浅谈机械精度设计

发布时间: 2011-04-21 09:40 作者: 浏览次数: 529 字号:

机械设计精度

在加工零部件的过程中,不可避免地会产生不同程度的尺寸偏差、表面形状偏差、位置偏差以及微观不平度,这些偏差过大,将影响零件间的配合性质,降低工件质量,并且不利于零件的互换与维修。因此在设计机械时,除了进行运动分析、结构设计、强度和刚度计算外,还必须进行精度设计一一合理地选择公差。所谓精度设计,即公差设计,就是按照机械使用性能的要求,兼顾制造成本的限制,合理地确定零部件的公差,并用监测手段保证其贯彻执行。

机械精度设计是机械设计的重要内容(领域)之一。随着社会的进步和科技水平的提高,机器被赋予越来越高的功能要求、可靠性要求、经济性要求、环境要求及寿命要求。因此,人们意识到了一个超越于机械原理与设计、质量管理与控制学、材料学、制造工艺学等许多学科之外,并以信息技术、实验技术为基础的新的分支,这就是机械精度设计。

1.机械精度设计的内容

机械精度设计是以实际参数对设计参数的变动以及实际参数自身的变动对机器功能和机器制造使用成本的影响为研究对象,以保证机器预定功能的实现、保持机器预定功能的稳定性,并获得最大综合效益为目的工作过程。

机械设计最终是以机器机构设计为其表达形式,而机器结构必然会体现一定的功能,这些功能必须与机器的预定功能、寿命及预定成本相一致。机器结构的功能基本上可以分为运动功能和动力功能两个方面,适应与这两个方面的设计称为运动设计和动力设计。反过来,这些功能又要通过结构来实现。结构的准确程度在很大程度上决定了运动和动力的准确程度。确切地说,机械的结构设计是基本设计,机械精度设计是针对机器结构中需要注意结构参数微小变化部分的设计。这个“微小变化”为:①“微小变化”的量是在制造误差数量级;②“微小变化可能造成机器功能参数不可容忍的改变;③“微小变化”密切关联着制造成本。

2.机器精度设计的基本原则

虽然机器的种类繁多,但做为机械设计的重要组成部分――机械精度设计,同样也需要遵循一些原则。

2.1功能保证原则

以上的叙述已阐明了功能的含义,它是机器精度设计的出发点和归宿。

2.2互换性原则

互换性是指某一产品(包括零件、部件等)与另一产品功能能够彼此互相替换的性能。要使产品能够满足互换性的要求,就要使产品的几何参数(包括尺寸、宏观几何形状)和物理参数(机械性能、理化性能等)充分相似。机械零件几何参数的互换性,是指同种零件在几何参数方面,能够彼此互相替换的性能。机械零件的形体千差万别,仅从一些典型零件来看,就有圆柱形、圆锥形、单键、螺纹、齿轮等等,虽然其形体各异,但它们都是由一些点、线、面等几何要素构成。零件制造中由于在“机床-刀具-夹具-工件”组成的工艺系统有误差存在,致使尺寸、几何要素之间的相互位置,线与面的宏观几何形状,表面的微观几何形状或多或少地出现误差,这些误差被称为尺寸误差、位置误差、形状误差和表面粗糙度。为了实际机械零件几何参数的互换性,就必须按照一定的要求,把这些几何参数的误差限制在相应的尺寸公差、位置公差、形状公差和表面粗糙度要求的范围内。从设计上看,选用具有互换性的标准化零、部件,可以使设计简化。从制造上看,可以使零、部件分别制造、集中制造,有利于采用成组技术,批量的扩大有利于降低成本和保证质量;可以使装配采用高效、先进的方法,提高装配效率,保证装配质量。从使用上看,互换性可以使用户更换零、部件或修理更方便,从而提高了机器的使用性。互换性是现代生产所应遵循的一项基本原则,当然也是精度设计时优先选用的原则。

2.3经济性原则

经济性原则是一切设计工作都要遵循的一条基本原则,机器精度设计时要作到的是:(1)达到精度要求的加工工艺性较好,易于组织生产,节省工时,降低管理费用。一般情况下,人们对于结构工艺性通常较重视,而忽视了精度设计工艺。(2)合理的精度要求,避免多余功能和不必要的机器功能波动限制。(3)合理确定互换性程度,以降低对零件的加工精度要求,从而达到降低机器成本的目的。(4)注意精度储备,以保证机器的使用寿命。

2.4匹配性原则

在对整机(或机构、结构)进行精度分析时,若机器中各部分、各环节对机器预定功能影响程度不同,应分别提出不同的精度要求,也就是说,要进行恰当的精度分配。精度匹配的原则是:若影响程度相同或基本相同,精度分配时,应使达到各部分,各环节精度的工艺难易程度大致相同,即作到工艺等价。某一重要零件、部件或重要表面的精度确定后,与其关联的零、部件或表面的精度,以不致于对其精度产生影响为原则,即作到精度协调。例如,一般机械,运动链中的各环节要求精度高,应当设法使这些环节保持足够的精度。对于其它环节,则应根据不同的要求分配不同的精度。

3.结语

机器精度的四项基本原则中,功能保证原则是从机器存在意义角度提出的;互换性原则是从社会生产经济性角度提出的;经济性原则是从具体生产对象的经济性角度提出的;匹配性原则既是生产对象设计过程的经济性原则,又是生产对象设计过程中所应遵循的技术原则。任何加工方法都不可能没有误差,而零件几何要素的误差都会影响其功能要求的实现,公差的大小又与制造经济性和产品和使用寿命密切相关。因此,精度设计是机械零件设计的重要组成部分。