使用选择装配方法来设计滚动轴承的生产和组装

任务安排

滚动轴承的3个组装零件的尺寸:

1. 外圈-直径  D=160 mm
2. 内圈-直径 d=120 mm 
3. 滚子-直径 dr=20 mm 

设计所有零件的加工公差和选择组装的参数从而获得径向间隙为60µm到90µm。轴承需进一步考虑到内圈的互换性,因此在维修轴承替换内圈时必须保证40µm到105µm的径向间隙

备注 :在实际中,选择组装方法通常用于加工产品,不需要考虑产品内部零件的的工作互换性。为了确保任何零件的互换性的要求会明显地减少选择装配的优点。这里描述的问题仅有一个理论性质,意味着证明使用程序的更宽的可能性。

问题方案

滚动轴承产品是一个适合使用选择组装方法的典型案例。使用传统的“Worst Case”方法保证所有零件的完全组装和工作互换性,但是必须设置零件加工精度3从而保证目标径向公差。很明显这样精度的产品一定是不合理的昂贵。使用选择组装方法,零件可以以低精度条件下加工。选择组装方法本身包括两个部分:

尺寸链设计

轴承径向间隙大小定义公式c = D - d - 2*dr.

尺寸链设计和优化任务可以分为下面步骤:

1) 使用上面提到的公式,在表格[7.1]中定义尺寸链。在轴承组装中使用到的各个零件为尺寸链局部零件。目标径向间隙是尺寸链的封闭零件。

2) 然后设置各个尺寸的目标加工公差。最初设计中,对所有零件使用公差等级为7。对于滚子直径,选择对称公差,H7为外圈直径公差,h7为内圈。

3) 对于所有零件,为加工零件最初设置10个公差子集。

 

4) 在节[8.1]中设置内圈的工作互换性需求

5) 在节[8.4]中设置在轴承组装和替换内圈过程中的目标径向间隙的极限尺寸。

6) 在列表框[8.9]中选择所有组装配合的搜索。点击行[8.10]中的搜索按键开始搜索。

7) 设计质量通过节[8.11]中的结果来进行评估。很明显本例的设计是不适合的。从行[8.14]“未使用子集”表中清楚显示使用多于一半的加工的外圈和滚子来组装轴承是不可能的 。

8) 对于不适合的设计, 下一个逻辑步骤将减小使用的加工公差大小。在设计的详细检查中,我们将发现主要问题不是公差的选择大小,而是错误的设计中心。设计更佳的评估标准是在节[7.2]中计算的封闭零件的中心值。

对于公差链的最优设计,定义的值一定要越靠近目标值越好[8.7]。

9) 在重复设计中,保持公差大小的同时调整零件的公差范围位置。对于外圈的直径,使用G7公差,对于内圈的直径使用g7。

下面调整滚子直径的上下偏差从而使结果设计尽可能地居中。

10) 对于尺寸链地调整后地设计重复搜索适合的组装组合。

11) 从搜索结果中很明显所有的加工零件将适合于轴承安装。但是,适合组装组合数没有必要那么多。我们可以减少适合组合的数目,例如,减少加工零件将被跳出的公差子集数。

12) 随着渐渐减少子集的数目,我们将靠近尺寸链结果设计。

看起来是所选例子的最佳方案。

结果中的75个适合的组装组合是适合选择组装的目的。

 

组装产品数的最优化。

在上面的任务部分我们设计了零件的加工公差,搜索了所有适合组装组合,那些组合可以在轴承适合参数下组装中获得。但是,组合本身并不能仅仅通过允许组装组合的零件的随机选择而实际地组装轴承。如果选择组装方式是有效的,必须解决零件选择的最优化问题。零件必须匹配从而可以组装最大可能性产品数目,产品符合加工零件给出数目的功能要求。

该任务必须在生产中重复执行,不论何时在组装之前库存被补充。任务的主要目的是定义组装程序的最优化从而活和最大的组装产品数。在解决任务时,我们必须从之前找到的允许组合子集中选择组合的最优化设置同时在每个适合组合中定义组装产品数。

组装产品数的最优化任务解决步骤如下:

1) 在表[9.1]中设置各个公差子集加工零件数

备注:所有公差子区间的极限尺寸显示在表[7.1]中。

2) 在列表框[9.3]中选择适合的优化方法。为选择的例子选择“基本方法”,将给出最佳结果。尽管这个方法比较于其他使用少量零件组装的轴承要慢的多,我们仍然可以在低效率的电脑上使用。

备注:使用不同优化方法的结果和计算速度比较在例子的最后给出。

3) 在列表[9.5]中选择“成批处理”。选择此项目之后,程序将对所有10个基本方法渐渐执行优化。考虑到最大组装产品数和最小使用组装组合而选择最适合的方法。

4) 点击行[9.5]中的按键开始优化。

5) 设计程序的基本定性参数在节[9.6]中定义。

优化组装程序的具体说明在表[9.12]中显示。

表格左边一列显示所有使用于产品组装的组装组合。右边列显示每个组合的组装产品数。

 

使用不同优化方法为所给案例的优化结果和计算速度比较:
优化方法 组装轴承数 使用组装组合数 计算速度
A. 基本方法 762 29 6 min 20 s
B. 修正方法 760 34 1 min 30 s
C. 简化方法 759 32 55 s
备注:“成批处理”用于所有优化方法。计算使用的电脑配置为 x86 processor, 1800 MHz, 256MB。