進階篇：4.3）DFA設計指南：寬鬆公差及人性裝配及其餘

時間 2019-12-07

標籤進階 4.3 dfa 設計指南寬鬆公差人性裝配其餘简体版

原文原文鏈接

本章目的：設計須要爲裝配考慮，給他們提供各類優待，裝配才能作出好產品。安全

1.前言

機械貼合現實而軟件遠離現實。微信

越是學習機械設計的原則，越是感受他們和一些作人作事的道理相同的。工具

如，機械設計原則都是有灰度的，不是全對也不是全錯。設計時宛如中醫問藥，知曉是藥三分毒的道理。取捨皆有錯，但需有判斷。佈局

如，機械設計師越是爲製造、裝配等環節考慮，給製造、裝配人員減輕負擔，越是容易作好產品。這個和公司與員工的關係很像。學習

固然，事實不會這麼簡單，這就是人間世。優化

關於本章所闡述的設計DFA設計原則以下：spa

2.寬鬆的零件公差要求（這一條也是公差分析最重要的依據）

接觸到這一條，用這一條DFA原則去優化產品，就要用到公差分析了。嗯，好多的--做者說。設計

人們經常誤覺得嚴格要求零件公差就能夠提升產品質量,而爲了提升產品質量,惟一的途徑是經過對零件公差作出嚴格的要求。事實上,嚴格的零件公差只能表示單個的零件生產質量高,並不必定表示產品質量高,產品質量只能經過產品裝配才能體現出來。可是,零件公差越嚴格,零件制形成本就越高,產品的成本就越高。嚴格的零件公差要求意味着:
①更高的模具費用。
②更精密的設備和儀器。
③額外的加工程序。
④更長的生產週期。
⑤更高的不良率和返工率。
⑥要求更熟練的操做員和對操做員更多的培訓。
⑦更高的原材料質量要求及其產生的費用。
在傳統機械加工過程當中,零件的公差與成本的關係如圖2-45所示,能夠看出,零件的公差要求越高,零件的成本就越高。3d

一樣的道理,零件之間的產品裝配公差越嚴格,裝配質量管控要求越高、裝配不良率越高、裝配效率越低,裝配成本就越高。
所以,在知足產品功能和質量的前提下,面向裝配的產品設計應當容許寬鬆的零件公差要求和產品裝配公差要求,從而下降產品的制形成本。
那麼,如何進行產品設計才能使得產品裝配容許寬鬆的公差要求呢?對象

2.1 設計合理的間隙

設計合理的間隙,防止零件過約束,避免對零件尺寸的沒必要要的公差要求。不合理的零件間隙設計會帶來對零件不合理的公差要求。在產品的裝配關係中,有些狀況下零件之間平面與平面是接觸、緊貼在一塊兒的,此時平面與平面之間不該該有間隙。而在另外的一些狀況之下,平面與平面之間須要設計必定的間隙,防止裝配干涉或者產品裝配尺寸超出規格。若是間隙設計得太小或者沒有間隙,爲了不零件的干涉和保證裝配尺寸,就必須對相關的零件尺寸提出嚴格的公差要求,參見本章中關於過約束的討論。至於多大的間隙是合理的,能夠經過第7章的公差分析計算出來,通常來講,在不影響產品功能和質量的狀況下,間隙儘量地大。
一個合理間隙設計的例子如圖2-46所示;當經過螺釘固定幾個零件時,中間零件的螺釘孔稍微擴大,保證該零件與螺釘有必定的間隙,從而能夠避免對該零件螺釘孔沒必要要的嚴格的公差要求。

2.2 簡化產品裝配關係，縮短裝配尺寸鏈

簡化產品裝配關係,減小尺寸鏈的數目從而減小累積公差。在同一個尺寸鏈中,尺寸數目越多,最終所帶來的產品的累積公差就越大。若是由於產品質量和功能的要求,產品的累積公差不能大於必定數值,那麼就不得不對尺寸鏈中的尺寸進行比較嚴格的公差要求。所以,對於那些重要的裝配尺寸,在產品最初設計階段就要重點加以關注,簡化產品的裝配關係,避免重要裝配尺寸涉及更多的零件,從而減小尺寸鏈中尺寸的數目,達到減小累積公差的目的,因而就可以容許零件有寬鬆的公差要求。

