机械产品的技术性能与很多因素有关,而在诸多的相关因素中并非每个因素对机械设备性能起着同等作用。本文着重研究如何找出在诸多复杂的因素中起重要作用的因素,并针对这些因素提出合理的技术要求,作为产品设计参数的重要依据,同时亦为机械加工工艺指出应注意的问题,从而严格控制某些重要因素,而放宽其它影响不大的次要因素,这样则可提高设计水平,保证产品质量,降低制造成本。
1基本理论对机械加工工艺尺寸链的进一步研究,发现机械设备设计参数亦符合尺寸链理论的规律,机械设备的技术性能指标往往是尺寸链的封闭环。尺寸链封闭环误差的实质是组成环误差的累积,而各组成环误差的累积及要求保证的物理量之间成一定的函数关系。
这时封闭环代表物理量的性能指标,组成环代表影响该物理量的各个变量。这一尺寸链原理可以扩展到机械设备性能参数设计之中。其影响机械设备性能参数的函数式为:假设上述变量在一定的区间范围内产生微小的增量,对于按完全互换法设计的机械设备、部件或零件,可用极值法求出微小增量对封闭环的影响,亦即对机械设备技术指标达到的影响数值。
由统计学可知,在物理因素影响较多的情况下都出现极值的情况是很小的。而这些物理量的误差是由于许多相互独立的随机因素引起的,而且这些误差因素中又都没有任何优势的倾向时,那末其分布是服从正态分布的,这时的分布曲线即为高斯曲线。而当正态分布的尺寸范围取3时,概率占99.73%,而尺寸分散范围在3之外仅占概率0.27%,根据概率理论:小概率事件实际上不可能发生。因此,可用概率法计算各物理量的微小增量对封闭环的影响:当影响因素较多而且较稳定时,则:K公式(3)、(4)即为函数互换性原理的普通公式。
其中偏导数表达了各组成环和封闭环误差间的比值大小,称为误差传递函数,或者说是一种广义的误差传递比,它可以表示机械设备性能参数的一切非机械量,包括物理量、化学量、电量等。这个误差传递函数必须由原始的函数关系式N=f(x)对各个独立变量X取偏导数而得出。因此,针对各个具体变量X所得传递函数的表达式是不相同的。
误差传递函数适用于简单的线性尺寸链。此时,=1亦适用于平面尺寸链及空间尺寸链;在非线性尺寸链中,误差传递函数的物理意义是指组成因素(或各组成环)相对机械设备或仪表的性能指标按函数关系确立的比值,不管各有关参数的具体数值如何,相对的比例关系是一定的。误差传递函数的大小直接影响封闭环,误差传递函数越大,对封闭环的影响越大,亦即对机械设备技术性能影响越大,反之亦小。本文的目的就是要找出误差传递函数比值较大的物理量,并确定其对机械设备或仪表等的影响程度,制定出合理的设计参数。
因此,在设计机械设备时,必须找出影响机械设备性能的函数表达式,并求出各物理量的误差传递函数,依据误差传递函数的大小,科学地确定设计参数,亦即技术指标,这才是机械设备设计及机械加工工艺设计的正确途径。
2实例现对TCH-2-10型10吨压力传感器制造技术参数作分析计算,说明这一理论的应用。此型号传感器为一薄壁圆环,如图1,测量误差Pa,其余数据如图示。根据虎克应变定律,圆环的应变与其许用应力式中:应力;应变;材料的弹性模量。由于影响压力传感器的物理因素较多,可用概率法进行设计,设K用概率法计算测量精度为387%.
上述计算可知其参数设计能满足传感器要求,由于传感器是精密仪器的敏感元件,因而提高压力传感器的制造精度具有很大意义。从误差传递函数值的大小可知,传感器宽度b的误差传递函数为王克武:机械设备设计参数的研究002222,对测量精度的影响较大。但原设计b=4501.显然这一尺寸公差偏大。由此宽度公差造成压力传感器的测量误差,按经济加工精度将环宽b的尺寸精度为IT7级制造,则b=450012,从而使压力传感器由于宽度公差而引起的测量误差为:由此而产生的测量误差只有原来的112,从而可以提高测量精度。
从机械加工工艺出发,由于误差传递函数大的物理量对机械设备的精度影响较大,因此应从工艺上保证这些尺寸的制造公差。
结论机械设备的性能、仪器的精度受很多物理因素的影响。在诸多的物理因素中并非每个物理量对机械或仪器性能的影响相等,其影响的程度与误差传递函数值成正比,因此设计参数时应建立其相应的函数表达式,并求出各物理量的误差传递函数,根据误差传递函数的值和公式(3)、(4)定出合适的设计参数,这一原理同样适用于电量、化学量等物理量的参数设计和计算。