29
本章收納於 光灼華等人編著,機械設計 ,全華圖書出版,2011 年 12-1 第十二章 公差配合與組裝公差分析及配置 公差技術是工業發展的重要基礎,並且為產品品質與成本的指標,隨著產 品對於精度的要求提高,公差技術扮演的角色益形重要。一般由設計者的觀點 而言,公差愈緊表示產品品質愈好,但由於製造成本、製程能力以及機具使用 維護等考量,需在品質和上述因素間做一取捨,因此公差設計實則隱含產品功 能、品質、製程、成本與產品性能等影響因素之間的取捨結果。對於精密機械 而言,精度即為其品質的重要指標,尤其是準確度與重現性精度更是產品量產 技術與品質穩定的指標。 公差概念源自於零件互換性的製造觀念,最早在十八世紀起源於法國的兵 工廠內,英國和美國的兵工廠大約在同時間也產生了相類似的觀念,互換性制 度也擴展到其他類的製造工業,如鐘錶製造。十九世紀之前的觀念以支援設計 者之功能需求為主公差用以滿足客戶所需之功能隨著生產技術的改善以及 生活水準的提高產品講究品質同時因為大量生產模式的普遍化公差設計 重點則在於支援大量生產零組件的互換性公差用以管理產品品質與零組件之 間的互換性公差配合為公差技術之重要一環,尤其與產品組裝後之功能息息相關,本 章針對機械零件說明其組裝配合條件之選用。 12-1 精密度、誤差、偏差與公差 機械產品甚為重視精度(precision),或稱為精密度。精密度代表「精確」與 「密集」,亦即一般所稱的「準確」(accuracy)與「重現性」(repeatability),若以 12.1 的鏢靶為例,A 選手射出六發飛鏢,第一發 A 1 偏離靶心,偏離量為 a 1 a 1 是這一發的「偏差」,或稱為這一發的「誤差」或「不準度」。例如設計一支 軸的直徑是 100mm,實際生產後取其中一根軸量得的尺寸是 99.95mm,那這支 軸的尺寸誤差是 0.05mm ,也就是和設計尺寸偏差了 0.05mm 。然而在上述的鏢靶 例子中, A 選手射了六發平均分佈在靶心附近,六發的平均值μ A 和靶心的距離稱 A 的「平均值偏差」,若畫一個包含這六發飛鏢落點的最小圓,如圖中虛線所

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  • 2011

    12-1

    12-1

    (precision)

    (accuracy)repeatability

    12.1 A A1 a1

    a1

    100mm 99.95mm

    0.05mm 0.05mm

    A A

    A

  • 2011

    12-2

    A A

    50 100.02mm

    100.11mm 99.92mm 100.02mm-100.00mm=0.02mm

    100.11mm-99.92mm=0.19mm

    12-1

    A

    (standard deviation)A A

    A(12.1)(12.2) n

    n 6 50

    =

    =+++=n

    iinA An

    nAAA1

    211/)( L (12.1)

    =

    =n

    iAiA An 1

    2)(1 (12.2)

    A 50

  • 2011

    12-3

    12.1 12-2 A B

    A

    A B

    B

    12-2

    (size tolerance)(form tolerance)

    (position tolerance)

  • 2011

    12-4

    12-2

    (basic dimension)

    (tolerance zone)12-3

    12-3 [CNS B1002-1]

    12-2-1

  • 2011

    12-5

    (ISO)

    (IT grade)

    IT01IT0IT1IT2IT16

    18

    DDi 001.045.0 3 += (12.3)

    D mmi m (1m=0.001mm)

    12-1 500mm

    64mm i

    64001.06445.0 3 + =1.864m 11 100i=

    186.4m = 0.1864mm 6 10i=18.64m=

    0.01864mmIT 6

    10 IT16

    IT17 1600iIT18 2500i

    12-1 IT5 IT16 IT 4

    12-2 D mmi m IT 2 IT 4

    IT 1 IT 5

    12-1 500mm IT 5 IT 16 [CNS B1002-1]

    IT 5 IT6 IT7 IT8 IT9 IT10 IT11 IT12 IT13 IT14 IT15 IT16

    7i 10i 16i 25i 40i 64i 100i 160i 250i 400i 640i 1000i

  • 2011

    12-6

    12-2 500mm IT 01IT 0 IT 1 [CNS B1002-1]

    IT 01 IT 0 IT 1

    0.3 +0.008D 0.5 +0.012D 0.8 +0.020D

    12-1 12-2 500mm

    500mm IT6 IT16

    12-3 I

    I m D mm 12-1

    12-3 10

    IT16

    I=0.004D+2.1 (12.4)

    12-3 500mm 3150mm IT6 IT16 [CNS B1002-1]

