭环的基本尺寸等于各组成环基本尺寸的代数和,直线尺寸链极值算法公式,偏差计算公式封闭环的上（下）偏差等于所有增环的上（下）偏差之和减去所有减环的下（上）偏差之和,公差计算公式封闭环的公差等于各组成环公差之和,平均尺寸计算公式封闭环的平均尺寸各组成环的平均尺寸的代数和,5,4.4.2 直线尺寸链计算,将极限尺寸换算成平均尺寸,直线尺寸链概率算法公式,公差计算公式封闭环公差的平方等于各组成环公差的平方之和,将极限偏差换算成中间偏差,平均尺寸计算公式,6,采用等公差原则分配公差，求解图 b 和图 c 的尺寸链，可得到：,4.4.3 直线尺寸链应用,定位基准与设计基准不重合,工序尺寸： 平行度公差：,7,若实测L2=40.30，按上述要求判为废品，但此时如L1=50，则实际L0=9.7，仍合格，即出现“假废品”。当实测尺寸与计算尺寸的差值小于尺寸链其它组成环公差之和时，可能为假废品。 若逐个零件逐个尺寸测量，增加工作量。采用专用检具可减小假废品出现的可能性。, 假废品问题：,4.4.3 直线尺寸链应用,测量基准与设计基准不重合,由新建立的尺寸链可解出：,8,2）插键槽，保证尺寸 x；,试确定尺寸 x 的大小及公差。,3）热处理,建立尺寸链如图b 所示，H是间接保证的尺寸，因而是 封闭环。计算该尺寸链，可得到：,a） b） 键槽加工尺寸链,【解】,4.4.3 直线尺寸链应用,1）拉内孔至 ；,4）磨内孔至 ，同时保证尺寸 。,9,讨论：在前例中，认为镗孔与磨孔同轴，实际上存在偏心。若两孔同轴度允差为0.05，即两孔轴心偏心为 e = ±0.025。将偏心 e 作为组成环加入尺寸链,a） b） 键槽加工尺寸链,重新进行计算，可得到：,4.4.3 直线尺寸链应用,10,图 示偏心零件，表面 A 要求渗碳处理，渗碳层深度规定为 0.50.8mm。与此有关的加工过程如下：,【例】,【解】,渗碳层深度尺寸换算,2） 渗碳处理，控制渗碳层深度H1；,试确定H1的数值。,建立尺寸链，如图 b,在该尺寸链中，H0 是最终的渗碳层深度，是间接保证的，因而是封闭环。计算该尺寸链，可得到：,1） 精车P 面，保证直径 ；,3） 精磨P 面保证直径尺寸 ，同时保证规定渗碳层深度。,4.4.3 直线尺寸链应用,11,【解】,试校核余量,建立并求解尺寸链（如图示）得到：,1） 精车A 面，B处切断，保证尺寸L1=31±0.1,4.4.3 直线尺寸链应用,2） A 面定位精车B面，保证尺寸L2=30.4±0.05,L1,L2,3） B 面定位磨A面，保证尺寸L3=30.15±0.02,4） A 面定位磨B面，保证尺寸L4=30±0.02,L3,磨削余量偏大，进行调整 令：Z40.1±0.04 L330.1±0.02 令：Z3 0.15±0.07 L230.25±0.05 保持Z2不变 L130.85±0.1,Z20.6±0.15，Z30.25±0.07，Z40.15±0.04,L4,12,4.4.4 工序尺寸图表法,当零件在同一尺寸方向上加工尺寸较多，且工序（测量）基准需多次转换时，尺寸链建立和计算比较困难，采用图表法可较好解决这个问题,4）靠火花磨削面，控制余量Z7=0.1±0.02 ，同时保证设计尺寸6±0.1 试确定各工序尺寸及公差。,1）以面定位，粗车面，保证、面距离尺寸A1，粗车 面，保证、面距离尺寸A2； 2）以面定位，精车面，保证、面距离尺寸A3，粗车 面，保证、面距离尺寸A4； 3）以面定位，精车面，保证、面距离尺寸A5，同时保证设计尺寸31.69±0.31；精车 面，保证设计尺寸A6=27.07±0.07；,13,1. 画尺寸联系图,1）画零件简图，加工面编号，向下引线,2）按加工顺序和规定符号自上而下标出 工序尺寸和余量用带圆点的箭线 表示工序尺寸，箭头指向加工面，圆 点表示测量基准；余量按入体原则标 注。,3）在最下方画出间接保证的设计尺寸， 两边均为圆点。,4）工序尺寸为设计尺寸时，用方框框出，以示区别。,注：靠火花磨削余量视为工序尺寸，也用用带圆点的箭线表示。,尺寸联系图,【解】,4.4.4 工序尺寸图表法,14,2. 用追踪法查找工艺尺寸链,结果尺寸（间接保证的设计尺寸）和余量是尺寸链的封闭环,沿封闭环两端同步向上追踪，遇箭头拐弯，逆箭头方向横向追踪，遇圆点向上折，继续向上追踪直至两追踪线交于一点，追踪路径所经工序尺寸为尺寸链的组成环,4.4.4 工序尺寸图表法,15,4.4.4 工序尺寸图表法,3. 初拟工序尺寸公差,中间工序尺寸公差按经济加工精度或生产实际情况给出,±0.5 ±0.3,±0.1 ±0.3,±0.07,±0.02,±0.1 ±0.31,±0.1,16,4.4.4 工序尺寸图表法,4. 校核结果尺寸公差，修正初拟工序尺寸公差 校核结果尺寸链，若超差，减小组成环公差（首先压缩公共环公差）,±0.23,±0.08,17,4.4.4 工序尺寸图表法,±0.55,±0.83,1,0.3 0.3,0.48 0.85,1.83,±0.18,5. 计算余量公差和平均余量 根据余量尺寸链计算,±0.02,0.08,0.1,18,25.59,34 26.7,6.1,6.58,6. 