第一篇：proe四連桿機(jī)構(gòu)建模分析

四連桿機(jī)構(gòu)

在proe中建立如下尺寸基座

建立如下尺寸連桿00

建立如下尺寸連桿01

建立如下尺寸連桿02

對(duì)四連桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行裝配，連桿00與基座銷釘連接與連桿01銷釘連接，連桿01與連桿02銷釘連接，連桿02與基座平面連接

點(diǎn)應(yīng)用程序選項(xiàng)打開機(jī)構(gòu)，四連桿裝配變?yōu)橄聢D

點(diǎn)伺服電動(dòng)機(jī)選項(xiàng)，按下圖添加伺服電動(dòng)機(jī)運(yùn)動(dòng)軸

按下圖添加輪廓

點(diǎn)分析選項(xiàng)，按下圖輸入?yún)?shù)，點(diǎn)運(yùn)行

下圖為某一刻運(yùn)動(dòng)圖

點(diǎn)測(cè)量結(jié)果選項(xiàng)，如下圖點(diǎn)新建

按下圖選測(cè)量加速度，點(diǎn)確定

按下圖選測(cè)量選項(xiàng)，點(diǎn)繪圖

分析結(jié)果如下

第二篇：四連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析

游梁式抽油機(jī)是以游梁支點(diǎn)和曲柄軸中心的連線做固定桿，以曲柄，連桿和游梁后臂為三個(gè)活動(dòng)桿所構(gòu)成的四連結(jié)構(gòu)。1.1四連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析：

圖1

復(fù)數(shù)矢量法：

為了對(duì)機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分析，先建立坐標(biāo)系，并將各構(gòu)件表示為桿矢量。結(jié)構(gòu)封閉矢量方程式的復(fù)數(shù)矢量形式：

l1ei?1?l2ei?2?l3ei?3?l(1)應(yīng)用歐拉公式ei??cos??isin?將(1)的實(shí)部、虛部分離，得 l1cos?1?l2cos?2?l4?l3cos?3??

(2)l1sin?1?l2sin?2?l3sin?3?由此方程組可求得兩個(gè)未知方位角?2,?3。

解得

tan(?3/2)?(B?A2?B2?C2)/(A?C)

(4)當(dāng)要求解?3時(shí)，應(yīng)將?2消去可得

222l2?l3?l4?l12?2l3l4cos?3?2l1l3cos(?3??1)?2l1l4cos?

1(3)?2?arctanB?l3sin?

3(5)A?l3cos?3A?l4?l1cos?1其中：B??l1sin?12A2?B2?l32?l2C?2l3

(4)式中負(fù)號(hào)對(duì)應(yīng)的四連桿機(jī)構(gòu)的圖形如圖2所示，在求得?3之后，可利用(5)求得?2。

圖2 由于初始狀態(tài)?1有個(gè)初始角度，定義為?10，因此，我們可以得到關(guān)于?1??10??t，?是曲柄的角速度。而通過圖形3分析，我們得到OA的角度???3?因此懸點(diǎn)E的位移公式為s?|OA|??，速度v?dvd2sd2?a??2?|OA|2。

dtdtdt?2??10。

dsd??|OA|，加速度dtdt

圖3 已知附錄4給出四連桿各段尺寸，前臂AO=4315mm，后臂BO=2495mm，連桿BD=3675mm，曲柄半徑O’D=R=950mm，根據(jù)已知條件我們推出|OO'|?|O'D|?|OB|?|BD|違背了抽油系統(tǒng)的四連結(jié)構(gòu)基本原則。為了合理解釋光桿懸點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，我們對(duì)四連結(jié)構(gòu)進(jìn)行簡化，可采用簡諧運(yùn)動(dòng)、曲柄滑塊結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究。

1.2 簡化為簡諧運(yùn)動(dòng)時(shí)的懸點(diǎn)運(yùn)動(dòng)規(guī)律

一般我們認(rèn)為曲柄半徑|O’D|比連桿長度|BD|和游梁后臂|OA|小很多，以至于它與|BD|、|OA|的比值可以忽略。此時(shí)，游梁和連桿的連接點(diǎn)B的運(yùn)動(dòng)可以看為簡諧運(yùn)動(dòng)，即認(rèn)為B點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律和D點(diǎn)做圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)在垂直中心線上的投影的運(yùn)動(dòng)規(guī)律相同。則B點(diǎn)經(jīng)過時(shí)間t時(shí)的位移sB為

sB?r(1?cos?)?r(1?cos?t)其中?是曲柄轉(zhuǎn)角；

?曲柄角速度； t時(shí)間。

因此，懸點(diǎn)A的位移sA?|OA||OA|'sB?|OD|(1?cos?t)|OB||OB| A點(diǎn)的速度為

?A?A點(diǎn)的加速度為

dsA|OA|'?|OD|?sin?t dt|OB|aA?d?A|OA|'?|OD|?2cos?t dt|OB|

圖4

圖5

圖6

1.3 簡化為曲柄滑塊結(jié)構(gòu)的選點(diǎn)運(yùn)動(dòng)規(guī)律

由于簡諧運(yùn)動(dòng)只能在不太精確的近似計(jì)算和分析中應(yīng)用，而在實(shí)際中抽油機(jī)的曲柄/桿長值不能忽略不計(jì)，特別是沖程長度較大時(shí)，忽略會(huì)引起很大誤差。把B點(diǎn)繞游梁支點(diǎn)的弧線運(yùn)動(dòng)看做直線運(yùn)動(dòng)，則四桿運(yùn)動(dòng)可被簡化為圖所示的曲柄滑塊運(yùn)動(dòng)。

??0時(shí)，游梁與連桿的連接點(diǎn)B在B’點(diǎn)，為距曲柄軸心最遠(yuǎn)的位置，相應(yīng)于懸點(diǎn)A的下死點(diǎn)。??180時(shí)，游梁與連桿的連接點(diǎn)B在B’’點(diǎn)，為距曲柄軸心最遠(yuǎn)的位置，相應(yīng)于懸點(diǎn)A的上死點(diǎn)。因此，我們有|O'B'|?|BD|?|OD'|，|O'B''|?|BD|?|OD'|，B點(diǎn)的最大位移sB?2|O'D|。

B點(diǎn)在任意時(shí)刻的位移sB為

sB?|BB'|?|O'B'|?|O'B|?1?|O'D|?|O'B|

在?O'DB中有：

'|O'B|?|OC|?|BC|?|O'D|cos??|BD|cos?

則

sB?|BD|?|O'D|?|O'D|cos??|BD|cos? ?|OD|[1?cos??'1?(1?cos?)]

|O'D|式中??。

|BD|通過轉(zhuǎn)化分析，我們得到B點(diǎn)的位移：

sB?|O'D|(1?cos???2sin2?)

則sA為

sA?sB|OA|?|OA|?|O'D|(1?cos??sin2?)|OB|2|OB|速度?A為

?A?dsA?|OA|??|O'D|(sin??sin2?)dt2|OB|加速度aA為

aA?

d?A|OA| ??2|O'D|(cos???cos2?)dt|OB|

2?2u(x,t)?u(x,t)2?u(x,t)?a?c 22?t?x?ta是波動(dòng)速度英尺/秒；

c是阻尼系數(shù)，1/秒； t是時(shí)間，單位是秒；

x是在無限制桿離光桿之間的距離，單位是英尺；

u(x,t)抽油桿離平衡位置的位移。

c????2L

?無因次阻尼；

L?x1?x2?...xm桿的總長度(英尺)。

4.42?10?2L(PRhp?Hhp)T2 ??2(A1x1?A2x2?...?Amxm)SPRhp光桿馬力；

Hhp液壓泵馬力； T抽運(yùn)周期；

A1,A2,...,An每個(gè)桿的面積； x1,x2,...,xm桿的區(qū)間長度；

S桿的負(fù)載。

D(?t)?L(?t)?Wr??02???ncosn?t??nsinn?t

n?1?和

U(?t)??02??vncosn?t??nsinn?t

n?1??是角速度；

D(?t)動(dòng)態(tài)光桿負(fù)載函數(shù)； L(?t)總負(fù)載函數(shù)；

Wr流動(dòng)的桿重；

U(?t)光桿的位移函數(shù)。

?2?D(?t)cosn?tdt,n?0,1,2,...,n??0

?2?D(?t)sinn?tdt,n?0,1,2,...,n1?n??0?1?n?把???t得

1?n??2?D(?)cosn?dt,n?0,1,2,...,n ?0???2?p,p?0,1,2,...,K KD2?p?DD K對(duì)于一個(gè)數(shù)學(xué)例子，?是個(gè)離散變量

采用簡單的標(biāo)記

我們可以用梯形公式寫出

?????2n??0??2n??1??2n??1??2n??2?Dcos?DcosDcos?Dcos112??0??????????KKKK????????????...??1???2??22?????1n???K?2n??(K?1)??2n??K??Dcos?Dcos??K?1K??????KK??????????2?????

因此，我們可以得出

1?n?DKcos(2n?)2?D0cos0?2n????2n??2?。?Dcos?Dcos?...?12??????K?22?K???K?對(duì)于周期函數(shù)，由于cos0?cos2n?，則我們得到D0?Dk，即

2K2n??p??Dcos,n?0,1,...,n ?1npKp?1K同樣得到其他傅里葉展開系數(shù)

2K2n?p??Dsin,n?1,2,...,n ?1npKp?1K2K12n?p??Usin,n?0,1,...,n ?1npK1p?1K12K12n?p??Usin,n?1,2,...,n ?p1nK1p?1K1通過分離變量法求解，得到特征根的形式

?n???n?i?n

其中

2n??c??n?1?1??? a2?n??和

2n??c??n??1?1???

a2?n??通過變化分析，我們得到

????D(?t)?EA?????(kn?n??n?n)cosn?t??(kn?n??n?n)sinn?t?

n?1n?1??因此，我們有充分的利用定義新的常數(shù)

?n?EA(kn?n??n?n),n?0,1,2,...?n?EA(kn?n??n?n),n?1,2,...?0?2EA??

通過上述方程我們得到

kn??n?n??n?n,n?1,2,3,...2EA(?n??n2)?n?通過上面一系列的推導(dǎo)，我們得到

?n?n??n?n,n?1,2,3,...2EA(?n??n2)?u(x,t)??02EA??02??(On(x)cosn?t?Pn(x)sinn?t)

n?1其中

On(x)?(kncosh?nx??nsinh?nx)sin?nx?(?ncosh?nx??nsinh?nx)cos?nx Pn(x)?(knsinh?nx??ncosh?nx)sin?nx?(?nsinh?nx??ncosh?nx)sin?nx

根據(jù)胡可定理，力F(x,t)可以被計(jì)算為

F(x,t)?EA因此，我們得到

?u(x,t)?x???0?'F(x,t)?EA???(On(x)cosn?t?Pn'(x)sinn?t)?

?2EAn?1?其中

???'On(x)??nsinh?nx?(?n?n??n?n)cosh?nx?sin?nx??EA?

??n?cosh?x?(?????)sinh?xnnnnnn?cos?nx?EA??和

???Pn'(x)??ncosh?nx?(?n?n??n?n)sinh?nx?cos?nx??EA?

??n?sinh?x?(?????)cosh?xnnnnnn?sin?nx?EA??工程量的遞歸計(jì)算

j?10v?j?0xjEAj?j?0

j?1nj?1v?jOn(xj)

?n?jPn(xj)j?1j?1j?1?0?j?0'?n?EAjjOn(xj)

?n?EAjjPn'(xj)

j?1j?1kn??n?n?j?1?n?n2EAj?1(?n??n2)j?1?n?n?j?1?n?n??j?1n2EAj?1(?n??n2)

j?1On(xj?1)?(j?1kncosh?nxj?1?j?1?nsinh?nxj?1)sin?nxj?1?(j?1?nsinh?nxj?1?j?1?ncosh?nxj?1)cos?nxj?1j?1Pn(xj?1)?(j?1knsinh?nxj?1?j?1?ncosh?nxj?1)cos?nxj?1?(j?1?ncosh?nxj?1?j?1?nsinh?nxj?1)sin?nxj?1

?j?1?n?sinh?nxj?1?(j?1?n?n?j?1?n?n)cosh?nxj?1?sin?nxj?1?j?1O(xj?1)??EA???j?1?'n?j?1?n? ?cosh?nxj?1?(j?1?n?n?j?1?n?n)sinh?nxj?1?cos?nxj?1?EAj?1???'j?1n?j?1?n?P(xj?1)??cosh?nxj?1?(j?1?n?n?j?1?n?n)sinh?nxj?1?cos?nxj?1?EA???j?1?

??? ?j?1nsinh?nxj?1?(j?1?n?n?j?1?n?n)cosh?nxj?1?sin?nxj?1???EAj?1?此處，j?1,2,...,m?1,n?1,2,...,n。因此，泵的位移和負(fù)載用下列公式計(jì)算

u(xm,t)?m?02EAmxm?m?02??(mOn(xm)cosn?t?mPn(xm)sinn?t)

n?1nn?m?0?'F(xm,t)?EAm???(mOn(xm)cosn?t?mPn'(xm)sinn?t)?

?2EAmn?1?上沖程懸點(diǎn)靜載荷

由于游動(dòng)閥關(guān)閉，懸點(diǎn)靜載荷主要包括柱塞上、下流體壓力及抽油桿柱重力。

1)抽油桿柱在空氣中的重力：

Wr?ArgLp?r

式中：

Wr抽油桿柱在空氣中的重力，KN； Ar抽油桿截面積，m2；

?r抽油桿密度，t/m3；

g重力加速度；

Lp抽油桿柱長度 2)泵排出壓力

p0?pt?LP?Lg

式中：

pt井口壓力，kpa

?L液體密度

3)吸入壓力

上沖程時(shí)的沉沒壓力導(dǎo)致井內(nèi)液體流入泵中，此時(shí)液流所具有的壓力即吸入 壓力，此壓力作用在柱塞底部，產(chǎn)生的載荷方向向上：

pt?ps??pr

式中：

ps沉沒壓力，kpa；

?pr流體通過泵入口設(shè)備產(chǎn)生的壓力降，m。

將以上三個(gè)力綜合可得出上沖程的靜載荷：

Wup?Wr?p0(Ap?Ar)?ptA ?Wr?W?(pt?pc)Ap?ptAr''L

由于上沖程時(shí)井口回壓與套壓造成的懸點(diǎn)載荷方向相反，故可近似為相互抵消，因此上沖懸點(diǎn)載荷可簡化為下式

Wup?Wr'?WL'

下沖程懸點(diǎn)載荷

下沖程時(shí)，游動(dòng)閥打開使得柱塞上下的液體連通，抽油桿柱受到向上的浮力作用。因此，下沖程時(shí)抽油桿柱在液體中的重力等于自身重力減去浮力。而液柱荷載通過固定閥作用在油管上，不作用在懸點(diǎn)上。所以下沖程懸點(diǎn)載荷為：

Wdown?Wr'?ptAr

迭代計(jì)算

通過分析我們知道，計(jì)算阻尼系數(shù)必須預(yù)先知道泵功圖，但是要知道泵功圖必須預(yù)先知道阻尼系數(shù)，故采用迭代法解決這個(gè)問題，首先，先給一個(gè)任選一個(gè)初值c0，根據(jù)c0求泵功圖，再用式子求c0。

第三篇：連桿機(jī)構(gòu)的建模、分析與加工

連桿機(jī)構(gòu)的建模及連桿的加工與分析

第一部分：構(gòu)建連桿機(jī)構(gòu)的三維實(shí)體模型 1.1 連桿機(jī)構(gòu)零件的繪制

（1）單擊【新建】按鈕，新建一個(gè)零件文件。

（2）選取前視基準(zhǔn)面，單擊【草圖繪制】按鈕，進(jìn)入草圖繪制，繪制草圖。（3）單擊【拉伸凸臺(tái)/基體】按鈕，出現(xiàn)【拉伸】屬性管理器，在【終止條件】下拉列表框內(nèi)選擇【兩側(cè)對(duì)稱】選項(xiàng)，在【深度】文本框內(nèi)輸入加工深度，單擊【確定】按鈕。

（4）單擊【拉伸切除】按鈕，出現(xiàn)【切除-拉伸】屬性管理器，在【終止條件】下拉列表框內(nèi)選擇【完全貫穿】選項(xiàng)，單擊【確定】按鈕，得出零件1連桿的視圖，如圖1.1所示：