    IT6 IT7 IT8 IT9 IT10 IT11 IT12 IT13 IT14 IT15 IT16

    10I 16I 25I 40I 64I 100I 160I 250I 400I 640I 1000I

    12-4

    D

    A12-1 500mm A12-2 500mm

    3150mm 64mm

    18.64m 19m

    A12-150 80 6

    19m A12-1 A12-2

  • 2011

    12-7

    12-4[CNS B1002-1]

    - 3

    80 120 80

    100 100 120

    3 6 120 180

    120 140 160

    140 160 180

    6 10

    10 18 10 14

    14 18

    180 250 180 200 225

    200 225 250

    18 30 18 24

    24 30

    250 315 250 280

    280 315

    30 50 30 40

    40 50

    315 400 315 355

    355 400

    50 80 50 65

    65 80

    400 500 400 450

    450 500

    12-2-2

    12-3

    12-4

    100-0.1/-0.2 50+0.3/+0

    100+0.1/-0.2

  • 2011

    12-8

    12-4

    es ei

    12-5

    a h

    es a bcd

    h 0 k zc ei

    0

    es ei=es-

    js ei=es=(/2)

    64mm g -10m A12-1

    500mm 19m 64g6 -10m

    -10m-19m= -29m 64g6 029.0010.0

    64

    971.63990.63

    CNS B1002-1A12-3

    500mm

    64mm g

  • 2011

    12-9

    12-5[CNS B1002-1]

    ES EI

    12-6

    A H

    EI A

    BCD H 0 K ZC

    ES 0

    ES EI=ES-

    A H EI= -es J ZC ES= -ei

    A12-3 500mm

  • 2011

    12-10

    64mm H 0 A12-1 30m

    64H7 0m 0+30m= 30m 000.0030.0

    64

    12-6[CNS B1002-1]

    12-3

    12-2 12-7

    64mm

  • 2011

    12-11

    g H

    64g6 64H7-0.010mm -0.029mm

    63.990mm 63.971mm

    0.030mm 0mm 64.030mm

    64.000mm

    12-7 [CNS B1002-1]

    64 H7/g6 64 H7-g6 64 67gH

    H7g6

    H8d9H7f8 G7h6

  • 2011

    12-12

    12-8(a) 12-8(b)

    12-8(c)

    (a) (b) (c)

    12-8

    ()

  • 2011

    12-13

    12-9

    h 12-9

    H

    12-9[CNS B1002-1]

    64H7g6 12-5

    H

    cdef g

    IT9 IT6

    5 ISO CNS JIS

    12-5

    H9c9

    ()

    H8d9H9d9

  • 2011

    12-14

    H7e7H8e8H9e9

    H6f6H7f7H8f7H8f8

    H6g5H7g6

    12-4

    12-10

    D0

  • 2011

    12-15

    12-10

    D0

    12-10 D0 D1

    D2 D3 D4 D0 (loop)

    12-10 (dimensional chain)

    D0 D0 ( D1D2

    D4)( D3)

    D0+D1+D2-D3+D4=0 (12.5)

    D0=D3-D1-D2-D4 (12.6)

    D0 D1D2D3 D4

    D1D2D3 D4 T1T2T3 T4

    D0 T0 (12.6)

    (12.7)

    T0=T1+T2+T3+T4 (12.7)

    (12.6) D1D2D3 D4

    (12.7)

  • 2011

    12-16

    [1995]

    DR(12.8) vi+1 -1

    Di DR

    01

    ==

    m

    iii Dv (12.8)

    DR

    (12.9)

    =

    =1

    1

    m

    iiiR DvD (12.9)

    = =+++=

    1

    1121

    m

    iimR TTTTT L (12.10)

    (12.10)(12.9)

    1001

    101 99

    (the worst-case tolerance

    analysis)

  • 2011

    12-17

    0

    0.1

    0.2

    0.3

    0.4

    0.5

    12-1

    (statistical tolerance analysis)

    (12.2)D

    D DiD

    12-11 (normal distribution)D

    D

    DD

    68.5% 68.5%D2DD3D

    D4D 95.4%99.73% 99.99%

    3D 99.7%

    (drift)4.5D

    Motorola 6D3D

    12-11

    3D3D

    D

    T

    d

    D

  • 2011

    12-18

    variance(12.9)

    (Root Sum Square;

    RSS)

    (12.11)

    = =+++=

    1

    1

    221

    22

    21

    m

    iimR TTTTT L (12.11)

    (12.11)(12.10) Ti

    (12.11) TR(12.10)

    TR Ti

    12-12 (Xerox)

    11 12-6

    12-13

    12-12[Creveling, 1996 ]

  • 2011

    12-19

    12-6

    1 1

    2 1

    3 1

    4 1

    5 2

    6 2

    7 2

    8 1

    9 1

    10 1

    11 1

    12-13

    LA

  • 2011

    12-20

    LA

    LA = -(AB+BC+CD+DE+EF+FG) + GH - (HI+IJ+JK+KL) (12.12)

