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公差分析:一个关于尺寸链的最基本认知,估计多数人都不知道

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导读:

关于尺寸链,很多工程师关注的是如何去选取或者找尺寸链,似乎尺寸链已经存在那里了,等着我们去选取就是。


其实,尺寸链是工程师设计的,工程师在进行3D设计的同时就是在设计尺寸链,只不过没有意识到而已。


尺寸链是设计的,这是关于尺寸链的最基本认知。认识到这一点,我们对待对待尺寸链、对待公差和公差分析的态度就会完全不一样。

   



01

尺寸链的基本概念


1.1 尺寸链的定义

在加工零件的过程中,当改变零件的某一尺寸大小时,会引起其它相关尺寸的变化。


在零部件的装配过程中,零部件与零部件之间的相关配合尺寸,同样是密切联系、相互依赖的,某尺寸大小的变化,也会引起相关尺寸的变化。


尺寸链(dimensional chain)是在零件加工或装配过程中,由互相联系的尺寸按一定顺序首尾相接排列而成的封闭尺寸组。其中尺寸是指包括长度、角度和形位公差等的广义尺寸。


车床顶尖高度尺寸链


1.2 尺寸链的分类

1)按照功能要求分类,尺寸链可以分为零件设计尺寸链、装配尺寸链和工艺尺寸链。


零件设计尺寸链:全部组成环为同一零件设计尺寸形成的尺寸链;

装配尺寸链:全部组成环为不同零件设计尺寸形成的尺寸链;

工艺尺寸链:在零件加工工序中,由有关工序尺寸、设计尺寸或加工余量等所组成的尺寸链。


本文关注的是装配尺寸链。


2)按照相互空间位置分类,尺寸链可以分为分为直线尺寸链(1维)、平面尺寸链(2维)和空间尺寸链(3维)


1维尺寸链:尺寸链全部尺寸位于两条或几条平行直线上;

2维只寸链:寸链全部尺寸位于一个或几个平行平面内投影后可转化为直线尺寸链;

3维尺寸链:尺寸链全部尺寸位于几个不平行的平面内,即3维空间内。


3)按照几何特征分类,尺寸链可以分为长度尺寸链和角度尺寸链


长度尺寸链:所有构成尺寸链的各个尺寸,均为直线长度;

角度尺寸链:所有构成尺寸链的各个尺均为角度、平行度、或垂直度等。


1.3 尺寸链的特点

1)封闭性:尺寸链的各尺寸应构成封闭形式,并且是按一定顺序首尾相接的;

2)关联性:尺寸链中的任何一个尺寸变化都将直接影响到目标尺寸的变化。




02

尺寸链中尺寸正负的判断


每个尺寸链是由若干个尺寸组成的。如图所示的尺寸链就由A、B、C、D、E和X组成。


其中X是目标尺寸,是零部件装配后间接形成的尺寸。
A、B、C、D和E是装配过程中零部件的尺寸。

在判断尺寸链中各尺寸的正负之前,需要首先找出目标尺寸,然后通过箭头法或逻辑法确定。

1)箭头法
箭头法是指从目标尺寸的任一端开始起画单向箭头,顺着整个尺寸链一直画下去,包括目标尺寸,直到最后一个形成闭合回路,然后按照箭头方向进行判断,凡是箭头方向与目标尺寸箭头同向的尺寸为负(-),反向的为正(+)。

如图所示,从目标尺寸X的一端开始画单向箭头,B、C、D、E与X同向,为-;A与X反向,为+。
 
2)逻辑法
逻辑法是考虑尺寸链中各个尺寸与目标尺寸的关系,如果该尺寸增加使得目标尺寸增加,则该尺寸为正(+)如果该尺寸增加使得目标尺寸减小,则该尺寸为正(-)

在上例中,显然尺寸A增加、其它尺寸保持不变的情况下,会使得目标尺寸X(即间隙)变大,则A为+

B、C、D、E中任意一个尺寸增加、其它尺寸保持不变的情况下,会使得目标尺寸X(即间隙)变小,则B、C、D、E-



03
尺寸链设计的注意事项

3.1 尺寸链是设计的,而不是去选取的
在绝大数的资料和书籍中,都是在告诉工程师怎么样去3D图和2D图中,去选取出或找出目标尺寸的尺寸链。

这会给工程师一种误解,这种误解就是:尺寸链选取以及后续的公差分析是被动的,是在产品3D和2D设计完成之后,才应该去做的

如果工程师在产品开发过程中按照这种方式进行,那么会产生一个很严重的后果:当后续的公差分析发现目标尺寸满足不了设计要求时,只能无奈的对尺寸链中各尺寸做出过于精密的尺寸要求。

当尺寸过于精密时,一方面零部件制造成本高;另一方面,当精密度超过制程能力要求后,即使是高成本也满足不了要求。

其实,尺寸链应当是设计出来的,尺寸链设计应当作为3D设计的一部分,在3D设计时就需要关注哪些是关键尺寸(即目标尺寸),并通过一些优化的设计方法,例如使用定位特征和缩短尺寸链等方法,来确保目标尺寸在公差累积之后满足要求

3.2 尺寸链越短越好
在尺寸链设计时,尺寸链需要越短越好。因为尺寸链越长,组成尺寸链的尺寸数目就越多,公差累积就越大,目标尺寸则不容易满足设计要求。

尺寸链越长,公差累积越大

为什么王菲和李亚鹏会离婚?尺寸链太长了。


04
尺寸链的实例

这是诺基亚手机的公差分析,包括多个尺寸链的实例。


 

END—
来源:降本设计
尺寸链
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首次发布时间:2023-11-13
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钟元
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