圖1.1 零件1連桿

用同樣的方法，得出其他零件視圖： 零件2，如圖1.2所示

圖1.2 零件2

零件3 如圖1.3所示

圖1.3 零件3

零件4如圖1.4所示

圖1.4 零件4

零件5如圖1.5所示

圖1.5 零件5

1.2 連桿機(jī)構(gòu)裝配圖的繪制

將以上五個(gè)零件進(jìn)行裝配，得到連桿機(jī)構(gòu)的裝配圖：如圖1.6所示

圖1.6 連桿機(jī)構(gòu)裝配圖 第二部分：連桿的ansys分析 2.1連桿工程分析的準(zhǔn)備工作

（1）連桿的計(jì)算分析模型，如圖2.1所示

圖2.1 連桿的計(jì)算分析模型

（2）材料參數(shù)設(shè)定

彈性模量E=210Gpa；泊松比v=0.3;密度=7800（3）受力分析

連桿有兩個(gè)連軸孔，受力是主要約束大的那個(gè)口軸，然后是上表面受到一個(gè)向上應(yīng)力。2.2 操作步驟

2.2.1定義單元類型和材料屬性（1）設(shè)置計(jì)算類型，如圖2.2所示

ANSYS Main Menu: Preferences →select Structural → OK 5

圖2.2 設(shè)置計(jì)算類型

（2）選擇單元類型。執(zhí)行ANSYS Main Menu→Preprocessor →Element Type→Add/Edit/Delete →Add →select Solid Brick 8node 185 →OK Options?→select K3: Plane strain →OK→Close如圖2.3所示，選擇OK接受單元類型并關(guān)閉對(duì)話框。

圖2.3 選擇單元類型

（3）設(shè)置材料屬性。執(zhí)行Main Menu→Preprocessor →Material Props →Material Models →Structural →Linear →Elastic →Isotropic，在EX框中輸入2.1e11，在PRXY框中輸入0.3，如圖2.4所示，選擇OK并關(guān)閉對(duì)話框。

圖2.4 設(shè)置材料屬性

2.2.2 導(dǎo)入幾何模型

選擇ANSYS，菜單→File→Import→PARA→選擇liangan.x_t→OK，如圖2.5所示

圖2.5 導(dǎo)入幾何模型

2.2.3生成實(shí)體

菜單PlotCtrols→Style→SolidModles Facts→選擇Normal Faceing→OK：然后菜單→Plot→Voluness→OK，建模如圖2.6所示。7

圖2.6 連桿實(shí)體模型

2.2.4生成有限元網(wǎng)格

Preprocessor →Meshing →Mesh Tool→Volumes Mesh→Tet→Free,.采用自由網(wǎng)格劃分單元。執(zhí)行Main Menu-Preprocessor-Meshing-Mesh-Volume-Free，彈出一個(gè)拾取框，拾取實(shí)體，單擊OK按鈕。生成的網(wǎng)格如圖2.7所示。

圖2.7連桿的有限元網(wǎng)格

2.2.5施加載荷并求解

(1)施加約束條件。執(zhí)行Main Menu-Solution-Apply-Structural-Displacement-On Areas，彈出一個(gè)拾取框，拾取平面，單擊OK按鈕,然后出現(xiàn)如圖2.8窗口，選 “ALL DOF”，再單擊OK按鈕。

圖2.8 對(duì)話框

(2)施加載荷。執(zhí)行Main Menu-Solution-Apply-Structural-Pressure-On Areas，彈出一個(gè)拾取框，拾取內(nèi)表面，單擊OK按鈕，彈出如圖2.9所示對(duì)話框，如圖所示輸入數(shù)據(jù)-1e4，單擊OK按鈕。生成結(jié)構(gòu)，如圖2.10

圖2.9 對(duì)話框

圖2.10 連桿的有限元結(jié)構(gòu)圖

(3)求解。執(zhí)行Main Menu-Solution-Solve-Current LS，彈出一個(gè)提示框。瀏覽后執(zhí)行file-close，單擊OK按鈕開始求解運(yùn)算。出現(xiàn)一個(gè)【Solution is done】對(duì)話框是單擊close按鈕完成求解運(yùn)算。2.2.6顯示結(jié)果

(1)顯示變形形狀。執(zhí)行Main Menu-General Posproc-Plot Results-Deformed Shape，彈出如圖2.11所示的對(duì)話框。選擇“Def+underformed”單選按鈕，單擊OK按鈕。生成結(jié)果如圖2.12所示。

圖2.11 對(duì)話框

圖2.12 連桿變形形狀圖

(2)列出節(jié)點(diǎn)的結(jié)果。執(zhí)行Main Menu-General Posproc-List Results-Nodal Solution，彈出如圖2.13所示的對(duì)話框。設(shè)置好后點(diǎn)擊OK按鈕。生成如圖2.14所示的結(jié)果

圖2.13 對(duì)話框

圖2.14 節(jié)點(diǎn)結(jié)果

(3)瀏覽節(jié)點(diǎn)上的Von Mises應(yīng)變值。執(zhí)行Main Menu-General Posproc-Plot Results-Contour Plot-Nodal Solu，彈出如圖2.15所示對(duì)話框。設(shè)置好后單擊OK按鈕，生成結(jié)果如圖2.16所示。

圖2.15 對(duì)話框

圖2.16 節(jié)點(diǎn)應(yīng)變圖

(4)瀏覽節(jié)點(diǎn)上的Von Mises應(yīng)力值。執(zhí)行Main Menu-General Posproc-Plot Results-Contour Plot-Nodal Solu，彈出如圖2.17所示對(duì)話框。設(shè)置好后單擊OK按鈕，生成結(jié)果如圖2.18所示。

圖2.17 對(duì)話框

圖2.18 節(jié)點(diǎn)應(yīng)力圖

2.2.7以擴(kuò)展方式顯示計(jì)算結(jié)果

(1)以等值線方式顯示。執(zhí)行Utility Menu-Plotctrls-Device Options，彈出如圖

2.19所示對(duì)話框，生成結(jié)果如圖2.20所示。

圖2.19 對(duì)話框

圖2.20 等值線方式顯示結(jié)果

2.2.8 結(jié)果分析

通過圖2.20可以看出，在分析過程中的最大變形量為145E-08m，最大的應(yīng)力為221e06Pa,最小應(yīng)力為42Pa。應(yīng)力在大孔軸比較大，所以在生產(chǎn)中應(yīng)加強(qiáng)大孔軸表面材料的強(qiáng)度。第三部分連桿的mastercam加工

3.1操作過程

（1）將模型導(dǎo)入mastercam中，如圖3.1所示

圖3.1 導(dǎo)入模型

（2）加工道具的選擇，如圖3.2所示

圖3.2 選擇刀具

（3）選擇刀具及刀具參數(shù)設(shè)定，如圖3.3和圖3.4所示

圖3.3 選擇刀具及參數(shù)設(shè)定

圖3.3 參數(shù)設(shè)定

（4）粗加工路徑設(shè)定以及刀具參數(shù)設(shè)定結(jié)果，如圖3.5所示

圖3.5 粗加工路徑設(shè)定以及刀具參數(shù)設(shè)定結(jié)果（5）粗加工仿真過程，如圖3.6所示

圖3.6 粗加工仿真過程

（6）鉆孔粗加工路徑及鉆孔粗加工設(shè)置，如圖3.7和圖3.8所示

圖3.7 鉆孔粗加工路徑

圖3.8 鉆孔粗加工設(shè)置

（7）鉆孔粗加工三維演示，如圖3.9所示

圖3.9 鉆孔粗加工三維演示

（8）曲面挖槽粗加工參數(shù)設(shè)定，如圖3.10所示

圖3.10 曲面挖槽粗加工參數(shù)設(shè)定

（9）曲面粗加工路徑圖，如圖3.11所示

圖3.11 曲面粗加工路徑圖

（10）曲面粗加工三維仿真加工，如圖3.12所示

圖3.12 曲面粗加工三維仿真加工

（11）曲面粗加工結(jié)束，如圖3.13所示

圖3.13 曲面粗加工結(jié)束

（12）精加工路徑及精加工路徑圖，如圖3.14和3.15所示

圖3.14 精加工路徑

圖3.15 曲面精加工路徑圖

（13）精加工仿真，如圖3.16所示

圖3.16 精加工仿真

（14）整體加工路徑圖，如圖3.17所示

圖3.17 整體加工路徑圖

（15）加工結(jié)束圖，如圖3.18所示

圖3.18 加工結(jié)束

3.2生成加工代碼

加工代碼如圖3.19和3.20所示

圖3.19 加工代碼截圖1 24

圖3.20 加工代碼截圖2

第四篇：曲柄連桿機(jī)構(gòu)的常見故障分析

包頭職業(yè)技術(shù)學(xué)院車輛工程系

畢業(yè)綜合技能訓(xùn)練工作報(bào)告

曲柄連桿機(jī)構(gòu)的常見故障分析

論文撰寫人 徐超 系 部 車輛工程系 班 級(jí) 12級(jí)312131班 學(xué) 號(hào) 31213110 指導(dǎo)教師 馬志民

發(fā)任務(wù)書日期 2014年 11月 25日

摘 要

曲柄連桿機(jī)構(gòu)是發(fā)動(dòng)機(jī)將熱能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的主要機(jī)構(gòu)，是發(fā)動(dòng)機(jī)的心臟。發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)中,曲柄連桿機(jī)構(gòu)的活塞、活塞環(huán)、活塞銷、連桿、曲軸和機(jī)體受到巨大的沖擊力,易產(chǎn)生變形、裂紋或斷裂,造成發(fā)動(dòng)機(jī)不能啟動(dòng)、異響等。如果該機(jī)構(gòu)發(fā)生故障，將使發(fā)動(dòng)機(jī)工作狀況變壞，動(dòng)力性下降，機(jī)油及燃油消耗量增大。因此，曲柄連桿機(jī)構(gòu)出現(xiàn)故障一定要及時(shí)排除。論文對(duì)曲柄連桿機(jī)構(gòu)的功用和組成進(jìn)行闡述，重點(diǎn)描述了機(jī)體組、活塞連桿組、曲軸飛輪組等主要機(jī)件的具體作用，并分析了曲柄連桿機(jī)構(gòu)在拆卸、裝配過程的各種注意事項(xiàng)，進(jìn)一步研究了曲柄連桿機(jī)構(gòu)故障的現(xiàn)象、產(chǎn)生原因及故障檢修方法，并結(jié)合具體的故障實(shí)例對(duì)不同型號(hào)汽車進(jìn)行故障診斷分析與故障排除，實(shí)現(xiàn)理論與實(shí)踐相結(jié)合，加深曲柄連桿機(jī)構(gòu)的故障診斷認(rèn)識(shí)。

關(guān)鍵詞：曲柄連桿機(jī)構(gòu) 故障現(xiàn)象 故障原因 故障檢修

目 錄

前 言.......................................................................1 1 曲柄連桿機(jī)構(gòu)的功用和組成...................................................3 1.1曲柄連桿機(jī)構(gòu)的功用.....................................................3 1.2曲柄連桿機(jī)構(gòu)的組成.....................................................3 1.2.1機(jī)體組.............................................................3 1.2.2活塞連桿組.........................................................4 1.2.3曲軸飛輪組.........................................................5 2 曲柄連桿機(jī)構(gòu)的拆卸與裝配...................................................6 2.1曲柄連桿機(jī)構(gòu)的拆卸.....................................................6 2.1.1分解發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體組總成...............................................6 2.1.2活塞連桿組的拆卸...................................................6 2.1.3曲軸飛輪組的拆卸...................................................7 2.2曲柄連桿機(jī)構(gòu)的裝配.....................................................7 2.2.1安裝曲軸與飛輪.....................................................7 2.2.2安裝活塞連桿組件...................................................7 2.2.3氣缸體曲軸箱組安裝.................................................8 3 曲柄連桿機(jī)構(gòu)的常見故障分析.................................................8 3.1機(jī)體組常見故障分析.....................................................8 3.2活塞連桿組常見故障分析................................................11 3.3曲柄連桿機(jī)構(gòu)的故障實(shí)例分析............................................12 3.3.1故障實(shí)例一........................................................12 3.3.2故障實(shí)例二........................................................12 結(jié) 論......................................................................13 致 謝......................................................................14 參考文獻(xiàn)....................................................................15

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前 言

在汽車的發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)展史中，曲柄連桿機(jī)構(gòu)始終是發(fā)動(dòng)機(jī)的基礎(chǔ)，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，發(fā)動(dòng)機(jī)使用的日益廣泛，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)曲柄連桿機(jī)構(gòu)的要求也就越來越高。發(fā)動(dòng)機(jī)的曲柄連桿機(jī)構(gòu)的工況是相對(duì)比較惡劣的，它要承受高溫，高壓，高速以及化學(xué)腐蝕作用。曲柄連桿機(jī)構(gòu)的綜合性能直接決定了發(fā)動(dòng)機(jī)的性能。

由于曲柄連桿機(jī)構(gòu)是發(fā)動(dòng)機(jī)的基礎(chǔ)，有著其他機(jī)構(gòu)不可代替的作用和特點(diǎn)。在做功行程中，利用燃燒氣體所帶來的壓力推動(dòng)活塞向下運(yùn)動(dòng)，經(jīng)活塞銷，連桿使活塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)榍S的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，為汽車提供動(dòng)力和驅(qū)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)其他結(jié)構(gòu)正常工作。在進(jìn)氣，壓縮，排氣行程是依靠曲軸，飛輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣性和其他缸的動(dòng)力并經(jīng)連桿和活塞銷一起向上推動(dòng)活塞進(jìn)行上下的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，為下一次做功創(chuàng)造條件。與此同時(shí)，氣缸蓋與封閉氣缸頂部，與活塞頂部，汽缸壁形成了燃燒室。另外，氣缸內(nèi)的水套和油套也是冷卻系統(tǒng)和潤滑系統(tǒng)的組成部分。氣缸體作為發(fā)動(dòng)機(jī)的裝配基礎(chǔ)零部件，不僅影響發(fā)動(dòng)機(jī)的使用，還影響其他機(jī)件的工況。因此做好對(duì)曲柄連桿機(jī)構(gòu)的維護(hù)與保養(yǎng)對(duì)延長其使用壽命，改善發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性有至關(guān)重要的作用。

論文首先明確了曲柄連桿機(jī)構(gòu)的功用，并重點(diǎn)分析了曲柄連桿機(jī)構(gòu)的組成部分，即機(jī)體組、活塞連桿組、曲軸飛輪組三部分，分別對(duì)機(jī)體組、活塞連桿組、曲軸飛輪組各部分包涵的具體機(jī)件進(jìn)行詳細(xì)論述，指出不同

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機(jī)件的具體位置與重要作用。其次由于曲柄連桿機(jī)構(gòu)拆卸、裝配過程的好壞，直接影響發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出功率，論文重點(diǎn)研究曲柄連桿機(jī)構(gòu)在拆卸和裝配過程中需要注意的各項(xiàng)事宜，最后基于故障特性對(duì)曲柄連桿機(jī)構(gòu)的故障現(xiàn)象、產(chǎn)生原因及故障檢修方法進(jìn)行深入研究，并進(jìn)一步結(jié)合企業(yè)實(shí)踐對(duì)不同車型的故障進(jìn)行分析，指出故障現(xiàn)象，提出故障診斷意見及具體的故障排除方法，為曲柄連桿機(jī)構(gòu)故障分析提供實(shí)踐依據(jù)。

包頭職業(yè)技術(shù)學(xué)院2012屆畢業(yè)論文 曲柄連桿機(jī)構(gòu)的功用和組成

1.1曲柄連桿機(jī)構(gòu)的功用

曲柄連桿機(jī)構(gòu)的作用是提供燃燒場(chǎng)所，把燃料燃燒后氣體作用在活塞頂上的膨脹壓力轉(zhuǎn)變?yōu)榍S旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)矩，不斷輸出動(dòng)力。曲柄連桿機(jī)構(gòu)是發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)工作循環(huán)，完成能量轉(zhuǎn)換的主要運(yùn)動(dòng)零件。在作功沖程，它將燃料燃燒產(chǎn)生的熱能活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)、曲軸旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)而轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能，對(duì)外輸出動(dòng)力；在其他沖程，則依靠曲柄和飛輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣性、通過連桿帶動(dòng)活塞上下運(yùn)動(dòng)，為下一次作功創(chuàng)造條件。1.2曲柄連桿機(jī)構(gòu)的組成

曲柄連桿機(jī)構(gòu)由機(jī)體組、活塞連桿組、曲軸飛輪組三部分組成。（1）機(jī)體組：氣缸體、氣缸墊、氣缸蓋、曲軸箱及油底殼、（2）活塞連桿組：活塞、活塞環(huán)、活塞銷、連桿（3）曲軸飛輪組：曲軸、飛輪、扭轉(zhuǎn)減振器、平衡軸 1.2.1機(jī)體組

機(jī)體是構(gòu)成發(fā)動(dòng)機(jī)的骨架，是發(fā)動(dòng)機(jī)各機(jī)構(gòu)和各系統(tǒng)的安裝基礎(chǔ)，其內(nèi)、外安裝著發(fā)動(dòng)機(jī)的所有主要零件和附件，承受各種載荷。因此，機(jī)體必須要有足夠的強(qiáng)度和剛度。

