產品結構設計中關于公差計算的理論和實際發布時間:2023/09/11 瀏覽次數:17 分類:企業新聞 分類:行業新聞 產品結構設計做完后，一般會給客戶評審一下，開個評審會。經常會遇到一個情況，就是對零件之間的間隙和公差意見不一致,產生分歧。產生這樣的情況的原因，很大程度上是因為公差這個概念是很多人都會接觸的知識，每個人對其都會有自己的理解。而且因為專業深度不同，理解也各不相同，往往會存在大量謬誤，自然容易產生分歧。 首先大家要明白公差的作用。 生產過程中因為設備精度等各種原因，產品尺寸往往不會正好符合設計值,或大或小，比如設計值30mm，有時做大到30.05mm，有時做小成29.95mm。設計公差實際上作用就是告訴工廠，在什么樣的尺寸范圍內算是合格品。 精度要求越高，產品良率越低；精度要求越低，對零件間的配合間隙要求最大，產品質量不良風險上升，所以需要設計合適的公差要求和零件間的配合間隙。 要考慮單個零件的公差，就需要看這個零件加工上能達到的精度和與該零件配合的其他零件的公差情況。 以最常見的軸孔配合為例，假設軸的設計尺寸為30mm，加工能做到的公差范圍是30+/-0.05mm。這種情況下要讓孔能使這個軸穿過，孔設計的尺寸和公差要求是什么樣子的？ 機械手冊中有過盈配合公差帶、間隙配合公差帶等標準，會有對應的標準值可以查詢，今天我們不說這些，把問題進行簡化。假設孔和軸都是剛性體無法過盈，那這個孔的最小值需要到30.05,才能保證每個軸都能穿過，如果孔的加工精度決定的公差范圍也是+/ -0.05，那這個孔就需要做成30.1 + -0.05才能保證每個孔一定能讓所有軸穿過，從設計圖上看，兩個零件間至少有有0.1的間隙。這種在產品結構設計中被稱為極限公差值設計法，也就是算最大最小尺寸來決定設計間隙。但實際上在產品結構設計中并不會使用極限公差，因為一個產品往往有很多零件，都這么個算法，累計公差太大了。實際設計中，使用的是統計公差計算方式下的結果。 ? ?什么叫統計公差，這里涉及到一個概念，就是在設備良好，工藝正確，操作得當情況下，雖然軸的尺寸范圍還是30+-0.05,但是實際上90%以上的零件尺寸集中在30+ -0.02間，而且實際尺寸分布上不是在區間之間均勻離散分布，是在尺寸和數量構成的曲線上，呈中間高兩邊低的正態分布狀態，即越接近30mm的零件數量越多,這里就涉及一個知識，叫零件尺寸的CPK值，分為CP和CK，是通過測量幾十組零件得出的情況，用來判定零件實際零件尺寸是否集中在某個尺寸，集中的這個尺寸是否是設計值。 產品結構設計中的統計公差，就是基于CPK值的計算公差的方式，不再以極限尺寸作為計算依據，而是按照設定的良率標準和CPK值來計算。 仍然以上面這個軸孔配合為例，軸的尺寸公差還是30+/ -0.05，但是從CPK來看， 99.5%的零件尺寸都在29.99~ 30.01之間，孔按照以往的CPK看, 99.5%的零件尺寸精度能在 +/ -0.01之間，生產上要求產品良率大于95%，那按照統計公差,孔設計值為30.02+/ -0.05即可，即這時設計上軸和孔之間的間隙只需要設計成0.02mm。 ? ? 那在產品結構設計實際工作中，結構工程師就是一天到晚計算各種公差和間隙設計值么，還是在國內很多加工供應商無法提供CPK或者CPK造假的情況下?當然不是。工程師更常用的是經驗值，每個行業在每種產品結構設計處都有經驗值，這些經驗值能符合該行業加工能力的實際情況，往往更符合實際更有效果，所以一個實戰經驗豐富的產品結構設計師，可比計算這些公差更靠譜的多。 這里講個段子，一天一個工廠要給一個圓錐狀煙囪外側加裝一個螺旋而 上的樓梯，要計算需要買多少長度的扶梯，這個扶梯的形狀，顯然是個螺旋漸開線, 一個大學教授通過微積分的方法計算這條螺旋漸開線的長度，花了半天時間，而一名工程師翻開機械設計手冊查看經驗公式，十分鐘算出結果。 ? ? 產品結構設計中更常用的方式，就是使用經驗公式，然后通過模型樣品驗證，有問題再微調(微調往往是因為加工商實際加工能力的原因），這是產品結構設計中更常見更有效的方式。所以如果僅僅只是知道一些公差的知識，并沒有產品設計生產方面真正經驗的人，真的沒有必要在產品結構設計評審會上與一名幾十年實戰經驗的產品結構設計師討論甚至爭執這些設計值，連自己供應商的加工能力都不清楚，連CPK值都不知道，討論這些真沒什么意義，“不夠，加膠0.1”這方法看似粗糙，實際才是符合真實現狀的大智慧。 附：塑料產品的精度不高，國家對塑料件的精度頒布了公差標準，劃分了精度等級，如表1所示。 差標準通常作為參考，在實際工作中，一般采用實際裝配的方式來檢驗塑料產品的合理性。例如：如果生產出來的塑膠產品符合國家公差標準， 但實物裝配起來還是有比較明顯的間隙，這就需要根據間隙的大小來修改模具。 盡可能選用較低的精度等級，對于塑件圖上無公差要求的自由尺寸，建議采用標準中的7級精度等級。精度要求高的產品，重要尺寸選用表2中的第一級公差，非重要尺寸選用第二級公差。塑料制品精度等級的選用如表2所示 塑料制品精度等級的選用 上一篇: 【專業知識】機械制圖中約定俗成的16條基本準則下一篇: 軸承設計：從基本原則到故障排除
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