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為什么要做公差分析？
發(fā)布時間：2023-07-28
在生產(chǎn)過程中，受限于加工方法、機床設備精度、環(huán)境因素、人為因素等多種因素的綜合影響，零件的實際尺寸和形狀總是會偏離理論值，會存在一定的誤差，當多個零件裝配在一起形成產(chǎn)品時，各零件誤差會產(chǎn)生累積，最終影響裝配質(zhì)量和產(chǎn)品性能。
因此，工程師在做產(chǎn)品設計時除了要設定理論尺寸，還需要設計合理的偏差允許范圍來指導生產(chǎn)裝配，零件尺寸的偏差允許范圍一般稱之為“公差”，產(chǎn)品的可裝配性、互換性、裝配精度、運行穩(wěn)定性、工作壽命等重要技術性能都和零件公差息息相關。
目前國內(nèi)大多數(shù)企業(yè)的工程師設計公差主要是依靠個人設計經(jīng)驗、查標準、參考老產(chǎn)品、根據(jù)企業(yè)最精密加工精度等手段，并沒有對公差進行系統(tǒng)性分析，大多數(shù)工程師設計的公差會出現(xiàn)兩種情況：
1.公差設計的很嚴格，零件加工難度大、成本高，經(jīng)濟性不好；
2.公差設計的很寬松，產(chǎn)品無法保證質(zhì)量及性能要求。
由此可見，公差是設計和制造之間的橋梁和紐帶，是保證產(chǎn)品以優(yōu)異的質(zhì)量、優(yōu)良的性能和較低的成本進行制造的關鍵，公差設計需要兼顧產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)成本。
通過尺寸鏈計算進行公差分析來驗證公差的合理性，讓公差既能滿足產(chǎn)品設計性能要求，同時能以最小的成本和最高的效率制造產(chǎn)品，徹底解決制造裝配困難、零件干涉異響、互換性差等問題。
某企業(yè)微型電機產(chǎn)品如下圖所示，機架和軸承之間需要安裝一個波形墊圈以保證電機在工作過程中電機軸在軸向無竄動，且具有較小的摩擦力，減小磨損。
實際生產(chǎn)中出現(xiàn)了波形墊圈裝配困難的問題，同一型號波形墊圈會出現(xiàn)太厚導致裝配干涉（零件磨損嚴重，壽命降低）或太薄導致電機軸有竄動，裝配現(xiàn)場需要配備多個型號的波形墊圈，通過試裝配來確定使用型號，嚴重影響生產(chǎn)效率，導致產(chǎn)品一直無法大批量投產(chǎn)。
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通過調(diào)研發(fā)現(xiàn)，出現(xiàn)此問題的主要原因就是該企業(yè)公差設計是憑經(jīng)驗給定零件公差，沒有做尺寸鏈計算及公差分析工作，導致機架和軸承之間間隙不合理，產(chǎn)品互換性差。
要解決該問題，只需要通過尺寸鏈計算優(yōu)化零件公差得出機架和軸承之間的合理間隙范圍：
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根據(jù)計算結(jié)果選擇一次裝配合格率最高的波形墊圈型號：波形墊片在自由狀態(tài)下的尺寸要大于間隙范圍的最大值，保證電機軸在軸向上無竄動；波形墊片在極限壓縮狀態(tài)下的尺寸要小于間隙范圍的最小值，保證裝配不會出現(xiàn)干涉。B型號波形墊圈與間隙計算結(jié)果重合度最高，選擇B型波形墊圈。
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確定波形墊圈型號后，將波形墊圈厚度變化范圍作為尺寸鏈的封閉環(huán)技術要求，再進一步優(yōu)化調(diào)整零件公差，提高裝配合格率，最終優(yōu)化結(jié)果如下圖所示，一次裝配合格率可以達到99.98%。
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通過此案例我們發(fā)現(xiàn)，在產(chǎn)品整個生命周期內(nèi)通過公差分析可以提升產(chǎn)品研發(fā)效率，減少設計風險、降低產(chǎn)品制造成本，幫助企業(yè)實現(xiàn)上批量、提質(zhì)量、縮周期、降成本的目標。