機械設備修理工藝學

機械設備修理工藝學主編晏初宏一、修理技術在國民經濟中的地位

二、我國修理技術的發(fā)展概況

三、修理技術的發(fā)展趨勢

四、機械設備修理工藝學課程的性質和任務

第一章機械設備修理的基本知識一、修理技術在國民經濟中的地位

二、我國修理技術的發(fā)展概況圖0-1表面工程的學科體系二、我國修理技術的發(fā)展概況圖0-2表面工程的技術設計體系三、修理技術的發(fā)展趨勢1.計算機技術

2.狀態(tài)監(jiān)測與設備故障診斷技術

3.表面工程技術1.計算機技術計算機技術的發(fā)展使在修理技術領域中實現修理工藝設計自動化成為了可能，通過向計算機輸入被修理零部件的原始數據、修理條件和修理要求，由計算機自動地進行編碼、編程直至最后輸出經過優(yōu)化的修理工藝規(guī)程卡片的全過程，稱為計算機輔助修理工藝規(guī)程設計。用計算機直接與修理過程連接，對修理過程及其工裝設備進行監(jiān)視和控制，這是計算機輔助修理的直接應用。計算機不與修理過程直接連接，而是用來提供修理計劃、進行技術準備與發(fā)出各種指令和有關信息，以進一步指導和管理修理過程，這就是計算機輔助修理的間接應用。隨著計算機技術在各部門的廣泛應用，人們越來越認識到，單純孤立地在各個部門用計算機輔助進行各項工作，遠沒有充分發(fā)揮出計算機控制的潛在能力，只有用更高層的計算機將各個環(huán)節(jié)集中和控制起來，組成更高水平的修理系統(tǒng)，才能取得更大更全面的經濟效益，這就是計算機輔助修理系統(tǒng)。一個大規(guī)模的計算機輔助修理系統(tǒng)包含有二級或三級計算機分級結構，如用一臺微機控制某一個單過程，一臺小型計算機負責監(jiān)控一群微機，再用一臺中型或大型計算機負責監(jiān)控幾臺小型計算機，這樣就形成了一個計算機網絡。用這個網絡對復雜的修理過程進行監(jiān)督和控制，同時進行如零部件修理程序設計和安排修理作業(yè)計劃等各種生產準備和管理工作。2.狀態(tài)監(jiān)測與設備故障診斷技術圖0-3美國GE公司內燃電力機車故障診斷DELTA/CATS專家系統(tǒng)總體結構2.狀態(tài)監(jiān)測與設備故障診斷技術圖0-4MDES-1系統(tǒng)構成圖3.表面工程技術我國的表面工程技術在過去的十幾年中，已獲得了重大發(fā)展，在國民經濟中發(fā)揮了重要作用。但表面科學與工程在理論研究和工程應用的總體水平上，與工業(yè)發(fā)達國家相比仍有較大差距，原因是各部門的研究自成體系，力量分散，沒有綜合、復合，設備落后，攻關力量薄弱，尚難以承擔對國民經濟建設具有重大影響、關系全局的重點工程和關鍵技術的攻關。表面工程技術的發(fā)展方興未艾、前景廣闊。相信在我國表面工程專家及工程技術人員的共同努力下，隨著表面工程學科和技術的發(fā)展及其產業(yè)化，表面工程技術對加速和推進我國工業(yè)現代化進程，推動我國設備修理工程的高新技術的發(fā)展，將起到不可估量的促進作用。四、機械設備修理工藝學課程的性質和任務1)初步掌握機械設備修理工藝的基本理論與基本知識。

2)熟悉常用機械零部件修復技術的基本內容和修理方法，能正確選用常用的工具、檢具、研具、量具，具有編制與實施中等復雜程度的機械設備常規(guī)修理工藝技術規(guī)程的基本能力。

