尺寸链原理与应用

第五章尺寸链原理与应用第一节尺寸链的基本概念第二节尺寸链计算的基本公式第三节装配尺寸链的建立第四节保证装配精度的方法和装配尺寸链的解算第五节工艺尺寸链的计算第一节尺寸链的基本概念一、尺寸链的定义及其组成二、尺寸链的形式三、尺寸链计算的任务1.尺寸链的定义及尺寸链图图5-1汽车变速器倒挡装置尺寸链图1—变速器壳体2、4—止推垫片3—倒档中间齿轮尺寸链：在装配和加工过程中，由相互连接的尺寸形成封闭的尺寸组。或：零件加工或机器装配过程中，相互联系且按一定顺序连接的封闭尺寸组合。1.尺寸链的定义及尺寸链图图5-2内燃机活塞尺寸链图设计尺寸工序尺寸1.尺寸链的定义及尺寸链图图5-3变速器壳体尺寸链图1.尺寸链的定义及尺寸链图特征1、封闭性2、关联性3、至少三环组成环——尺寸链中的每一个尺寸。它可以是长度或角度。封闭环——在零件加工或装配过程中间接获得或最后自然形成的环。组成环——尺寸链中对封闭环有影响的全部环。组成环又可分为增环和减环。增环——若该环的变动引起封闭环的同向变动，则该环为增环．减环——若该环的变动引起封闭环的反向变动。则该环为减环。2.尺寸链的组成增、减环判别方法在尺寸链图中用首尾相接的单向箭头顺序表示各尺寸环，其中与封闭环箭头方向相反者为增环,与封闭环箭头方向相同者为减环。判别方法有回路法和符号法（定义法）。增环二、尺寸链的形式1.按尺寸链各环的几何特征和所处空间位置的不同分类直线尺寸链、角度尺寸链、平面尺寸链、空间尺寸链2.按尺寸链相互关系分类独立尺寸链、并联尺寸链3.按尺寸链的应用范围分类装配尺寸链、设计尺寸链、工艺尺寸链1.按尺寸链各环的几何特征和所处空间位置的不同分类图5-5角度尺寸链1.按尺寸链各环的几何特征和所处空间位置的不同分类图5-6平面尺寸链2.按尺寸链相互关系分类图5-7并联尺寸链分解为多个独立尺寸链，封闭环多个！3.按尺寸链的应用范围分类•(1)装配尺寸链装配尺寸链是指全部组成环为不同零件设计尺寸所形成的尺寸链。•(2)零件设计尺寸链零件设计尺寸链是指全部组成环为同一零件设计尺寸所形成的尺寸链，简称为零件尺寸链。•(3)工艺尺寸链工艺尺寸链是指全部组成环为同一零件工艺尺寸所形成的尺寸链。三、尺寸链计算的任务(1)公差设计计算已知封闭环，求解各组成环。为反计算，主要用于产品设计、加工和装配工艺计算等方面，在实际工作中经常碰到。反计算的解不是唯一的。如何将封闭环的公差正确地分配给各组成环，这里有一个优化的问题。(2)公差校核计算已知组成环，求解封闭环。为正计算主要用于验算所设计的产品能否满足性能要求及零件加工后能否满足零件的技术要求（结果唯一）补充一种情况：中间计算——已知封闭环和部分组成环的基本尺寸及公差，求其余的一个或几个组成环基本尺寸及公差（或偏差）。中间计算可用于设计计算与工艺计算，也可用于验算。解可能不是唯一。第二节尺寸链计算的基本公式尺寸一般采用基本尺寸及其上、下偏差来表达。在尺寸链计算中，封闭环与组成环之间的基本尺寸、公差和极限偏差的关系，需要按不同的公式计算。一、直线尺寸链的计算角度尺寸链计算与之类似。二、平面尺寸链的计算可分解为直线尺寸链计算。一、直线尺寸链的计算(一)封闭环基本尺寸的计算(二)极值法计算封闭环极限尺寸、公差及极限偏差(三)统计法计算封闭环极限尺寸、公差及极限偏差(一)封闭环基本尺寸的计算图5-8典型的尺寸链图等于所有增环基本尺寸之和减去所有减环尺寸之和，即1110nkjjkzzAAA1110nkjjkzz(二)极值法计算封闭环极限尺寸、公差及极限偏差按组成环均处于极限尺寸条件下，对封闭环极限尺寸、公差进行计算。