面向制造和装配的产品设计之公差分析

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一. 常见的公差分析做法
存在的问题：
公差的设定没有考虑到制程能力 公差的设定没有考虑到成本 没有缩短尺寸链的长度
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当公差分析结果不满足要求时，没有通过优化设计的方法，而是通过严 格要求零件尺寸公差的方法； 零 尺 对尺寸公差没有进行二维图标注 对尺寸公差没有进行制程管控 产品制造后，没有利用真实的零件制程能力来验证设计阶段的公差分析 在产品详细设计完成后才开始进行公差分析
优点： 1. RSS 是基于名义尺寸居中心，用概率 统计理论分析零件尺寸的趋势 接近真 统计理论分析零件尺寸的趋势，接近真 实性 2. 比WC法，其成本较低。 缺点： 太多的假设 如果零件尺寸部分或所有RSS 假设是 无效的，结果的可靠性会降低 1. 2. 尺寸链尺寸4个或4个以上 对制造工艺足够了解

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对于重要的装配尺寸，在产品最初设计阶段就要重点加以关注，简化产 对于重要的装配尺寸 在产品最初设计阶段就要重点加以关注 简化产 品的装配关系，避免重要装配尺寸涉及更多的零件，从而减少尺寸链中 尺寸的数目，达到减少累积公差的目的，产品设计于是能够允许零件宽 松的公差要求
减少尺寸链的长度，尺寸允许较大的公差
1.计算方法：
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极值法：极值法是考虑零件尺寸最不利的情况，通过尺寸链中尺寸的最大值 极值法 极值法是考虑零件尺寸最不利的情况 通过尺寸链中尺寸的最大值 或最小值来计算关键尺寸的值 均方根法：均方根法是统计分析法的一种，是把尺寸链中的各个尺寸公差的 均方根法 均方根法是统计分析法的 种 是把尺寸链中的各个尺寸公差的 平方之和再开根即得到关键尺寸的公差
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二. 公差分析
3.宽松的零件公差要求 A.设计合理的间隙 合 的

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设计合理的间隙，防止零件过约束，避免对零件尺寸的不必要的公差要 求，不合理的零件间隙设计会带来对零件不合理的公差要求
合 间隙 合理间隙 零件A 零件B 零件C
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二. 公差分析
B.简化产品装配关系，缩短装配尺寸链
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模型
LSL USL LSL USL
假设
所有尺寸都在公差范围之内
1. 2. 3. 4.
所有尺寸都是正态分布 尺寸的分布是全部没有偏差. 所有公差体现的都是相同标准差数量 ( or s). s) 尺寸都是对称公差.
优缺点
优点： 如果零件实际制造尺寸都在公差范围之 内 那么产品不会出现不合格品 非常 内，那么产品不会出现不合格品；非常 保守； 缺点： 零件尺寸都处在极限值状态的机率是非 常低的 1. 2. 1. 2. 极值法要求零件较小的公差，不良率高 零件成本高的风险. 尺寸链尺寸不超过4个 对制造工艺不够了解
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二. 公差分析
C.使用定位特征

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在零件的装配关系中增加可以定位的特征，例如定位柱等，定位特征能 在零件的装配关系中增加可以定位的特征 例如定位柱等 定位特征能 够使得零件准确的装配在产品之中，产品设计只需要对定位特征相关的 尺寸公差进行制程管控，对其他尺寸就可以允许宽松的公差要求
D.使用点或线或小平面与平面配合代替平面与平面配合
5.公差分析的目的：