2.3 使用定位特徵

在零件的裝配關係中增長能夠定位的特徵,如圖2-37所示的定位柱等。定位特徵可以使得零件準確地裝配在產品之中,產品設計只須要對定位特徵相關的尺寸公差進行製程管控,對其餘不重要的尺寸就能夠容許寬鬆的公差要求。

2.4 使用點或線或小平面與平面配合代替平面與平面配合

當兩個零件之間經過平面與平面配合並具備相對運動關係時(能夠是裝配過程當中的相對運動,也能夠是使用過程當中的相對運動),可使用點或線與平面配合的方式代替平面與平面的配合方式,避免平面的變形或者平面較高的表面粗糙度值阻礙零件的順利運動,從而能夠不對零件的平面度和表面粗糙度提出嚴格的公差要求,繼而容許寬鬆的公差,如圖2-47所示。

3. 裝配中的人機工程學

人機工程學是從人的能力、極限和其餘生理及心理特性出發,研究人、機、環境的相互關係和相互做用的規律,以優化人、機、環境以及提升整個系統效率的門科學。

在產品設計中,產品設計工程師必須考慮人的生理和心理特性,使得操做人員更容易、更方便、更有效率地進行操做,提升裝配的效率,同時提升裝配過程當中的安全性、下降操做人員的疲勞度和壓力、增長操做人員的溫馨度。

//你不考慮裝配人員的感覺，裝配人員就會把怒氣發泄在產品上。--底層的做者感覺。

對於面向裝配的人機工程學,產品設計時必須考慮到如下各個方面。

3.1 避免視線受阻的裝配

在產品的每個裝配工序中,操做人員應當能夠經過視覺對整個裝配工序過程進行掌控,須要避免發生操做人員視線被阻擋的狀況,或者操做人員不得不彎下腰、偏着頭或者仰着脖子等非正常方式才能看清楚零件的裝配過程,甚至經過觸覺來感覺裝配過程、經過反覆的移動調整才能對齊到正確的位置,這樣的裝配效率很是低,並且容易出現裝配質量問題。
如圖2-65所示,原始的設計中視線被阻擋,很難進行固定螺釘的裝配;改進的設計中操做人員可以對整個操做過程進行掌控,螺釘的裝配很是順利。

固然,原始的設計還有一個裝配問題,就是上節所述的「爲輔助工具提供空間」。如以前所述,爲了幫助零件可以自動對齊到正確位置,在零件上增長導向特徵,導向特徵必須設置在操做人員容易看見的位置。如圖2-66所示,零件A具備兩個導向柱,零件B具備兩個相應的導向孔。在原始的設計中,零件A放在零件B上面進行裝配,在把導向柱和導向孔對齊時,操做人員的視線很容易被零件A自己所阻擋;在改進的設計中,零件A放在零件B的下面,操做人員對零件的對齊過程一目瞭然,兩個零件很容易裝配。通常來講,較小的零件是放在較大的零件上進行裝配的。若是把較大的零件放在較小的零件之上進行裝配,較小零件的視線就徹底被較大零件阻擋,操做人員不得不經過屢次的調整才能對齊,裝配效率很低。

3.2 避免裝配操做受阻的裝配

在進行裝配操做時,操做人員會有諸如抓取零件、移動零件、放置零件、固定零件等動做。產品設計應當爲這些動做提供足夠的操做空間,避免受到阻礙,從而形成裝配錯誤甚至形成裝配沒法進行。

例如,爲了產品拆卸和裝配的方便,手擰螺釘應用於常常須要拆卸的產品中。可是手擰螺釘的周圍須要保證足夠的空間,不然操做人員(或者用戶)在拆裝產品時,手很容易被周圍的零件阻礙,形成手擰螺釘沒法正常擰緊或擰鬆,同時可能形成操做人員的手受到傷害。通常來講,手擰螺釘的圓心周圍至少保證有25mm的空間,以保證手擰螺釘的正常擰緊或擰鬆,如圖2-67所示。

在開闊的空間裝配,操做人員的裝配操做不容易受阻,裝配效率高,裝配時不容易出現質量問題,如圖2-68所示。

3.3 避免操做人員（或消費者）受到傷害

在產品裝配過程當中必須保障操做人員(或消費者)的安全,不正確的產品設計極可能給操做人員(或消費者)的人身形成傷害。例如,鈑金機箱中若是有鋒利的邊、角,就很容易刮傷操做人員(或消費者)的手指,形成傷害。所以,對於機箱中操做人員(或消費者)容易接觸的邊、角,在產品設計時必須增長壓飛邊工序,以保障操做人員(或消費者)的安全。