封闭环极限尺寸计算：最大值等于所有增环的最大极限尺寸之和减去所有减环的最小极限尺寸之和；最小值等于所有增环的最小极限尺寸之和减去所有减环的最大极限尺寸之和，即11max1minmin011min1maxmax0,nkjjkzznkjjkzzAAAAAA封闭环的上、下偏差计算：最大极限尺寸和最小极限尺寸分别减去基本尺寸1110min001110max00nkjAjkzAzAnkjAjkzAzAESEIAAEIEIESAAES(二)极值法计算封闭环极限尺寸、公差及极限偏差封闭环公差计算：封闭环的公差等于各组成环公差之和，封闭环的误差等于各组成环误差之和。11111000nkAinkjAjkzAzAAATTTEIEST110nkAiA(二)极值法计算封闭环极限尺寸、公差及极限偏差图5-9尺寸与极限偏差关系图封闭环中间尺寸、中间偏差和极限偏差计算（很少用到！）：nmjjmmzzmAAmAAEIESAAAA11000min0max0022增环平均尺寸减环平均尺寸(三)统计法计算封闭环极限尺寸、公差及极限偏差（略）图5-10组成环为正态分布时的公差带(三)统计法计算封闭环极限尺寸、公差及极限偏差（略）表5-1(三)统计法计算封闭环极限尺寸、公差及极限偏差图5-11组成环为非对称分布时的公差带二、平面尺寸链的计算1.封闭环基本尺寸的计算2.封闭环公差的计算1.封闭环基本尺寸的计算2.封闭环公差的计算第三节装配尺寸链的建立已知装配要求，可以通过装配尺寸链计算设计分配各组成环的偏差保证装配精度，或在各组成环按经济精度加工的前提下，采取相应措施保证装配精度。一、装配精度装配后不同零件表面间形成的几何参数（尺寸、位置公差）及工作性能与理想值的接近程度。装配精度不仅影响机器或部件的工作性能，而且影响它们的使用寿命。装配精度主要包括：各部件的相互位置精度；各运动部件间的相对运动精度；配合表面间的配合精度和接触质量。二、尺寸链最短原则三、装配尺寸链的建立一、装配精度1)轴与孔配合的间隙或过盈量。2)旋转体零件与固定不动零件间的轴向间隙。图5-12曲轴的轴向间隙1—曲轴2、4—止推垫片3—气缸体轴承座一、装配精度3)为避免零件间互相碰撞，须在不同旋转速度零件间设置轴向间隙。图5-17变速器第一轴及第二轴的组件装配图及装配尺寸链1—前纸垫2—前盖3—前轴承4—第一轴5—四、五速固定齿座6—衬套7—五速齿轮止推环8—第二轴9—后轴承10—后盖11—后纸垫12—变速器壳体13—三速齿轮止推环14—三速齿轮15—五速齿轮16—锁环4与5之间的间隙A0一、装配精度5)使用轴用或孔用弹性挡圈固定零件的轴向位置和锁环，为便于装于槽中而规定一定的轴向间隙。图5-17变速器第一轴及第二轴的组件装配图及装配尺寸链1—前纸垫2—前盖3—前轴承4—第一轴5—四、五速固定齿座6—衬套7—五速齿轮止推环8—第二轴9—后轴承10—后盖11—后纸垫12—变速器壳体13—三速齿轮止推环14—三速齿轮15—五速齿轮16—锁环挡圈右端与轴承左端一、装配精度5)使用轴用或孔用弹性挡圈固定零件的轴向位置和锁环，为便于装于槽中而规定一定的轴向间隙。图5-18变速器第一轴上前轴承外圈、锁环和前盖等局部图及其装配尺寸链1—前纸垫2—前盖3—前轴承外圈4—锁环5—变速器壳体锁环与前轴承外圈槽内轴向间隙一、装配精度6)为保证齿轮正常啮合传动，对圆柱齿轮副和蜗杆副中心距极限偏差提出的要求。7)为保证蜗杆副正确啮合接触，对蜗杆副提出蜗轮中间平面对蜗杆回转中心的偏移(称为蜗杆副中心平面偏移)B0要求(参看图5-53)。8)为保证锥齿轮副的正确啮合传动，对锥齿轮齿圈提出齿圈轴向位移极限偏差A=要求，如图5-13所示。图5-13锥齿轮副齿圈端面的位移一、装配精度9)为保证活动件运动自如，活动件相对于固定件间应留有一定的间隙值。图5-26转向节叉架与前轴拳部装配图及装配尺寸链1—转向节2—止推轴承3—前轴4—调整垫片5—主销转向节相对前轴之间的间隙一、装配精度10)汽车传动装置中使用了多种滚动轴承，如角接触球轴承、圆锥滚子轴承、深沟球轴承和推力球轴承等。