3)掌握機械設備修理中零件測繪設計的基本知識，能正確確定修換件、測繪失效零件及選用測繪工具，具有正確使用技術資料、設計及繪制更換零件工作圖的能力。

4)具有分析和解決修理作業(yè)中一般技術問題的能力。

5)初步掌握機械設備修理后的調試及精度檢驗方法。第一章機械設備修理的基本知識第一節(jié)機械零件的失效

第二節(jié)設備修理前的準備工作

第三節(jié)尺寸鏈

第四節(jié)修理基準和典型修理作業(yè)的內容

第五節(jié)設備零件修理更換的原則第一節(jié)機械零件的失效一、零件的變形

一個結構或零件，特別是基礎零件在外加載荷的作用下發(fā)生變形，將導致零部件之間相互位置精度遭到破壞，影響各組成零件的相互關系。據估算，變形對零部件壽命的影響在30%左右。對于金屬切削機床類設備，由于精度要求較高，變形的影響就更加突出。在修理實踐中發(fā)現，修理質量低、大修周期短的一個重要原因就是零部件的變形。

1.零件變形的原因

(1)毛坯制造鑄造、鍛造、焊接等熱加工零件由于溫度差異、冷卻和組織轉變的先后不一都會形成殘余的內應力，尤其是鑄造毛坯，形狀復雜，厚薄不均，在澆鑄后的冷卻過程中，形成拉伸、壓縮等不同的應力狀態(tài)，可能發(fā)生變形或斷裂。第一節(jié)機械零件的失效(2)機械加工在切削加工過程中，由于裝夾、切削力、切削熱的作用，零件表層會發(fā)生塑性變形和冷作硬化，因而產生內應力，引起變形。

(3)操作使用工程機械、礦山機械、冶金設備、鍛壓設備及其他熱加工機械設備等，在較惡劣的工況下工作，其個別零部件在極限載荷或超載荷的情況下運行，高溫導致零部件屈服強度降低，從而使零部件產生變形。

(4)修理質量在設備修理過程中，如果不考慮被修零件已經變形，常常會造成零件更大的變形或增加變形的危害。

2.零件的變形失效第一節(jié)機械零件的失效(1)彈性變形失效分析當一個零件沒有明顯的永久變形或涉及復雜的應力場時，必須考慮彈性變形失效，因為變形失效包含一次加載屈服，而且大部分零件在載荷的作用下將發(fā)生彈性彎曲。

(2)累積應變失效分析當某一零件在承受穩(wěn)態(tài)載荷時，還承受與主動方向不同的一個循環(huán)變化的疊加載荷，循環(huán)變化的載荷所產生的應變使零件的兩端每半周一次交替發(fā)生超過屈服點(σs)的應變。

(3)過載變形失效分析每一個構件或零件都有一個承載極限，當承載載荷超過此極限時則稱為過載，機械零件在過載情況下會發(fā)生變形或斷裂。

1)應力分析：在機械設計中常用的許用應力為第一節(jié)機械零件的失效2)極限分析：在工程力學的計算中，往往將材料看成一均勻的連續(xù)體，因此在外載作用下認為該材料在達到一定的屈服強度后，材料的性質是塑性的，然而它并不產生加工硬化，而是在應力不變的情況下一直發(fā)生塑性變形。

3)變形量分析：在上述兩種設計計算分析中，屈服強度都被假定為是計算承受靜載結構的安全載荷的判斷依據，而在具體的設計工作中并未考慮將會經常碰到的變形量問題，但這些變形量問題也正是機械零件變形失效中不可忽略的問題。

3.減輕零件變形危害的措施

1)在機械設計中不僅要考慮零件的強度，還要考慮零件的剛度和制造、裝配、使用、拆卸修理等有關問題。第一節(jié)機械零件的失效2)在機械加工中要采取一系列工藝措施防止和減小變形，對毛坯要進行時效處理以消除其殘余內應力。

