錐孔軸結構中該如何設計錐度角的公差

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在設計工作中,我們會遇到一些錐孔軸配合的結構,該結構中錐度角的公差值如何給定才能獲得更高的軸向裝配精度呢?下面我們通過一個案例進行分析,產品結構如圖1所示。

(圖1)

在此結構中,錐度角的公差一般會有3種標注方式(角度公差大小一致,公差帶位置不同);標注方式一如圖2所示、標注方式二如圖3所示、標注方式三如圖4所示。

(圖2)

(圖3)

(圖4)

下面以軸左端起錐點到孔左端起錐點的距離為參考(如圖5所示),通過尺寸鏈計算來對比三種標注方法對我們的軸向裝配精度X會產生哪些影響。

(圖5)

標注方式一:此時軸的錐度角小于孔錐度角,孔軸在左側接觸,我們可得到如圖6所示的尺寸關系。

(圖6)

在DCC中繪制尺寸鏈圖(如圖7所示)進行計算,極值法計算結果如圖8所示:

(圖7)
(圖8)

標注方式二:此時軸的錐度角大于孔錐度角,孔軸的圓錐面在右側接觸,我們可得到如圖9、10、11所示的尺寸關系。

(圖9)

(圖10)

(圖11)

在DCC中繪制尺寸鏈圖(如圖12所示)進行計算,極值法計算結果如圖13所示:

(圖12)

(圖13)

標注方式三:軸的錐度角α1和孔錐度角α2都標注相同的對稱公差,此時因α1和α2公差帶重合,α1和α2的相對大小不確定;當α1<α2時,適用圖7的公差模型;當α1>α2時,適用圖12的公差模型,帶入參數計算可得極值法計算結果如圖14、15所示。
(圖14)

(圖15)

圖14計算結果的前提是α1<α2,α1為減環,所以α1的公差在-20′時,X1的極大值為真值,α1在趨近20′的公差時,無法保證α1<α2的計算前提,極小值為假值應舍去。

圖14的計算結果的前提是α1>α2,α1為減環,所以α1的公差在20′時,X1的極小值為真值,α1在趨近-20′的公差時,無法保證α1>α2的計算前提,極大值為假值應舍去。

所以,最終第三種標注方式,X3的值為8.66025(0.23285,-0.17424)。三種標注方式最終的計算結果統計如下表所示:

對比計算結果可以發現,當關注點為軸左端起錐點到孔左端起錐點裝配精度,標注方式一閉環累積的誤差最小,裝配精度最高。

若產品的關注點為軸右端起錐點到孔右端起錐點裝配精度,此時標注方式二閉環累積的誤差最小,裝配精度最高,具體分析方法與本文一致,不再贅述。

另外還需注意,標注方式一和標注方式二的孔/軸錐度角的極限差值較大,會導致錐面之間的間隙較大,不利于產品的密封性,如果產品的關注點在密封性上,對軸向定位精度要求不高,那么應該采用標注方式三。

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