    12-7

    12-13 LA (12.12)

    0. 3mm

    LA

    (12.10) 0.4mm LA

    0.30.2mm 0.5mm 0.1mm

    (12.11) LA

    12-7 12-13 mm

    AB 2.0 0.01

    BC 0.3 0.03

    CD 9.0 0.07

    DE 2.5 0.05

    EF 0.2 0.03

    FG 0.6 0.04

    GH 25.4 0.05

    HI 0.2 0.03

    IJ 0.3 0.03

    JK 2.0 0.01

  • 2011

    12-21

    KL 8.0 0.05

    12-5

    TR (error

    budget) Ti

    (tolerance allocation)(tolerance synthesis)

    (inverse computation) 12-4

    (12.9)(12.10)(12.11)

    12-13

    12-13 LA 0.3mm

    12-7 CDDE

    FGGHKL

    12-7 LA 0.4mm

    0.3mm

    0.16mm

    Ti = Tj ; i, j = 1, 2, ., n (12.13)

  • 2011

    12-22

    (12.10) TCD=TDE=TFG=TGH=TKL=0.032mm

    0.032mm

    0.3mm

    Ti/Di = Tj/Dj ; i, j = 1, 2, ., n (12.14)

    (12.10) TCD=0.03mm ;

    TDE=0.01mm ; TFG=0.002mm ; TGH=0.09mm ; TKL=0.03mm

    12-2-1

    (12.3)

    D

    33 // jjii DTDT = ; i, j = 1, 2, ., n (12.15)

    12-13 (12.15)

    TCD=0.036mm ; TDE=0.023mm ; TFG=0.015mm ; TGH=0.051mm ; TKL=0.035mm

  • 2011

    12-23

    12-13

  • 2011

    12-24

    1. CNS 4-1, B1002-1 2009

    2. Creveling, C. M., Tolerance Design, A Handbook for Developing Optimal

    Specifications, 1996, Addison Wesley.

    3. ISO 286-1:1988 ISO system of limits and fits Part 1: Bases of tolerances, deviations and fits

    4. ISO 286-2:1988 ISO system of limits and fits Part 2: Tables of standard tolerance grades and limit deviations for holes and shafts

    5. Greenwood, W. H., and Chase, K. W., A New Tolerance Analysis Method for Designers and Manufactures, Journal of Engineering for Industry, No.109, 1987, pp.112-116.

    6. Spotts, M. F., Allocation of Tolerances to Minimize Cost of Assembly, Journal

    of Engineering for Industry, 1973, pp.762-764.

    7.

    1996 33-40

    8.

    2000

    9.

    2008

    10.

    2009

    11.

    1995731-740

  • 2011

    12-25

    1. (12.3)12.18mm64mm500mm

    iIT6IT712-

    2. 64H7/g6

    3. 100mm(12.1)(12.2)

    101.3 101.0 101.4 100.9 99.6 100.3 99.7 100.0 100.7 99.6

    100.7 98.4 101.2 99.6 99.1 99.5 100.6 98.8 100.5 99.2

    99.3 100.2 100.5 100.8 98.2 101.5 101.0 100.4 98.7 101.4

    100.0 98.5 100.6 99.4 100.1 101.2 100.6 98.3 100.4 99.4

    99.8 100.8 98.5 99.5 100.9 99.2 100.2 98.6 99.5 103.0

    101.9 100.1 102.1 99.3 101.5 99.7 99.3 99.4 100.8 99.0

    99.4 100.7 99.8 99.4 99.6 100.5 98.6 101.8 100.3 101.3

    100.9 99.0 99.0 99.3 99.5 101.7 100.0 100.9 100.6 100.5

    102.0 100.5 100.3 100.5 99.8 99.9 100.0 99.7 100.0 99.5

    100.7 100.5 101.5 98.5 98.9 101.5 100.5 101.1 99.2 98.4

    4. ZX=100.3mmY=50.4mmZ

    5. XYX=9.7mm9.8mm9.9mm10.0mm10.1mm10.2mm10.3mmY=4.8mm4.9mm5.0mm5.1mm5.2mmZ

    6. 12-13 LA(12.12)(12.7)(12.11)LA

    7. 12-13 LA 0.3mm12-7 (CD)(DE)(FG)

    X Y

    (Z)

  • 2011

    12-26

    (GH)(KL)0.3mm 0.16mm

  • 2011

    12-27

    A12-1 500mm [CNS-B1002-1]

  • 2011

    12-28

    A12-2 500mm 3150mm [CNS-B1002-1]

  • 2011

    12-29

    A12-3 500mm [CNS-B1002-1]