馮夢麗

（陜西法士特齒輪有限公司汽車傳動(dòng)工程研究院，陜西 西安 710119）

引言

軸孔配合的結(jié)構(gòu)在機(jī)械產(chǎn)品中應(yīng)用十分廣泛，在變速器產(chǎn)品上有多處使用。其精度設(shè)計(jì)亦是產(chǎn)品設(shè)計(jì)中重要的部分。設(shè)計(jì)過程是一個(gè)發(fā)展的動(dòng)態(tài)過程，在實(shí)際的生產(chǎn)過程中，我們更需要不斷地調(diào)整公差大小與生產(chǎn)成本及產(chǎn)品使用可靠性方面的關(guān)系，科學(xué)進(jìn)行適應(yīng)性設(shè)計(jì)。但是在實(shí)際適應(yīng)性設(shè)計(jì)中，一些細(xì)節(jié)性的選擇同樣后續(xù)的生產(chǎn)使用造成巨大的影響，本文闡述的就是一個(gè)典型的精度設(shè)計(jì)影響生產(chǎn)使用問題的原因分析和解決方案。

1 問題來源

接裝配現(xiàn)場反饋，變速箱某處軸與孔結(jié)構(gòu)裝配過程中頻頻出現(xiàn)裝配困難的問題，嚴(yán)重時(shí)無法完成裝配，甚至由于裝配過程中的操作力度過大導(dǎo)致個(gè)別零件的損壞報(bào)廢。嚴(yán)重影響了現(xiàn)場的裝配效率，也造成了一定的經(jīng)濟(jì)損失。

此機(jī)構(gòu)為變速箱產(chǎn)品上常用的一處結(jié)構(gòu)，使用較為廣泛。工作時(shí)，軸應(yīng)可在孔內(nèi)順暢旋轉(zhuǎn)，但應(yīng)盡量避免其軸向竄動(dòng)過大。軸與孔的配合如不合適不但影響裝配質(zhì)量，亦會(huì)影響其正常工作，引起磨損，降低其使用壽命。因此需要對其裝配困難原因進(jìn)行分析，優(yōu)化其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，并對后續(xù)同類結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)提供參考。

2 原因分析

首先，對多批次零件的軸徑及孔徑進(jìn)行檢測，確認(rèn)零件尺寸符合圖紙要求，排除了由于生產(chǎn)加工不合格造成裝配困難的可能。

其次，結(jié)合實(shí)際應(yīng)用的需要，對產(chǎn)品結(jié)構(gòu)圖紙進(jìn)行研究分析。

此兩個(gè)零件屬于典型的軸孔配合結(jié)構(gòu)。同一軸與基本尺寸相同的兩個(gè)孔相配合，且配合性質(zhì)相同。應(yīng)用環(huán)境屬于易于轉(zhuǎn)動(dòng)的支撐用的配合，溫度影響不大。

根據(jù)常規(guī)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，從工藝上和宏觀經(jīng)濟(jì)效益的角度考慮，優(yōu)先選基孔制配。

通常軸孔的配合可分為過盈配合、過渡配合、間隙配合三種。若軸與孔間可相對運(yùn)動(dòng)則可選擇過渡配合，介于相對運(yùn)動(dòng)和固定之間選擇過盈配合，軸與孔不發(fā)生相對運(yùn)動(dòng)則選擇固定連接。此處軸孔配合結(jié)構(gòu)應(yīng)選用間隙配合。

表1

表2

現(xiàn)有設(shè)計(jì)軸徑￠25（0、-0.021）、孔徑 ￠25（+0.021、0）。對于孔的結(jié)構(gòu)，同時(shí)有“兩孔同心度不大于￠0.1”的幾何公差要求。查詢標(biāo)準(zhǔn)公差數(shù)值表（見表1），可以確認(rèn)原設(shè)計(jì)對此處公稱尺寸選用的公差等級為IT12。即該孔軸的配合狀態(tài)為25H12/h12。查詢同軸度、對稱度、圓跳動(dòng)和全跳動(dòng)公差值表（見表2）可知幾何公差的精度等級為10 級。

