定位特征,真的可以提高零件之间的装配位置精度吗?
这是很多工程师的疑问。
本文将通过一个具体案例的公差分析计算来证明这一点。
知其然、并知其所以然,我们才能把产品结构设计做好。
如图1所示,假设两个零件之间的右侧端面对齐很重要。而两个零件之间没有定位,直接通过4颗螺丝紧固。 螺丝外径为2.90±0.05mm,螺丝孔直径为3.50±0.05mm。尺寸A是零件1右侧端面到最远处螺丝孔的中心,大小为50.00±0.30mm;尺寸B是零件2右侧端面到最远处螺丝孔的中心,大小为50.00±0.30mm;尺寸C是螺丝与零件2螺丝孔的装配偏移。
如图2所示,通过公差分析,我们可以计算得到:在没有定位的情况下,两个零件右侧端面的装配位置精度为0±0.95mm(极值法,下同),即两个零件不对齐的范围可以达到1.90mm。
▲图2--无定位,装配精度低
如图3所示,我们在两个零件之间增加两对定位柱和定位孔,在零件1上增加两个定位柱,在零件2上增加定位孔。其中,一对定位柱和定位孔靠近零件右侧端面的位置。
▲图3--使用定位柱和定位孔
定位柱外径为3.90±0.05mm,定位孔直径为4.00±0.05mm。尺寸A是零件1右侧端面到定位柱的中心,大小为5.00±05mm;尺寸B是零件2右侧端面到定位孔的中心,大小为5.00±0.05mm. 如图4所示,通过公差分析,我们可以计算得到:在增加定位的情况下,两个零件右侧端面的装配位置精度为0±0.20mm,即两个零件不对齐的范围可以为0.40mm。
▲图4--有定位,装配精度高
从0±0.950mm提升到0±0.20mm,这证明了定位特征可以大幅度减少零件之间的累积尺寸误差,提高装配位置精度。 在该例中,定位特征主要从以下两个方面来实现装配位置精度的提高: 2)把定位柱和定位孔放置在靠近有装配位置精度要求的附件区域。 注1:可能有的工程师可能会说,在原来的设计中,可以把螺丝孔直径3.50mm做小吗,例如3.00mm,2.95mm?把螺丝当成定位,这样就可以提高装配位置精度了。
单纯从装配精度来说,这样确实可以。然而,我们可能会因为螺丝孔之间的位置尺寸误差,而使得螺丝孔无法对齐的情况,造成无法拧紧螺丝。 注2:本文中的公差分析具体计算涉及到装配偏移,关于装配偏移的定义以及详细的算法,请参考《面向制造和装配的产品设计指南》一书,本文篇幅有限。也请浏览本文的工程师,不要私信我解释什么是装配偏移。相信我,书中解释更全面。
注3:本文中的公差分析仅考虑了1维线性尺寸;
注4:本文中的公差分析仅考虑了尺寸公差,未包括形位公差;