摘要:机械设计中常常采用调整垫片的方式来抵消尺寸链中的误差,调整垫片作为选配法的典型事例,结合生产现场的实际操作,从垫片组数、形状公差、尺寸公差入手,简述了调整垫片的设计方法和过程。
关键词:选配法;调整垫片;最小组数
0 引言
选配法可以在不增加制造成本的前提下提高机械总成的装配精度,在制造业中有广泛的应用,比如,轴承滚子直径的分组装配,活塞直径的选配,轴向间隙的垫片调整等[1]。即使是逆向设计,因为测绘的数量总是有限的,我们也必须明白选配法的基本原理。笔者曾经在一个相当正式的场合,发现设计人员的错误算法,还发现有的在制变速器产品的调整垫片厚度分组凌乱无纪律,不是最优的公差分组方案。
本文以轴承轴向间隙调整垫片为考察对象,阐述调整垫片设计原理和生产现场选择垫片的方法。
1 垫片选择的现场操作
图1为某变速器输入轴轴承的轴向固定示意图,采用间隙配合。
生产现场需要选择合适厚度的垫片(卡环),以限制该轴的轴向窜动。手工操作的现场可以表达为图2.
手工选垫包含的基本逻辑是:
充分性:如果hi不能装入且hi-1可以装入,则合适。
唯一性:如果hi满足要求,hi-1、hi+1都不满足要求。
选垫机选择垫片:选垫机中存储了垫片的厚度分组数据,测量垫片空间后,按测量值所在的区段,选择该区段对应的垫片组。虽然没有手工试装的过程,包含的逻辑与手工装配是一致的。
2 调整垫片的设计
仍然以图1所示的机构为例。设计目标:(1)确定需要多少组垫片(n);(2)确定每组垫片的厚度(hi)及公差。设计条件:明确设计空间[s0,sn],本例为轴向长度;垫片的制造公差(±△),取包含平面度误差在内的作用尺寸;允许的设计间隙[ymin,ymax]。
设计步骤1:计算垫片空间[s0,sn],属尺寸链计算[2-3]问题,见图3,此处不再赘述。
设计步骤2:计算可用的最厚垫片、最薄垫片,得到垫片厚度区间[h0,hn]。
S0-(h0-△)≤ymax (1)
S0-(h0+△)≥ymax (2)
得 h0=s0+△ - ymax (3)
同样 hn=sn-△ –ymin (4)
设计步骤3:求最小分组数n。分组数越少,现场管理、工装检具投资越少,但必须满足装配精度要求。由于垫片组加工难易程度取决于公差,与名义尺寸的微小不同无关,一般我们将垫片空间、垫片厚度等间距分组。即
hi=h0+ix(hn-h0)/n (5)
按图2展示的逻辑关系,可以进一步阐述为:
对既定安装空间st,如果任意(含最小)hi,不能装入,且任意(含最大)hi-1可以装入,则任意hi-1都能满足装配要求。
用不等式表示就是:
St-(hi-△ )≤ymax (6)
St-(hi+△ )≥ymin (7)
消除st,可以得到:
按(8)式取整加1,即得满足要求的分组数。
设计步骤4,确定了分组数,可以按(5)式计算各店铺的各分组尺寸,同样的方法计算对应的垫片空间(间隙)。
对自动选垫机而言,如果检测到垫片空间属于i组,就选用第i组垫片。取对应空间和垫片的极限值,计算最大和最小装配间隙。可以验证,对应任意确定的垫片空间值,按上述方法确定厚度的垫片,是唯一的。
上述计算步骤可以编制Excel表,如图4。
图4 调整垫片的计算实例
3 结束语
本文选配设计方法也适用其他需要选配的情形,已经在起重设备、汽车变速器等多个产品上成功应用。
参考文献:
[1]机械设计手册[M].5版.北京:机械工业出版社,2008.
[2]邢闽芳,房强汉,兰利洁.互换性与技术测量[M].北京:清华大学出版社,2011.
[3]谢铁邦,李柱,席宏卓.互换性与测量技术[M].武汉:华中科技大学出版社,1998.
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