3)加強生產技術管理，制定并嚴格執(zhí)行操作規(guī)程，不超負荷運行，避免局部超載和過熱，加強設備的檢查和維護。

4)在設備修理中，不僅要恢復零件的尺寸、配合精度、表面質量等，還要檢查和修復主要零件的形狀和位置誤差，制定出與變形有關的標準和修理規(guī)范。

二、零件的斷裂第一節(jié)機械零件的失效斷裂是指在外力的作用下發(fā)生的幾個原子間距的正向分離與切向分離，斷裂是材料或零件的一種復雜現象，在不同的力學、物理和化學環(huán)境下會有不同的斷裂形式。例如，機械零件在循環(huán)應力作用下會發(fā)生疲勞斷裂，在高溫持久應力作用下會發(fā)生蠕變斷裂，在腐蝕環(huán)境下會發(fā)生應力腐蝕或腐蝕疲勞。在實際工程應用上常根據工程構件或機械零件的斷口的宏觀形態(tài)特征將斷裂分為韌性斷裂和脆性斷裂，或按載荷性質分為一次加載斷裂和疲勞斷裂。

1)韌性斷裂是超過強度極限前發(fā)生韌性變形后而發(fā)生斷裂，多數為穿晶斷裂，即裂縫是割斷晶粒而穿過，一般是在切應力作用下發(fā)生，又稱為切變斷裂。第一節(jié)機械零件的失效2)脆性斷裂一般發(fā)生在應力達到條件屈服強度前，沒有或只有少量的塑性變形，多為沿晶界擴展而突然發(fā)生，又稱為晶界斷裂，斷口呈結晶狀，平滑而光亮，稱為解理面，因此這種斷裂也稱為解理斷裂。

3)一次加載斷裂是零件在一次靜拉伸、靜壓縮、靜扭轉、靜彎曲或一次沖擊下的斷裂。

4)疲勞斷裂為反復加載斷裂，即經歷反復多次的應力作用或能量負荷循環(huán)后才發(fā)生斷裂的現象。

1.零件疲勞斷裂的基本原理第一節(jié)機械零件的失效圖1-1在滑移帶中產生的缺口峰2.減輕斷裂危害的措施第一節(jié)機械零件的失效(1)在機械設計中要盡量減少應力集中如焊縫通常是疲勞斷裂失效的起源區(qū)域，對T形焊接接頭，采取適當的幾何形狀，焊后打磨圓角或鉆孔，均能減輕應力集中的程度。圖1-2焊接結構及零件截面幾何形狀的改進第一節(jié)機械零件的失效(2)在機械制造工藝方面延長零件疲勞壽命的最有效途徑是引入殘余壓應力，如噴丸強化處理、冷滾壓加工等。

(3)機械設備在使用中的注意事項要注意及時發(fā)現零件裂紋，定期進行無損探傷；盡量減輕零件的腐蝕損傷，因為腐蝕會增加裂紋擴展的速率；盡可能減少設備運行中各部分的溫差，如發(fā)動機起動時各部分溫差很大，如果立即高速大負荷運轉，會加大溫差，由熱應力引起應力集中加速有關零件疲勞損壞；設備使用中還要嚴格避免設備超載并盡量減少沖擊。

(4)機械設備在修理中的注意事項第一節(jié)機械零件的失效圖1-3疲勞斷口的

宏觀形象第一節(jié)機械零件的失效1)注意對斷裂零件進行斷口分析，以確定零件斷裂的形式、原因、起源和超載程度等。

2)裂紋和斷裂零件的修復方法有很多，如焊接、粘接、鉚接等。

3)注意修理操作對零件斷裂的影響。

4)采用延長零件壽命的修復方法，如表面去皮修理，將螺旋槳、發(fā)動機渦輪葉片等零件定期去除一薄層金屬可以大大延長其使用壽命。

5)對容易產生斷裂的重要零件實行狀態(tài)監(jiān)測，如定期進行無損檢測，利用閃頻儀在零件運轉中監(jiān)測等。

三、零件的蝕損第一節(jié)機械零件的失效零件的蝕損形式有腐蝕和氣蝕。腐蝕是在周圍介質作用下，零件表面發(fā)生的以化學或電化學反應為主的磨損。它與其他形式的磨損相伴發(fā)生、相互影響和相互促進，可產生嚴重的后果，特別是在高溫和潮濕的環(huán)境中尤為嚴重。而氣蝕是一種比較復雜的破壞現象，它不僅僅是機械作用，還有化學反應、電化學作用，液體中含有磨料時會加劇這一破壞過程。氣蝕現象經常發(fā)生在柴油機氣缸套外壁、水泵零件、水輪機葉片、船舶螺旋槳等部位。

