利用公差解決尺寸鏈求解

1、利用公差解決尺寸鏈求解         需要尺寸鏈求解的原因，是因?yàn)闄C(jī)械零件在制造中肯定會(huì)有大大小小的誤差；在允許的范圍內(nèi)（尺寸公差）可能具有不同大小的實(shí)際尺寸。例如：孔配合間隙和中心距偏差。    因?yàn)樵谘b配后，這些誤差會(huì)影響到機(jī)構(gòu)最終的效果，所以尺寸鏈求解的基本原理總是與公差和裝配相關(guān)聯(lián)。在Inventor中這兩個(gè)要素都能表達(dá)，這就提示我們解決的可能性。    當(dāng)然，目前Inventor的裝配特性，還不能完全與“物理”的機(jī)械結(jié)構(gòu)完全一致。但已經(jīng)比較像了，本文將以

2、一個(gè)實(shí)例來(lái)解說(shuō)直接求解尺寸鏈的可能性。實(shí)例參見(jiàn)下圖的簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)。    1.制造誤差影響分析：    這是個(gè)夾具夾緊機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)，在這個(gè)機(jī)構(gòu)中，加緊機(jī)構(gòu)與工件的關(guān)系可以調(diào)整壓頭（未作出）與滑座的相對(duì)位置來(lái)確定，以適應(yīng)工件不同批次的鑄造誤差。零件“滑座”上設(shè)計(jì)有調(diào)整用的齒紋槽（未作出）和緊固螺釘孔。    在零件的制造中，誤差是無(wú)法避免的。在設(shè)計(jì)中，要根據(jù)這個(gè)機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)和目前的工藝能力，合理地選用公差，設(shè)法在保證性能的條件下降低成本，并不是越精確越好。    參見(jiàn)圖2，在零件初步設(shè)

3、計(jì)過(guò)程中，相關(guān)的公稱(chēng)尺寸和公差應(yīng)當(dāng)是在草圖驅(qū)動(dòng)尺寸添加的時(shí)候，就已經(jīng)確定了的，例如零件“杠桿.IPT”的各尺寸公差。    至于這些公差的選擇是否合理，有兩個(gè)設(shè)計(jì)約束條件：    第一是能否滿(mǎn)足機(jī)構(gòu)的最終結(jié)構(gòu)要求。    不能因?yàn)槠钐笥绊憴C(jī)構(gòu)性能，造成所設(shè)計(jì)的機(jī)構(gòu)的動(dòng)作和要求的最終位置產(chǎn)生不符合設(shè)計(jì)原始要求的錯(cuò)誤，這是設(shè)計(jì)錯(cuò)，不允許出現(xiàn)；    第二是在現(xiàn)有的工藝能力下，能否順利完成制造。    不能因?yàn)槠钤O(shè)計(jì)得太小，使得制造過(guò)程的廢品率過(guò)

4、大，或者為了保證質(zhì)量，而不得不使用費(fèi)用加高的高精度加工設(shè)備等工藝條件。這些結(jié)果都會(huì)無(wú)謂地提升了工藝成本，造成利潤(rùn)的下降。    在Inventor中，這些尺寸公差，可以通過(guò)設(shè)置模型創(chuàng)建實(shí)際尺寸的方法，在結(jié)果模型中表現(xiàn)出它們對(duì)整個(gè)設(shè)計(jì)造成的影響的實(shí)際效果。這樣，就有可能在Inventor的裝配模型中，利用模型的尺寸公差和結(jié)果模型時(shí)使用何種極限尺寸完成，因此“看到”這些尺寸所組成的尺寸鏈所“表現(xiàn)”出的，對(duì)于最后機(jī)構(gòu)幾何位置的影響，進(jìn)而精確地定量地評(píng)估各個(gè)零件上的結(jié)構(gòu)尺寸公差，從幾何關(guān)系的角度看是否合理。    對(duì)于工藝結(jié)果評(píng)估，就不是In

