机械装配偏差源及其偏差传递机理研究

王红艳 么志利

（唐山劳动技师学院，河北 唐山 063300）

1 概述

在机械数字化装配过程中，装配精度预测是一项既关键又具有难度的工作。机械装配精度预测可以分为两个阶段，即设计阶段预测和装配阶段预测，其中，设计阶段的预测以具备公差信息的零件和装配模型为基础，进行装配过程的模拟仿真，从而对机械装备的精度和成功率进行预测，并在不断优化零件尺寸和偏差便装配设计以实现机械的精确装配。装配阶段的预测是以具备测量尺寸及误差的零件和装配模型为基础，仿真模拟装配过程，对装配精度和成功率进行预测，优化机械装配方案，增加机械装备的精确度和首次装配成功的机率。这两个阶段的精度预测对研究机械装配偏差源及其偏差传递机理都有重要意义，尤其是在机械数字化装配系统中，对于机械装配偏差源和偏差传统的研究还不是很全面，对于偏差模型的建立由于缺乏对偏差源及其偏差传递机理的研究和考虑，在装配精度预测及计算机表达上的实用性还有待提高，现就机械装配偏差源及其偏差传递机理进行如下分析，以求有助于提高偏差模型在计算机表达与装配精度预测中的实用性。

2 机械装配偏差源分析

偏差源是影响机械装配功能的零件尺寸、形位精度、定位精度等信息。偏差存在于机械装配过程中的零件加工、工具和夹具等环节中，机械装配过程中的力变性和热变形也会产生偏差源信息。

2.1 偏差源的类型

机械装备的偏差源按照装尺寸、形位精度、定位精度等影响装配功能的因素可以大致分为三类，即装配位置偏差、几何位偏差和几何形状偏差。其中，几何位置偏差主要包含几何定位偏差和定向偏差，几何定位偏差有尺寸偏差、对称度偏差、位置度偏差、同轴度偏差；几何定向偏差有角度尺寸偏差、平行度偏差、倾斜度偏差、垂直度偏差等，几何位置偏差源会使机械装配过程中零件的装配发生位置变动，位置变动经过一定程度的积累就会影响装配精度。几何形状偏差有直线度偏差、平面度偏差、线面轮廓度偏差等，按几何形状偏差装配零件，经过一定积累后，同样会对装配精度造成影响。装配位置偏差分为两种情况，一方面是由于装夹定位偏差而造成的装配位置偏差，又分为定向和定位两种，另一方面是由于在间隙装配过程中由于装配位置不确定性而导致的装配定位和定向的偏差，在装配过程中，位置偏差会同几何位偏差和几何形状偏差发生偶联作用，共同影响机械装配精度。

2.2 偏差源作用类型的判断

偏差源的作用类型主要包括三种，即正积累、负积累、不相关，判断偏差源的作用类型对偏差传递机理的研究有着重要的意义，偏差源是否对装配精度产生影响由机械装配零部件的拓扑或配合关系的决定。在判断偏差源的作用类型时，要通过分析零件面边图或建立相关的模型图，来分析偏差源和偏差流通络是否发生重合，若重合则说明偏差源与装配功能相关，会产生正积累、或负积累效应，否则无关。当偏差源与装配精度相关时，可以通过对偏差正负累积性矢量坐标和坐标系半空间转换矢量坐标的综合分析偏差作用类型是正积累还是负积累。

2.3 偏差源的评价

对偏差源进行评价有助于更好的分析偏差积累、装配功能评价以及装配方案等的反馈信息。偏差源的评价包括偏差值评价和偏差作用评价，偏差值的评价用于确定偏差的大小，偏差值可以是主方向偏差值、各方向偏差值以及偏差主方向和各方向的加权值；偏差作用的评价，主要是计算偏差源对装配精度的影响因子，偏差作用的评价包括偏差值大小、加工成本等方面的评价。此外，利用偏差作用的评价模型还有助于零件尺寸的设计和装配方案的调整。

3 机械装配偏差源的偏差传递机理分析

综合上述对机械装配偏差源种类、作用类型及其评价的分析，可对机械装配偏差源的偏差传递机理进行研究。机械装配偏差源的偏差传递方式主要包括两种，第一种是通过几何偏差进行传递，第二种是通过装配位置偏差进行传递。前者的偏差传递方式为连续性偏差传递，而后者的偏差传递方式为断续性偏差传递。在通过几何偏差的传递中，偏差传递主要是在零件之间接触装配时发生，由于零件之间的配合约束，前一零件配合后会发生零件位姿的变动，且产生的位姿变动可以与后一零件的装配几何偏差产生耦合现象，从而零件之间的装配在偏差的不断传递过程中实现偏差的积累。通过装配位置偏差进行的偏差传递机理是装配功能方向上存在着间隙配合，间隙配合的存在使得前一装配零件的偏差积累断开，后一零件装配位置偏差成为偏差传递的新起点，是装配精度受到影响。

结语

综上所述，偏差源的类型主要包括配位置偏差、几何位偏差和几何形状偏差三种类型，偏差源的作用类型包括正积累、负积累、不相关三种，偏差源的偏差传递方式包括通过几何偏差进行传递和通过装配位置偏差进行传递，通过对机械装配偏差源及其偏差传递机理的分析可建立相应的装配精度预测模型，从而确保机械装配的功能性。作为机械装配过程中的重要环节，机械装配精度的预测受到偏差源的影响，研究和分析机械装配偏差源及其偏差传递机理对装配精度预测偏差源和偏差传递的模型具有重要的意义和价值。

[1]刘伟东，宁汝新，刘检华.机械装配偏差源及其偏差传递机理分析.《机械工程学报》.2012年1期

[2]作者：曾超.基于MEWMA控制图的车身焊接装配尺寸偏差监测研究.机械工程.湖南大学.2013（学位年度）