产品结构设计中关于公差计算的理论和实际发布时间:2023/09/11 浏览次数:42 分类:企业新闻 分类:行业新闻 产品结构设计做完后，一般会给客户评审一下，开个评审会。经常会遇到一个情况，就是对零件之间的间隙和公差意见不一致,产生分歧。产生这样的情况的原因，很大程度上是因为公差这个概念是很多人都会接触的知识，每个人对其都会有自己的理解。而且因为专业深度不同，理解也各不相同，往往会存在大量谬误，自然容易产生分歧。 首先大家要明白公差的作用。 生产过程中因为设备精度等各种原因，产品尺寸往往不会正好符合设计值,或大或小，比如设计值30mm，有时做大到30.05mm，有时做小成29.95mm。设计公差实际上作用就是告诉工厂，在什么样的尺寸范围内算是合格品。 精度要求越高，产品良率越低；精度要求越低，对零件间的配合间隙要求最大，产品质量不良风险上升，所以需要设计合适的公差要求和零件间的配合间隙。 要考虑单个零件的公差，就需要看这个零件加工上能达到的精度和与该零件配合的其他零件的公差情况。 以最常见的轴孔配合为例，假设轴的设计尺寸为30mm，加工能做到的公差范围是30+/-0.05mm。这种情况下要让孔能使这个轴穿过，孔设计的尺寸和公差要求是什么样子的？ 机械手册中有过盈配合公差带、间隙配合公差带等标准，会有对应的标准值可以查询，今天我们不说这些，把问题进行简化。假设孔和轴都是刚性体无法过盈，那这个孔的最小值需要到30.05,才能保证每个轴都能穿过，如果孔的加工精度决定的公差范围也是+/ -0.05，那这个孔就需要做成30.1 + -0.05才能保证每个孔一定能让所有轴穿过，从设计图上看，两个零件间至少有有0.1的间隙。这种在产品结构设计中被称为极限公差值设计法，也就是算最大最小尺寸来决定设计间隙。但实际上在产品结构设计中并不会使用极限公差，因为一个产品往往有很多零件，都这么个算法，累计公差太大了。实际设计中，使用的是统计公差计算方式下的结果。 什么叫统计公差，这里涉及到一个概念，就是在设备良好，工艺正确，操作得当情况下，虽然轴的尺寸范围还是30+-0.05,但是实际上90%以上的零件尺寸集中在30+ -0.02间，而且实际尺寸分布上不是在区间之间均匀离散分布，是在尺寸和数量构成的曲线上，呈中间高两边低的正态分布状态，即越接近30mm的零件数量越多,这里就涉及一个知识，叫零件尺寸的CPK值，分为CP和CK，是通过测量几十组零件得出的情况，用来判定零件实际零件尺寸是否集中在某个尺寸，集中的这个尺寸是否是设计值。 产品结构设计中的统计公差，就是基于CPK值的计算公差的方式，不再以极限尺寸作为计算依据，而是按照设定的良率标准和CPK值来计算。 仍然以上面这个轴孔配合为例，轴的尺寸公差还是30+/ -0.05，但是从CPK来看， 99.5%的零件尺寸都在29.99~ 30.01之间，孔按照以往的CPK看, 99.5%的零件尺寸精度能在 +/ -0.01之间，生产上要求产品良率大于95%，那按照统计公差,孔设计值为30.02+/ -0.05即可，即这时设计上轴和孔之间的间隙只需要设计成0.02mm。 那在产品结构设计实际工作中，结构工程师就是一天到晚计算各种公差和间隙设计值么，还是在国内很多加工供应商无法提供CPK或者CPK造假的情况下?当然不是。工程师更常用的是经验值，每个行业在每种产品结构设计处都有经验值，这些经验值能符合该行业加工能力的实际情况，往往更符合实际更有效果，所以一个实战经验丰富的产品结构设计师，可比计算这些公差更靠谱的多。 这里讲个段子，一天一个工厂要给一个圆锥状烟囱外侧加装一个螺旋而 上的楼梯，要计算需要买多少长度的扶梯，这个扶梯的形状，显然是个螺旋渐开线, 一个大学教授通过微积分的方法计算这条螺旋渐开线的长度，花了半天时间，而一名工程师翻开机械设计手册查看经验公式，十分钟算出结果。 产品结构设计中更常用的方式，就是使用经验公式，然后通过模型样品验证，有问题再微调(微调往往是因为加工商实际加工能力的原因），这是产品结构设计中更常见更有效的方式。所以如果仅仅只是知道一些公差的知识，并没有产品设计生产方面真正经验的人，真的没有必要在产品结构设计评审会上与一名几十年实战经验的产品结构设计师讨论甚至争执这些设计值，连自己供应商的加工能力都不清楚，连CPK值都不知道，讨论这些真没什么意义，“不够，加胶0.1”这方法看似粗糙，实际才是符合真实现状的大智慧。 附：塑料产品的精度不高，国家对塑料件的精度颁布了公差标准，划分了精度等级，如表1所示。 差标准通常作为参考，在实际工作中，一般采用实际装配的方式来检验塑料产品的合理性。例如：如果生产出来的塑胶产品符合国家公差标准， 但实物装配起来还是有比较明显的间隙，这就需要根据间隙的大小来修改模具。 尽可能选用较低的精度等级，对于塑件图上无公差要求的自由尺寸，建议采用标准中的7级精度等级。精度要求高的产品，重要尺寸选用表2中的第一级公差，非重要尺寸选用第二级公差。塑料制品精度等级的选用如表2所示 塑料制品精度等级的选用 上一篇: 【专业知识】机械制图中约定俗成的16条基本准则下一篇: 轴承设计：从基本原则到故障排除
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