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（1）氣缸體

氣缸體是發(fā)動(dòng)機(jī)各個(gè)機(jī)構(gòu)和系統(tǒng)的裝配基體，是發(fā)動(dòng)機(jī)中最重要的一個(gè)部件。氣缸體有水冷式缸體和風(fēng)冷式氣缸體。氣缸體有直列、V形和水平對(duì)置三種形式

（2）氣缸蓋

氣缸蓋的主要作用是封閉氣缸上部，與活塞頂部和氣缸壁一起構(gòu)成燃燒室

氣缸蓋與氣缸體之間裝有氣缸襯墊，其作用是保證氣缸蓋與氣缸體間的密封，防止燃燒室漏氣、水套漏水

（3）油底殼

油底殼的主要作用是儲(chǔ)存機(jī)油并封閉曲軸箱。1.2.2活塞連桿組

活塞連桿組由活塞、活塞環(huán)、活塞銷、連桿、連桿軸瓦等組成。（1）活塞

活塞的作用是與氣缸蓋、氣缸壁等共同組成燃燒室，并承受氣缸中氣體壓力，通過活塞銷將作用力傳給連桿，以推動(dòng)曲軸旋轉(zhuǎn)

（2）活塞環(huán)

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活塞環(huán)是用于嵌入活塞槽溝內(nèi)部的金屬環(huán)，其主要作用是密封作用，導(dǎo)熱功能，控油功能，支撐功能。工作條件是處于高溫，高壓，高速，極難潤滑?；钊譃閮煞N：壓縮環(huán)和機(jī)油環(huán)。壓縮環(huán)可用來密封燃燒室內(nèi)的可燃混合氣體。機(jī)油環(huán)則用來刮除氣缸上多余的機(jī)油，是具有彈性的開口環(huán)，分為氣環(huán)和油環(huán)，平均壽命在6萬公里左右。

（3）連桿

連桿的作用是將活塞承受的力傳給曲軸，并使活塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)榍S的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。1.2.3曲軸飛輪組

曲軸飛輪組主要由曲軸、飛輪和一些附件組成。（1）曲軸

曲軸是發(fā)動(dòng)機(jī)最重要的機(jī)件之一。其作用是將活塞連桿組傳來的氣體作用力轉(zhuǎn)變成曲軸的旋轉(zhuǎn)力矩對(duì)外輸出，并驅(qū)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)的配氣機(jī)構(gòu)及其他輔助裝置工作。

（2）飛輪

飛輪是一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量很大的圓盤，外緣上壓有一個(gè)齒圈，與起動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)齒輪嚙合，供起動(dòng)機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)使用。飛輪上通常還刻有第一缸點(diǎn)火正時(shí)記號(hào)，以便校準(zhǔn)點(diǎn)火時(shí)刻。

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2.1曲柄連桿機(jī)構(gòu)的拆卸

按發(fā)動(dòng)機(jī)附件、氣缸蓋、油底殼、活塞連桿組和曲軸飛輪組的順序，進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)解體。

2.1.1分解發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體組總成

首先拆下發(fā)電機(jī)，旋松撐緊壁緊固螺栓、調(diào)整螺母緊固螺栓，擰動(dòng)調(diào)整螺母，使發(fā)電機(jī)靠近發(fā)動(dòng)機(jī)側(cè)，取下V 型皮帶，從發(fā)動(dòng)機(jī)前端卸下發(fā)電機(jī)與發(fā)動(dòng)機(jī)的聯(lián)接螺栓，取下發(fā)電機(jī)。然后取下進(jìn)氣歧管和排氣歧管。之后拆卸正時(shí)皮帶、拆卸分電器、水泵、氣缸蓋，在拆下氣缸座時(shí)，應(yīng)先卸下氣門室罩蓋，按由四周向中心順序旋松缸蓋螺栓，以防缸蓋變形。拆下缸蓋螺栓，用橡皮錘錘松缸蓋，取下缸蓋。最后拆卸機(jī)油泵、活塞和曲軸。當(dāng)取下正時(shí)齒輪、曲軸前后的油封端蓋，旋松并取下曲軸主軸承蓋，抬出曲軸，取出上軸瓦止推軸承。不要跌落軸瓦，將軸承蓋按順序擺放好。2.1.2活塞連桿組的拆卸

首先用活塞環(huán)拆卸專業(yè)工具依次拆下活塞環(huán)。然后用尖嘴鉗取出活塞銷卡簧，用拇指壓出活塞銷，或用專用沖頭將其沖出，取出連桿軸承。最后要按相反順序復(fù)裝活塞連桿組，對(duì)活塞做好標(biāo)記，以免裝錯(cuò)。

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2.1.3曲軸飛輪組的拆卸

首先按對(duì)角順序旋松飛輪固定螺栓，取下螺栓，用手錘沿四周輕輕敲擊飛輪，待松動(dòng)后取下飛輪。擰松并取下曲軸油封端蓋緊固螺栓，用手錘輕輕敲擊油封端蓋，待松動(dòng)后取下油封端蓋。拆卸主軸承蓋及止推軸承，抬出曲軸。安裝時(shí)按相反順序逐步進(jìn)行。在新油封唇部涂潤滑脂，然后用專用油封安裝工具和錘子敲入油封，直至其端面與油封邊緣齊平。2.2曲柄連桿機(jī)構(gòu)的裝配 2.2.1安裝曲軸與飛輪

首先將清洗干凈的氣缸體倒置于安裝支架上，正確安放好各道主軸承瓦和止推墊片，注意將有油槽的一片軸瓦裝在缸體軸承座孔中。然后將曲軸放入缸體軸承座中，依標(biāo)記號(hào)合上各道主軸承蓋，按規(guī)定轉(zhuǎn)矩依次擰緊各軸承蓋螺栓；安裝止推片后應(yīng)軸向撬動(dòng)曲軸檢查其軸向間隙；每緊固一道主軸承蓋后應(yīng)轉(zhuǎn)動(dòng)曲軸數(shù)周，檢查其徑向間隙，軸承過緊間隙不合要求時(shí)應(yīng)查明原因，及時(shí)予以排除。安裝曲軸前、后端油封凸緣、凸緣襯墊及油封等。將飛輪安裝于曲軸后端軸凸緣盤上，安裝時(shí)注意原定位標(biāo)記，然后緊固螺母。螺母緊固時(shí)應(yīng)對(duì)角交叉進(jìn)行，并按扭緊力矩?cái)Q緊。最后將曲軸前端正時(shí)齒輪、擋油片等裝上。2.2.2安裝活塞連桿組件

將活塞銷和連桿小頭孔內(nèi)（已裝好銅套）涂上一層薄機(jī)油，然后將活塞

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放入90℃以上熱水內(nèi)加熱，取出活塞，迅速用專用工具將銷壓入銷座和連桿小頭孔內(nèi)，使連桿活塞連接。如果有活塞銷卡環(huán)，用尖嘴鉗將其裝上。（安裝時(shí)應(yīng)注意活塞與連桿的安裝標(biāo)記）用活塞環(huán)裝卸鉗依次裝上活塞油環(huán)和各道密封環(huán)，安裝時(shí)注意扭曲環(huán)方向不可裝反。將各道環(huán)端隙按一定角度鉗開（三道氣環(huán)按120°鉗開，第一道環(huán)的端隙應(yīng)避開活塞銷座及側(cè)壓力較大一側(cè)）。用活塞環(huán)箍將活塞環(huán)箍緊，用木錘手柄輕敲活塞頂部，使其進(jìn)入氣缸，推至連桿大端與曲軸連桿軸頸連接。裝上連桿蓋，按規(guī)定扭矩?cái)Q緊連桿螺栓螺母。

2.2.3氣缸體曲軸箱組安裝

放倒發(fā)動(dòng)機(jī)，裝上油底殼襯墊及油底殼。擰緊油底殼螺栓時(shí)應(yīng)由中間向兩端交叉進(jìn)行。豎直發(fā)動(dòng)機(jī)，安裝氣缸墊和氣缸蓋。缸蓋螺栓應(yīng)由中間向兩端交叉均勻分2～3 次擰至規(guī)定力矩。安裝凸輪軸及搖臂機(jī)構(gòu)，安裝氣缸蓋罩等。將所拆其它非曲柄連桿機(jī)構(gòu)部件安裝到發(fā)動(dòng)機(jī)上。最后檢查有無遺漏未裝部件，檢查整理好工具。曲柄連桿機(jī)構(gòu)的常見故障分析

3.1機(jī)體組常見故障分析

（1）對(duì)于汽缸壁，早期異常磨損，活塞，活塞環(huán)外圓面及氣缸壁內(nèi)表面有明顯的軸向劃痕，進(jìn)氣道內(nèi)存在明顯油泥故障屬于密封不良或者行駛路況惡劣，大量灰塵進(jìn)入燃燒室導(dǎo)致的。

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故障現(xiàn)象：氣缸壓力不足

故障原因：活塞環(huán)過度使用，使密封性變差，活塞與氣缸磨損較大，使活塞在氣缸內(nèi)搖擺，影響活塞環(huán)與汽缸壁的良好貼合密封；氣門與氣門導(dǎo)管間隙過小，使氣門上下運(yùn)動(dòng)受阻，導(dǎo)致氣門密封不嚴(yán)。另外還有一些人工因素：測(cè)試氣缸壓力時(shí)，操作不當(dāng)，沒有良好的密封。

故障檢修：用氣缸壓力表測(cè)量之前，應(yīng)使發(fā)動(dòng)機(jī)處于正常溫度下，冷卻液溫度在正常范圍之內(nèi)。節(jié)氣門全開，也就是油門踏板踩到底，拆卸掉火花塞，將選好口徑的壓力表擰進(jìn)火花塞孔中，利用起動(dòng)機(jī)帶動(dòng)曲軸運(yùn)動(dòng)，讀出氣缸壓力表的數(shù)值，一般情況下，若在正常值范圍內(nèi)，壓力表的指針一般會(huì)彈起三下，最終不動(dòng)。

故障現(xiàn)象：氣缸體與氣缸蓋的損傷。

故障原因：汽車維修后，維修師傅的螺栓擰緊力矩過大。

故障檢修：氣缸蓋螺栓的拆裝一般是對(duì)稱的，拆的時(shí)候是兩段向中間松開，裝配的時(shí)候是中間向兩段對(duì)稱擰緊。故障現(xiàn)象：氣缸墊燒壞

故障原因：氣缸墊燒壞就失去密封作用，產(chǎn)生竄氣，漏氣現(xiàn)象，最常見的就是燒機(jī)油

故障檢修：缸體與氣缸蓋接合面不平，需要加以鏟刮修理

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（2）對(duì)于活塞環(huán)斷裂，同時(shí)活塞頂部積碳過多，并有燒灼現(xiàn)象，為發(fā)動(dòng)機(jī)長時(shí)間高速，超負(fù)荷使用，造成活塞環(huán)與燃油燃燒產(chǎn)生的高速，高爆發(fā)沖擊頻率發(fā)生共振和碎裂。

（3）活塞環(huán)偏向磨損，其他部位屬于正常磨損，發(fā)動(dòng)機(jī)功率下降等現(xiàn)象，請(qǐng)檢查連桿是否彎曲，曲軸間隙是否過大等。

機(jī)械故障主要發(fā)生在曲柄連桿機(jī)構(gòu)和配氣機(jī)構(gòu)，大部分以異響的形式表現(xiàn)出來。

故障現(xiàn)象：當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速發(fā)生變化時(shí)，有悶悶的聲音。發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速升高，聲音變大

故障原因：主軸瓦異響

故障檢修：①利用單缸斷火法進(jìn)行試驗(yàn)，響聲沒有變化，然后進(jìn)行相鄰兩缸的斷火試驗(yàn)，如果在某兩缸斷火后，聲音明顯降低，就由此判斷這兩缸之間的主軸瓦發(fā)出異響。②將機(jī)油放盡，然后拆下油底殼進(jìn)行檢查，若在機(jī)油中或者油底殼底部檢查有軸承合金層碎屑，則說明軸承合金脫落，同時(shí)更換新的主軸瓦。檢查主軸承蓋螺栓是否松動(dòng)，如有松動(dòng)，應(yīng)擰緊。檢查主軸瓦徑向和軸向間隙，如果過大，應(yīng)該更換新主軸瓦。故障現(xiàn)象：渦輪增壓器兩端滲油，曲軸箱強(qiáng)制通風(fēng)系統(tǒng)通風(fēng)不暢。故障原因：曲軸箱強(qiáng)制通風(fēng)系統(tǒng)出現(xiàn)通風(fēng)不暢，則曲軸箱的油氣壓力過高，則渦輪增壓器里的機(jī)油回油不暢，長時(shí)間的話，機(jī)油沉積在渦輪增壓

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中間體，長時(shí)間就會(huì)使渦輪增壓器兩端滲油。

故障檢修：①檢查PCV系統(tǒng)中的空氣濾清器是否存在堵塞。②檢查氣缸蓋和機(jī)體之間的氣缸墊是否存在漏氣處。3.2活塞連桿組常見故障分析

（1）故障現(xiàn)象：氣缸套與活塞受到機(jī)械刮傷，甚至活塞被卡至氣缸內(nèi)，發(fā)動(dòng)機(jī)突然熄火，曲軸不能轉(zhuǎn)動(dòng)?；钊拿芊庑赃^低，可燃?xì)飧Z入活塞裙部進(jìn)行燃燒，將活塞壁上的油膜燃燒，出現(xiàn)干摩擦?；钊幕钊N卡環(huán)脫落也可造成拉缸現(xiàn)象。故障原因：拉缸

故障檢修：如果輕微拉傷，可用細(xì)紗布打磨氣缸和活塞表面再用，如果嚴(yán)重拉傷，需要鏜缸或者更換氣缸套與活塞，活塞環(huán)。

（2）故障現(xiàn)象：活塞和氣缸壁的接觸面由一側(cè)導(dǎo)向另一側(cè)，發(fā)出撞擊聲音。

故障原因：氣缸敲缸

故障檢修：將潤滑油從火花塞孔中滴入，過一會(huì)，用手搖動(dòng)曲軸，使?jié)櫥瓦M(jìn)入活塞和氣缸中，再將各個(gè)火花塞裝上，進(jìn)行著車，若聲音明顯減小，過一會(huì)，聲音又增大，則說明是活塞的配缸間隙問題，建議更換活塞或者活塞環(huán)，必要時(shí)應(yīng)膛氣缸。

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3.3曲柄連桿機(jī)構(gòu)的故障實(shí)例分析 3.3.1故障實(shí)例一 車型：奧迪A6L2.4轎車

故障現(xiàn)象：汽車行駛37626KM。發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)出異響.響聲越來越大，異響較快。

檢查方法：斷火后，檢查各缸情況，對(duì)某缸斷火異響減弱，異響聽似活塞敲缸，分解發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)現(xiàn)氣缸拉傷，活塞頂燒灼，群部拉傷。

故障原因：該車行駛途中，加注劣質(zhì)燃油，汽車辛烷值過低，并且高速行駛，發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷大，溫度過高，氣缸內(nèi)產(chǎn)生爆燃。車主不懂的爆燃的危害，所以造成活塞燒頂拉缸。

排除方法：鏜磨氣缸，更換加大活塞，發(fā)動(dòng)機(jī)裝復(fù)后工作正常.3.3.2故障實(shí)例二 車型：寶馬530I轎車

故障現(xiàn)象：發(fā)動(dòng)機(jī)冷啟動(dòng)困難，啟動(dòng)后抖動(dòng)嚴(yán)重，發(fā)動(dòng)機(jī)溫度升高后怠速運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定。

故障診斷：（1）檢查發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液溫度傳感器及其線路正常（2）檢查燃油系統(tǒng)壓力，在標(biāo)準(zhǔn)范圍之內(nèi)

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（3）檢查氣缸壓力。第一二缸壓力低于標(biāo)準(zhǔn)值，拆檢氣缸墊。排除方法：修模汽缸墊，更換氣缸墊，故障排除，發(fā)動(dòng)機(jī)工作正常。

結(jié) 論

曲柄連桿機(jī)構(gòu)是發(fā)動(dòng)機(jī)的重要組成部分，其性能的好壞直接影響了發(fā)動(dòng)機(jī)的使用效率。本文是結(jié)合曲柄連桿機(jī)構(gòu)的常用故障分析，通過理論研究和社會(huì)實(shí)踐完成的，主要內(nèi)容及結(jié)論如下：

1.研究總結(jié)了曲柄連桿機(jī)構(gòu)的功用和主要組成部分，并對(duì)主要機(jī)件的特點(diǎn)及作用進(jìn)行了簡要的分析。

2.重點(diǎn)研究了曲柄連桿機(jī)構(gòu)在拆卸、裝配過程中各種注意事項(xiàng)以及具體的操作事宜。

3.對(duì)機(jī)體組、活塞連桿組的常見故障進(jìn)行深入研究，指出故障現(xiàn)象，并對(duì)故障進(jìn)行診斷分析，進(jìn)一步有針對(duì)性地提出故障檢修與排除方法。