1.腐蝕

(1)氧化磨損金屬與空氣中的氧作用形成氧化磨損是最常見的一種腐蝕磨損形式，其特征是摩擦表面沿滑動方向呈勻細磨痕。第一節(jié)機械零件的失效(2)特殊介質腐蝕磨損摩擦副與酸、堿、鹽等特殊介質作用發(fā)生化學反應而形成腐蝕磨損，其機理與氧化磨損相似，在摩擦表面上沿滑動方向也有腐蝕磨損的痕跡，但磨損速度較快。

1)根據工作環(huán)境條件選擇合適的耐蝕材料，盡量以塑料代替金屬；進行合理的結構設計，零件外形要簡化，表面粗糙度值的大小要合適，避免形成原電池的條件。

2)覆蓋金屬保護層如鎳、鉻、鋅等，覆蓋方法有電鍍、噴涂、化學鍍等；非金屬保護層如涂裝、塑料、橡膠、搪瓷等；化學保護層如磷化、鈍化、氧化等；表面合金化如滲氮、滲鉻、滲鋁等。

3)進行電化學保護，用比零件材料化學性能更活潑的金屬鉚接在零件上，人為形成原電池，零件成為陰極受到保護，從而不會發(fā)生電化學腐蝕。第一節(jié)機械零件的失效4)進行介質處理，將有機緩蝕劑或無機緩蝕劑加入相應介質，減弱零件的腐蝕。

2.氣蝕

1)減小零件與液體接觸表面的振動，以減少水擊現象的發(fā)生。

2)選用耐穴蝕的材料，如鑄鐵成分中最容易穴蝕的是片狀石墨，而球狀或團狀石墨耐穴蝕性好，珠光體比鐵素體耐穴蝕。

3)零件表面涂防穴蝕材料，如塑料、陶瓷、表面鍍鉻等，減小表面粗糙度值也有利于減輕穴蝕。

4)改進零件結構，減少液體流動時產生渦流的現象。

5)介質中添加乳化油，可減小氣泡爆破時的沖擊力，以減輕穴蝕。

四、零件的磨損第一節(jié)機械零件的失效磨損是工作表面在摩擦時沿其表面發(fā)生的微觀或宏觀變化過程的結果。隨著這個過程的進行，可能產生表面材料的位移或脫離而使材料數量減少或表面層性質改變等。一切有滑動或滾動接觸的機械零件都會受到一定程度的磨損，如軸承、齒輪、密封圈、導軌、活塞環(huán)、齒條、制動器和凸輪等。這些零件的磨損范圍包括了輕度的氧化磨損及嚴重的快速磨損并使表面粗化，這些磨損是否構成零件的失效，必須看其是否危及零件的實際工作能力。如一個液壓閥的精密配合閥柱，即使出現了輕微的拋光型磨損，也能導致嚴重的泄漏而失效；但如巖石破碎機的錘頭，盡管有嚴重的壓凹、碰傷仍能正常地工作。第一節(jié)機械零件的失效因此進行磨損失效分析時必須進行科學的分析和判斷，同時在磨損失效分析時除了機械磨損因素外，還應考慮化學腐蝕所引起的磨損因素，以及溫度和應力的范圍。