合理设定零件的公差以减少零件的制造成本 判断零件的可装配性，判断零件是否在装配过程中发生干涉 判断零件装配后产品关键尺寸是否满足外观、质量以及功能等要求 预测产品不良率 当产品的装配尺寸不符合要求时，可以通过公差分析来分析制造和装配 过程中出现的问题 寻找问题的根本原因 过程中出现的问题，寻找问题的根本原因 优化产品的设计，这是公差分析非常重要的一个目的
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第4部分：公差分析 部分 公差分析 Tolerance Analysis
钟元
2013/03/30
内容： 一．常见的公差分析做法 二．公差分析 三．公差分析的计算步骤 公差分析的 算步骤 四 公差分析的计算方法 四．公差分析的计算方法 五．公差分析的三大原则 六．产品开发中的公差分析
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一. 常见的公差分析做法
后果：
产品不良率高 要求严格的公差， 产品制造成本高， 但依然会出现不 良品
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实际产品公差分析验证 实
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二. 公差分析
1.公差的概念： 为什 为产生 差 为什么为产生公差？
加工制程的变异： 材料特性的不同 设备或模具的精度 加工条件的不同 操作员的不熟练 模具磨损 组装制程的变异： 组装设备的精度 工装夹具的错误 装夹具 错误

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当产品装配公差要求是±0.5 0 5时，利用WC和RSS方法，对零件尺寸公差要 时 利用WC和RSS方法 对零件尺寸公差要 求的区别（假设尺寸链中的每个尺寸分配相同的公差） WC方法要求严格的零件尺寸公差

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四. 公差分析的计算方法
4. 极值法与均方根法的区别
计算方法 极值法 均方根法
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一. 常见的公差分析做法
公差分析；分析如下：
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1. 产品详细设计完成后，在design review时，针对O-ring的压缩量进行
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一. 常见的公差分析做法
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2. 当发现公差分析的结果不满足要求时，修改尺寸链中的尺寸公差，从
±0.15mm修改到±0.10mm，发现依然不能满足，继续修改到 ±0.05mm，直到满足O-ring的15%压缩量要求；成功完成公差分析。
风险
应用场合
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五. 公差分析的三大原则
1.宽松的零件公差要求

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公差越严格 成本越高 公差越严格，成本越高 避免对零件尺寸提出严格 的公差要求
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五. 公差分析的三大原则
2.公差的一致性

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零件的制造工艺能力决定了公差分析中尺寸公差的设定；公差并不是随 零件的制造工艺能力决定了公差分析中尺寸公差的设定 公差并不是随 意设定的； 二维图纸中公差标注与公差分析中的公差 致 二维图纸中公差标注与公差分析中的公差一致； 对公差分析中的尺寸需要进行制程管控； 制造工艺 能力 公差分析中 公差的设定 二维图样零 件公差标注
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四. 公差分析的计算方法
2.极值法：

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计算公式 计算公式：
Dasm Di
Tasm Ti
实例：A尺寸的值和公差为54.00±0.20，B为12.00±0.10，C为 13 00±0.10 13.00 0 10，D为16.00 16 00±0.15 0 15，E为12.50 12 50±0.10 0 10，利用极值法求关键 利用极值法求关键 尺寸X的名义值和公差

使用点或线与平面配合的方式代替平面与平面的配合方式，避免平面的 变形或者平面较高的粗糙度阻碍零件的顺利运动，从而可以对零件的平 面度和粗糙度允许宽松的公差
原始的设计
优化的设计
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二. 公差分析
4.公差分析的概念：

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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， 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 合理定义和分配零件和产品的公差，优化产品设计，以最小的成本和最 高的质量制造产品
计算： 计算 计算X的名义值： DX = DA + DB + DC + DD + DE = 54.00 54 00 + ( (-12.00) 12 00) + ( (-13.00) 13 00) + ( (-16.00) 16 00) + ( (-12.50) 12 50) = 54.00 -12.00 -13.00 -16.00 -12.50 = 0.50 毫米 计算X的公差 TX = TA + TB + TC + TD + TE = 0.20 + 0.10 + 0.10 + 0.15 + 0.10 = 0.65 毫米 X=0.5±0.65
X=0.5±0.30
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四. 公差分析的计算方法
4. 极值法与均方根法的区别