3.4 減小工具的使用種類、避免使用特殊的工具

裝配線上工具的種類過多會增長裝配的複雜度,同時會形成操做人員使用錯誤的工具,引發產品裝配錯誤。例如,一個產品中設計M三、M4和M5等不一樣種類的螺釘,這就要求產品裝配線上使用不一樣種類的螺釘旋具,這每每不利於提升裝配效率和裝配質量。
特殊的工具會增長裝配線的複雜度,同時操做人員熟悉特殊的工具也須要必定的時間。例如,產品設計中,除非客戶指明要求,不然沒必要使用Torx螺釘,使用普通的 Philips十字螺釘便可,由於Torx螺釘須要專用的螺釘旋具。

3.5 設計特徵輔助產品的裝配

操做人員的推、拉、舉、按等施力動做都有必定的極限,當產品的裝配所需操做人員的施力超出極限或者容易形成操做人員疲勞時,應當經過產品設計減小產品裝配過程當中所需的施力,輔助產品的裝配。
內存是電腦中必不可少的一個重要零件。由於內存形狀的關係,在拆卸時操做人員或消費者只能經過手指抓住內存來施力,這很容易形成手指的痠痛,甚至沒法拔出內存。爲解決這個問題,在內存鏈接器的兩側增長兩個能夠旋轉的把手,經過往下按動把手,把力轉化爲向上的拔出力,從而很簡單順利地把內存拔出,完成拆卸動做,如圖2-69所示。利用把手的結構,內存的裝配也至關簡單,只需把內存往下施力便可固定。

4. 電纜的設計

4.1 減小電纜的種類和數量

線纜用於產品中傳輸電力或信號,將產品中各類零部件鏈接在一塊兒,是大多數產品中不可或缺的一部分。在產品設計時,須要考慮儘可能減小線纜的種類和數量,由於過多的線纜種類和數量會帶來如下問題疒增長成本。線纜的成本比較高,特別是一些傳輸信息的線纜。帶來電磁輻射和散熱問題。增長裝配的複雜度,使得產品裝配效率低,容易出現質量問題，增長產品維修難度。工程師能夠經過產品內部結構優化,使用板對板鏈接、合併印製電路板等方法來減小線纜的種類和數量,如圖2-70所示。

如圖2-71所示,在原始的設計中,兩個印製電路板經過一個線纜鏈接。經過優化,將兩個電路板合併爲一個電路板,避免了線纜的使用。

4.2 合理的電纜佈局

現代化的產品傾向於在有限的空間內集成更多的功能,因而產品的內部空間變得異常擁擠,而產品中的線纜常常須要從產品的一端佈置到產品的另外一端,很是耗費時間和精力,同時線纜的存在容易干擾風流,影響產品內部散熱效果,並且線纜也容易帶來電磁輻射的問題。
如圖2-72所示,一個普通的臺式機機箱內部包含了電源線、光驅線、硬盤數據線、主板數據線、前置USB接口線等,很是複雜。若是在產品設計之初不對線纜的走向和佈局進行規劃,那麼機箱內部確定亂成一團,更不用談計算機的散熱效果及其帶來的電磁輻射問題。

所以,在產品的設計階段,產品設計工程師須要規劃線纜的走向和佈局,同時經過簡化產品結構,減小線纜的種類、數量和長度,優化線纜的走向和佈局,從而能夠大幅提升產品裝配效率、避免線纜引發的機箱散熱或電磁輻射問題。
如圖2-73所示,經過合理佈局電路板中鏈接器的位置,能夠優化線纜的佈局,減小線纜的長度。

在線纜的走線方向上,可經過線夾、束線帶,或者零部件上的特徵來輔助控制線纜的走線。圖4.3給出了線束組裝的可能的佈置和術語。

圖4.4則表示了所涉及的主要操做——從導線的製備到線束組裝,最後是產品的安裝。

線束一般是利用手工方式將單個的導線或電纜鋪設到板上,該板表面上有一個完整全尺寸的示意圖以指導裝配工人來安裝線束。同時,支柱或釘子是用來定位導線,使其限制在所要求的路徑裏。在施工時,導線的端部必須固定在適當的位置。若是導線在一個鏈接器上終止,那麼鏈接器則必須事先就插入一個處於正確位置的安裝插座上,終端線的端部插入到鏈接器的後面。
另外,工程師應當在產品三維圖中完整繪製出線纜及其走向。