机构设计公差分析_SVV
机构设计中的公差评估
所以需要定义误差允许值
2.产品设计人员要确保产品在规定公差内能满足功能要求。然而，产品必须具备可制造性。所以，总会 有考虑功能要求的从紧公差与考虑制造性要求的从松公差的平衡。
3.过紧公差使产品制造困难，从而增加成本。
4.在标注尺寸的时候就要标公差，但是，在产品正式开模/做工夹具前，公差分析是产品确认的关键一步；
公差分析-极值法
极值法考虑尺寸处于公差极值的状况 例1
有三种方法做极值法公差分析 第一种方法：图形法 用CAD软件画A，B，C，D四个零件的公差最大值，最小值，然后测量间隙量/干涉量。 这种方法比较花时间，尤其在2维分析时不够灵活
公差分析-极值法
极值法考虑尺寸处于公差极值的状况 例1
有三种方法做极值法公差分析 第一种方法：图形法 用CAD软件画A，B，C，D四个零件的公差最大值，最小值，然后测量间隙量/干涉量。 这种方法比较花时间，尤其在2维分析时不够灵活
小结
1.公差分析是产品设计一个关键部分，在设计阶段好的公差分析能 避免一些可能出现的问题及客户的投诉。
2.概率的方法能提供额外的公差给制造，从而降低成本。但是必须 小心存在的风险
3.好的分析步骤是成功的重要因素 4.可以使用推荐的分析表格，也可以使用自己制作的格式，但是必
须将分析表述清楚，最好包含前面讲述的几个部分。 5.一些商业软件（如蒙特卡洛方法）能有效帮助简化分析。 6.公差分析模板参考（附件）
RSS法基于统计原理。假定特征的实际值是正态分布，名义值为分布的 平均值，
公差范围为+/-3倍标准差。即CP/CPK为1.0。
RSS法在实际的平均值/标准差还不知道的设计阶段特别有用。
公差分析-概率法-RSS法
RSS法使用两个假定： 1.每个特征变化符合正态分布 2.特征变化相互独立 那么，总体标准差的计算如下
机器设计中机构的位置误差与位置度公差分析
机器设计中机构的位置误差与位置度公差分析作者：李红娟冶存良孟刚来源：《科技风》2018年第09期摘要：本文论述了机器设计中间隙配合引起的构件位置变化对机构精度的影响。
详细分析了运动副间隙与机构位置误差、平行四杆机构配合间隙与杆长误差、孔系的位置度公差。
关键词：运动副；间隙；位置误差；孔系位置度公差在机构中，使工作构件产生运动误差的主要原因之一是由机构中各构件几何误差引起的。
而几何误差主要有：构件加工制造产生的几何参数变动、运动副配合间隙引起的构件位置的变化以及构件弹性变形和热变形引起的几何参数变动等[1]。
这些变动都对机构精度产生一定的影响。
本文仅从运动副间隙引起构件位置变化及孔系配合的位置度公差对机构精度的影响进行分析。
1 运动副间隙与机构位置误差如图1所示为一曲柄滑块机构，已知力F3垂直作用于连杆BC的中点，力F4平行于滑块运动方向。
假设所有力都作用在机构的对称平面内。
分析由于转动副B中的间隙△C1所引起的机构原始误差△S1[3][5]。
图（a）曲柄滑块机构图（b）力多边形图（c）转化机构图（d）微小位移图1机架2曲柄3连杆4滑块图1运动副间隙的机构原始位置误差首先从曲柄滑块机构为例进行分析。
由∑Mc=0，作出力多边形，如图1（b）所示。
得出Rn23和R14的大小和方向。
因为所有的力都作用在机构对称平面内，故在转动副B有间隙时，R23将使运动副元素间发生沿R23方向的平移。
将主动件2固定，并使机构3的运动副元素能沿力R23的平行方向移动，做转化机构，如图1（c）及其微小位移图1（d）。
求得由转动副B中，间隙△C1而引起的机构原始位置误差△S1=Pcδl（其中δl=△C1/Pb）。
2 平行四杆机构中配合间隙与杆长误差如上所述，运动副间隙对机构位置的影响，是运动副间隙不利的一面。
在螺栓和螺钉联接中，往往是一组孔，又称为孔系。
此时，孔系的位置度公差，取决于孔与紧固件之间的最小间隙。
对于平行四杆机构中配合间隙与杆长误差的关系来说，他们都是孔、轴联结形式，都要求孔轴之间要有间隙，只是间隙的功能不同。
