尺寸链原理与应用研究.

1《汽车制造工艺学》课程第五章尺寸链原理与应用2第一节尺寸链的基本概念一、尺寸链的定义、组成1、定义尺寸链就是在零件加工或机器装配过程中，由相互联系且按一定顺序连接的封闭尺寸的组合。尺寸链：装配精度、零件设计尺寸、工序尺寸的计算34（1）在加工中形成的尺寸链——工艺尺寸链A2A1A01.加工面2.定位面3.工序基准（设计基准）第一节尺寸链的基本概念工艺尺寸链：由单个零件在工艺过程中的有关尺寸所组成的尺寸链。5图工艺尺寸链在机床上加工套筒工件时，面3以面1为测量基准，工序尺寸为A1；面2以面3为测量基准，工序尺寸为A2。在面2、面3加工后，设计尺寸A0间接得到保证，这时的A0精度就取决于A1和A2的精度，三者构成一封闭组合，即工艺尺寸链。第一节尺寸链的基本概念6第一节尺寸链的基本概念7（2）在装配中形成的尺寸链——装配尺寸链A1A2A0第一节尺寸链的基本概念装配尺寸链：在机器的设计和装配的过程中，由相关的零（部）件上的相关尺寸所组成的尺寸链。图示是孔与轴的装配图，在尺寸A1孔中装入尺寸A2的轴形成间隙（或过盈）A0。间隙（或过盈）A0是尺寸A1和A2的装配结果，三者也构成一个封闭组合，即装配尺寸链。8第一节尺寸链的基本概念92、特征3、组成1、封闭性2、关联性。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。第一节尺寸链的基本概念104、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。A1A0A2A3封闭环减环增环举例：第一节尺寸链的基本概念具体方法为：从封闭环开始任意规定一个方向，然后沿此方向，绕尺寸链依次给各组成环画出箭头。凡是与封闭环箭头方向相反者为增环，相同者为减环。11图尺寸链增减环判别第一节尺寸链的基本概念1213二、尺寸链的分类1、按应用范围分类1）工艺尺寸链——全部组成环为同一零件工艺尺寸所形成的尺寸链。2）装配尺寸链——全部组成环为不同零件设计尺寸所形成的尺寸链。3）零件尺寸链——全部组成环为同一零件设计尺寸所形成的尺寸链。4）设计尺寸链——装配尺寸链与零件尺寸链，统称为设计尺寸链。第一节尺寸链的基本概念1）长度尺寸链—全部环为长度的尺寸链2）角度尺寸链—全部环为角度的尺寸链3）直线尺寸链——全部组成环平行于封闭环的尺寸链。4）平面尺寸链——全部组成环位于一个或几个平行平面内，但某些组成环不平行于封闭环的尺寸链。5）空间尺寸链——组成环位于几个不平行平面内的尺寸链。2、按几何特征及空间位置分类第一节尺寸链的基本概念15角度尺寸链：第一节尺寸链的基本概念16第一节尺寸链的基本概念17按尺寸链相互关系：1）独立尺寸链；2）并联尺寸链第一节尺寸链的基本概念三、尺寸链的建立1、确定封闭环2、确定组成环1、加工顺序或装配顺序确定后才能确定封闭环。2、封闭环的基本属性为“派生”，表现为尺寸间接获得。关键关键要领1、设计尺寸往往是封闭环。2、加工余量往往是封闭环（靠火花磨除外）。关键关键1、封闭环确定后才能确定。2、直接获得。3、对封闭环有影响第一节尺寸链的基本概念1.极值法（1）极值法各环基本尺寸之间的关系封闭环的基本尺寸A0等于增环的基本尺寸之和减去减环的基本尺寸之和，即1110nmiimiiAAA基基基11min1maxmax0nmiimiiAAA（2）各环极限尺寸之间的关系封闭环的最大极限尺寸A0max等于增环的最大极限尺寸之和减去减环的最小极限尺寸之和，即直线尺寸链的计算第二节尺寸链计算的基本公式封闭环的最小极限尺寸A0min等于增环的最小极限尺寸之和减去减环的最大极限尺寸之和，即11max1minmin0nmiimiiAAAminmiIiAEIAESAES1110)()()(1110)()()(nmiimiiAESAEIAEI(3)各环上、下偏差之间的关系封闭环的上偏差ES(A0)等于增环的上偏差之和减去减环的下偏差之和，即封闭环的下偏差EI(A0)等于增环下偏差之和减去减环的上偏差之和，即第二节尺寸链计算的基本公式（4）各环公差之间的关系封闭环的公差T(A0)等于各组成环的公差T(Ai)之和，即111110)()()()(niinmiimiiATATATAT极值法解算尺寸链的特点是：简便、可靠，但当封闭环公差较小，组成环数目较多时，分摊到各组成环的公差可能过小，从而造成加工困难，制造成本增加，在此情况小，常采用概率法进行尺寸链的计算。第二节尺寸链计算的基本公式2.概率法特点：以概率论理论为基础，计算科学、复杂，经济效果好，用于环数较多的大批大量生产中。1120)()(niiATAT1110nmiimiiAAA1110nmiimiiAAA(2)各环中间尺寸之间的关系(1)各环公差之间的关系(3)各环中间偏差之间的关系2)(ATAii当计算出各环的公差、中间尺寸、中间偏差之后，应按将该环的公差对平均尺寸按双向对称分布，即写成，然后将之改写成上下偏差的形式，即22AAAAAAiiiiiiTEITES假定各环尺寸按正态分布，且其分布中心与公差带中心重合。第二节尺寸链计算的基本公式(1)公差设计计算（正计算）——已知各组成环，求封闭环。主要用于验算所设计的产品能否满足性能要求。(2)公差校核计算（反计算）——已知封闭环，求各组成环。主要用于产品设计、加工和装配工艺计算等方面。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。（3）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。3.尺寸链计算的几种情况第二节尺寸链计算的基本公式1）等公差原则按等公差值分配的方法来分配封闭环的公差时,各组成环的公差值取相同的平均公差值Tav：即极值法Tav=T0/（n-1）4.确定组成环公差大小的误差分配方法这种方法计算比较简单，但没有考虑到各组成环加工的难易、尺寸的大小，显然是不够合理的。概率法1/0nTTav第二节尺寸链计算的基本公式2）按等精度原则按等公差级分配的方法来分配封闭环的公差时,各组成环的公差取相同的公差等级，公差值的大小根据基本尺寸的大小，由标准公差数值表中查得。3）按实际可行性分配原则按具体情况来分配封闭环的公差时,第一步先按等公差值或等公差级的分配原则求出各组成环所能分配到的公差，第二步再从加工的难易程度和设计要求等具体情况调整各组成环的公差。第二节尺寸链计算的基本公式1)按“入体”原则标注公差带的分布按“入体”原则标注时，对于被包容面尺寸可标注成上偏差为零、下偏差为负的形式（即-T）；对于包容面的尺寸可标注成下偏差为零、上偏差为正的形式（即+T）。2）按双向对称分布标注对于诸如孔系中心距、相对中心的两平面之间的距离等尺寸，一般按对称分布标注，即可标注成上、下偏差绝对值相等、符号相反形式（即T/2）。当组成环是标准件时，其公差大小和分布位置按相应标准确定。当组成环是公共环时，其公差大小和分布位置应根据对其有严格要求的那个尺寸链来确定。5.工序尺寸的标注第二节尺寸链计算的基本公式27第三节装配尺寸链的建立1.装配概念其基本任务就是研究在一定的生产条件下，以高生产率和低成本装配出高质量的产品。装配工艺按照规定的技术要求，将零件组合成组件，并进一步结合成部件以至整台机器的过程，分别称为装配。一、装配的概念及装配内容282.装配工作的基本内容清洗去除粘附在零件上的灰尘、切屑和油污。清洗后的零件通常还具有一定的中间防锈能力。