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当零件尺寸公差都是±0.1 0 1时，利用 时 利用WC和RSS方法的计算结果区别如下： 方法的计算结果区别如下 WC方法的累积公差更大，计算结果更大
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四. 公差分析的计算方法
4. 极值法与均方根法的区别
公差
制造 制造费用 装配费用 制造方法选择 机器 夹具 检验 不良率 返工率
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精密 宽松
二. 公差分析
2.公差的本质：
公差与成本的关系：零件公 差越严格，零件制造成本就 越高 严格的零件公差要求意味着 严格的零件公差要求意味着： 更高的模具费用； 更精密的设备和仪器； 额外的加 程序 额外的加工程序； 更长的生产周期； 更高的不良率和返工率； 要求更熟练的操作员和对操 作员更多的培训； 更高的原材料质量要求及其 产生的费用。
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三. 公差分析的步骤
1.定义公差分析的关键尺寸及其公差：

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零件的装配间隙 外观零件的配合间隙 零件之间的功能、性能和可靠性等配合尺寸
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三. 公差分析的步骤
2.定义尺寸链：

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尺寸链，是指在产品的装配关系中，由互相联系的尺寸按一定顺序首尾 尺寸链 是指在产品的装配关系中 由互相联系的尺寸按 定顺序首尾 相接排列而成的封闭尺寸组 尺寸链两大特点：一是封闭性，尺寸链是由多个尺寸首尾相连；二是关 尺寸链两大特点 是封闭性 尺寸链是由多个尺寸首尾相连 二是关 联性，组成尺寸链的每个尺寸都与关键尺寸有关联性，尺寸链中每个尺 寸的精度会影响到关键尺寸的精度 如果公差分析计算出的关键尺寸名义值与设计值不相等，则说明尺寸定 义错误
100±0.20
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二. 公差分析
1.公差的概念：
正态分布
下偏差 上偏差
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二. 公差分析
2.公差的本质：

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公差是产品设计和产品制造的桥梁和纽带，是保证产品以优异的质量、 公差是产品设计和产品制造的桥梁和纽带 是保证产品以优异的质量 优良的性能和较低的成本进行制造的关键。
设计 功能 性能 外观 可装配性 设计限制 稳健性设计 设计意图 产品质量 客户满意


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三. 公差分析的步骤
3.判断尺寸链中尺寸的正负：

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尺寸的正负可以使用“箭头法”确定。箭头法是指从关键尺寸的任一端 尺寸的正负可以使用“箭头法”确定 箭头法是指从关键尺寸的任 端 开始起画单向箭头，顺着整个尺寸链一直画下去，包括关键尺寸，直到 最后一个形成闭合回路，然后按照箭头方向进行判断，凡是箭头方向与 关键尺寸箭头同向的尺寸为负（-），反向的为正（+） 箭 向 为负 向 为 尺寸链中的尺寸的增加如果使得关键尺寸的值增加则为正（+），如果 使得关键尺寸的值减少则为负（ ） 使得关键尺寸的值减少则为负（-）
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二. 公差分析
1.公差的概念：

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公差是零件尺寸所允许的偏差值，设定零件的公差即是设定零件制造时 公差是零件尺寸所允许的偏差值 设定零件的公差即是设定零件制造时 尺寸允许的偏差范围 100.07 99.75 99.88 100.03 100.05 100 00 100.00 99.99 99.92 100 15 100.15 100.30

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四. 公差分析的计算方法
3.均方根法：

DFMA
计算公式 计算公式：
Dasm Di
Tasm
Ti
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实例：A尺寸的值和公差为54.00±0.20，B为12.00±0.10，C为 13 00±0.10 13.00 0 10，D为16.00 16 00±0.15 0 15，E为12.50 12 50±0.10 0 10，利用极值法求关键 利用极值法求关键 尺寸X的名义值和公差
计算： 计算 计算X的名义值：（方法与极值法相同） DX = 0.50 毫米 计算X的公差

2 TX TA2 TB2 TC2 TD TE2
0.20 2 0.10 2 0.10 2 0.15 2 0.10 2 0.04 0.01 0.01 0.0225 0.01 0.0925 0.30

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三. 公差分析的步骤
4.将非双向对称公差转换为双向对称公差：
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100 0

0 .20
0 .10 100 . 10 0 . 10
5.公差分析的计算
极值法
Dasm Di Dasm Di
Tasm Ti
Tasm

均方根法
T
2
i
6.判断和优化
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四. 公差分析的计算方法