根據(jù)對產(chǎn)品設(shè)計(jì)的分析，我們發(fā)現(xiàn)會(huì)影響兩個(gè)零件配合質(zhì)量，造成裝配困難原因可能的有以下兩個(gè)方面：

（1）產(chǎn)品公差等級及等級配合

可以看到，現(xiàn)有的設(shè)計(jì)公差等級符合基本的設(shè)計(jì)原則要求，但尺寸精度等級相對偏低。同時(shí)在軸孔配合設(shè)計(jì)中，一般孔的公差精度等級應(yīng)略低于軸的公差精度等級或持平?，F(xiàn)有設(shè)計(jì)中，選擇將軸與孔的公差精度等級設(shè)計(jì)為持平。這些因素都會(huì)影響到軸與孔配合質(zhì)量。

（2）幾何公差和公差等級的影響

裝配時(shí)，撥叉軸需穿過撥叉支架上的兩處軸孔，因此，對于分離撥叉支架上兩軸孔的同軸度需進(jìn)行一定的約束。而同心度則是同軸度的特殊形式，當(dāng)被測要素為圓心，或薄型工件上的孔、軸的軸線時(shí)，可視作點(diǎn)而不是線，則它們對基準(zhǔn)的同軸度可稱為同心度。同軸度誤差直接影響著工件的配合精度和使用情況，而同軸度誤差反應(yīng)在界面上的圓心的不同心即為同心度，同心度誤差只體現(xiàn)圓心的偏移程度。所以原分離撥叉支架圖面上對兩軸孔幾何公差的描述“兩孔同心度不大于￠0.1”不合適。且給出的幾何公差等級同樣偏低。

3 解決/改進(jìn)措施

根據(jù)上述分析，我們可以通過調(diào)整孔、軸之間的公差配合等級及對兩軸孔的幾何公差進(jìn)行約束來改善其裝配質(zhì)量。

3.1 調(diào)整孔與軸配合的公差精度等級

保持優(yōu)先考慮基孔制配合設(shè)計(jì)的理念，維持孔的極限偏差不變，將軸的極限偏差由原來的h12 調(diào)整為g6。即軸徑尺寸￠25（0、-0.021）變更為￠25（-0.007、-0.020）。

表3

3.2 修正兩軸孔處幾何公差的要求

將分離撥叉支架圖面上兩軸孔處同心度要求更改為同軸度要求。為更好的保證裝配順暢，同時(shí)提高其公差等級要求。將“兩孔同心度不大于￠0.1”更改為“兩孔同軸度誤差不大于φ0.05”。

4 改進(jìn)效果及總結(jié)

改進(jìn)后，對產(chǎn)品現(xiàn)場試裝，裝配順暢。后經(jīng)過一段時(shí)間的觀察，現(xiàn)場撥叉軸裝配困難的問題得到了解決。減少了故障損失，優(yōu)化了裝配質(zhì)量，提高了裝配效率。

孔、軸配合是機(jī)械設(shè)計(jì)中常用到的一種配合結(jié)構(gòu)。在一般情況下，優(yōu)先選用基孔制配合。如有特殊需要，允許將任一孔、軸公差帶組合成配合。在實(shí)際應(yīng)用中，則應(yīng)綜合考慮結(jié)構(gòu)的應(yīng)用環(huán)境，實(shí)際的加工能力，裝配質(zhì)量、生產(chǎn)成本控制等多因素的影響。除公稱尺寸的選擇外，更不可忽視公差精度等級的配合、幾何公差以及表面粗糙度的要求。

本改進(jìn)看似只是在原設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上對公差等級和幾何公差進(jìn)行了微小調(diào)整，但其內(nèi)在包含的設(shè)計(jì)理念卻是非常的重要。機(jī)械設(shè)計(jì)是機(jī)械生產(chǎn)的第一步，是決定機(jī)械性能的主要因素。好的設(shè)計(jì)，在設(shè)計(jì)之初就需要綜合考慮加工、裝配、成本等各項(xiàng)因素。精準(zhǔn)而考慮全面的設(shè)計(jì)能減少大量試制改進(jìn)的工作，避免不必要的人力物力損失?！安钪晾逯囈郧Ю铩?，這句話對于機(jī)械設(shè)計(jì)工作來說，尤為貼切。