5、ventor或其他的CAD軟件所能完成的了    2.形成要求的裝配關(guān)系    利用“裝配草圖.IPT”中的草圖，表達(dá)殼體的連接定位關(guān)系。據(jù)此裝入有關(guān)零件，按理想位置與“裝配草圖.IPT”裝配到位。各裝配約束關(guān)系的意義已經(jīng)寫(xiě)在裝配的名稱(chēng)中，請(qǐng)讀者自行解析。參見(jiàn)圖3。    按照原始設(shè)計(jì)要求，在這個(gè)夾緊狀態(tài)下，推桿的工作斜面與滾子的接觸處，應(yīng)當(dāng)有不少于5mm的剩余長(zhǎng)度。這是為了確保機(jī)構(gòu)有效的必要措施和設(shè)計(jì)約束條件。    在裝配環(huán)境下的YZ面作草圖，產(chǎn)生“結(jié)果評(píng)估”草圖（參見(jiàn)圖

6、3右）：    ·投影滾子外徑和推桿的斜面；    ·作草圖線(xiàn)從滾子投影中心出發(fā)，垂直于斜面投影；    ·作草圖線(xiàn)從斜面投影右端出發(fā)、垂直于斜面投影；    ·標(biāo)注著兩條線(xiàn)的計(jì)算尺寸。    從圖4可見(jiàn)，在各個(gè)零件為零誤差（公稱(chēng)尺寸）的前提下，整個(gè)機(jī)構(gòu)結(jié)果的理想剩余距離為13.4mm。    3.誤差影響分析    這個(gè)簡(jiǎn)化模型中，可能影響這個(gè)參

7、數(shù)的零件是：杠桿和滾子。    ·滾子外徑變小，剩余長(zhǎng)度減少；    ·杠桿的尺寸20變小，剩余長(zhǎng)度減少；    ·杠桿的尺寸60、尺寸6變小，剩余長(zhǎng)度也會(huì)減少；    4.控制零件結(jié)果模型按照公差上、下限創(chuàng)建，評(píng)估    這需要在零件草圖中設(shè)置，前提條件是，給了某驅(qū)動(dòng)尺寸公差。    而控制模型結(jié)果大小的方法，例如對(duì)于“滾子.IPT”調(diào)整成“按最小極限尺寸創(chuàng)建模型”，參見(jiàn)圖5，過(guò)程是；

8、    打開(kāi)“滾子.IPT”，編輯草圖；選定30尺寸，在右鍵菜單中“尺寸特性”；再在接著彈出的界面中，設(shè)置“估算大小”為“-”；其實(shí)，這個(gè)操作中并沒(méi)有什么“估算”的事，而是在設(shè)置結(jié)果三維模型的尺寸按照怎樣的尺寸大小完成結(jié)果造型，也就是：    按公稱(chēng)尺寸（O）    按最大極限尺寸(+)    按最小極限尺寸(-)    “確定”之后，Inventor將更新模型，存盤(pán)關(guān)閉；回來(lái)再更新裝配，可見(jiàn)“結(jié)果評(píng)估”草圖中的計(jì)算尺寸變成了11.96mm。同樣

9、作“杠桿.IPT”的修改，可見(jiàn)“結(jié)果評(píng)估”草圖中的計(jì)算尺寸變成了10.1mm。    評(píng)估結(jié)果是：目前的設(shè)計(jì)還有5mm左右的余地。這說(shuō)明，設(shè)計(jì)中的相關(guān)零件尺寸公差還可能再放寬一些，以便降低工藝成本    5.點(diǎn)評(píng)    像這種尺寸鏈并不是正交的，即便使用傳統(tǒng)的尺寸連求解起來(lái)也不是很簡(jiǎn)單的過(guò)程。    但是在Inventor基于裝配關(guān)系的模型中，我們看到這種過(guò)程表現(xiàn)為極其簡(jiǎn)單、幾乎是動(dòng)態(tài)反映結(jié)果的操作過(guò)程。對(duì)于簡(jiǎn)單尺寸鏈，求解會(huì)更為簡(jiǎn)潔，相信讀者在理解了這個(gè)例子之后，能夠自行解決。    從上述例子中可以看出，Inventor在這件事情上的表現(xiàn)，已經(jīng)不僅是虛擬裝配，也實(shí)現(xiàn)了虛擬制造的誤差評(píng)估。    這種功能對(duì)于設(shè)計(jì)參數(shù)的求解，已經(jīng)細(xì)致到了公差的選擇。顯然，這說(shuō)明Inventor的設(shè)計(jì)輔助能力是相當(dāng)強(qiáng)大的。這時(shí)正面的效果，筆者認(rèn)為每個(gè)用戶(hù)都應(yīng)當(dāng)充分利用來(lái)支