1.磨損的類型

(1)按接觸表面的性質分類固體表面接觸時，有磨粒磨損、固體磨損、液體磨損和氣體磨損。

(2)按磨損機理分類有磨粒磨損、粘著磨損、疲勞磨損、腐蝕磨損、微動磨損、氣蝕磨損與沖蝕磨損。

2.磨損的表示方法

(1)磨損量表示磨損結果的指標。

(2)磨損率表示磨損快慢的指標。

1)用磨損量與發(fā)生磨損所經過的時間之比來表述。第一節(jié)機械零件的失效2)用磨損量與發(fā)生磨損所經過的路程之比來表述。

(3)耐磨性ε指材料抵抗磨損的性能。

(4)相對耐磨性εw指在相同摩擦條件下，標樣材料與試樣材料兩種磨損量的比值。

3.磨損的一般規(guī)律

(1)初期磨損階段(又稱跑合階段)新的摩擦副表面都具有一定的表面粗糙度值，實際接觸面積較小，單位接觸面積的實際載荷較大。圖1-4典型磨損過程第一節(jié)機械零件的失效圖1-5跑合結果(2)穩(wěn)定磨損階段(又稱工作磨損階段)零件經過短期跑合之后，第一節(jié)機械零件的失效即進入穩(wěn)定磨損階段，在此階段，工作時間最長，磨損速度較小。

(3)急劇磨損階段(又稱強烈磨損階段)經過較長時間的穩(wěn)定磨損以后，摩擦表面之間的間隙和表面形態(tài)改變，表面質量變壞，迫使其摩擦副表面間的工作狀況發(fā)生劇烈的變化，以金屬的直接接觸代替原來的液體摩擦或邊界摩擦，因而導致強烈的磨損。

4.減少磨損的途徑

1)正確選擇材料是提高耐磨性的關鍵，例如對于抗疲勞磨損，則要求鋼材質量好，鋼中有害的雜質比例低。

2)為了改善零件表面的耐磨性可采用多種表面處理方法，如采用滾壓加工表面強化處理，各種化學表面處理，塑性涂層、耐磨涂層，噴鉬、鍍鉻、等離子噴涂等。第一節(jié)機械零件的失效3)盡量保證液體潤滑，采用合適的潤滑材料和正確的潤滑方法，采用潤滑添加劑，注意密封等。

4)合理進行摩擦副的結構設計是提高耐磨性，減少磨損的重要條件。

5)設備的使用和維護正確與否對設備的壽命影響極大，正確的使用和維護與不正確的使用和維護其壽命往往可相差幾倍。第二節(jié)設備修理前的準備工作一、設備修理的方式

機械設備修理主要分為兩種情況：一種是按計劃進行的修理，即所謂“計劃預修制”的修理；另一種是機械設備產生了故障，不排除故障則不能進行正常工作，即排除故障的修理，這種修理具有一定的隨機性。

1.計劃預修制

(1)大修機械設備的大修是工作量最大的一種計劃修理。圖1-6設備大修的工作程序第二節(jié)設備修理前的準備工作(2)項修項目修理(簡稱項修)是根據機械設備的實際技術狀態(tài)，對狀態(tài)劣化已達不到生產工藝要求的項目，按實際需要進行針對性的修理。

(3)小修機械設備的小修是工作量最小的一種計劃修理。第二節(jié)設備修理前的準備工作表1-1機械設備大修、項修與小修工作內容的比較

大修項修小修拆卸分解程度全部拆卸分解針對檢查部位，部分拆卸分解拆卸、檢查部分磨損嚴重的機件和污穢部位修復范圍和程度修理基準件，更換或修復主要件、大型件及所有不合格的零件根據修理項目，對修理部位進行修復，更換不合格的零件清除污穢積垢，調整零件間隙及相對位置，更換或修復不能使用的零件，修復達不到完好程度的部位刮研程度加工和刮研全部滑動接合面根據修理項目決定刮研部位必要時局部修刮，填補劃痕精度要求按大修精度及通用技術標準檢查驗收按預定要求驗收按設備完好標準要求驗收第二節(jié)設備修理前的準備工作表1-1機械設備大修、項修與小修工作內容的比較表面修飾要求全部外表面刮膩子、打光、涂裝，手柄等零件重新電鍍補涂裝或不進行不進行第二節(jié)設備修理前的準備工作(4)定期精度調整定期精度調整是指對精、大、稀機床的幾何精度定期進行調整，使其達到(或接近)規(guī)定標準；精度調整的周期一般為一至二年。

