尺寸链计算必要性

1、尺寸链计算的必要性机械设计包括三大部分：结构设计、参数设计、尺寸链计算（公差设计） 。 统计资料表明，虽然产品的设计开发在产品总成本中只占 5%，但是产品总成本 的 70% 却是在设计开发阶段内确定的，这里面65% 以上成本是由公差决定的。产品质量差、性能价格比低、交货周期长以及创新能力弱是我国机械产品在 市场竞争中落败的主要因素。 而机械产品质量差很大程度上直接反映为产品制造 精度或配合精度的低下，同时产品精度设计的好坏也直接影响产品的性能价格 比。我国制造业企业的产品精度现状可以说是“该高的不高、该低的不低” ，一 直是影响产品市场竞争力的薄弱环节。 为了提高产品精度， 许多企业冒着巨大的

2、 投资风险，以高额资金引进高精设备，结果却利用率不高、成本大幅增长，甚至 被巨额债务拖跨。 而反观先进国家企业， 设备并不一定比我们先进， 但生产出来 的产品往往比我们的产品精度要高、 质量要好。 因此， 低投入高效益的解决之道 方是我国优先发展和推广的明智之举。仔细分析我国机械产品精度“技不如人” 的根源， 不难看出除了加工工艺与设备落后之外， 精度设计与控制技术的落后也 是重要原因。 精度设计与控制技术归根结底就利用尺寸链计算原理合理的、 经济 的、高效的分配各个零件的制造、装配公差，真正实现产品的高质量、低成本、 大批量生产。目前有些企业有一种错误的观点：认为 “精度要求不高” ，零部件

3、的公差直 接采用经验和设备即可保证产品装配， 不需要采用尺寸链计算。 实际上产品装装配配 干涉 、性能 、成本 、质量等问题的解决都离不开尺寸链计算，应该说离开尺寸链 计算的机械产品设计不是真正的产品设计，至少是不全面的产品设计。下图是不同企业的两款车型，从图片即可看出产品质量完全不一样（价格当 然也相差很大）从图中我们可以直观看到左边车型的间隙、面差大且不均匀，给人的感觉是质量差，究其原因，左边车型的公差设计和控制存在严重的不足，缺少必要的尺寸链的计算和分析。下图是某大型发动机局部装配图，由于发动机尺寸比较大，各零部件的公差相对较大，通过结构分析，产品完全能顺利装配。而在实际生产装配过程中，

4、发 现进气管、增压器通过连接管安装时非常困难（需要用锤子敲打才能装配成功）该结构通过尺寸链的计算分析发现在 X、Y、Z三个方向的误差值都远远超 过连接管允许的变形量， 通过对有关零部件公差进行调整， 该结构实现了顺利装 配。在美国，尺寸链计算（公差设计、分析）已上升到国家层面，在 1999 年编 制的 2010 年及其后的美国国防制造工业报告中明确指出： “许多国防系统都 需要精密的公差，例如：采用模块化设计的系统（如现代喷气式发动机、潜艇、 舰艇、航空电子元器件与装置、飞机、枪炮和地面车辆） ，模块化开发比非模块 化开发更需要严格的配合和公差控制， 必须明确、 准确地定义制造工艺过程能力 和

5、装配顺序， 以决定与模块化开发有关的累积尺寸公差。 通过预计变化的详细设 计，必须在设计阶段早期对模块或装配零部件之间累积公差做出评估。 ”同时， 该报告中还明确地将 “尺寸链计算” 列入国防制造工业能力的需求， 作为今后制 造业发展的核心内容。然而，国内部分企业对尺寸链计算的重要性认识不足，导致在产品设计过程 中尺寸链的计算被荒废， 部分工程师根本不知道怎么进行尺寸链计算， 怎么通过 尺寸链计算解决产品装配装干配涉干涉、性能 、成本、质量等问题。以下几类问题是可以通过尺寸链原理解决的。1）产品装配过程中干涉问题。装配干涉是产品装配过程中经常遇到的问题，很 多企业对该问题非常不解，为什么通过

6、CAD 进行虚拟装配，完全能装配成 功，而实际产品装配时，经常出现干涉。这主要是由于 CAD 里进行的虚拟 装配采用的是理论尺寸（名义尺寸） ，而每个零件每个尺寸不可避免的存在 制造误差（公差） ，这些误差在产品装配过程中会产生积累，直接导致装配 干涉或装配困难。这种干涉问题必须采用尺寸链计算原理进行分析、改进。2）产品质量问题。据资料显示，机械产品出现质量问题时，大约有13% 问题与公差（尺寸链计算） 有关； 在结构分析完全正确的情况下， 还出现质量问题， 基本可以确定是公差（尺寸链计算）问题引起的。某客户是从事军用指南针 设计、生产的企业，该企业生产的某款指南针精度要求是 1 密位（ 0.

7、06 度）， 根据产品的结构设计，到达 1 密位的精度要求应该完全可行，而事实在生产 出的指南针，大约有 20%左右的废品。通过尺寸链计算分析，发现由于多个 结构的间隙配合，导致误差积累，致使产品精度达不到精度要求，最后通过 尺寸链的计算分析，解决了该质量问题。3）产品性能问题。 经常会发现产品出现异响、 使用寿命达不到设计要求等问题， 这类问题的出现在很大程度上与尺寸链计算以及公差问题有关。 某客户所设 计生产的一款发动机，会出现异响，对结构进行分析一直找不出原因。通过 尺寸链的计算分析，由于零件误差的积累导致主轴存在倾斜，致使轴承超过 允许的偏转角度，产生异响。某汽车整车厂所装配的发动机、

8、变速器产品， 连接变速器和发动机的传动轴经常产生异响，同时容易产生折断，致使传动 轴达不到使用寿命要求，在通过各种手段找不到原因的情况下，通知尺寸链 的计算很容易的解决了该问题。4) 产品一致性问题。企业经常会遇到同一批零件，某些零件能正常装配，而某 些零件不能正常装配，这是典型的一致性差原因造成的，在不改变加工设备 的情况下，可以应用尺寸链原理有效的解决这个问题。5) 产品成本问题。由于零部件公差精度要求较高，造成的产品成本偏高问题， 可以通过尺寸链的计算适当降低零部件的公差等级，降低产品生产成本。某 企业的某产品精度要求较高，采用现有的生产设备，很难完成，生产成本偏 高。通过尺寸链计算，采用“调整环”的方式很容易就实现了低精度设备， 生产、装配高精度产品。通过尺寸链计算还可以实现适当放大某些零件的公 差，真正实现“该高的高、该低的低” 。当然除以上几类问题