4.結(jié)合企業(yè)實(shí)踐，針對(duì)不同車型的故障問題進(jìn)行分析，厘清故障現(xiàn)象，提出故障診斷方案以及故障排放方法，達(dá)到理論與實(shí)踐相結(jié)合的目的。

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致 謝

在本文完成之際，首先我對(duì)馬志民老師致以最誠摯的敬意和最衷心的感謝。在畢業(yè)設(shè)計(jì)這段時(shí)間，馬老師以淵博的知識(shí)，寬厚的胸懷，無私的敬業(yè)精神以及嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度和開拓進(jìn)取精神激勵(lì)我，言傳身教培養(yǎng)我獨(dú)立思考，深入探究，解決實(shí)際問題的能力，使我受益匪淺。本文研究過程中，馬老師提供了關(guān)鍵的技術(shù)指導(dǎo)，指明了研究方向。老師平日里工作繁忙，但在我做畢業(yè)設(shè)計(jì)的過程中，特別在開題方面和其他方面的撰寫和修改給了我悉心的指導(dǎo)。特此向馬老師表示衷心的感謝和敬意。

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參考文獻(xiàn)

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[4]劉 哲，郭京臣.汽車維修質(zhì)量與檢驗(yàn).北京：北京理工大學(xué)出版社，2010。

第五篇：proe分析“公差研究”論文

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摘 要

機(jī)械產(chǎn)品的質(zhì)量指標(biāo)（精度、耐用度、可靠性）在很大程度上決定于公差選擇的合理性。公差也直接影響著產(chǎn)品的可制造性和可裝配性，對(duì)產(chǎn)品的功能、制造成本也有重要影響。依據(jù)產(chǎn)品整體或零部件的技術(shù)要求、加工方案等對(duì)有關(guān)零部件進(jìn)行合理的公差分配能夠在產(chǎn)品的功能與制造成本之間的找到一個(gè)平衡，其研究工具是尺寸鏈即裝配尺寸鏈里、零件尺寸鏈、和工藝尺寸鏈等。

任何機(jī)械產(chǎn)品都是由零件裝配而成的,產(chǎn)品精度的高低和性能優(yōu)劣很大程度上是由零件的制造精度決定的, 其中零件制造精度的高低是由其加工中允許的設(shè)計(jì)公差確定的,而產(chǎn)品精度和性能的要求也反過來為零件的制造精度的選擇提供了依據(jù)。

本文以PRO/E作為設(shè)計(jì)平臺(tái)，通過PRO/E建模工具設(shè)計(jì)零件并進(jìn)行裝配，同時(shí)運(yùn)用PRO/E中的CE/TOL（公差分析）模塊對(duì)所設(shè)計(jì)的零件及零件裝配的全過程進(jìn)行公差分析與綜合，確定零件的公差在裝配過程中影響關(guān)鍵尺寸公差的約束及其敏感度，通過改變個(gè)別零件的關(guān)鍵尺寸的公差約束即公差的優(yōu)化過程，來降低制造成本，減少發(fā)生干涉和精度超標(biāo)的概率，提高產(chǎn)品的精度。

關(guān)鍵詞：公差分配；尺寸鏈；計(jì)算機(jī)輔助公差設(shè)計(jì)（CAT）；公差優(yōu)化

I

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Abstract

Quality indicators(precision, durability, reliability)of the mechanical products in a large extent are determined by their tolerance to be selected reasonably.Tolerance is one of the factors impacting on the manufacturability and assembly of products.It also has a major impact on manufacturing costs and the product's features.According to the technical requirements and the processing program of the workpieces and parts, tolerances are allocated reasonably to the parts and components to getting the balance between the product's features and manufacturing costs.The research tool is dimension chain, that is, assembly dimension chain, size chain, and process geometries chains, etc.Any mechanical products are assembled by parts.Product accuracy and performance are largely determined by the manufacturing precision of the parts, which parts manufacturing accuracy is arrived by the design tolerances allowed by the processing.In turn accuracy and performance requirements provide a basis for choice of manufacturing precision of parts.In this paper, based on Pro/E software, parts are designed and assembled by using Pro/E modeling tools.while the use of CE/TOL(tolerance analysis)module of Pro/E on the whole process of the parts and assembly of components designed for tolerance analysis and synthesis determine the tolerances of the parts in the assembly process affect the constraints and sensitivity of the critical dimension tolerances, and optimization process by changing the tolerance constraint of the critical dimensions tolerance of the individual parts act to reduce manufacturing costs and reduce the probability of excessive interference and accuracy, to improve the accuracy of the product.Keywords:

Tolerance allocation;Dimension chain;Computer Aided Tolerance design（CAT）;Tolerance optimization II

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目 錄

第1章 緒論..............................................................................................................................1 1.1 課題研究的背景及意義..........................................................................................................1 1.2CAT的體系結(jié)構(gòu).........................................................................................................................3 1.3 論文研究的主要內(nèi)容...............................................................................................................3 第2章 計(jì)算機(jī)輔助公差設(shè)計(jì)總體方案設(shè)計(jì)..........................................................................5 2.1 計(jì)算機(jī)輔助公差設(shè)計(jì)的基本概念..........................................................................................5

2.1.1 公差.........................................................5 2.1.2 尺寸鏈.......................................................5 2.1.3 公差設(shè)計(jì).....................................................6 2.1.4 公差優(yōu)化設(shè)計(jì).................................................7 2.1.5 公差疊加.....................................................8 2.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)思想和原則................................................................................................................9

2.2.1 并行設(shè)計(jì)思想.................................................9 2.2.2 經(jīng)濟(jì)性原則..................................................10 2.2.3 系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)圖..............................................10 第3章 帶傳動(dòng)裝置各關(guān)鍵部件的精度設(shè)計(jì).........................................................................11 3.1 機(jī)械精度設(shè)計(jì)概述...................................................................................................................11 3.2 軸承的精度設(shè)計(jì)........................................................................................................................12 3.3 主軸的精度設(shè)計(jì)........................................................................................................................12 3.3.1 尺寸公差的確定..............................................13 3.3.2 形位公差的確定..............................................16 3.3.3 表面粗糙度的確定............................................16 3.3.4 主軸精度設(shè)計(jì)指標(biāo)............................................16 3.4 軸承座的精度設(shè)計(jì)...................................................................................................................17 第4章 PRO/E的建模與虛擬裝配.........................................................................................19 4.1 基于PRO/E的參數(shù)化建模.....................................................................................................19 4.1.1 參數(shù)化設(shè)計(jì)概念..............................................19 4.1.2 參數(shù)化設(shè)計(jì)的主要技術(shù)特點(diǎn)....................................19 4.2 帶傳動(dòng)裝置建模過程...............................................................................................................19 III

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4.2.1 主軸的建模..................................................20 4.2.2 軸承座的建模................................................22 4.2.3 帶輪的建模..................................................23 4.2.4 端蓋的建模..................................................24 4.2.5 油杯及擋圈的建模............................................25 4.3帶傳動(dòng)裝置虛擬裝配................................................................................................................25 4.3.1 虛擬裝配概述................................................25 4.3.2 基于PRO/E的帶傳動(dòng)裝置裝配..................................26 第5章 計(jì)算機(jī)輔助公差分析................................................................................................27 5.1PRO/E的CE/TOL模塊（公差分析）簡介.......................................................................27 5.2 公差分析方法簡介...................................................................................................................27 5.2.1 最壞情況公差分析（完全互換法）..............................27 5.2.2 統(tǒng)計(jì)分析....................................................28 5.3 裝配體的公差分析及優(yōu)化......................................................................................................29 5.3.1 軸向尺寸鏈分析..............................................30 5.3.2 徑向尺寸鏈公差分析..........................................33 結(jié)論 參考文獻(xiàn) 致謝

附錄A 英文原文 附錄B 中文翻譯

IV

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第1章 緒論

1.1 課題研究的背景及意義

計(jì)算機(jī)輔助公差設(shè)計(jì)，是指在機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)、加工、裝配、檢測(cè)等過程中，利用計(jì)算機(jī)對(duì)產(chǎn)品及其零部件的尺寸和公差進(jìn)行優(yōu)化選擇和監(jiān)控，力圖用最低的成本，設(shè)計(jì)并生產(chǎn)出滿足用戶精度要求的產(chǎn)品的過程。計(jì)算機(jī)輔助公差設(shè)計(jì)是CAD/CAM集成中的關(guān)鍵技術(shù)之一，它不僅影響產(chǎn)品的質(zhì)量，且對(duì)制造成本起著決定性影響。

進(jìn)入21世紀(jì)以來CAD/CAM已取得了重大的突破和引人注目的成就，但機(jī)械零件的公差設(shè)計(jì)，在國內(nèi)基本上還停留在人工選擇上，各種CAD軟件中僅能實(shí)現(xiàn)公差的標(biāo)注；即使在國外已有許多學(xué)者開展了計(jì)算機(jī)輔助公差設(shè)計(jì)的研究，但由于軟件發(fā)展水平的限制，其公差設(shè)計(jì)尚未達(dá)到實(shí)用程度，如IDEAS中的公差模塊也僅能作公差分析而已，產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)還處于半人工處理階段。因此作為聯(lián)系CAD、CAM和CAPP來說的重要環(huán)節(jié)公差設(shè)計(jì)無法與CAD/CAM的集成化相適應(yīng)，已制約著它們的進(jìn)一步發(fā)展，故進(jìn)行計(jì)算機(jī)輔助公差設(shè)計(jì)的研究已成為迫切的需要[1]。

將計(jì)算機(jī)輔助公差設(shè)計(jì)（CAT）技術(shù)用于產(chǎn)品設(shè)計(jì)中，能夠使設(shè)計(jì)師在設(shè)計(jì)階段就知道裝配的允許偏差及各零部件的公差值對(duì)產(chǎn)品性能與可裝配性的影響，從而及時(shí)的進(jìn)行修改、完善以獲得經(jīng)濟(jì)合理的公差分配方案，降低偏差對(duì)產(chǎn)品尺寸精度與成本所造成的負(fù)面影響；同時(shí)還可以避免通過實(shí)物樣機(jī)的試制來確定合理、正確的公差值而造成的浪費(fèi)及研制周期過長等不利因素，從而加速產(chǎn)品的開發(fā)。

1978年，英國劍橋大學(xué)的Hillyard博士在他的博士論文中首次提出利用計(jì)算機(jī)輔助確定零件的幾何形狀、尺寸、公差等概念[2]，并建議用數(shù)學(xué)方程來描述零件的幾何形狀，以此來進(jìn)行尺寸和公差設(shè)計(jì)。同一年，丹麥的Bjorke教授也發(fā)表專著，提出利用計(jì)算機(jī)化的尺寸鏈來對(duì)設(shè)計(jì)和制造公差進(jìn)行控制[3]。兩人的研究工作為計(jì)算機(jī)輔助公差設(shè)計(jì)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。1983年，Requicha發(fā)表論文《Towards a Theory of Geometric Tolerancing》，在文中提出漂移公差帶理論，奠定了計(jì)算機(jī)輔助公差設(shè)計(jì)的理論基礎(chǔ)[4]。1988年，以色列的R.Weill教授在國際生產(chǎn)協(xié)會(huì)年會(huì)上發(fā)表重要論文《Tolerancing for Function》，成為CAT發(fā)展的一個(gè)重要轉(zhuǎn)折點(diǎn)[5]。通過這一時(shí)期的研究，形成了比較系統(tǒng)的關(guān)于公差設(shè)計(jì)的理論體系。從1988年起，計(jì)算機(jī)輔助公差設(shè)計(jì)的研究進(jìn)入大發(fā)展時(shí)期，有關(guān)公差研究的學(xué)術(shù)論文大量出現(xiàn)。從80年代起，公差設(shè)計(jì)進(jìn)入團(tuán)隊(duì)研究階段。以Clement Bourdet為代表的法國公差研究團(tuán)隊(duì)一直致力于公差理論研究和軟件的開發(fā)，1

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并發(fā)表了大量文章[6-8]。美國Brigham Young大學(xué)的ADCATS協(xié)會(huì)(Association for the Development of Computer Aided Tolerancing System)在Chase教授領(lǐng)導(dǎo)下致力于二維和三維公差分析理論研究和軟件開發(fā)，并取得了豐富的成果[9-11]。在國內(nèi)，有浙江大學(xué)的吳昭同、楊將新教授的研究團(tuán)隊(duì)和華中科技大學(xué)的李柱、徐振高教授等團(tuán)隊(duì)。

計(jì)算機(jī)輔助公差設(shè)計(jì)旨在解決機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)和制造過程中與產(chǎn)品精度有關(guān)的所有環(huán)節(jié)。按照CAT在產(chǎn)品設(shè)計(jì)和和制造中所起到的不同作用，CAT技術(shù)包括公差信息建模、尺寸鏈自動(dòng)生成、公差分析、公差綜合等內(nèi)容，其關(guān)中關(guān)鍵技術(shù)主要包括并行公差設(shè)計(jì)理論、動(dòng)態(tài)公差控制技術(shù)、公差成本建模技術(shù)、功能尺寸的自動(dòng)化標(biāo)注、形位公差的確定、尺寸鏈的應(yīng)用、公差穩(wěn)健性研究等

理論基礎(chǔ)研究的目的是為了最終開發(fā)出實(shí)用的CAT軟件，雖然計(jì)算機(jī)輔助公差設(shè)計(jì)的概念在1978年就已經(jīng)提出了，但是直到近幾年，才出現(xiàn)了商品化的計(jì)算機(jī)輔助公差設(shè)計(jì)軟件，如CE/TOL、Sigmund 3D、Valisys等，另外傳統(tǒng)的CAD軟件也新增了自主研發(fā)的公差分析模塊，如Ideas中的2D Tolerance Analysis模塊，EDS/Unigraphics提供的EDS/VisVSA等公差模塊[12]。但是，這些公差分析軟件主要集中在公差分析方面，其公差模型的生成、對(duì)ISO公差標(biāo)準(zhǔn)的支持、對(duì)形位公差的支持、對(duì)三維公差設(shè)計(jì)和分析的支持等方面還有很多問題，迫切需要攻關(guān)性研究。

在計(jì)算機(jī)輔助公差設(shè)計(jì)(CAT)領(lǐng)域，目前公差設(shè)計(jì)軟件尚未達(dá)到應(yīng)用水平，某些CAD／CAM軟件系統(tǒng)的公差分析模塊的性能有待進(jìn)一步完善，可靠性也有待進(jìn)一步提高。還未出現(xiàn)一個(gè)非常實(shí)用的公差綜合分析軟件。另外，大多數(shù)研究都集中在一維尺寸公差的設(shè)計(jì)方面，相對(duì)來說在形位公差和三維公差方面的研究則較少[13]。

計(jì)算機(jī)輔助公差設(shè)計(jì)旨在解決機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)和制造過程中與產(chǎn)品精度有關(guān)的所有環(huán)節(jié)。按照CAT在產(chǎn)品設(shè)計(jì)和和制造中所起到的不同作用，CAT技術(shù)包括公差信息建模、尺寸鏈自動(dòng)生成、公差分析、公差綜合等內(nèi)容，如圖1.1所示，經(jīng)過國內(nèi)外學(xué)者的不懈努力，CAT技術(shù)取得了長足的發(fā)展。

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圖1.1 計(jì)算機(jī)輔助公差設(shè)計(jì)技術(shù)示意圖

1.2 CAT的體系結(jié)構(gòu)

公差信息作為機(jī)械產(chǎn)品模型中的一部分，公差表示、分析和分配必須依賴于具體的產(chǎn)品生成、制造環(huán)境，因此計(jì)算機(jī)輔助公差設(shè)計(jì)（CAT）是基于某一個(gè)產(chǎn)品建模系統(tǒng)的。CAT系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)如圖1.2所示，從中可知，CAT系統(tǒng)位于產(chǎn)品建模系統(tǒng)之內(nèi)，其公差表示模塊通過造型接口與產(chǎn)品實(shí)體造型系統(tǒng)連接，用戶通過用用戶接口進(jìn)行公差建模、公差分析和公差分配工作，生成的模型數(shù)據(jù)、設(shè)計(jì)結(jié)果與產(chǎn)品原有的數(shù)據(jù)統(tǒng)一存儲(chǔ)于產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫中。系統(tǒng)管理員負(fù)責(zé)系統(tǒng)的功能維護(hù)，通過系統(tǒng)管理員接口對(duì)CAT系統(tǒng)模塊進(jìn)行補(bǔ)充[14]。

圖1.2 公差CAT系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)

1.3 論文研究的主要內(nèi)容

本文的研究主要圍繞如何將公差設(shè)計(jì)功能與PROE軟件相集成，即在PROE軟件上實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)輔助公差設(shè)計(jì)。本文研究的公差設(shè)計(jì)系統(tǒng)主要包括自動(dòng)生成裝配尺寸鏈、公差 3