公差与配合的基础知识
公差与配合的基础知识
公差和配合是机械制造工艺中非常重要的概念，用于描述工件尺寸之间的关系。
公差指的是零件尺寸与其设计尺寸之间的差值，用来确定零件允许的尺寸范围。
配合则是指在不同零件之间的相对尺寸关系，用来确定零件之间的相对位置关系和相互作用。
公差分为基本公差和限制公差两种。
基本公差是指在设计过程中就考虑到的，能够满足零件的功能和使用要求的最小公差，一般是与零件的重要性和制造工艺性有关。
而限制公差则是制造过程中需要考虑到的外部因素引入的公差，如生产设备精度、材料性质和变形等。
配合包括过盈配合、间隙配合和干涉配合三种。
过盈配合是指零件之间的尺寸设计上有一定的重叠，以保证在组合时会产生一定的压力或压力矩，达到稳定和传递动力的效果。
间隙配合则是指允许一定的间隙，以保证零件之间的相对运动和方便拆卸。
干涉配合是指设计上两个相对配合的零件会发生部分重叠，这种配合适用于实现旋转运动或传输扭矩的设备。
利用CAD软件进行机构设计和分析
利用CAD软件进行机构设计和分析CAD软件是一种强大的工具，可用于机构设计和分析。
在现代工程中，机构是指由互相连接的零件组成的系统，用于实现特定的功能。
从简单的手动机构到复杂的自动化系统，CAD软件可以帮助工程师们更高效、准确地进行设计和分析。
本篇文章将介绍如何利用CAD软件进行机构设计和分析，并提供一些有用的技巧。
首先，要进行机构设计，需要了解机构设计的基本原理。
机构设计是通过选择和配置适当的连杆、齿轮、带传动等元件，使得机构在运动过程中满足特定要求。
常见的机构设计目标包括位置、速度和加速度等方面的要求。
在CAD软件中，可以使用各种工具和命令来创建和配置机构的各个部件。
在CAD软件中进行机构设计的第一步是创建零件。
利用CAD软件提供的绘图工具，可以绘制连杆、齿轮等元件的几何形状。
在绘制零件时，需要考虑它们的尺寸、形状和材料等因素。
CAD软件通常提供了多种绘图工具和命令，如绘制直线、弧线和多边形，以及修剪、拉伸和旋转等编辑工具。
创建零件后，下一步是组装机构。
在CAD软件中，可以使用装配工具将不同的零件组合到一起，形成完整的机构。
装配工具通常提供了各种约束条件，如固定、平行、垂直和轴向等，可以帮助确保零件之间的正确位置和运动。
在进行机构装配时，需要根据设计要求选择适当的连接方式和约束条件。
完成机构的装配后，下一步是进行机构的分析。
机构分析是评估机构在运动过程中的性能和行为。
其中一个常见的分析方法是运动学分析，它可用于确定机构各个部件的位置、速度和加速度。
在CAD软件中，可以使用运动模拟工具或动力学分析工具来进行运动学分析。
这些工具通常提供了绘制位置、速度和加速度曲线的功能，可以帮助工程师们更好地理解机构的行为。
此外，CAD软件还提供了其他有用的工具和功能，如材料库和模型库等。
材料库可以帮助工程师们选择合适的材料，以满足机构的强度和刚度要求。
模型库包含了各种标准零件和组件的模型，可以加快机构设计的速度。
常出现的机构设计方面的问题
一、常出现的机构设计方面的问题。
1．Vibrator (振子)vibrator安装位置的选择很重要。
其一，要看装在哪儿振动效果最好；其二，最好vibrator附近没有复杂的rib(筋骨)位，因为vibrator在ALT 时会有滑动现象，如碰到附近的rib位可能被卡住，致使来电振动失败。
2．吊饰孔由于吊饰孔处要承受15磅的拉力，所以housing(住房)的吊饰孔处的壁厚要保证足够的强度。
3．Sim card slot(SIM卡插槽)由于不同地区的sim card(sim卡)的大小和thickness(厚度)有别，所以在进行sim card slot 的设计时，要保证最大、最厚的sim card能放进去，最薄的sim card能接触良好。
4．Battery connector(电池连接器)有两种形式：针点式和弹簧片式。
