靳印凱 李啟明 魏龍輝

摘要：隨著產(chǎn)品的可制造性和可裝配性需求不斷提高，以尺寸鏈分析為代表的尺寸工程技術(shù)在很多行業(yè)中都有著廣泛應(yīng)用，本文以機(jī) ■某牽引變流器產(chǎn)品為切入點(diǎn)，通過基于重要器件的裝配所對(duì)應(yīng)的關(guān)鍵尺寸鏈的計(jì)算分析，分析尺寸鏈在設(shè)計(jì)生產(chǎn)裝配環(huán)節(jié)的 應(yīng)用，進(jìn)而對(duì)以后產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)制造提供更好的指導(dǎo)。

關(guān)鍵詞：尺寸鏈計(jì)算;公差分析;生產(chǎn)裝配

中圖分類號(hào)：TH124 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

1引言

以汽車行業(yè)為代表的很多行業(yè)，都把先進(jìn)的尺寸工程軟件嵌 入到ProE、CATIA等三維設(shè)計(jì)軟件中，在軟件中標(biāo)注尺寸鏈，通 過設(shè)計(jì)后的尺寸工程模擬分析進(jìn)行關(guān)鍵尺寸鏈的計(jì)算，確保產(chǎn)品開發(fā)過程中的標(biāo)準(zhǔn)化。大大的提高了產(chǎn)品一致性及零部件互換性，提高了產(chǎn)品裝配效率，降低了生產(chǎn)成本。

本文以機(jī)車牽引變流器產(chǎn)品為切入點(diǎn)分析，通過結(jié)合關(guān)鍵位置尺寸鏈的分析，來實(shí)現(xiàn)對(duì)同類結(jié)構(gòu)尺寸的優(yōu)化設(shè)計(jì)，進(jìn)而推廣到其他類似結(jié)構(gòu)和其他平臺(tái)產(chǎn)品。

2尺寸鏈計(jì)算方法

常用的公差分析計(jì)算模型有兩種：極值法和均方根法。

2.1極值法

極值法是考慮零件尺寸最不利的情況，通過尺寸鏈中尺寸的 最大值或最小值來計(jì)算目標(biāo)尺寸的值[2]。如果按照極值法目標(biāo)尺 寸的公差（TasQ為尺寸鏈上各個(gè)尺寸的公差（匚）之和：

目標(biāo)尺寸的名義值（）為尺寸鏈上各個(gè)尺寸的名義值（匚 ）之和：

如=財(cái)

目標(biāo)尺寸（Asm）為：

考慮到實(shí)際加工情況以及產(chǎn)品組裝特點(diǎn)，極值法要求高，本 文不再采用極值法對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析。

2.2均方根法

是一種統(tǒng)計(jì)分析法，是把尺寸鏈中的各個(gè)尺寸公差的平方之 和再開根得到目標(biāo)尺寸的公差[3]。相比極值法，均方根法具有更 接近真實(shí)性、成本較低（寬泛零件公差）、產(chǎn)品容易設(shè)計(jì)等優(yōu)點(diǎn)。

均方根法目標(biāo)尺寸的公差（Tm）為尺寸鏈上各個(gè)尺寸的公 差（TQ之平方和開方：

目標(biāo)尺寸的名義值（Ui ）為尺寸鏈上各個(gè)尺寸的名義值（匚 ）之和：

。如=卒

目標(biāo)尺寸（Asm）為：

，sm=D"Tg

利用公差分析計(jì)算目標(biāo)尺寸的最大值和最小值后，可以根據(jù) 目標(biāo)尺寸的判斷標(biāo)準(zhǔn)來判斷產(chǎn)品的設(shè)計(jì)是否滿足設(shè)計(jì)。此處作為 計(jì)算過程數(shù)據(jù)使用。

現(xiàn)場(chǎng)安裝電容（藍(lán)色物料）時(shí)曾出現(xiàn)過問題，因此以安裝電 容所涉及的尺寸鏈為例進(jìn)行分析，具體如下圖所示。

序號(hào)1、2、3、4、5、6分別對(duì)應(yīng)：支撐電容安裝板A、支撐 電容安裝板D、電容螺栓距離、支撐電容安裝板B、支撐電容安裝 板C端面到上螺栓孔、柜體骨架對(duì)應(yīng)安裝孔間距。

改進(jìn)前裝配順序?yàn)椋褐坞娙莅惭b板B、D柜下與電容緊固， 支撐電容安裝板C組裝，電容上柜，支撐電容安裝板A組裝。因 此此處定義支撐電容安裝板A安裝孔與骨架安裝處為封閉環(huán)，此處安裝板為孔，骨架為M8焊接螺母，因此封閉環(huán)目標(biāo)尺寸為±lmnio

對(duì)于這種裝配結(jié)構(gòu)而言，尺寸鏈數(shù)量多，進(jìn)而導(dǎo)致引入計(jì)算 的公差多，通過計(jì)算合格率為80.08%，電容實(shí)際裝配時(shí)也出現(xiàn)了安裝困難，需要通過重新調(diào)整支撐電容安裝板B、D實(shí)現(xiàn)安裝，而電容重量較大，因此調(diào)整時(shí)困難也較大，浪費(fèi)工時(shí)且存在安全隱患。

基于上述問題從減少尺寸鏈的角度考慮，對(duì)此處結(jié)構(gòu)做優(yōu)化：通過設(shè)計(jì)工裝，使電容和兩個(gè)安裝板統(tǒng)一 為一個(gè)尺寸鏈，同時(shí)也消除了偏移的影響，同時(shí)，支撐電容安裝 板C改為焊接結(jié)構(gòu)，焊接時(shí)釆用焊接工裝保證，消除了原先裝 配偏移的影響，同時(shí)也降低了焊接變形的影響，尺寸鏈模型得到優(yōu)化。

改進(jìn)后的模型仿真計(jì)算合格率達(dá)到99. 18%，相比之前的 80. 08%提升了 19. 1%，已經(jīng)超過±2。對(duì)應(yīng)的合格率水平，優(yōu)化 效果明顯，而且在實(shí)際產(chǎn)品裝配過程中也未發(fā)生裝配困難的情況。

通過以上分析案例可見，在柜體集成組裝過程中，所用到的螺栓與零件尺寸關(guān)系，除非特殊要求，一般都是孔直徑大于螺栓直徑2mm;在產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段，要區(qū)分并設(shè)計(jì)定位基準(zhǔn)。

本文通過對(duì)機(jī)車變流器器件組裝尺寸鏈的識(shí)別與分析，從分析和解決現(xiàn)場(chǎng)問題出發(fā)，到基于產(chǎn)品全生命周期進(jìn)行尺寸工程管理，來優(yōu)化產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)裝配環(huán)節(jié)。在產(chǎn)品詳細(xì)化設(shè)計(jì)階段進(jìn)行產(chǎn)品公差分析和仿真，縮短產(chǎn)品的開發(fā)周期，在生產(chǎn)裝配階段提升工作效率，降低生產(chǎn)成本，助 力提升產(chǎn)品質(zhì)量。

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