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優(yōu)化設(shè)計(jì)和公差分析等功能，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了與CAD的裝配信息模型的數(shù)據(jù)傳遞，用戶可以利用該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)裝配公差的快速設(shè)計(jì)。

1.分析CAD環(huán)境下裝配模型的數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)信息，建立面向裝配尺寸鏈的數(shù)據(jù)庫，研究從PROE中提取相關(guān)信息，生成裝配數(shù)據(jù)庫，完成從三維到二維模型數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。

2.在裝配數(shù)據(jù)庫的基礎(chǔ)上，進(jìn)行裝配尺寸鏈自動(dòng)生成的研究。并給出了尺寸鏈的原理和它所描述設(shè)計(jì)函數(shù)的。

3.研究裝置在滿足功能要求的情況下，給出各零部件的合理精度，為后續(xù)的公差分配提供合理的設(shè)計(jì)依據(jù)。

4.根據(jù)裝配圖拆分零件圖并運(yùn)用PROE軟件建立各零件的三維模型并進(jìn)行虛擬裝配。

5.進(jìn)行公差分析與綜合的研究。本課題在極值法和概率統(tǒng)計(jì)法兩種方法的基礎(chǔ)上研究了組成環(huán)和封閉環(huán)的分布規(guī)律。在保證裝配精度的前提下，降低成本，優(yōu)化裝配尺寸鏈中各零件公差。

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第2章 計(jì)算機(jī)輔助公差設(shè)計(jì)總體方案設(shè)計(jì)

2.1 計(jì)算機(jī)輔助公差設(shè)計(jì)的基本概念

2.1.1 公差

公差是零件尺寸和幾何參數(shù)的允許變動(dòng)量，是機(jī)械精度表達(dá)的具體體現(xiàn)。它是機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)和制造的重要技術(shù)指標(biāo)，是機(jī)械裝置的使用要求與制造經(jīng)濟(jì)性之間協(xié)調(diào)的產(chǎn)物。公差主要包括尺寸公差、形狀和位置公差和表面粗糙度等內(nèi)容，分別對(duì)零件特征表面進(jìn)行尺寸、形狀、位置和表面質(zhì)量等方面的變動(dòng)量進(jìn)行控制。2.1.2 尺寸鏈

尺寸鏈(Dimensional Chain)是在機(jī)器裝配或零件加工過程中，由相互連接的尺寸形成的封閉的尺寸組，也稱公差鏈(Tolerance Chain)．列入尺寸鏈的每一個(gè)尺寸稱為環(huán)。環(huán)又分為封閉環(huán)和組成環(huán)兩種。尺寸鏈具有以下兩個(gè)特性: 封閉性:組成尺寸鏈的各個(gè)尺寸按一定順序構(gòu)成一個(gè)封閉的形式。

相關(guān)性:其中某個(gè)尺寸變動(dòng)將影響其他尺寸變動(dòng)，彼此間相互聯(lián)系，相互影響。下面介紹尺寸鏈相關(guān)的三個(gè)最重要的概念是:封閉環(huán)、組成環(huán)和傳遞系數(shù)。

1.封閉壞(close link)根據(jù)尺寸鏈的封閉性，最終被間接保證的那個(gè)環(huán)成為封閉環(huán)，它是在裝配過程或加工過程中最后形成的一環(huán)。封閉環(huán)通常代表產(chǎn)品的技術(shù)要求，體現(xiàn)裝配質(zhì)量指標(biāo)。在加工制造中，封閉環(huán)代表間接獲得的尺寸，或者是被換算的原設(shè)計(jì)要求尺寸。

2.組成環(huán)(component link)尺寸鏈中對(duì)封閉環(huán)有影響的環(huán)稱為組成環(huán)。即尺寸鏈中出封閉環(huán)以外的環(huán)都是組成環(huán)。每一個(gè)組成環(huán)的變動(dòng)都會(huì)引起封閉環(huán)的變動(dòng)。在工藝尺寸鏈中，它是加工時(shí)直接保證的尺寸：在裝配尺寸鏈中，它是參與裝配的原始尺寸。因此，各組成環(huán)的誤差都集中地反映到封閉環(huán)上來，即封閉環(huán)誤差是組成環(huán)誤差的累積與綜合。

(1)增環(huán)(increasing link)在其余組成壞不變的情況下，能使封閉環(huán)的尺寸隨該環(huán)變大而變大，隨該環(huán)變小而變小的環(huán)稱為增環(huán)。

(2)減環(huán)(decreasing link)在其余組成環(huán)不變的情況下，能使封閉環(huán)的尺寸隨該環(huán)變大而變小，隨該環(huán)變小而變大的環(huán)稱為減環(huán)。

3.傳遞系數(shù)(scaling factor，transformation ratio)各組成環(huán)對(duì)封閉環(huán)影響大小 5

沈陽理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 的系數(shù)稱為傳遞系數(shù)。傳遞系數(shù)值等于組成環(huán)在封閉環(huán)上引起的變動(dòng)量對(duì)該組成環(huán)本身的變動(dòng)量之比。建立一般形式的尺寸鏈方程式：

A0?f(A1,A2,?,Am)

（2.1）

式中：A0為封閉環(huán)尺寸，A1、A2，為組成環(huán)尺寸,ｍ為組成環(huán)環(huán)數(shù)。

對(duì)上式取全微分，得

dA0??f?f?fdA1?dA2??dAm（2.2）?A1?A2?Am式中各偏導(dǎo)數(shù) 表示各組成環(huán)在封閉環(huán)上引起的變動(dòng)量對(duì)各相應(yīng)組成環(huán)本身變動(dòng)量之比，是各組成環(huán)的傳遞系數(shù)。設(shè)第i個(gè)組成環(huán)Ai的傳遞系數(shù)為ξi，則有

?i?對(duì)于增環(huán)ξi為正值，對(duì)于減環(huán)ξi為負(fù)值 2.1.3 公差設(shè)計(jì)

?f（2.3）?Ai公差設(shè)計(jì)的主要任務(wù)是求解封閉環(huán)與組成環(huán)的基本尺寸及其公差之間的關(guān)系問題，可概括為兩類問題：

1.公差控制（正計(jì)算）： 己知組成環(huán)的尺寸、公差或偏差，求封閉環(huán)的尺寸、公差或偏差，也叫校核計(jì)算、公差分析、公差驗(yàn)證。

2.公差分配（反計(jì)算）： 己知封閉環(huán)的尺寸、公差或偏差，求各組成環(huán)的尺寸、公差或偏差，也叫設(shè)計(jì)計(jì)算、公差綜合等。

正計(jì)算是反計(jì)算的逆過程。

在裝配體的設(shè)計(jì)過程中，若各零件的尺寸、公差己經(jīng)確定，則尺寸鏈計(jì)算的一般步驟是先進(jìn)行公差控制：己知各組成環(huán)的尺寸、公差或偏差，求封閉環(huán)的尺寸、公差或偏差。若封閉環(huán)尺寸、公差或偏差不滿足設(shè)計(jì)要求，則進(jìn)行公差分配：按設(shè)計(jì)要求指定封閉環(huán)的尺寸、公差或偏差，求各組成環(huán)的尺寸、公差或偏差。

在裝配體的設(shè)計(jì)過程中，若各零件的尺寸、公差沒有完全確定，則可直接進(jìn)行公差分配，對(duì)各組成環(huán)進(jìn)行公差分配。公差分配的結(jié)果可作為最終的設(shè)計(jì)結(jié)果，也可被設(shè)計(jì)者作為參考設(shè)計(jì)值，設(shè)計(jì)者可以根據(jù)實(shí)際情況和經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行一定范圍的修改和再設(shè)計(jì)，然后利用公差控制進(jìn)行合理性檢驗(yàn)[15]。上述過程如圖2.1所示：

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圖2.1 公差設(shè)計(jì)流程圖

2.1.4 公差優(yōu)化設(shè)計(jì)

公差優(yōu)化設(shè)計(jì)實(shí)質(zhì)上是一個(gè)以尺寸鏈（或傳動(dòng)鏈）組成的零部件制造成本最小為目標(biāo)，以設(shè)計(jì)技術(shù)條件和預(yù)期裝配成功率為約束的數(shù)學(xué)規(guī)劃問題，也是一個(gè)多隨機(jī)變量的優(yōu)化問題。其過程可用圖2.2表示：

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圖2.2 公差優(yōu)化設(shè)計(jì)示意圖

2.1.5 公差疊加

公差疊加包括形位公差的疊加和尺寸公差的疊加。公差疊加分析常被用于一維方向上的尺寸公差，由此產(chǎn)生的最終公差始終是組件公差的總和。在直角坐標(biāo)系，三維公差帶可以投射到二維公差帶，二維公差帶可以投射到到一維公差帶，如圖2.3所示[16]。大多數(shù)的公差帶都是三維的，然而公差鏈和公差分析通常都是在二維或一維的環(huán)境中進(jìn)行的。通過上述的轉(zhuǎn)化就可以完成各個(gè)方向的一維公差的疊加分析，在裝配尺寸鏈中我們可以大致的將轉(zhuǎn)化為一維的形位公差視為尺寸公差與其他尺寸公差進(jìn)行疊加計(jì)算，這樣就將問題大為簡化，最終的公差為組件公差的總和。

圖2.3 公差帶的投影關(guān)系

圖2.4 一維公差疊加的公差帶分布圖

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2.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)思想和原則

2.2.1 并行設(shè)計(jì)思想

傳統(tǒng)精度設(shè)計(jì)主要分布在三個(gè)大的階段：

設(shè)計(jì)階段：工程師根據(jù)產(chǎn)品功能要求和產(chǎn)品結(jié)構(gòu)決定設(shè)計(jì)公差，相對(duì)對(duì)制造階段中的問題不一定考慮得十分周到，而且大多采用極值法來設(shè)計(jì)公差；

制造階段：工藝師根據(jù)設(shè)計(jì)公差確定余量、加工公差、加工工藝路線和方法，不對(duì)產(chǎn)品功能要求和設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)加以考慮；

質(zhì)量控制和檢測(cè)階段：檢驗(yàn)師只考慮加工零件的檢驗(yàn)問題，并與設(shè)計(jì)公差相比看是否滿足設(shè)計(jì)公差要求，一旦超過設(shè)計(jì)精度就成為次品或廢品，增加了成本。

在這種方式中，設(shè)計(jì)精度沒有很好地考慮制造性，設(shè)計(jì)、制造和質(zhì)量控制沒有形成閉環(huán)，沒有實(shí)現(xiàn)精度控制的柔性和動(dòng)態(tài)調(diào)整性，沒有有效地降低次品或廢品的范圍，沒有將加工成本控制在最低水平。因此，應(yīng)引入并行精度設(shè)計(jì)的思想，力求在設(shè)計(jì)階段就直接獲得滿足設(shè)計(jì)要求的加工公差和檢驗(yàn)規(guī)程。

為了使制造更有效、更經(jīng)濟(jì)，獲得優(yōu)質(zhì)、低成本的產(chǎn)品，應(yīng)開展并進(jìn)行公差設(shè)計(jì)理論的研究。在設(shè)計(jì)階段充分考慮制造和質(zhì)量檢驗(yàn)階段對(duì)公差的約束和要求，直接求出滿足設(shè)計(jì)要求的加工公差和檢驗(yàn)要求，提高產(chǎn)品的綜合質(zhì)量和市場(chǎng)競爭力的重要途徑。并行公差設(shè)計(jì)方法通過盡早考慮相關(guān)環(huán)節(jié)對(duì)上游環(huán)節(jié)的制約，縮小了上游環(huán)節(jié)的決策空間，減小了決策的不確定性，實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)結(jié)果的早期驗(yàn)證，降低了開發(fā)費(fèi)用[17]。

包含并行精度設(shè)計(jì)的并行設(shè)計(jì)系統(tǒng)如圖2.3所示

圖2.3 并行公差設(shè)計(jì)圖

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2.2.2 經(jīng)濟(jì)性原則

加工成本在機(jī)械產(chǎn)品的總成本中占有重要地位，己成為企業(yè)的重要指標(biāo)。影響加工成本的許多因素中零件公差起著重要的作用。一般來說，在設(shè)計(jì)時(shí)零件的公差越小越能保證設(shè)計(jì)功能要求和高的零件可裝配性，但必導(dǎo)致高的加工成本。經(jīng)濟(jì)性原則一般從工藝性、合理的精度要求、合理選材、合理的調(diào)整環(huán)節(jié)、提高整機(jī)的使用壽命等環(huán)節(jié)來考慮。從設(shè)計(jì)者的觀點(diǎn)來看，總是希望公差盡可能小，而從制造者的角度來看，則希望公差值大些以降低加工難度和對(duì)加工機(jī)械的要求。如何在滿足裝配功能要求的條件下，最佳組合各零件的設(shè)計(jì)公差，以達(dá)到總制造成本最低，是計(jì)算機(jī)輔助精度設(shè)計(jì)的基本原則。2.2.3 系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)圖

本文研究的公差設(shè)計(jì)系統(tǒng)主要包括自動(dòng)生成裝配尺寸鏈、公差優(yōu)化設(shè)計(jì)和公差分析等功能系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了與CAD的裝配信息模型的數(shù)據(jù)傳遞，用戶可以利用該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)裝配公差的快速設(shè)計(jì)。其功能圖如圖2.4。

圖2.4 系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)圖

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第3章 帶傳動(dòng)裝置各關(guān)鍵部件的精度設(shè)計(jì)

3.1 機(jī)械精度設(shè)計(jì)概述

機(jī)器精度的設(shè)計(jì)盡管需要從多方面進(jìn)行分析與計(jì)算，但總是要根據(jù)給定的整機(jī)精度，確定出各個(gè)組成零件的精度。因此，零件的精度設(shè)計(jì)是整機(jī)精度設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。影響零件精度的最基本因素是零件的尺寸、形狀、方向和位置以及表面粗糙度，因而，精度設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容包括尺寸公差、形位公差、表面質(zhì)量等幾個(gè)方面的選擇與設(shè)計(jì)[]。幾何精度設(shè)計(jì)的方法主要有：類比法、計(jì)算法和試驗(yàn)法三種。

1.類比法

類比法就是與經(jīng)過實(shí)際使用證明合理的類似產(chǎn)品上的相應(yīng)要素相比較，確定所設(shè)計(jì)零件幾何要素的精度。采用類比法進(jìn)行精度設(shè)計(jì)時(shí)，必須正確選擇類比產(chǎn)品，分析它與所設(shè)計(jì)產(chǎn)品在使用條件和功能要求等方面的異同，并考慮到實(shí)際生產(chǎn)條件、制造技術(shù)的發(fā)展、市場(chǎng)供求信息等多種因素。采用類比法進(jìn)行精度設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)是資料的收集、分析與整理。類比法是大多數(shù)零件要素精度設(shè)計(jì)采用的方法。類比法亦稱經(jīng)驗(yàn)法。

2.計(jì)算法

計(jì)算法就是根據(jù)由某種理論建立起來的功能要求與幾何要素公差之間的定量關(guān)系，計(jì)算確定零件要素的精度。

目前，用計(jì)算法確定零件幾何要素的精度，只適用于某些特定的場(chǎng)合。而且，用計(jì)算法得到的公差，往往還需要根據(jù)多種因素進(jìn)行調(diào)整。

3.試驗(yàn)法

試驗(yàn)法就是先根據(jù)一定條件，初步確定零件要素的精度，并按此進(jìn)行試制。再將試制產(chǎn)品在規(guī)定的使用條件下運(yùn)轉(zhuǎn)，同時(shí)，對(duì)其各項(xiàng)技術(shù)性能指標(biāo)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并與預(yù)定的功能要求相比較，根據(jù)比較結(jié)果再對(duì)原設(shè)計(jì)進(jìn)行確認(rèn)或修改。經(jīng)過反復(fù)試驗(yàn)和修改，就可以最終確定滿足功能要求的合理設(shè)計(jì)。

試驗(yàn)法的設(shè)計(jì)周期較長且費(fèi)用較高，因此，主要用于新產(chǎn)品設(shè)計(jì)中個(gè)別重要要素的精度設(shè)計(jì)。迄今為止，幾何精度設(shè)計(jì)仍處于以經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)為主的階段。大多數(shù)要素的幾何精度都是采用類比的方法憑實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)確定的。

根據(jù)對(duì)以上三種精度設(shè)計(jì)方法的說明，我們可知現(xiàn)在的精度設(shè)計(jì)還是普遍使用類比的方法，本設(shè)計(jì)也一樣采用類比法對(duì)裝置的各零部件進(jìn)行精度的設(shè)計(jì)。

