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2013PLM征文:功能设计方法及Tolerance Manager软件在弹簧操作机构设计中的应用

2013/11/19    来源:e-works    作者:葛永斌  杨仕富      
关键字:功能设计方法  弹簧操作机构设计  Tolerance Manager  
文章介绍了功能设计方法是一种以Tolerance Manager和SolidWorks软件为工具的全新的设计方法。该设计方法的核心是能够直接找到机构中影响功能的尺寸(即功能尺寸),并在满足产品功能与质量目标的前提下,用尽可能大的公差去降低制造成本。

前言

    在电力输配电系统中,550KV高压开关中所配的各种操作机构是实现保护、配电的重要元件。由于设计、加工、装配等问题,操作机构经常出现慢分、慢合、拒分、拒合等机械故障,直接影响到电力系统的可靠性和安全性。弹簧操作机构作为550KV高压开关中最重要的组件之一,是高压开关中机械元件最多的组件,工作状态最为复杂。设计中要保证机构的所有动作按照功能的要求进行动作,就必须把机构在每个状态的功能条件(如脱扣力、开距、超程等)的范围进行严格定义。而这些功能条件的变化范围都是由组成操动机构的零件尺寸精度决定的。因此,要使操动机构的性能稳定、质量可靠,必须对机构进行功能分析,识别功能条件,并用利用先进的公差设计软件Tolerance Manager进行尺寸链分析,确定机构的功能尺寸并设计出相应的名义值和公差带。

    功能设计方法是一种以Tolerance Manager(以下简称TM)和SolidWorks软件为工具的全新的设计方法。该设计方法的核心是能够直接找到机构中影响功能的尺寸(即功能尺寸),并在满足产品功能与质量目标的前提下,用尽可能大的公差去降低制造成本。

1 功能设计方法介绍

    客户购买产品实际上是购买产品所能提供的功能,所以所有的设计活动都应该围绕在产品的功能的实现程度上进行。在实际设计中,功能常常分解为一个子功能并由一个个子模块来完成,这些子模块再根据技术原理组合完成整个产品的功能。根据技术原理,会对每个子模块之间的协作提出技术要求,这些要求我们定义为功能条件(如脱扣力、开距、超程、配合间隙等)。只有在这些功能条件都满足要求的前提下,技术原理的实现才有保证,即产品功能的实现才有保证。

    功能设计就是这样的设计方法:按照产品的结构树,识别每一个层级所有模块之间的功能条件,并识别直接影响这些功能条件的所有零件及零件上的尺寸(即功能尺寸),最终通过Tolerance Manager软件计算、分析这些尺寸及其公差带对功能条件(即对功能)的影响,进而确定每个尺寸的名义值及公差。

    功能设计方法的步骤为:

功能设计方法

图1 功能设计方法

    1.1 功能条件

    功能条件(Functional Condition)简称FC,是产品在特定状态下,为实现产品功能而提出的零件与零件之间要满足的限制条件。

    一方面,功能条件的范围是由产品的技术原理及质量等级进行限定的。

    另一方面产品的特定状态由零件的接触关系通知限制相应的自由度而实现,功能条件必然受零件自身尺寸的偏差的影响,功能条件的实际变化范围由对应的零件尺寸的偏差决定。功能设计的最终也在于此:给每个零件尺寸选定合适的公差,使其满足功能条件的设计的要求。

    常见的功能条件如图2。

常见的功能条件

图2 常见的功能条件

    1.2 功能尺寸

    功能尺寸,简称FD,是功能条件FC的自变量。零件上定义功能特征的形状、功能特征之间的相互定位的尺寸即为功能尺寸。在功能设计方法中,通过接触关系确定所有零件上的功能尺寸。

责任编辑:程玥
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