前者由于接触面积小，有可能发生瞬间电流不够的现象而导致reset(重启)，但占用的面积小。
而后者由于接触面积大，稳定性较好，但占用的面积大。
5．薄弱环节海绵在drop test(跌落测试)时，手机的头部容易开裂。
主要是因为有结合线和结构复杂导致的注塑缺陷。
Front housing(前壳)的battery cover button(电池盖按钮)处也易于开裂，所以事先要通过加rib(筋骨)和倒角来保证强度。
6．和ID的沟通。
机构完成pcb的堆叠后将图发给ID，由于这关系到ID画出来的外形能否容纳所有的内部机构，所以在处理时要很小心。
Pcb上的所有的元件都要取正公差，所包含的元件要齐全，特别是那些比较大的元件；小处也不能忽略，比如sponge(海绵)和lens(镜片)的双面背胶等。
7．缩水常发生部位boss与外壳最好有0.8-1mm的间隙，要避免boss和外壳连在一起而导致缩水。
housing（后壳）上antenna（天线）部分，由于结构需要（要做螺纹），往往会比较厚。
8．前后壳不匹配９５％情况下，手机的后壳都会大于前壳，所以要提醒模厂，让它在做模时，后壳取较小的收缩率。
机构设计公差分析培训
机构设计公差分析培训一、培训内容1.公差概念及意义公差是指由制造工艺等因素引起的零件尺寸之间的差异，是保证零件装配性能和质量的重要参数。
公差分析能够帮助工程师了解零件之间的相互关系，确定零件的可接受尺寸范围，保证产品的性能和质量。
2.公差设计原则在进行机构设计时，需要根据产品的使用环境、功能要求等因素来确定公差的设计原则。
比如，对于高精度的产品，需要更严格的公差要求，而对于一般产品则可以放宽一些公差范围。
3.公差分析工具介绍一些常用的公差分析工具，比如计算机辅助设计软件中的公差分析模块，以及一些专业的公差分析软件等。
并对这些工具的使用方法进行详细的介绍和实际操作演练。
4.公差分析方法介绍公差分析的一些常用方法，比如最大公差法、最小公差法、等概率公差法等。
并结合实际案例进行详细的分析和讲解，培训学员如何在实际工作中灵活应用这些方法。
5.公差分析案例通过一些典型的机构设计案例，对公差分析的实际应用进行详细的分析和讲解。
让学员能够在实际工作中学会如何进行公差分析，提高他们的实际操作能力。
二、培训目标1.确保产品质量通过公差分析的培训，使得每位工程师都能够深入理解公差对产品质量的重要性，确保产品在设计阶段就考虑到公差的设置，从而提高产品的质量和性能。
2.提高设计效率熟练掌握公差分析的方法和工具，使得工程师在进行机构设计时，能够更快速、更准确地进行公差分析，提高设计效率。
3.降低零件成本合理的公差设计和分析能够有效地降低零件的成本，避免不必要的加工和装配成本，提高企业的竞争力。
4.增强团队合作通过公差分析的培训，使得团队成员能够更好地理解对方的工作，增强团队的协作能力，提高团队的整体效率。
三、培训形式1.理论培训通过专业的讲师进行公差分析的理论培训，讲解公差的概念、原则、方法和工具等内容。
引导学员深入理解公差分析的重要性和实际应用方法。
2.案例分析通过一些典型的机构设计案例，进行公差分析的详细分析和讲解，帮助学员更好地理解公差的实际应用，并提高他们的实际操作能力。
公差分析简介及实例分析
缺点:易产生过于保守的设计 导致制造成本提高
共面度=0.
求尺寸链上各尺寸的基本尺寸及极限偏差
对于呈非正态分布之零件组合
如果想得到合理的零件工差分布,就必需了解其实际的制程能力.
共面度: 须靠平时对工艺知识的不断累积
3481 0.
SHIELDING 36 0. 474 0.
SHELL
=HOUSING高+CONTACT高-SHELL高
* 3.产品开发设计的需要 产品设计一般分为 原形设计 和 二次生产设计
不进行公差分析意味着将在制造时冒很大的风险
二 公差分析的作用及分类
1设计时利用公差分析可合理分配各零件的公差.达到可制造 性的要求.