分析帶傳動(dòng)裝置的裝配結(jié)構(gòu)可知如圖3.1所示，影響公差分析的的零部件的尺寸主 11

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要是由主軸、軸承、軸承座上的尺寸構(gòu)成的徑向尺寸鏈，故此，我們?cè)谧鼍仍O(shè)計(jì)時(shí)，主要對(duì)它們進(jìn)行精度設(shè)計(jì)，軸向的尺寸鏈中的組成環(huán)都是非配合尺寸，其一般公差的確定一概按照GB/T1804-2000中的線性尺寸的極限偏差數(shù)值設(shè)計(jì)。

圖3.1 帶傳動(dòng)裝置裝配圖

由于本設(shè)計(jì)中的對(duì)封閉環(huán)的公差分析受組成環(huán)的影響，所以在進(jìn)行計(jì)算機(jī)輔助公差設(shè)計(jì)時(shí)，為了確保最終的所保證的那個(gè)封閉環(huán)的精度達(dá)到設(shè)計(jì)的要求必須先確保各組成環(huán)所在的零件達(dá)到一定的精度要求，故此要先進(jìn)行各關(guān)鍵零部件的精度設(shè)計(jì)。

3.2 軸承的精度設(shè)計(jì)

由于在帶傳動(dòng)裝置中的滾動(dòng)軸承對(duì)旋轉(zhuǎn)精度和運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)性要求不高且所受的載荷不大，且所受載荷故選擇0級(jí)深溝球軸承。再依據(jù)GB/7307.1—2005中向心軸承單一平面內(nèi)平均內(nèi)徑與外徑的極限偏差的數(shù)據(jù)可得出滾動(dòng)軸承的內(nèi)外圈的公差分別為： Ф20（-0.010）、Ф42（-0.011）0

03.3 主軸的精度設(shè)計(jì)

由于主軸屬回轉(zhuǎn)體，因此，主要是設(shè)計(jì)直徑尺寸和軸向尺寸。其中直徑尺寸的設(shè)計(jì)主要是考慮主軸與其他零部件存在配合關(guān)系的部位。標(biāo)注長度尺寸時(shí)，既要考慮零件尺寸的精度要求，又要符合機(jī)械加工的工藝過程，不致給機(jī)械加工造成困難或給操作者帶來不便。因此，需要考慮基準(zhǔn)面和尺寸鏈問題。

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軸類零件的表面加工主要在車床上進(jìn)行，因此，軸向尺寸的設(shè)計(jì)與標(biāo)注形式和選定的定位基準(zhǔn)面也必須與車削加工過程相適應(yīng)。3.3.1 尺寸公差的確定

軸類零件有以下各處需要設(shè)計(jì)與標(biāo)注尺寸公差，即選擇確定其公差值，一般采用類比法確定。1.直徑公差

根據(jù)圖3.1我們可以看出主軸與軸承在徑向存在配合的關(guān)系，因此主軸的直徑公差也受兩者之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)關(guān)系及裝配要求的影響。表3.1提供了3類主軸與軸承配合選擇的大體方向，可供參考。

表3.1 配合類型

據(jù)上表我們選擇的配合類型為過度配合，再進(jìn)一步選擇確定非基準(zhǔn)件的基本偏差代號(hào)。

由于滾動(dòng)軸承是精密的標(biāo)準(zhǔn)部件，使用時(shí)不能在進(jìn)行加工，因此軸承內(nèi)圈與軸采用基孔制配合，外圈與外殼孔采用基軸制配合，如圖3.2所示

圖3.2 滾動(dòng)軸承與軸頸和外殼孔配合常用公差帶圖解（摘自GB/T275-93）

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再由深溝球軸承所受載荷為旋轉(zhuǎn)負(fù)荷，及主軸的直徑為Ф20，根據(jù)GB/T275-93可得軸承內(nèi)圈配合的軸頸的公差帶代號(hào)為k6。2.鍵槽的尺寸公差

鍵連接是由鍵、軸、輪轂這3個(gè)零件的結(jié)合，其特點(diǎn)是通過鍵的側(cè)面分別與軸槽、輪轂槽的側(cè)面接觸來傳遞軸和輪轂間的運(yùn)動(dòng)和扭矩，并承受符合，因此鍵寬和鍵槽寬b是決定配合性質(zhì)的主要參數(shù)，即配合尺寸，其余的尺寸是非配合尺寸。

鍵是標(biāo)準(zhǔn)的精拔鋼制成的，是標(biāo)準(zhǔn)件，是平鍵連接中的“軸”，因此鍵寬與鍵槽寬的配合采用基準(zhǔn)制配合，鍵寬公差帶為h9。平鍵連接的配合分為較松連接、一般連接和較緊連接三類，配合性質(zhì)及應(yīng)用見表3.2。

表3.2平鍵連接的3種配合性質(zhì)及應(yīng)用

鍵寬和鍵槽寬b的公差帶如圖3.3。

圖3.3 鍵寬和鍵槽寬b的公差帶

鍵寬b和鍵高h(yuǎn)（公差帶按h11）的公差值按其基本尺寸從GB/T1800.3-1998中查取。本設(shè)計(jì)中的鍵與軸槽、輪轂槽的配合屬一般連接故軸槽的槽寬公差為N9。

為了高平鍵的連接的效果，國家標(biāo)準(zhǔn)中還對(duì)鍵和鍵槽的形位公差和表面粗糙度提出了如下的規(guī)定。最后軸鍵槽的精度設(shè)計(jì)如圖3.4、3.5所示

（1）對(duì)于軸槽和輪轂槽對(duì)軸線的對(duì)稱度公差，一般按GB/T1184-1996《形狀和位置 14

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公差》中對(duì)稱度7～9級(jí)選取。

（2）當(dāng)鍵長L與鍵寬b之比大于或等于8時(shí)，b的兩側(cè)面在長度方向的平行度公差按GB/T1184-1996《形狀和位置公差》選取，當(dāng)b=6mm時(shí)取7級(jí)，b=8～36mm時(shí)取6級(jí)；當(dāng)b=40mm時(shí)取5級(jí)。

（3）表面粗糙度要求：槽側(cè)面取Ra為1.6～6.3μｍ；其他非配合面Ra為6.3～12.5 μｍ。

圖3.4 軸鍵槽1的精度指標(biāo) 圖3.5 軸鍵槽2的精度指標(biāo)

3.軸的長度公差

線性尺寸的一般公差主要用于較低精度的非配合尺寸，當(dāng)功能上允許的公差等于或大于一般公差時(shí)，均應(yīng)采用一般公差。

線性尺寸的一般公差規(guī)定有4個(gè)公差等級(jí)。從高到低依次為精密級(jí)、中等級(jí)、粗糙級(jí)、最粗級(jí)，分別用字母f、m、c和v表示，其極限偏差見下表3.3：

表3.3 線性尺寸的極限偏差數(shù)值（摘自GB/T1804-2000）(單位：mm)

由于本設(shè)計(jì)的帶傳動(dòng)裝置的精度要求不是很高故選用公差等級(jí)為中等的公差。且不是所有的軸向尺寸都應(yīng)該標(biāo)注出，而是選擇構(gòu)成尺寸鏈的那部分予以標(biāo)注。

由上述的分析可得：主軸的軸向尺寸的公差分別為36±0.3mm；12±0.2 mm；同時(shí)附上端蓋的軸向尺寸的公差8±0.2 mm；16±0.2 mm。

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3.3.2 形位公差的確定

各重要表面的形狀公差和位置公差。根據(jù)傳動(dòng)精度和工作條件等，可確定以下各處的形位公差：

1．配合表面的圓柱度

與滾動(dòng)軸承或齒輪(蝸輪)等配合的表面，其圓柱度公差約為軸直徑公差的1／2；與聯(lián)軸器和帶輪等配合的表面，其圓柱度公差約為軸直徑公差的0.6～0.7 倍。故軸頸出的圓柱度為0.013/4≈0.003mm,與帶輪配合處的公差值為（0.6～0.7）*0.011/2≈0.004mm。

2.配合表面的徑向跳動(dòng)公差

軸與兩滾動(dòng)軸承的配合部位的徑向跳動(dòng)度，其公差值：對(duì)球軸承為IT6，對(duì)滾子軸 承為IT5。由于配合處的軸頸為Φ20mm故查表可知該處的徑向跳動(dòng)公差為0.013mm。

3.軸肩的端面跳動(dòng)公差

與滾動(dòng)軸承端面接觸：對(duì)球軸承取(1～2)IT5；對(duì)滾子軸承取(1～2)IT4。此處為滾動(dòng)球軸承故軸肩的端面跳動(dòng)公差為0.009～0.018mm取為0.012mm。4.平鍵鍵槽兩側(cè)面相對(duì)軸線的平行度和對(duì)稱度

平行度公差約為軸槽寬度公差的1/2；對(duì)稱度公差約為軸槽寬度公差的2倍。由前述軸槽寬度公差的設(shè)計(jì)可知其公差為0.03mm，故平行度公差為0.015mm，對(duì)稱度公差為0.06mm。

3.3.3 表面粗糙度的確定

軸的各個(gè)表面都需要進(jìn)行加工，其表面粗糙度數(shù)值可按表3.4推薦值的確定，或查其他手冊(cè)。

表3.4 推薦用的軸加工表面粗糙度數(shù)值

3.3.4 主軸精度設(shè)計(jì)指標(biāo)

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圖3.6 主軸精度設(shè)計(jì)圖

3.4 軸承座的精度設(shè)計(jì)

承座是用來支撐軸承的，固定軸承的外圈，僅僅 讓內(nèi)圈轉(zhuǎn)動(dòng)，外圈保持不動(dòng)，始終與傳動(dòng)的方向保持一致，并且保持平衡；,軸承座的概念就是軸承和箱體的集合體,以便于應(yīng)用,這樣的好處是可以有更好的配合,更方便的使用,減少了使用廠家的成本。所以對(duì)軸承座的精度設(shè)計(jì)是十分必要的。由于軸承座孔與軸承之間也存在配合關(guān)系，所以軸承座的精度設(shè)計(jì)與主軸的精度設(shè)計(jì)類似也是采用類比法進(jìn)行精度設(shè)計(jì)。參照主軸的精度設(shè)計(jì)可知：

1.軸承座孔直徑尺寸公差

由于軸承座孔所受載荷為旋轉(zhuǎn)載荷且所受載荷較小，同時(shí)考慮到與其配合的軸承為深溝球軸承，所以根據(jù)下表3.5中說明，我們可知軸承座孔的公差帶代號(hào)為J7。

表3.5 滾動(dòng)軸承和外殼孔的配合 孔公差帶代號(hào)（GB/T275-93）

2.軸向長度尺寸公差

由于軸承座的軸向的尺寸與主軸的軸向尺寸一樣都為非配合尺寸，所以它們的 17

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精度設(shè)計(jì)參照主軸的長度尺寸的精度設(shè)計(jì)（見表3.3）可知軸承座的尺寸鏈中的軸向尺寸的公差分別為76±0.3mm。

3.軸承座的精度指標(biāo)

圖3.7 軸承座精度設(shè)計(jì)圖 18

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第4章

PRO/E的建模與虛擬裝配

4.1 基于PRO/E的參數(shù)化建模

4.1.1 參數(shù)化設(shè)計(jì)概念

參數(shù)化設(shè)計(jì)是Revit Building的一個(gè)重要思想，它分為兩個(gè)部分：參數(shù)化圖元和參數(shù)化修改引擎。Revit Building中的圖元都是以構(gòu)件的形式出現(xiàn)，這些構(gòu)件之間的不同，是通過參數(shù)的調(diào)整反映出來的，參數(shù)保存了圖元作為數(shù)字化建筑構(gòu)件的所有信息。參數(shù)化修改引擎提供的參數(shù)更改技術(shù)使用戶對(duì)建筑設(shè)計(jì)或文檔部分作的任何改動(dòng)都可以自動(dòng)的在其它相關(guān)聯(lián)的部分反映出來，采用智能建筑構(gòu)件、視圖和注釋符號(hào)，使每一個(gè)構(gòu)件都通過一個(gè)變更傳播引擎互相關(guān)聯(lián)。構(gòu)件的移動(dòng)、刪除和尺寸的改動(dòng)所引起的參數(shù)變化會(huì)引起相關(guān)構(gòu)件的參數(shù)產(chǎn)生關(guān)聯(lián)的變化，任一視圖下所發(fā)生的變更都能參數(shù)化的、雙向的傳播到所有視圖，以保證所有圖紙的一致性，毋須逐一對(duì)所有視圖進(jìn)行修改。從而提高了工作效率和工作質(zhì)量。4.1.2 參數(shù)化設(shè)計(jì)的主要技術(shù)特點(diǎn)

參數(shù)化設(shè)計(jì)的基本思想是以約束來表達(dá)產(chǎn)品模型的形狀特征，通過從模型中特區(qū)一些主要的定形、定位或裝配尺寸作為自定義變量，修改這些變量的同時(shí)由一些公式計(jì)算出并變動(dòng)其他相關(guān)尺寸，從而方便地創(chuàng)建一系列形狀相似的零件。這種用尺寸驅(qū)動(dòng)、修改圖形的功能為初始產(chǎn)品設(shè)計(jì)、產(chǎn)品建模、修改系列產(chǎn)品設(shè)計(jì)提供了有效的手段，能夠滿足設(shè)計(jì)具有相同或相近幾何拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的工程系列產(chǎn)品及相關(guān)工藝裝備的需要。

參數(shù)化設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)是對(duì)設(shè)計(jì)人員的初始設(shè)計(jì)要求低，無需精確繪圖，只需勾繪草圖，然后可通過適當(dāng)?shù)募s束得到所需精確圖形；便于編輯、修改，能滿足反復(fù)設(shè)計(jì)的需要。但是傳統(tǒng)的參數(shù)化設(shè)計(jì)也參在以下的不足之處：

（1）自定義變量只能驅(qū)動(dòng)幾何尺寸，即通過一些公式來修改零件的幾何尺寸，而零 件的形狀已基本明確，即零件的特征基本給定，幾乎不能改變。

（2）自定義變量之間相互獨(dú)立，不便建立任何函數(shù)關(guān)系，也不便對(duì)每個(gè)變量做約束。會(huì)容易出現(xiàn)變形甚至信息丟失。

4.2 帶傳動(dòng)裝置的建模過程

帶傳動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)目的是用于傳遞運(yùn)動(dòng)和轉(zhuǎn)矩，其中通過帶輪與主軸的配合，將外在動(dòng)力輸入，最后再由主軸與其他零件的配合將動(dòng)力輸出，其中主軸起到傳遞動(dòng)力的作用、軸承座在裝置中起到支撐和保證旋轉(zhuǎn)精度的作用。軸承是在機(jī)械傳動(dòng)過程中起固定 19

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和減小載荷摩擦系數(shù)的作用。也可以說，當(dāng)其它機(jī)件在軸上彼此產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，用來降低動(dòng)力傳遞過程中的摩擦系數(shù)和保持軸中心位置固定。本設(shè)計(jì)中的帶傳動(dòng)裝置主要包括以下四個(gè)部分：主軸、軸承座、帶輪、端蓋 4.2.1 主軸的建模

首先打開PRO/E 5.0的界面，新建一文件名為zhuzhou的零件，取消缺省設(shè)置，選擇單位為mm的模板?？紤]到主軸為回轉(zhuǎn)件，決定先采用旋轉(zhuǎn)工具先構(gòu)建主體之后通過倒角、倒圓、孔等工具完善模型。主軸的結(jié)構(gòu)尺寸如下圖所示，其建模過程如下：(1)選擇旋轉(zhuǎn)工具，然后選擇Front基準(zhǔn)面作為草繪平面，進(jìn)入草繪繪制其界面圖如下，繪制如下圖的主軸的截面。完成草繪回到旋轉(zhuǎn)建模界面默認(rèn)選擇旋轉(zhuǎn)角度為360完成旋轉(zhuǎn)建模。

圖 4.1 主軸截面圖

圖 4.2 主軸三維模型

（2）運(yùn)用拉伸工具創(chuàng)建鍵槽，首先點(diǎn)選基準(zhǔn)平面工具，選擇參照平面Front基準(zhǔn)面，選擇偏移距離為10mm新建一基準(zhǔn)面DTM1。之后點(diǎn)選拉伸工具，選擇前面新建的基準(zhǔn)面DTM1繪制拉伸截面之后完成草繪回到拉伸建模界面完成拉伸操作。

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圖 4.3 鍵槽草繪圖

圖 4.4 鍵槽三維模型圖

（3）選擇孔工具創(chuàng)建孔，選擇主軸的右端面作為孔的放置平面，根據(jù)設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)孔的外形之后運(yùn)用倒圓角、倒角工具完善模型最后完成的模型如下：

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圖 4.5 主軸

4.2.2 軸承座的建模

分析軸承座的結(jié)構(gòu)外形可知，軸承座由一回轉(zhuǎn)體和拉伸的基底組成，故考慮首先采用旋轉(zhuǎn)工具創(chuàng)建軸承座孔，之后采用拉伸工具

