1,没有定位会怎么样?
作为一名工程师,在产品开发时,你是否曾经为了解决类似下面问题而绞尽脑汁?
或者,作为一名消费者,当你使用的产品碰到下面类似这些问题时,是否曾经让你很苦恼?如果你刚好是处女座,一个完美主义者,是不是更会让你发疯?
▼电脑机箱主板上IO接口与机箱外壳开口不对齐,甚至无法插拔外部设备:
▼笔记本电脑的上盖与底部未对齐:
▼汽车外观上的不对齐:
▼Airpods耳机的上下部分未对齐:
▼Airpods盒子上下部分未对齐:
▼螺丝过孔与螺牙孔未对齐,造成螺丝无法拧紧:
▼金属件焊接后未对齐:
▼以下两图仅供娱乐:
以上所有问题发生的原因很多,例如加工误差过大、组装时操作工人未对齐等,但是追根究底,根本原因只有一个,那就是:在产品设计时,零部件与零部件之间没有设计定位特征、或者定位特征设计不准确,造成了零部件之间的相对位置精度较差。
2.定位的概念
什么是定位:
定位是指在零部件与零部件之间具有限位特征,限制相互移动,确保在紧固之前、紧固之中和紧固之后二者具有精密的位置关系。
定位的好处:
1). 在紧固之前,零部件之间的相对位置已经确定,就可以直接进行下一步的紧固工序,例如锁螺丝、焊接和胶粘等,从而提高装配效率,降低装配成本。如果没有定位,在紧固之前就需要反反复复的调整来对齐二者的位置,浪费装配时间。
2). 使用定位特征,可以保证零部件与零部件之间的精密位置精度。
这是因为:
定位特征可以提供较精密的尺寸公差
定位特征的尺寸可以放置于比较容易进行尺寸管控的区域
使用定位特征时可以减少和避免对其他尺寸的公差要求,只需严格管控定位特征的相关尺寸,就可以满足产品设计要求
使用定位特征有利于缩短尺寸链、减少尺寸公差累积
通过下面这个实例可以看出,使用定位特征之后,两个零件之间的位置精度从0±1.00mm提高到0±0.20mm.
3.两种常见的定位特征设计方法
方法1:侧壁定位
在一个零部件的侧壁四周增加定位特征。如下图所示,一个电路板装入塑胶外壳中,可以在塑胶外壳的四周增加多个肋条进行定位,肋条与电路板具有0.05~0.20mm的间隙(具体视塑胶外壳和电路板大小而定)。
一旦电路板放入到塑胶外壳中,二者较高的相对位置精度就已经确定,电路板在外壳中不会前后左右晃动,螺丝孔已经对齐。下一步就可以直接锁紧螺丝。
方法2:定位柱与定位孔
在塑胶外壳上增加两个定位柱,在电路板上增加两个定位孔,通过定位柱与定位孔的配合来进行定位,间隙为0.05~0.20mm(具体视塑胶外壳和电路板大小而定)。对齐定位柱和定位孔,即可把电路板放入外壳中,同时二者较高的相对位置精度就已经确定。
在很多时候,定位和导向常常结合在一体,前端导向,后端定位。
一些定位实例:
▼激光焊接时两个塑胶件之间的定位:
▼超声波焊接时两个塑胶件之间的定位:
▼钣金件之间在焊接或螺丝紧固之前通过一些定位特征进行定位:
▼激光焊接时两个金属件之间的定位:
▼连接器公母端的定位柱(导向柱)和定位孔的设计:
4.定位特征的设计原则
原则1:定位特征应当是零部件上尺寸精度较高的特征
定位特征应当是零部件上尺寸精度较高的特征。否则,定位特征本身的尺寸误差较大,那么就无法行使定位功能、无法保证零部件之间相对较高的位置精度。
原则2:避免过定位
在设计定位特征时,需要避免过定位,否则零部件会装不上,或者强行装上之后零部件之间存在内应力。
▼过定位:
▼无过定位:
原则3:紧固无法提供定位功能
定位和紧固是两个不同的概念,应当区别开来。不少工程师在设计零部件的装配关系时,选择好零部件之间的紧固工艺如螺丝、卡扣、焊接工艺之后,就认为万事大吉了。如果仅仅考虑紧固工艺,那么就会存在文章开头所列举的对不齐的问题。
紧固不是定位,无法提供定位的功能。紧固无法保证两个零部件之间精密的位置精度。
5.总结
零部件与零部件之间需要定位!产品设计时,在设计两个零部件的装配关系时,需要时刻问自己的是:这两个零部件设计定位特征了吗?
人生需要定位!
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