2.制造时可用以校核公差组合可否满足产品功能要求
3.降低制造成本 针对不同的状况 使用不同的公差分析方法
3σ=3 0.0032+0.02522+0.00172+0.00132+0.005482+0.003852 =0.0756
Z=(0.10-0.0319)/0.0252=2.702
查表得:P1=0.34%
小 结:
1.如果想得到合理的零件工差分布,就必需了解其实际的制程能力.须靠平时对工 艺知识的不断累积
2.631
0.326
0.476 0.014 3.36 0.038
2.619 2.625
0.250 0.298
0.470 0.009 3.34 0.021 0.474 0.012 3.3481 0.029 0.0017 0.0013 0.00548 0.00385
0.003
0.0252*
X0=(2.625+0.298)+(0.474+0.012)-(3.3481+0.029)=0.0319
机构设计与公差分析
6. 按要求計算變異
第六步 – 計算變異, WC or RSS ?
1. 確定組裝要求
以上的計算結果 WC: 最小間隙Xmin=–0.10 mm RSS: 最小間隙Xmin=0.42 mm
2. 建立封閉尺寸鏈圖 3. 轉換名義尺寸，將公差 轉成對稱公差 4. 按要求計算名義尺寸
5. 確定公差分析的方法
• • • • 驗證設計是否達到預期的品質水準. 帶較少缺點的良率產品. 預防生產重工和延誤. 降低產品的返修率(降低成本).
什麽地方使用公差分析
• • 單個零件或元件出現公差堆積。 在公差堆積中，用公差分析可以確定總的變異結果。在機構設計中，它是一個很重要的挑戰。
單個零件和元件的公差堆疊
13.00 ± 0.20
很明顯在此等級的制程損壞是不可接受的。因此，最近“6σ”的方法越來越被廣泛使 用在評估制程品質上。方法的概念是獲得制程特性的中心值是在距離兩個公差極限值6σ範圍內。 在此有效制程條件下，即使1.5σ的偏移産生，也可保證百萬分之3.4的超出公差的比率。
1 2 3
2
2
2
2 4
16
16
16
16
2
T tot T 1 T 2 T 3 T 4
n
2
2
2
2
2
T tot
6. 按要求計算變異
T T T T
1 2 3
2
2
2
T tot 4
T
i 1
2
i
讓我們用 WC 和 RSS來計算這些變數，然後做個比較！
第六步 – 計算變異, WC
極值法 (WC)
1. 確定組裝要求
•
間隙變數是個體公差的總和.
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公差分析的优点
怎么地方使用公差分析 ?
• 单个零件或组件出现公差堆积。 • 在公差堆积中，用公差分析可以确定总的变异结果。在机构设计中，它是一个很重要的挑战。
单个零件和组件的公差堆叠
20.00 ± 0.30
45.00 ± ? 15.00 ± 0.25
13.00 ± 0.20
零件 4
10.00 ± 0.15
• 功能要求 • 电子方面；PWB与弹片的可靠接触 • 结构方面；良好的滑动结构，翻盖结构，或机构装置
• 品质要求 • 外观；外壳与按键之间的间隙 • 其他; 良好的运动或一些奇怪的杂音，零件松动
1. 确定组装要求
2. 建立封闭尺寸链图 3. 转换名义尺寸，将公差 转成对称公差 4. 按要求计算名义尺寸
总体参数与样本统计
总体 » 现有的及将来会出现的所有单元或个体 » 我们将永远都不可能知道的真实总体 » 比如，所有的Nokia 9210 生产总量。
样本 » 从总体提取的单元或个体的子集 » 用样本统计，我们可以尝试评估总体参数 » 比如， Nokia 9210 在2001年41周生产的样本
总体参数 = 总体平均值 = 总体标准差
A (d1 )
+
I
1. 确定组装要求
2. 建立封闭尺寸链图 3. 转换名义尺寸，将公差 转成对称公差 4. 按要求计算名义尺寸
5. 确定公差分析的方法
6. 按要求计算变异
第三步 – 转换名义尺寸
46.00 ± 0.40
• 这份教材重点是讲用NOKIA模板分析一个尺寸 的堆叠。按组装要求，分为六步来分析。
1. 确定组装要求
2. 建立封闭尺寸链图 3. 转换名义尺寸，将公差 转成对称公差 4. 按要求计算名义尺寸
5. 确定公差分析的方法
6. 按要求计算变异
第一步 – 确定组装要求
• 一些产品要求的例子:
• 装配要求 • 换壳；无固定的配对组装（多套模具或模穴）
LSL
Process variation 3s
Process variation 3s
mean - LSL
Tolerance range
USL - mean
USL
一般公差分析的理论
这部分主要是说明怎样应用公差分析这个工具，去确保产品适合最终确定的产品功能和品质的要求的过程。
公差分析:
» 验证设计是否达到预期的品质水平. » 带较少缺点的良率产品. » 预防生产重工和延误. » 降低产品的返修率 (降低成本).
