第七节 避免装配干涉及设计装配止位特征
1. 避免装配干涉
Ø 避免零件在装配过程中发生干涉
避免这样的错误需要产品设计工程师在三维设计软件中进行简单的产品装配过程动态模拟，这样就可以发现零件是否发生了装配干涉。对于整个产品的装配过程，都需要进行这样的动态模拟，确保零件装配顺利。这是面向装配的产品设计中最基本的要求。
Ø 避免运动零件在运动过程中发生干涉
很多产品都包含运动零件，运动零件在运动过程中需要避免发生干涉，否则会阻碍产品实现相应的功能，造成产品故障，甚至损坏。
对此，产品设计过程师也可以通过运动过程模拟确保运动零件在运动过程中畅通无阻，避免发生运动干涉。
Ø 避免用户在使用产品过程中发生干涉
如图2-37所示，在原始的设计中，电源插座的两相插孔和三相插口距离很近，很容易造成用户如果同时使用两相线缆和三相线缆时发生干涉，一个线缆插头插不进插口；在改进的设计中，只需将两相插孔和三相插孔做相应的偏移，增大二者的距离，即可解决此干涉问题。
2. 为辅助工具提供空间
零件在装配过程中，经常需要辅助工具来完成装配。例如，两个零件之间通过螺钉固定，零件的装配需要电动螺丝批的辅助；两个零件通过拉钉来固定，那就需要拉钉枪来辅助。在产品设计中需要为辅助工具提供足够的空间，使得辅助工具能够顺利完成装配工序。
由于现今的多数产品都倾向于在更小的尺寸空间内集成更多的功能，这就对产品设计提出了挑战，因此在产品装配中经常会出现辅助工具无法正常使用的情况。如图2-38所示，在原始的设计中，螺丝批没有足够的操作空间，在使用过程中会和零件发生干涉，螺钉无法拧入，零件不能固定；在改进的设计中，螺丝批具有足够的操作空间，零件能够顺利固定。
3. 为重要零部件设计装配止位特征
产品中一般都包括很重要但同时又比较脆弱的零部件，如电脑中的硬盘、电源以及一些印制电路板等，这些零部件极容易损坏，产品设计时需要确保这些重要的零部件在装配和使用过程中不被损坏。最容易发生的失效方式是这些重要零部件装配到正确位置后，由于操作人员或者消费者用力不当，使得零部件继续前进，碰到其他零件而损坏。因此有必要在产品中设计止位特征，阻止重要零部件装配到正确位置后继续前进。
某产品电源的仰视图如图2-39所示，前端是电源连接器，电源的装配方向如图中箭头所示。在电源前端有一U形止位槽，同机箱中的螺柱相配合，可以阻止电源装配到正确位置后继续前进，避免损坏电源连接器或者与电源配合的印制电路板及其上面的重要零件。
第八节 防止零件欠约束和过约束
空间上任何一自由物体共有6个自由度，分别是3个沿着x、y、z坐标轴移动的自由度和绕着3个坐标轴转动的自由度，如图2-40所示。
1）完全约束：如果零件在6个自由度上均存在约束，称之为完全约束。
2）欠约束：如果零件在1个或1个以上的自由度上不存在约束，称之为欠约束。
3）过约束：如果零件在1个自由度上有2个或者2个以上的约束，称之为零件过约束。
产品设计需要避免零件欠约束和过约束，只有当零件完全约束时，零件才能在产品中正确的装配以及行使应有的功能。
Ø 避免零件欠约束
如果零件欠约束，那么在零件装配好后，零件会在欠约束的自由度方向上出现不该有的运动，妨碍零件功能的实现。
Ø 避免零件过约束
零件都通过了检查，尺寸都在公差范围之内，为什么还是装配不上？
——迷茫的工程师
零件发生过约束，要么零件很难进行装配，要么产生装配质量问题，或者装配好之后零件之间存在应力。
如图2-41所示，在原始的设计中，零件A与零件B在x方向上有两个约束，因此零件在x方向上过约束。由于零件制造公差的存在，此时很容易发生第一个柱子插入到第一个孔后，第二个柱子很难插入到第二个孔中，而且由于无法判定哪一个柱子与孔决定了零件A的位置，很难通过尺寸管控来提高产品装配质量。
在改进的设计中，零件A的第二个孔为长圆孔，避免了在x方向过约束，零件A能够轻松地插入到零件B中；同时，零件B的第一个柱子和零件A的第一个孔决定了零件A的位置，通过管控相应的尺寸就能管控零件A的位置。
其他常见的零件过约束设计及其改进的设计如图2-42所示。
当零件之间通过多个螺钉固定时，产品设计工程师常发现最后几个螺钉与螺钉孔总是没有对齐，很难把螺钉固定上。在这种情况下，可以把一个螺钉孔设计为小孔（即孔的直径比螺钉直径稍大），另外一个孔设计为长圆孔（即孔的直径与小孔直径一样大，长度稍长，需要注意的是长圆孔的长度方向平行于小孔与长圆孔之间的直线），其余的均是大孔（即孔的直径比螺钉直径大得多），如图2-43所示。其中小孔与长圆孔起着定位的作用，而大孔的设计则避免了零件过约束。这既保证了零件的装配位置精度，又保证了零件的顺利装配。不过这样的设计需要在零件装配时指明固定螺钉的顺序，小孔先固定，然后是长圆孔，最后是其他的大孔。