創(chuàng)建基底，其中多次運(yùn)用到草繪

添加油杯座。最后的模型如里的工具繪制界面，繪制原理同上。最后運(yùn)用拉伸工具下：

圖 4.6 軸承座基底草繪圖

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圖 4.7 軸承座

4.2.3 帶輪的建模

帶輪是典型的回轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)，但是帶輪的作為標(biāo)準(zhǔn)件，其輪槽的截面尺寸有標(biāo)準(zhǔn)上的要求，在繪制帶輪時(shí)，我們根據(jù)設(shè)計(jì)要求選擇Z型槽型作為本設(shè)計(jì)的帶輪槽型，其相關(guān)參數(shù)如下：

bd=8.5mm，hamin=2mm，hfmin=7.0mm，e=12±0.3，fmin=7mm，φ=38°。

同時(shí)根據(jù)帶輪的選定的基準(zhǔn)直徑選擇的帶輪的結(jié)構(gòu)形式為腹板式。所以帶輪在建模時(shí)先采用旋轉(zhuǎn)工具

建立出帶輪的大致外形，再通過孔和拉伸等工具完善模型。

圖 4.8 帶輪草繪圖

圖 4.9 帶輪

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4.2.4 端蓋的建模

端蓋的主要工作表面為左右端面以及左端面的外圓表面，一般作用為（1）軸承外圈的軸向定位；（2）防塵和密封除本身可以防塵和密封外，也常和密封件如密封圈配合以達(dá)到密封作用。

端蓋的建模是通過旋轉(zhuǎn)工具創(chuàng)建安裝孔，最后運(yùn)用倒角

創(chuàng)建出大體外形，之后通過孔工具修飾銳變。

和陣列工具

圖 4.10 端蓋草繪圖

圖 4.11 端蓋視圖圖 4.12 端蓋視圖2

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4.2.5 油杯及擋圈的建模

油杯作為標(biāo)準(zhǔn)件，通過選用合適的油杯，然后參考其平面圖繪制出其立體模型。

圖 4.13 油杯

圖 4.14 擋圈

其他零件及標(biāo)準(zhǔn)件的建模由于結(jié)構(gòu)簡單或是可從零件庫中選用，故不予以建模說明。

4.3帶傳動(dòng)裝置虛擬裝配

4.3.1 虛擬裝配概述

虛擬裝配是指通過計(jì)算機(jī)對(duì)產(chǎn)品裝配過程和裝配結(jié)果進(jìn)行分析和仿真，評(píng)價(jià)和預(yù)測(cè)產(chǎn)品模型，做出與裝配相關(guān)的工程決策，而不需要實(shí)際產(chǎn)品作支持。虛擬裝配的實(shí)現(xiàn)有助于對(duì)產(chǎn)品零部件進(jìn)行虛擬分析和虛擬設(shè)計(jì)，有助于解決零部件從設(shè)計(jì)到生產(chǎn)所出現(xiàn)的技術(shù)問題，以達(dá)到縮短產(chǎn)品開發(fā)周期、降低生產(chǎn)成本以及優(yōu)化產(chǎn)品性能等目的。

綜合虛擬裝配的應(yīng)用和解決的問題，該技術(shù)在產(chǎn)品開發(fā)過程中將具有以下功能：(1)可裝配性評(píng)價(jià) 根據(jù)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的形狀特性、精度特性，用三維形式模擬產(chǎn)品裝配過程，并以交互方式控制產(chǎn)品的模擬裝配過程，檢驗(yàn)產(chǎn)品的可裝配性，評(píng)價(jià)產(chǎn)品裝配的相對(duì)難易程度，計(jì)算裝配費(fèi)用。

(2)可制造性評(píng)價(jià) 根據(jù)產(chǎn)品裝配的相對(duì)難易程度和裝配費(fèi)用，來決定產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是否合理，是否可以直接進(jìn)行產(chǎn)品制造，或需要對(duì)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)進(jìn)裝配是將設(shè)計(jì)好的零部件進(jìn)行組織、定位、相互配合的操作，提供產(chǎn)品整體模型，為生成裝配圖做準(zhǔn)備。

(3)靜態(tài)干涉檢驗(yàn) 虛擬裝配完成后，在虛擬環(huán)境下檢驗(yàn)零部件之間是否發(fā)生干涉，能否合理地完成裝配。

(4)優(yōu)化裝配過程 使產(chǎn)品能適應(yīng)當(dāng)?shù)鼐唧w情況，合理劃分成裝配單元，使裝配單元 25

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能進(jìn)行有效地裝配。

4.3.2 基于PRO/E的帶傳動(dòng)裝置裝配

首先新建一個(gè)文件名為zhuangpeitu的組件，取消缺省設(shè)置，點(diǎn)選mmns_part_solid的模版，其建模過程如下：

單擊插入→元件→裝配或直接單擊裝配圖標(biāo)

加載組件。在工作目錄中選擇前面已經(jīng)建好的軸承座零件，運(yùn)用缺省設(shè)置裝載第一個(gè)零件。再次加載主軸選擇放置方式為對(duì)齊依次選擇兩個(gè)零件的主軸，然后再新建一對(duì)齊約束選擇這兩個(gè)零件的兩對(duì)應(yīng)基準(zhǔn)面。同理加載其他零部件的方法是一樣的，只是在裝配的過程中確定好約束條件。最后裝配完的模型如下圖：

圖 4.15 帶傳動(dòng)裝置裝配圖

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第5章 計(jì)算機(jī)輔助公差分析

5.1 PRO/E的CE/TOL模塊（公差分析）簡介

由 CETOL Technology 提供支持的 Pro/ENGINEER Tolerance Analysis 是Pro/ENGINEER Wildfire 5.0 集成在一起的一款公差分析應(yīng)用程序。利用 Pro/ENGINEER Tolerance Analysis，您可以快速地執(zhí)行與 Pro/ENGINEER 零件尺寸相關(guān)的 1-D 公差累積分析。

支持的尺寸類型包括：

? 標(biāo)準(zhǔn)線性尺寸 ? 基本線性尺寸

? 大小尺寸(如直徑或半徑)? 下列類型的 GD&T：

o 位置 o 曲面輪廓

選取“分析”(Analysis)菜單中的 “公差研究?”(Tolerance Study?)后，“公差分析管理器”(Tolerance Analysis Manager)對(duì)話框打開，即進(jìn)入公差分析模塊，其中將列出模型中以前定義的所有公差分析測(cè)量。在此對(duì)話框中，可添加、編輯或刪除公差分析測(cè)量，或?qū)y(cè)量保存為特征。

圖5.1 公差分析管理器

5.2 公差分析方法簡介

執(zhí)行公差分析時(shí)，Pro/ENGINEER Tolerance Analysis 提供兩種有本質(zhì)區(qū)別的分析工具來預(yù)測(cè)裝配測(cè)量偏差：最壞情況分析與統(tǒng)計(jì)分析。5.2.1 最壞情況公差分析（完全互換法）

完全互換法又稱極值法。用完全互換法解尺寸鏈能夠保證完全互換性，這種解法是從尺寸鏈個(gè)環(huán)的極限值來計(jì)算的。讓增環(huán)極大值與減環(huán)極小值同時(shí)出現(xiàn)，增環(huán)極小值與 27

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減環(huán)極大值同時(shí)出現(xiàn)，而不考慮各環(huán)實(shí)際尺寸的分布情況。極值法計(jì)算公式為： 封閉環(huán)公差T0

T0???iTi（5.1）

i?1n式中 T0——封閉環(huán)公差 Ti——封閉環(huán)公差

最壞情況公差分析是傳統(tǒng)的公差累積計(jì)算類型(圖 5.1)。各個(gè)尺寸均被設(shè)置為其公差極限，以使累積測(cè)量結(jié)果盡可能最大或最小。最壞情況分析意味著如果所有的尺寸都處于最大偏差情況下都可滿足要求,那么所有合格零件都能進(jìn)行滿足要求的裝配,這樣做可以保證100%地滿足裝配的正確性,可以100%地滿足零件的互換性

最壞情況模型考慮的不是各個(gè)尺寸的統(tǒng)計(jì)分布圖，而是考慮這些尺寸不超過其各自的指定公差極限。從數(shù)學(xué)角度來說，模型假設(shè)所有公差尺寸都將等于它們的其中一個(gè)極限值，并進(jìn)而產(chǎn)生極限累積情況。換言之，此模型可預(yù)測(cè)最大預(yù)期測(cè)量偏差。

圖5.2 最壞情況累積偏差

設(shè)計(jì)最壞情況公差要求可保證所有零件在裝配和運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)均正常無誤，而與實(shí)際的元件尺寸偏差和累積組合無關(guān)。最壞情況模型的主要缺點(diǎn)是它通常要求各個(gè)元件的公差配合非常緊密。這容易造成制造和檢測(cè)過程費(fèi)用昂貴和/或報(bào)廢率居高不下。

最壞情況公差分析通常用于重要的機(jī)械接口及備件更換接口。如果最壞情況公差分析不是合同規(guī)定的方法，則正確應(yīng)用統(tǒng)計(jì)公差分析可以既保證裝配結(jié)果可以接受，同時(shí)又可以增加元件公差、降低生產(chǎn)成本。5.2.2 統(tǒng)計(jì)分析

不同于上述的最壞情況分析方法,它并不要求100%的裝配,但它可以實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)和生產(chǎn)成本的有效降低,讓尺寸在較寬松的公差范圍內(nèi)滿足預(yù)期的裝配要求。統(tǒng)計(jì)偏差分析模型充分利用了統(tǒng)計(jì)學(xué)的原理，可以在兼顧質(zhì)量的情況下放寬元件公差限制。每個(gè)元件的偏差均被建模為統(tǒng)計(jì)分布圖(圖5.2)，這些分布加總后可預(yù)測(cè)裝配測(cè)量的分布情況。因此，統(tǒng)計(jì)偏差分析可預(yù)測(cè)分布情況，它可以描述裝配測(cè)量偏差，但不能描述該偏差的極限值。利用此分析模型，設(shè)計(jì)人員可以設(shè)計(jì)出任何質(zhì)量級(jí)別(不只是 100%)的產(chǎn)品，28

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從而提高設(shè)計(jì)彈性。

圖5.3 統(tǒng)計(jì)累積偏差

其對(duì)應(yīng)的計(jì)算公式為:

封閉環(huán)公差T0

1T0?k0??i?1n222iiikT（5.2）

式中 T0——封閉環(huán)公差

K0——封閉環(huán)的相對(duì)封閉系數(shù) Ki——組成環(huán)的相對(duì)分布系數(shù) Ti——組成環(huán)公差

5.3 裝配體的公差分析及優(yōu)化

分析帶傳動(dòng)裝置可知其存在軸向和徑向兩個(gè)方向上的尺寸鏈，其虛擬裝配后的斷面圖如圖5.4，故而我們將對(duì)裝配體的軸向尺寸鏈和徑向尺寸鏈進(jìn)行分析和優(yōu)化。

圖5.4 裝配斷面圖

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本設(shè)計(jì)中公差分析的過程其實(shí)是對(duì)間隙公差（封閉環(huán)）進(jìn)行分配的過程。在進(jìn)行公差分配時(shí)，必須對(duì)被加工零件在產(chǎn)品中或工序尺寸在加工過程中的作用、尺寸大小及精度、形位要求和材料性能、加工能力、工藝方法、制造成本等進(jìn)行全面分析，只有這樣才能給出經(jīng)濟(jì)合理的公差。常用的公差分配方法有：類比公差法、相等公差法、相等精度法、相等影響法、經(jīng)濟(jì)準(zhǔn)則法、綜合因素法。本設(shè)計(jì)根據(jù)前面精度設(shè)計(jì)所給出的等精度的公差進(jìn)行尺寸鏈的公差分析，根據(jù)分析的結(jié)果判定各組成環(huán)的影響，對(duì)影響較大的尺寸公差進(jìn)行修改來進(jìn)行公差的優(yōu)化。5.3.1 軸向尺寸鏈分析

根據(jù)帶傳動(dòng)裝置的裝配關(guān)系我們可知在軸向的尺寸鏈中包含的各零件的尺寸都屬于非配合的線性尺寸，由第三章中精度設(shè)計(jì)中的各零件的尺寸公差與軸向的形位公差（主要是端面跳動(dòng)值）比較可知，形位公差對(duì)測(cè)量目標(biāo)的公差分配的影響可以忽略，所以軸向的尺寸鏈的分析只考慮尺寸公差的分配。

裝配體的公差分析是基于尺寸鏈上的，所以在做公差分析之前我們得先生成裝配尺寸鏈。在裝配圖上把對(duì)某項(xiàng)精度指標(biāo)有關(guān)的零件尺寸依次排列，構(gòu)成一組封閉的鏈形尺寸，就稱為裝配尺寸連。在裝配尺寸鏈中，每個(gè)尺寸都是尺寸鏈的組成環(huán)，它們是進(jìn)入裝配的零件或部件的有關(guān)尺寸，而精度指標(biāo)常作為封閉環(huán)，顯然封閉環(huán)不是一個(gè)零件或一個(gè)部件上的尺寸，而是不同的零件或部件的表面或軸心線之間的相對(duì)位置尺寸，它是裝配后形成的。所以我們這里的封閉環(huán)選擇的是右軸承右端面與右軸承端蓋的左端面的間隙作為測(cè)量目標(biāo)，其公差定為±0.4mm。帶傳動(dòng)裝置的軸向尺寸鏈如圖5.5。

圖5.5 軸向尺寸鏈

根據(jù)上述的裝配尺寸鏈選取各零件中的對(duì)應(yīng)軸向尺寸即可自動(dòng)生成一封閉的尺寸鏈，最后在公差分析界面就可對(duì)組成環(huán)的公差對(duì)封閉環(huán)的公差的影響進(jìn)行分析，如圖5.6所示

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圖5.6 公差分析界面

完成尺寸鏈的選擇之后，定好控制目標(biāo)（封閉環(huán)）的精度指標(biāo)后，我們可用從上述界面中得到如下信息：

根據(jù)與之相關(guān)的其他直接加工出的尺寸（組成環(huán)），對(duì)關(guān)鍵非直接加工出的尺寸(封閉環(huán))進(jìn)行計(jì)算。利用這些直接加工出的尺寸（組成環(huán)）預(yù)測(cè)分布情況，來計(jì)算出間接加工出的尺寸(封閉環(huán))分布情況，再把該分布情況與設(shè)計(jì)要求的上下偏差進(jìn)行分析，看是否可滿足要求。封閉環(huán)的分布圖如圖5.7.圖5.7 間隙分布圖

從圖5.6中可用看出，間隙的分布情況是根據(jù)每個(gè)尺寸都按Cp=1的正態(tài)分布來計(jì) 31

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算出來的（Cp影響樣本的標(biāo)準(zhǔn)差）；間隙的名義尺寸和平均尺寸都是 0 ,間隙大小分布的標(biāo)準(zhǔn)差為1.8516；合格率93.5922及每百萬個(gè)單位中的缺陷數(shù)64078；偏態(tài)為0，這意味著分布是對(duì)稱的；基于前提假設(shè)Cp=1.0，該間隙尺寸的不合格的可能性很小但還未能達(dá)到合格率97%以上的要求。繼續(xù)進(jìn)行如下幾種分析： 1.敏感分析（sensitive）

敏感度圖顯示測(cè)量對(duì)每個(gè)公差的敏感度。敏感度值表明了測(cè)量與公差之間的數(shù)學(xué)關(guān)系。敏感度為 1.0 表示與公差相關(guān)聯(lián)的尺寸值的單位發(fā)生變化時(shí)，測(cè)量值也會(huì)發(fā)生等量的變化。因此，敏感度值越高(絕對(duì)值)，某尺寸對(duì)特定測(cè)量而言就越重要。在 1 維公差分析中，大多數(shù)尺寸的敏感度均為 1.0 或-1.0，但也有些直徑尺寸有時(shí)敏感度為 0.5 或-0.5。軸向尺寸鏈的測(cè)量對(duì)各組成環(huán)的敏感度圖如圖5.7。

圖5.8 尺寸的敏感度圖

根據(jù)上表可以看出，被分析的尺寸對(duì)所有尺寸的敏感度一樣，其中端蓋1的尺寸d1、軸承座的尺寸d37、端蓋2的尺寸d1的敏感度值為1；其他尺寸的敏感度為-1。2.百分比貢獻(xiàn)度分析

貢獻(xiàn)度百分比將敏感度信息與零件尺寸偏差信息相結(jié)合，以顯示各個(gè)零件尺寸所導(dǎo)致的測(cè)量偏差。從圖5.9中可用看出，對(duì)該分析尺寸的分布誤差影響最大的幾個(gè)尺寸為軸承座的尺寸d7、主軸的尺寸d1。為滿足設(shè)計(jì)的要求，對(duì)這兩個(gè)尺寸進(jìn)行更改。故將d1的尺寸由0.3mm變?yōu)?.15mm，將d7的公差大小由0.3mm變?yōu)?.2mm。優(yōu)化后的公差分析圖如圖5.10。由表中的數(shù)據(jù)可知優(yōu)化后的公差符合公差分配的要求。

