使用選擇裝配方法來設計滾動軸承的生産和組裝

任務安排

滾動軸承的3個組裝零件的尺寸:

1. 外圈-直徑  D=160 mm
2. 內圈-直徑 d=120 mm 
3. 滾子-直徑 dr=20 mm 

設計所有零件的加工公差和選擇組裝的參數從而獲得徑向間隙爲60µm到90µm。軸承需進一步考慮到內圈的互換性,因此在維修軸承替換內圈時必須保證40µm到105µm的徑向間隙

備注 :在實際中,選擇組裝方法通常用于加工産品,不需要考慮産品內部零件的的工作互換性。爲了確保任何零件的互換性的要求會明顯地減少選擇裝配的優點。這裏描述的問題僅有一個理論性質,意味著證明使用程序的更寬的可能性。

問題方案

滾動軸承産品是一個適合使用選擇組裝方法的典型案例。使用傳統的“Worst Case”方法保證所有零件的完全組裝和工作互換性,但是必須設置零件加工精度3從而保證目標徑向公差。很明顯這樣精度的産品一定是不合理的昂貴。使用選擇組裝方法,零件可以以低精度條件下加工。選擇組裝方法本身包括兩個部分:

尺寸鏈設計

軸承徑向間隙大小定義公式c = D - d - 2*dr.

尺寸鏈設計和優化任務可以分爲下面步驟:

1) 使用上面提到的公式,在表格[7.1]中定義尺寸鏈。在軸承組裝中使用到的各個零件爲尺寸鏈局部零件。目標徑向間隙是尺寸鏈的封閉零件。

2) 然後設置各個尺寸的目標加工公差。最初設計中,對所有零件使用公差等級爲7。對于滾子直徑,選擇對稱公差,H7爲外圈直徑公差,h7爲內圈。

3) 對于所有零件,爲加工零件最初設置10個公差子集。

 

4) 在節[8.1]中設置內圈的工作互換性需求

5) 在節[8.4]中設置在軸承組裝和替換內圈過程中的目標徑向間隙的極限尺寸。

6) 在列表框[8.9]中選擇所有組裝配合的搜索。點擊行[8.10]中的搜索按鍵開始搜索。

7) 設計質量通過節[8.11]中的結果來進行評估。很明顯本例的設計是不適合的。從行[8.14]“未使用子集”表中清楚顯示使用多于一半的加工的外圈和滾子來組裝軸承是不可能的 。

8) 對于不適合的設計, 下一個邏輯步驟將減小使用的加工公差大小。在設計的詳細檢查中,我們將發現主要問題不是公差的選擇大小,而是錯誤的設計中心。設計更佳的評估標准是在節[7.2]中計算的封閉零件的中心值。

對于公差鏈的最優設計,定義的值一定要越靠近目標值越好[8.7]。

9) 在重複設計中,保持公差大小的同時調整零件的公差範圍位置。對于外圈的直徑,使用G7公差,對于內圈的直徑使用g7。

下面調整滾子直徑的上下偏差從而使結果設計盡可能地居中。

10) 對于尺寸鏈地調整後地設計重複搜索適合的組裝組合。

11) 從搜索結果中很明顯所有的加工零件將適合于軸承安裝。但是,適合組裝組合數沒有必要那麽多。我們可以減少適合組合的數目,例如,減少加工零件將被跳出的公差子集數。

12) 隨著漸漸減少子集的數目,我們將靠近尺寸鏈結果設計。

看起來是所選例子的最佳方案。

結果中的75個適合的組裝組合是適合選擇組裝的目的。

 

組裝産品數的最優化。

在上面的任務部分我們設計了零件的加工公差,搜索了所有適合組裝組合,那些組合可以在軸承適合參數下組裝中獲得。但是,組合本身並不能僅僅通過允許組裝組合的零件的隨機選擇而實際地組裝軸承。如果選擇組裝方式是有效的,必須解決零件選擇的最優化問題。零件必須匹配從而可以組裝最大可能性産品數目,産品符合加工零件給出數目的功能要求。

該任務必須在生産中重複執行,不論何時在組裝之前庫存被補充。任務的主要目的是定義組裝程序的最優化從而活和最大的組裝産品數。在解決任務時,我們必須從之前找到的允許組合子集中選擇組合的最優化設置同時在每個適合組合中定義組裝産品數。

組裝産品數的最優化任務解決步驟如下:

1) 在表[9.1]中設置各個公差子集加工零件數

備注:所有公差子區間的極限尺寸顯示在表[7.1]中。

2) 在列表框[9.3]中選擇適合的優化方法。爲選擇的例子選擇“基本方法”,將給出最佳結果。盡管這個方法比較于其他使用少量零件組裝的軸承要慢的多,我們仍然可以在低效率的電腦上使用。

備注:使用不同優化方法的結果和計算速度比較在例子的最後給出。

3) 在列表[9.5]中選擇“成批處理”。選擇此項目之後,程序將對所有10個基本方法漸漸執行優化。考慮到最大組裝産品數和最小使用組裝組合而選擇最適合的方法。

4) 點擊行[9.5]中的按鍵開始優化。

5) 設計程序的基本定性參數在節[9.6]中定義。

優化組裝程序的具體說明在表[9.12]中顯示。

表格左邊一列顯示所有使用于産品組裝的組裝組合。右邊列顯示每個組合的組裝産品數。

 

使用不同優化方法爲所給案例的優化結果和計算速度比較:
優化方法 組裝軸承數 使用組裝組合數 計算速度
A. 基本方法 762 29 6 min 20 s
B. 修正方法 760 34 1 min 30 s
C. 簡化方法 759 32 55 s
備注:“成批處理”用于所有優化方法。計算使用的電腦配置爲 x86 processor, 1800 MHz, 256MB。