100 50 0 16 18 20 22 24 26 28
60 50 40 30 20 10 0
4 5 6 7 8 9 10 11
正态分布的特点
标准差, (s or )
变形点 平均值, (x or µ) 数据的百分比，在给定的西格玛 ()范围
-6
-5
-4
-3
-2
-1
+1
+2
+3
+4
+5
+6
68.26 % 95.46 % 99.73 % 99.9937 % 99.999943 % 99.9999998 %
这部分主要目的是介绍统计学应用于公差分析的背景，强调加工制造能力的重要性。
变异
下偏差
上偏差
1. 加工制程的变异
– 材料特性的不同 – 设备或模具的错误 – 工序错误 / 操作员的错误 – 模具磨损 – 标准错误
目标
规格范围
两种主要的变异类型
2. 组装制程的变异
– 工装夹具错误 – 组装设备的精度
变异的控制
35.00 ± ? 10.00 ± 0.15
零件 3
零件 2
零件 1
12.00 ± 0.10
1. 确定组装要求
2. 建立封闭尺寸链图 3. 转换名义尺寸，将公差 转成对称公差 4. 按要求计算名义尺寸
5. 确定公差分析的方法
6. 按要求计算变异
堆叠公差分析过程
• 在堆叠公差时，有以下几种方法:
– 手工. – 用电子数据表，比如Nokia Excel 模板. 这在NOKIA是首选的方法! – 用公差分析软件，比如 VisVSA™.
» 平均x1 x2 ... x N N
» 范围 (R)
– 最大值与最小值之间的距离 – Sensitive to outliers
» 标准差 (s)
– 反映样本内各个变数与平均数差异大小的一个统计参数 – 最常用的量测法，量化可变性
» 变量 (s2)
– 标准差的平方
机构设计公差分析培训教材
Prepared by: Johnny.qin Date: 2018-Mar-22 Version: V1.0
主要内容
第一部分：统计学应用于公差分析的背景
3
第二部分：一般公差分析的理论
15
第三部分：公差分析在诺基亚专案中的应用
29
第四部分：特殊情态
54
统计学应用于公差分析的背景
600
400
200
0
人数
160-164 165-169 170-174 175-179 180-184 185-189 190-194 195-199 200-204 205-209
变异的一般分布图
正态分布 normality distribution 双峰分布（非正态分布） 偏斜分布（非正态分布）
从加工制造
从产品设计
变异的控制
解决方案
制成的选择 制程的控制 (SPC)
产品的检查
技术的选择 优化的设计
公差分析
Aim
高品质 高良率 低Low FFR
柱状图
» 柱状图能提供制程的分布形状，位置及区域的初步评估 » 柱状图也是呈现变异几何的方法 » There may be outliers
某单位男人高度 (假设)
5. 确定公差分析的方法
6. 按要求计算变异
第二步 – 封闭尺寸链图
20.00 ± 0.30
零件 3
46.20
+0.20 - 0.60
15.00 ± 0.25
必要条件 (Gap > 0)
10.00 ± 0.15
零件 4
零件 2
零件 1
IV
C (d3 )
D (d4 )
III
B (d2 )
II
必要条件 X (dGap ) > 0
x
样本统计 x = 样本平均值 s = 样本标准差
s
制程性能指标 Ppk
mean - LSL USL - mean
Ppk min
3 sLT
, 3 sLT
Sample mean Nominal value
参数
» Ppk 是制程性能指标 » sLT 是长期标准差 » LSL是规格的下限 » USL是规格的上限 » mean 是实际制程的平均值