计算中间工序平均尺寸 在各尺寸链中，首先找出只有一个未知数的尺寸链，解出此未知数。继续下去，解出全部未知工序尺寸,4.4.4 工序尺寸图表法,19,4.4.4 工序尺寸图表法,20,机器装配 Machine Assembling,5.4 装配尺寸链 Assembling Dimensional Chain,汽车制造工艺学,21,机器装配精度内容,5.4.1 机械装配精度,相互位置精度 相互运动精度 相互配合精度,装配精度与零件精度关系,单件自保,形成尺寸链,22,5.4.1 机械装配精度,机器装配精度分析,影响装配精度的因素 零件的加工精度（装配精度常常与多个零件精度有关）,装配方法与装配技术 零件间的接触质量 力、热、内应力引起的零件变形 旋转零件的不平衡,23,装配尺寸链基本概念,5.4.2 装配尺寸链建立,装配尺寸链：在机器装配关系中，由相关零件尺寸或位置关系组成的尺寸链 封闭环：通常就是装配精度要求,装配尺寸链分类,直线尺寸链 角度尺寸链 平面尺寸链 空间尺寸链,孔轴配合装配尺寸链,24,5.4.2 装配尺寸链建立,25,装配尺寸链查找方法,查找装配尺寸链应注意的问题,5.4.3 装配尺寸链查找方法,取封闭环两端的零件为起点，沿装配精度要求的位置方向，以装配基准面为联系线索，分别查明装配关系中影响装配精度要求的那些有关零件，直至找到同一基准零件或同一基准表面为止。所有零件上连接两个装配基准面间的位置尺寸和位置关系，便是装配尺寸链的组成环,必要的简化,26,查找装配尺寸链应注意的问题,5.4.3 装配尺寸链查找方法,“一件一环”原则（装配尺寸链路线最短原则）：组成装配尺寸链时，应使每个有关零件只有一个尺寸列人装配尺寸链。相应地将直接连接两个装配基准面间的那个位置尺寸或位置关系标注在零件图上,方向性：按不同方向分别建立装配尺寸链,装配尺寸链“一件一环”原则,尺寸不合理标注,27,第5章 机器装配 Machine Assembling,5.5 保证装配精度的装配方法 Assembling Methods to Assure Assembling Accuracy,汽车制造工艺学,28,5.5.1 达到装配精度的装配方法,29,装配尺寸链的完全互换法,采用极值算法计算装配尺寸链 封闭环公差的分配,1）当组成环是标准尺寸时（如轴承宽度，挡圈的厚度等），其公差大小和分布位置为确定值 2）某一组成环是不同装配尺寸链公共环时，其公差大小和位置根据对其精度要求最严的那个尺寸链确定 3）在确定各待定组成环公差大小时，可根据具体情况选用不同的公差分配方法，如等公差法、等精度法或按实际加工可能性分配法（难加工、难测量尺寸公差取大值）等 4）各组成环公差带位置按入体原则标注，但要保留一环作“协调环”，协调环公差带的位置由装配尺寸链确定。协调环通常选易于制造并可用通用量具测量的尺寸,5.5.2 互换装配法,30,【解】,1）建立装配尺寸链（图示 ） 2）确定各组成环的公差：按等公差法计算，各组成环公差为： T1 = T2 = T3 = T4 = T5 = （0.35-0.1）/ 5 = 0.05 考虑加工难易程度，进行适当调整（A4公差不变），得到：,T4 = 0.05, T1 = 0.06 , T3 = 0.1 , T2 = T5 = 0.02,，,5.5.2 互换装配法,31,3）确定各组成环的偏差：取A5为协调环。A4为标准尺寸，公差带位置确定：,，,除协调环以外各组成环公差按入体标注：,最后可确定：,5.5.2 互换装配法,计算协调环偏差：计算中间偏差,得到：EI5 = - 0.12 , ES5 = - 0.1,32,装配尺寸链的大数互换法,采用概率算法计算装配尺寸链 封闭环公差分配原则同完全互换法,5.5.2 互换装配法,等公差分配组成环平均公差计算公式：,式中m为相对分布系数。P与m相应数值可查下表,大数互换法以一定置信水平为依据。通常封闭环趋近正态分布，取置信水平p99.73，装配不合格品率为0.27%。在某些生产条件下，要求适当放大组成环公差时，可取较低的p值，此时有：,33,【解】,取k=1.4，将T1 、T2 、T4 、 T5 及T0 值代入，可求出：T3 = 0.135,于是有：,除协调环外各组成环公差入体标注：,A4 为标准尺寸，公差确定：T4 = 0.05 A1、A2、A5 公差取经济公差： T1 = 0.1, T2 = T5 = 0.025,5.5.2 互换装配法, 确定各组成环的公差, 确定各组成环的偏差,取A5为协调环。A4为标准尺寸，公差带位置确定：,计算协调环的偏差：由概率法平均尺寸公式，得到：A5M = 4.93,由概率法公差计算公式，有：,34,选配法三种形式,直接选配法 分组选配法 复合选配法,5.5.3 选择装配法,活塞与活塞销组件图,装配尺寸链的分组选配法,将组成环公差按完全互换法求得后，放大若干倍，使之达到经济公差的数值。然后，按此数值加工零件，再将加工所得的零件按尺寸大小分成若干组（分组数与公差放大倍数相等）。最后，