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 ■某牽引變流器產(chǎn)品為切入點，通過基于重要器件的裝配所對應(yīng)的關(guān)鍵尺寸鏈的計算分析，分析尺寸鏈在設(shè)計生產(chǎn)裝配環(huán)節(jié)的 應(yīng)用，進而對以后產(chǎn)品的設(shè)計和生產(chǎn)制造提供更好的指導。

關(guān)鍵詞：尺寸鏈計算;公差分析;生產(chǎn)裝配

中圖分類號：TH124 文獻標識碼：A

1引言

以汽車行業(yè)為代表的很多行業(yè)，都把先進的尺寸工程軟件嵌 入到ProE、CATIA等三維設(shè)計軟件中，在軟件中標注尺寸鏈，通 過設(shè)計后的尺寸工程模擬分析進行關(guān)鍵尺寸鏈的計算，確保產(chǎn)品開發(fā)過程中的標準化。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。

本文以機車牽引變流器產(chǎn)品為切入點分析，通過結(jié)合關(guān)鍵位置尺寸鏈的分析，來實現(xiàn)對同類結(jié)構(gòu)尺寸的優(yōu)化設(shè)計，進而推廣到其他類似結(jié)構(gòu)和其他平臺產(chǎn)品。

2尺寸鏈計算方法

常用的公差分析計算模型有兩種：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算目標尺寸的值[2]。如果按照極值法目標尺 寸的公差（TasQ為尺寸鏈上各個尺寸的公差（匚）之和：

目標尺寸的名義值（）為尺寸鏈上各個尺寸的名義值（匚 ）之和：

如=財

目標尺寸（Asm）為：

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

2.2均方根法

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

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

目標尺寸的名義值（Ui ）為尺寸鏈上各個尺寸的名義值（匚 ）之和：

。如=卒

目標尺寸（Asm）為：

，sm=D"Tg

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

現(xiàn)場安裝電容（藍色物料）時曾出現(xiàn)過問題，因此以安裝電 容所涉及的尺寸鏈為例進行分析，具體如下圖所示。

序號1、2、3、4、5、6分別對應(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、柜體骨架對應(yīng)安裝孔間距。

改進前裝配順序為：支撐電容安裝板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)目標尺寸為±lmnio

對于這種裝配結(jié)構(gòu)而言，尺寸鏈數(shù)量多，進而導致引入計算 的公差多，通過計算合格率為80.08%，電容實際裝配時也出現(xiàn)了安裝困難，需要通過重新調(diào)整支撐電容安裝板B、D實現(xiàn)安裝，而電容重量較大，因此調(diào)整時困難也較大，浪費工時且存在安全隱患。

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

改進后的模型仿真計算合格率達到99. 18%，相比之前的 80. 08%提升了 19. 1%，已經(jīng)超過±2。對應(yīng)的合格率水平，優(yōu)化 效果明顯，而且在實際產(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)計階段，要區(qū)分并設(shè)計定位基準。

本文通過對機車變流器器件組裝尺寸鏈的識別與分析，從分析和解決現(xiàn)場問題出發(fā)，到基于產(chǎn)品全生命周期進行尺寸工程管理，來優(yōu)化產(chǎn)品的設(shè)計和生產(chǎn)裝配環(huán)節(jié)。在產(chǎn)品詳細化設(shè)計階段進行產(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。

參考文獻：

[1]李煥慶.面向虛擬裝配的公差分析關(guān)鍵技術(shù)研究[D].南京： 南京理工大學，2006.

[2]李瑞姣.“解尺寸鏈”在實際教學中的應(yīng)用及分析[J].成才 之路，2016 （06）.

[3]曹渡，劉永清.汽車尺寸工程技術(shù) M.機械工業(yè)出版社， 2017.

[4]曹麗芳.焊接工裝夾具在生產(chǎn)中的應(yīng)用與設(shè)計實踐[J].裝飾 裝修天地，2019（12）.

[5]楊斌.發(fā)射架焊接變形研究及工藝優(yōu)化[D].廊坊：北華航 天工業(yè)學院，2016.