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圖5.9 尺寸的貢獻(xiàn)度圖

圖5.10 公差優(yōu)化的圖

5.3.2徑向尺寸鏈公差分析

根據(jù)帶傳動(dòng)裝置的虛擬裝配圖可知，裝置的左右兩面的結(jié)構(gòu)大致對(duì)稱且由軸承、主軸、軸承座的徑向尺寸構(gòu)成的尺寸鏈相同，故選擇一處的尺寸鏈進(jìn)行分析。由于軸向的尺寸都為配合尺寸，其精度與形位公差處于同一個(gè)數(shù)量值，故將形位公差的影響考慮在內(nèi)。由于本軟件只能進(jìn)行位置度和輪廓度的分析，故我們采用將其他形位公差轉(zhuǎn)化為相對(duì)應(yīng)的尺寸公差與其他尺寸公差進(jìn)行疊加，然后進(jìn)行公差的分配。

由于上章我們已對(duì)帶傳動(dòng)裝置的各零件的精度進(jìn)行了設(shè)計(jì)，由上章的精度設(shè)計(jì)我們可知影響徑向公差分配的形位公差有主軸與軸承配合的軸頸處的圓柱度及徑向全跳動(dòng)、軸承座孔的圓柱度。圓柱度和徑向全跳動(dòng)的公差帶是三維的，如圖5.11、5.12所示。

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圖5.11 圓柱度公差帶 圖5.12 徑向全跳動(dòng)公差帶

由于我們進(jìn)行的徑向公差分析是嚴(yán)格一維的，因此上述的形位公差必須將它們轉(zhuǎn)化為徑向的對(duì)應(yīng)公差，其轉(zhuǎn)化關(guān)系參照2.1.5節(jié)中的內(nèi)容（實(shí)質(zhì)上是一個(gè)投影關(guān)系），最后我們可知圓柱度和徑向全跳動(dòng)投影到徑向的公差都為直徑兩端的兩個(gè)線性公差。但是我們從圖5.11與圖5.12它們的公差帶圖可以看到,它們有一個(gè)很大的區(qū)別在于徑向全跳動(dòng)對(duì)基準(zhǔn)有要求而圓柱度只對(duì)單一要素提出要求。因此它們?cè)谂c尺寸公差疊加時(shí)是有區(qū)別的，前者是嚴(yán)格在直徑的基本尺寸基礎(chǔ)上的公差變動(dòng)，而后者是基于直徑的實(shí)際尺寸上的公差變動(dòng)。

主軸與軸承配合處的軸頸的圓柱度為0.003mm、徑向圓跳動(dòng)0.013mm、軸頸處的直徑002（-?00..011）尺寸公差為為?20；與軸承外圈配合的軸承座孔的圓柱度為0.007mm、孔直徑為015?42（-?00..010）；它們的公差疊加示意圖如圖5.13、5.14。從圖中我們可知最后疊加后的上026029（-?00..011）（-?00..010）述兩處的徑向公差分別為?20、?42。

圖5.13 主軸徑向公差疊加圖

圖5.14 軸承座孔徑向公差疊加

通過選擇軸承座孔的軸線和主軸的軸線作為參照來選擇徑向的尺寸形成如圖5.15 34

沈陽理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 的尺寸鏈，以這兩個(gè)軸線的距離作為測(cè)量目標(biāo)，其測(cè)量目標(biāo)值定為上偏差+0.02mm、下偏差-0.04mm。

圖5.15 徑向尺寸鏈圖

由于徑向的尺寸鏈涉及到大小尺寸（直徑與半徑），主軸與軸承內(nèi)圈和軸承外圈與軸承座孔的配合相當(dāng)于孔與銷釘?shù)呐浜?，主軸與軸承外圈在孔中的位置需要確定，分析帶傳動(dòng)裝置所受的載荷可知它們?cè)诳字械奈恢檬瞧碌?，在軟件的具體操作過程中，其在一維尺寸鏈上的位置全部定位偏左。其中這里還必須考慮軸承內(nèi)外圈的同軸度，我們將其值定為：±0.05，選擇所有尺寸鏈中的組成環(huán)后其分析圖如圖5.16所示。

圖5.16 徑向尺寸鏈公差分析圖

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根據(jù)測(cè)量目標(biāo)的公差分布圖可知測(cè)量目標(biāo)的分布是偏態(tài)的，其標(biāo)準(zhǔn)差為1.6945，其分布的最大偏差范圍為-0.088到0.06025，其每百萬單位中的缺陷數(shù)為90174，裝配后帶傳動(dòng)裝置符合要求的合格率約為90.9%未達(dá)到97%以上的目標(biāo)，故應(yīng)對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化。分析上述得出的分析圖表可知有五個(gè)尺寸對(duì)封閉環(huán)的分布有影響，其中軸承的內(nèi)外圈的同軸度的影響最大，其公差百分百貢獻(xiàn)度到達(dá)92.78%對(duì)測(cè)量目標(biāo)的公差其主導(dǎo)影響，故對(duì)其尺寸進(jìn)行修改，將同軸度由±0.050mm變?yōu)椤?.03mm。優(yōu)化后的公差分析如圖5.17，從圖中我們很明顯的可以看出同軸度的公差百分比貢獻(xiàn)度已降至55.3%，與其他組成環(huán)的公差的貢獻(xiàn)度達(dá)到大致平衡，其合格率也已經(jīng)達(dá)到99%，符合設(shè)計(jì)要求。

圖5.12 徑向尺寸鏈公差優(yōu)化圖

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結(jié) 論

通過此處畢業(yè)設(shè)計(jì)，使我對(duì)計(jì)算機(jī)輔助公差設(shè)計(jì)發(fā)展現(xiàn)狀及研究方向有了較深的了解。本設(shè)計(jì)是基于裝配過程中的各零部件是剛性的，即在裝配過程中各零部件不存在變形，同時(shí)裝配過程是線性的。通過構(gòu)建一個(gè)同時(shí)存在尺寸公差和形位公差的公差模型來進(jìn)行公差的分配，通過將形位公差的線性化轉(zhuǎn)化，采用極值法和統(tǒng)計(jì)法將其與尺寸公差進(jìn)行線性化的疊加。

考慮到零件公差的多樣性及產(chǎn)品裝配過程的復(fù)雜性等因素的影響，今后需要在以下幾個(gè)方面進(jìn)行深入研究。

（1）當(dāng)前的公差模型較多，而且各有其應(yīng)用層面上的優(yōu)勢(shì)和不足，應(yīng)盡快建立一種適用于所有剛性零件、能夠較為科學(xué)全面地描述尺寸和形位公差、面向裝配公差分析的公差模型。

（2）實(shí)際裝配過程大多都是非線性的，有必要建立尺寸公差之間及尺寸公差與形位公差之間的疊加模型，雖然現(xiàn)在已有統(tǒng)計(jì)試驗(yàn)法，但其計(jì)算量大、計(jì)算時(shí)間過長

（3）柔性件的公差分析方法是目前研究的難點(diǎn)和熱點(diǎn)，其不同于剛性零件的裝配過程和偏差傳播機(jī)理，所以應(yīng)研究適用于柔性件的公差模型和分析方法。

（4）目前公差的解算和優(yōu)化問題基本上是基于尺寸鏈建立公差設(shè)計(jì)函數(shù)的數(shù)學(xué)模型，然后進(jìn)行數(shù)學(xué)求解和優(yōu)化。而現(xiàn)在公差的分析多建立在一維的尺寸鏈上，因此有必要建立一個(gè)基于多維尺寸鏈的公差模型。

（5）尺寸公差和形位公差同時(shí)存在并且互相影響，采用將這兩者同時(shí)建模的并行設(shè)計(jì)思想建立一個(gè)同時(shí)包含尺寸公差和形位公差的公差模型。

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致 謝

經(jīng)過近三個(gè)月的學(xué)習(xí)與不懈努力，終于完成了大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)。在整個(gè)設(shè)計(jì)過程中雖然遇到了很多困難，但是都在同學(xué)和老師的幫助下得到解決。在這里特別要感謝的是我的輔導(dǎo)老師張秀珩老師，在整個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)的寫作過程中，張老師不管是從選題還是在查資料準(zhǔn)備的過程中，一直都耐心地給予我指導(dǎo)和意見，使我在總結(jié)學(xué)業(yè)及撰寫論文方面都有了較大提高；同時(shí)老師高度的敬業(yè)精神和責(zé)任感給我留下深刻的印象。張老師為人隨和、嚴(yán)格要求、耐心負(fù)責(zé)、治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)，對(duì)在畢業(yè)設(shè)計(jì)過程中遇到各種問題都能提供細(xì)心而又耐心的講解。

同時(shí)得感謝這篇論文中所涉及的各位學(xué)者，他們的研究內(nèi)容對(duì)于本論文的寫作提供了很多幫助。還得對(duì)在這四年大學(xué)中教授我專業(yè)課程的老師們表示感謝，正是有了專業(yè)課的學(xué)習(xí)作為基礎(chǔ)，現(xiàn)在才能順利的完成此處畢業(yè)設(shè)計(jì)。

最后，謹(jǐn)向百忙中抽出寶貴時(shí)間評(píng)審本論文的各位老師致以最誠摯的謝意。

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參考文獻(xiàn)

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附錄A 英文原文

Theoretical Tolerance Stackup Analysis Based on Tolerance Zone Analysis E.E.Lin and H.-C.Zhang Department of Industrial Engineering, Texas Tech University, Lubbock, Texas, USA

In this paper, both dimensional tolerance stackup and geometrical tolerance stackup in one-, two-, and three-dimensions are theoretically analysed.The tolerance analysis in this study is based on the analysis of tolerance zones.The manufacturing errors are classified into two general types, locating errors and machining errors.Generative formulation of tolerance stackup is explored.A simulation example of 3D geometrical tolerance stackup is illustrated.Keywords: Dimensional;Formulation;Geometrical;Tolerance stackup;Tolerance zone

1.Introduction 1.1 The Motivation for this Study The purpose of this work is as follows: 1.Tolerance stackup analysis is used to deal with dimensional tolerances in one-dimension, the resultant tolerance is always the sum of the component tolerances [1].Analysis and control of dimensional tolerances are relatively well developed compared to those for geometric tolerances [2].The stackup of geometrical tolerances was usually ignored or replaced by the stackup of component tolerances.In this paper, both dimensional tolerances and geometrical tolerances will be considered in one, two, and three-dimensions.2.Mathematical presentation is a feature of dimensioning and tolerancing [3].HB Voelcker predicted that one of the most important advances in geometrical tolerancing would be made in the next decade: ―One or more generative formulations of geometrical tolerancing will be produced.A generative formulation will be more general than current practice but should 41

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contain the current GD&T facilities as special cases.A generative formulation should be teachable in the engineering colleges because it will be based on a small set of underlying mathematical principles‖ [4].This paper is a contribution to the generative formulation of geometrical tolerancing 1.2 Tolerance Stackup Versus Error Stackup Tolerance is the total amount that a specific feature is permitted to vary, it is the difference between the maximum and minimum limits [5].Error(variation)is the deviation of a feature(geometrical element, surface, or line)from its nominal size or shape [6].Hence, tolerance stackup deals with the variation limits in machining, whereas error stackup deals with virtual variation.In this paper, tolerance stackup analysis is based on error stackup analysis.The mathematical formulae for tolerance stackup and those for error stackup coincide by substituting error variables with tolerance variables.1.3 Principle of Tolerance Independency It is complicated to consider dimensional tolerance and geometrical tolerance simultaneously, in error and tolerance analysis.The International Standard Committee ISO/TC10/SC5―Technical drawings, dimensioning and tolerancing‖ and ISO/TC3 ―Limits and fits‖, in ISO 8015 stated that the principle of independency is the fundamental tolerancing principle.It states that: ―Each requirement for dimensional or geometrical tolerancing specified on a drawing shall be met independently, unless a particular relationship is specified, i.e.maximum material requirement, least material requirement, or envelope requirement.‖ This study conforms to the principle of tolerance independency.1.4 Tolerance Zone Chase et al.considered geometric feature variations in the tolerance analysis of mechanical assemblies [7].The tolerance zone can be regarded as limits of feature variation.The tolerance analysis in this study is based on the analysis of tolerance zones.Henzold [6] discussed all kinds of tolerance zones.Those tolerance zones can be summarised as typical types, as shown in Fig.1.The size of the tolerance zone is usually 10?3

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to 10?5 of the feature size.In the following figures, the tolerance zone is exaggerated for illustration.t represents tolerance value.There are three typical tolerance zones: 1.1D tolerance zones.2.2D tolerance zones.3.3D tolerance zones.Fig.1.Typical tolerance zones.(a)1D,(b)2D, and(c)3D tolerance zones.Fig.2.The projecting relation of tolerance zones.Dimensional tolerance zones belong to type 1.Types 2 and 3 refer to geometrical tolerance zones.In the Cartesian coordinate system, 3D tolerance zones can be projected onto 2D tolerance zones, and 2D zones onto 1D zones, as shown in Fig.2.Most tolerance zones are 43

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3D;however, tolerance chain and tolerance analysis are usually carried out in two-dimensions or in onedimension.1.5 Manufacturing Errors Classi?cation

K.Whybrew and G.A.Britton have summarised 27 sources of errors in a machining process for the following 8 items in machining [4]: 1.Machine.2.Cutting tool.3.Fixture.4.Workpiece.5.Coolant.6.Operator.7.Environmental conditions.8.Process variable.Each aspect of the above sources deserves specific study in precision manufacturing.The errors can be classified into two groups: those that are random, unpredictable, and cannot be controlled, and those that are constant, time dependent or capable of being controlled.Constant errors are added algebraically, while random errors are added arithmetically.A resultant error can be calculated by the following formula:

Δ=Σαiφi+(∑(βjθj)2)mni=1j=1

（1）

where Δ: resultant error αi(i ?1,2, 3,...,m): weights of constant error components,with signs φi(i ?1,2,3,...,m): constant error components βi(i ?1,2,3,...,n): weights of random error components θi(i ?1,2,3,...,n): random error components

The value of bi depends on the distribution status of the random error component and its 44

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geometrical relationship with the resultant error.Much work is required to establish the weights and error components in Eq.(1).However, the exploration of specific sources of the locating error and machining error is unnecessary in this study.In this study, all types of error source are classified according to their influence on the geometrical positions of the locating features and machining features of the on-line part.Hence, there are two types of error that are directly related to the accuracy of a part: 1.Locating error.The variation between the position of a practical datum feature and the position of an ideal datum.After a workpiece has been located and clamped, the setup error remains constant unless the workpiece is removed from the fixture.Therefore, a locating error is a deterministic error within each set-up.2.Machining error.The variation between the position of a practical machining feature and the position of an ideal machining feature.A machining error is a random error.Both locating error and machining error are the result of a number of constant and random errors.2.Dimensional Tolerance Stackup As shown in Fig.1, the tolerance zone of a dimension is strictly 1D, hence the formulation of dimensional tolerance stackup is relatively straightforward.Suppose that in a space, the relation of a resultant dimension d with its component dimensions is as follows: d=f(x1,x2,?xl,y1,y2,?ym,z1,z2,?zn)

（2）

where, d: resultant dimension xi,(i ?1,2,3,...,l)component dimensions in the X-coordinate yj,(j ?1,2,3,...,m): component dimensions in the Y-coordinate zk(k ?1,2,3,...,n): component dimensions in the Z-coordinate 45

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Fig.3.Dimensional relation of 3 holes in a plane.Theoretically, in the worst case，?d??i?1lmn?f?f?f?xi???yj???zk

(3)?xi?y?zj?1k?1jkwhere, Δd: variation of resultant dimension Δxi,Δyj, Δxk: variations of component dimensions In the statistical case:

mn1?f?f?f22?yj)??(?zk)2]2

(4)

?d?[?(?xi)??(i?1?xij?1?yjk?1?zklIn the following text, only the worst case is dealt with.The statistical case and worst case can be used to deduce similar conclusions in qualitative analysis.For example, 3 holes are to be drilled in a plane with their dimensional relation shown in Fig.3.The horizontal dimensions are omitted to simplify the analysis.The machining procedure and machining requirements are: Step 1.Use face A as the machining datum and drill hole 1.The vertical dimension from hole 1 to face A is a.Step 2.Use face A and hole 1 as the machining datum and drill hole 2.The vertical dimension from hole 2 to face A is b, the angle from the horizontal line to the connecting line of hole 1 and hole 2 is θ.Step 3.Use face A as the machining datum and drill hole 3.The vertical dimension from face A to hole 3 is b?.Dimensions c and c?are the resultant dimensions.For c?, there is a dimension chain as shown in Fig.4.46