图5-14圆锥滚子轴承的预紧位移量1—壳体2—轴承外圈3—轴承内圈装配精度要求一、装配精度11)在汽车某些总成中，要求运动的可动件与固定件应保证一定的间隙，并且应具有一定的可调整量。图5-15离合器分离杆端部与分离轴承间的间隙1—离合器分离杆2—分离轴承图5-28气门间隙的可动调整装配法1—调整螺钉2—摇臂3—气门一、装配精度12)产品设计时规定的某些性能参数，如内燃机的压缩比等。13)往复运动件的行程位置。如上止点处活塞顶与气缸套顶平面余隙。14)总成或部件零件表面的位置公差等。二、尺寸链最短原则在装配精度要求一定的条件下进行公差设计计算时，希望得到的组成环公差要大一些。零件设计尺寸公差大，零件加工就容易，经济性就好。为此，在建立装配尺寸链时应遵循尺寸链最短原则。所谓尺寸链最短原则，就是装配尺寸链所包含的组成环数目最少。三、装配尺寸链的建立1)明确装配精度的含义，它是装配尺寸链的封闭环，是装配后间接得到的尺寸(或位置公差)。2)看懂与装配精度相关的装配单元的装配图样，明了零件的装配关系和相关零件沿封闭环尺寸方向上的装配基准。3)掌握建立装配尺寸链的规律。确定装配尺寸链，通常办法是从封闭环两端的那两个零件为起点，沿着装配精度方向，以相邻零件装配基准间的联系为线索，分别由近及远地去查找装配关系中影响装配精度的有关零件尺寸，直到找到同一基准件或基础件的两个装配基准为止。然后用一尺寸联系这两个装配基准面，形成封闭的尺寸图形。3)掌握建立装配尺寸链的规律。图5-16主减速器主动锥齿轮轴承座1—调整垫片2—主动锥齿轮3—圆锥滚子轴承4—轴承座5—圆锥滚子轴承外圈6—圆锥滚子轴承内圈7—垫片8—突缘9—紧固螺母例1：3)掌握建立装配尺寸链的规律。图5-17变速器第一轴及第二轴的组件装配图及装配尺寸链1—前纸垫2—前盖3—前轴承4—第一轴5—四、五速固定齿座6—衬套7—五速齿轮止推环8—第二轴9—后轴承10—后盖11—后纸垫12—变速器壳体13—三速齿轮止推环14—三速齿轮15—五速齿轮16—锁环例2：3)掌握建立装配尺寸链的规律。图5-18变速器第一轴上前轴承外圈、锁环和前盖等局部图及其装配尺寸链1—前纸垫2—前盖3—前轴承外圈4—锁环5—变速器壳体例3：三、装配尺寸链的建立1.装配尺寸链应进行必要的简化;2.应遵循最短路线原则(一件一环）；3.装配尺寸链的方向性。第四节保证装配精度的方法和装配尺寸链的解算一、完全互换装配法二、不完全互换装配法（略）三、选择装配法四、调整装配法五、修配装配法一、完全互换装配法零件按图样规定的公差及极限偏差进行加工。装配时相关零件不需挑选、调整和修配，就能达到规定的装配精度要求。1.公差的设计计算先等分，再调整，留一组成环作为协调环。10,nTTALav210niAiAAxTTT为降低加工难度按相等来设计实现平衡一、完全互换装配法2.组成环极限偏差的确定标准件按标准的规定确定；除协调环外，组成环按“偏差注向体内”原则，即入体原则标注，即外尺寸（被包容尺寸）按h、内尺寸（包容尺寸）按H、孔中心距按对称偏差确定极限偏差。协调换极限偏差通过前面的公式计算。1.公差的设计计算图5-19常啮合三速齿轮组件图及装配尺寸链例4：为保证空套在第二轴滚针轴承上的三速常啮合齿轮14旋转灵活，规定装配精度：轴向间隙B0为0.10-0.35mm。相关设计尺寸B8=39mm,B13=4mm,B14=35mm。试确定各组成环的公差和极限偏差。1）计算封闭环基本尺寸、公差及极限偏差B0=B8-(B13+B14)=0TB0=B0max-B0min=0.35-0.10=0.25mm所以B0=0+0.10+0.35mm1.公差的设计计算图5-19常啮合三速齿轮组件图及装配尺寸链例4：为保证空套在第二轴滚针轴承上的三速常啮合齿轮14旋转灵活，规定装配精度：轴向间隙B0为0.10-0.35mm。相关设计尺寸B8=39mm,B13=4mm,B14=35mm。试确定各组成环的公差和极限偏差。2）确定组成环公差Tav,L=