结构公差设计规范_V01.0

结构公差设计规范

_V01.0

-CAL-FENGHAI-(2020YEAR-YICAI)_JINGBIAN

目录

（一）概述

1.机械制图选择公差范围

2.公差数值选择的基本原则

3.公差的设定需要满足的要求

（二）公差分析技术

1．极值法

2．方和根法

3．蒙特卡洛模拟法

（三）公差等级

1.等级划分

2.公差等级表

3.选择原则

4.自由公差的概念

1) 基本定义

2)适用范围

（四）GB-T 5847-2004尺寸链计算方法

（五）尺寸链设计计算表

(一)概述

1.机械制图选择公差范围：其实质是在机械设计过程中对公称尺寸的加工精度进行约

束和限制。公差是机械设计工作的核心内容之一，公差范围选择的不同直接会导致

机械设计的成与败。但是公差范围选择对于任何一个机械产品的设计都无现成的标

准可供参考，只有设计人员依据公差数值选择基本原则和经验，对照已有成功产品

的公差为参照，选择相应的公差进行设计，并通过不断的试验，使公差带的选择符

合设计要求和生产需要。

2.公差数值选择的基本原则是：应使机器零件制造成本和使用价值的综合经济效果最

好，一般配合尺寸用IT5～IT13，特别精密零件的配合用IT2～IT5，非配合尺寸用

IT12～IT18，原材料配合用IT8～IT14。

3.公差的设定需要满足以下要求：

1）.满足产品的制造能力，如果产品的制造能力达不到公差设定的要求，公差设定得再高也没有意义；

2）.通过公差分析，设定的公差应当满足产品的装配、功能、外观和质量等要求；

3）.公差与产品的成本相关，公差越严格，产品成本就越大，在满足以上要求的前提下，公差越宽松越好；

4）.合理设计产品特征，可以以较宽松的要求设定公差，从而降低产品成本。

公差分析是指在满足产品功能、性能、外观和可装配性等要求的前提下，合理地定义和分配零件和产品的公差，优化产品设计，从而以最小的成本和最高的质量制造产品。公差分析是面向制造和装配的产品设计中非常重要的一个环节，对于降低产品成本、提高产品质量具有重大影响。

（二）公差分析技术

公差分析也叫做公差的验证，就是指已知各零件的尺寸和公差，确定最终装配后需保证的封闭环的公差。在公差分析的过程中，如果最终计算结果达不到设计要求，需调整各零件公差或优化尺寸链环。现在被广泛运用的公差分析方法可以分为如下三种：极值法(Worst Case，WS)、方和根法(Root Sum Squared，RSS)以及蒙特卡洛模拟法(Monte Carlo Simulation)。有如下三种方法：

1．极值法

2．方和根法

3．蒙特卡洛模拟法

1．极值法

极值法：极值法极值分析方法是目前应用范围最广泛且最易于理解的方法，大多数的设计都基于这个概念。这种方法简便易行，假定加工出的零件尺寸都处于极值情况，零部件都设计为名义值，然后按照这样一种方法分配公差:公差完全向一个或另一个方向积累，装配仍能满足产品的功能要求，极值法建立在零件100％互换基础上，为保证装配尺寸上不干涉，必须根据技术要求确定最大、最小标准装配间隙(R 、Q).据此就可以定义最大、最小WC装配间隙.

极值法的计算方法：封闭环的最大极限尺寸为当所有增环均为最大极限尺寸且所有减环均为最小极限尺寸时获得；最小极限尺寸为当所有增环均为最小极限尺寸且所有减环均为最大极限尺寸时获得，即：假定各零件的尺寸同时处于极限值。但在实际生产中，如果组成环中涉及二维或三维几何特征装配或由于零件刚度不足导致的变形时，装配函数通常会表现为非线性，影响最终计算结果。

在目前的公差分析理论中，极值法计算量小，理论简单。

极值法公式：

Twc=T1+T2+......+Tn

Twc=T1+T2+......+Tn

2．方和根法

方和根法：指输出响应的方差是其影响因素方差之和。大多数的机械零件在它们的公差限范围内呈正态概率分布，单个零件的分布可以合并成一个正态分布，以一定的置信水平为依据(通常假定各组成环以及封闭环公差服从正态分布，且装配函数为线性关系，取置信水平P=99．73％，不要求100％互换)，只要求大数互换，可以得到更接近于实际生产的装配公差值，且允许零件有较宽的公差带。例如自动机床批量加工零件时，在机床、夹具与刀具处于稳定状态时，则该批工件的尺寸的分布趋十正态分布。当组成环的分布不能确定时，根据中心极限定理，随着组成环数的增多，封闭环的分布迅速地近似于正态分布，而与组成环的分布无关。由于方和根法是假定制造变量服从正态分布，但未考虑实际生产因素的影响。实际生产中会有许多原因(焊接的方式方法、装配手法以及工装磨损等)都会使零件的均值发生移动。因此，其计算结果在影响因素较多且装配函数为非线性的情况下往往与实际情况不相符。

方和根法是根据数理原理进行公差分析，数据会有一定失真，但符合制造质量和成本的均衡原则(Trss <

Twc)。

方和根法公式：

Trss=(√T21+T22+......+T2n)

Trss=(T12+T22+......+Tn2)

——采用方和根法需要满足一些附加条件：

1. 假设样品数据是大部分聚集在中心值附近，并呈正态分布；

2. 所有公差都是依据相同的质量标准，例如3σ or 4σ

补充说明，如果各子公差有不同的质量标准:

Tr=σr∗(√(T1/σ1)2+(T2/σ2)2+......+(Tn/σn)2Tr=σr∗

((T1/σ1)2+(T2/σ2)2+......+(Tn/σn)2

3. 公差都有对称公差；

4. 一般尺寸链尺寸3个及3个一下采用WC，4个以上采用RSS

3．蒙特卡洛模拟法

蒙特卡洛算法的基本思想为：当所求解问题是某种随机事件出现的概率，或者是某个随机变量的期望值时，通过某种“实验”的方法，以这种事件出现的频率估计这一随机事件的概率，或者得到这个随机变量的某些数字特征，并将其作为问题的解。蒙特卡洛模拟法已被广泛应用于商业软件包中，比如：VSA、3DCS等。但该方法也有以下缺陷：(1)为了保证计算的正确性，需要对大量的统计样本(至少2000)进行多次重复运算；(2)尺寸公差分析时，建模复杂且耗费时问；(3)如果装配函数中各分量的均值或方差发生改变，需重新进行运算。

（三）公差等级

公差等级是指确定尺寸精确程度的等级，国标规定分为20个等级，从IT01、IT0、IT1、IT2～IT18, 数字越大，公差等级（加工精度）越低，尺寸允许的变动范围（公差数值）越大，加工难度越小。

1.等级划分

2.公差等级表

3.选择原则

4.自由公差的概念

1) 基本定义