联接可拆卸联接——螺纹联接、键联接和销钉联接等，其中以螺纹联接的应用最为广泛。不可拆卸连接——焊接、铆接及过盈连接等。第三节装配尺寸链的建立29校正、调整与配作校正是指产品中相关零部件相互位置的找正、找平及相应的调整工作。配作通常指配钻、配铰、配刮和配磨等。平衡防止运转平稳性要求较高的机器在使用中出现振动。验收试验根据有关技术标准和规定，对其进行比较全面的检验和试验。第三节装配尺寸链的建立30第三节装配尺寸链的建立二、装配精度与零件精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。1）机器和部件是由许多零件装配而成的，所以，零件的精度特别是关键零件的精度影响相应的装配精度。2）当装配精度要求较高时，采用适当的工艺措施（零件按经济精度加工）保证装配精度。1.装配精度内容2.装配精度与零件精度间的关系31第三节装配尺寸链的建立三、装配尺寸链的建立1.装配尺寸链的查找方法首先根据装配精度要求确定封闭环。再取封闭环两端的任一零件为起点，沿装配精度要求的位置方向，以装配基准面为查找线索，分别找出影响装配精度要求的零件（组成环），直至找到同一基准零件或同一基准表面为止。2.查找装配尺寸链应注意的问题1）装配尺寸链应进行必要的简化2）应遵循最短路线原则；3）装配尺寸链的方向性。32第三节装配尺寸链的建立33第三节装配尺寸链的建立图装配尺寸链举例34第三节装配尺寸链的建立图例卧式车床床头和尾座两顶尖的等高度要求35第三节装配尺寸链的建立36第四节保证装配精度的装配方法与计算常用装配方法互换法选配法修配法调整法完全互换法不完全（部分）互换法37第四节保证装配精度的装配方法与计算在装配过程中，零件互换后仍能达到装配精度要求的装配方法。实质其实质是用控制零件加工误差来保证装配精度。（一）互换装配法根据零件的互换程度不同，互换法又可分为完全互换法和不完全互换法38第四节保证装配精度的装配方法与计算合格的零件在进入装配时，不经任何选择、调整和修配就可以使装配对象全部达到装配精度的装配方法，称之为完全互换法。定义方法其方法是各有关零件公差之和应小于或等于装配公差。1.完全互换法110niiATAT39第四节保证装配精度的装配方法与计算特点应用特点：装配工作简单，生产率高，有利于组成流水生产、协作生产，同时也有利于维修和配件制造，生产成本低。但当装配精度要求较高，组成环较多时，零件难以按经济精度制造。用于少环尺寸链或精度不高的多环尺寸链中。适用于任何生产类型。第四节保证装配精度的装配方法与计算41第四节保证装配精度的装配方法与计算例11－1（图11－2）所示为车床主轴部件的局部装配图，要求装配后保证轴向间隙A0＝0.1～0.35mm。已知各组成环的基本尺寸为：A1=43mm，A2=5mm，A3=30mm，mmA004.043A5=5mm，A4为标准件的尺寸，试按极值法求出各组成环的公差及上、下偏差。解：（1）建立装配尺寸链，其中：减环：A2，A3，A4，A5增环：A1（2）确定各组成环的公差，组成环的平均极限公差为：mmnTATavl05.01625.01042第四节保证装配精度的装配方法与计算以A3作为协调环，其它各组成环按入体原则标注上、下偏差，即：,4306.001A,50045.02A,3004.04A0045.055A计算协调环A3的上、下偏差：EI（A3）＝－0.16mmES（A3）＝－0.10mm∴mmA10.016.0330根据实际情况确定：T(A1)=T(A3)0.06mm，T(A2)=T(A5)＝0.045mm，A4为标准件，即T(A4)＝0.04mm。43第四节保证装配精度的装配方法与计算2.不完全互换法指机器或部件的所有合格零件，在装配时无须选择、修配或改