2.排除故障修理圖1-7排除故障修理的工作程序二、機械零件的修理方案第二節(jié)設備修理前的準備工作機械零件損壞失效后，多數可采用各種各樣的方法修復后重新使用。利用修復可大大減少新備件的消耗量，從而減少用于生產備件的設備負擔，降低修理成本，也可以避免因備件不足而延長設備的修理時間。但是當零件無法修復或修復零件在經濟上不合算時，則可更換新件。常用的修理方法有：

(1)調整法為了便于維修，很多設備在設計時就考慮到間隙的調整問題。

(2)換位法由于各種原因，設備的磨損往往是不均勻的。

(3)維修尺寸法配對零件磨損后，將其中一個成本相對較高的零件進行再加工，使其具有正確的幾何形狀，根據加工后零件的尺寸更換另一個零件，恢復配合件的工作能力。第二節(jié)設備修理前的準備工作(4)附加零件法當配合件磨損時，分別進行機械加工，恢復為正確的幾何形狀，然后在配合孔中壓入一個附加零件，以達到原配合要求。

(5)局部更換法將零件損壞的部分切除掉，再鑲上一部分使零件復原。

(6)恢復尺寸法使磨損的零件恢復原來的形狀尺寸和精度的方法稱為恢復尺寸法。

1)機械結合法，如金屬噴鍍、嵌絲補裂紋等。

2)電沉積結合法，在電場作用下，鍍液中的金屬離子在金屬表面上還原而形成金屬沉積層，如槽鍍和近幾年采用的快速電鍍新方法，廣泛用于零件的修復。

3)熔接法，如氣焊、電焊、鍛接等。第二節(jié)設備修理前的準備工作4)粘接法，采用101膠和618環(huán)氧樹脂等粘接劑來修復導軌、軸頸的磨損面，也可直接粘接受力不大的零件。

5)擠壓法，用壓力加工的方法，把零件上備用的一部分金屬擠壓到磨損的工作面上去，以增補磨損掉的金屬。

(7)更換新零件法損壞嚴重、無法修復或不值得修復的零件，可以更換新的零件。

三、設備修理前的準備工作

設備修理前的準備工作包括技術準備和生產準備兩方面的內容。設備修理前的準備工作的程序如圖1?8所示(實線為傳遞程序，虛線為信息反饋)。第二節(jié)設備修理前的準備工作圖1-8設備修理前準備工作程序1.設備修理前的技術準備工作第二節(jié)設備修理前的準備工作(1)修理前技術狀況的調查技術狀況的調查一般可在修前二至八個月分兩步進行(項修、小修設備為修前二至四個月，大型復雜設備為修前六至八個月)，若有大型鑄鋼件或鍛件，時間還要長些。

1)設備的工作精度和幾何精度的變動情況。

2)設備的負荷能力的變動情況。

3)發(fā)生過故障的部位、原因及故障頻率。

4)曾經檢查、診斷出的隱患及其處理情況。

5)設備是否需要改善維修。

1)檢查全部或主要幾何精度。

2)測量性能參數降低情況。

3)檢查各轉動機械運動的平穩(wěn)性，有無異常振動和噪聲。

4)檢查氣壓、液壓及潤滑系統(tǒng)的情況，并檢查有無泄漏。第二節(jié)設備修理前的準備工作5)檢查離合器、制動器、安全保護裝置及操作件是否靈活可靠。

6)電氣系統(tǒng)的失效和老化狀況。

7)將設備部分解體，測量基礎件和關鍵件的磨損量，確定需要更換和修復的零件，必要時測繪和核對修換件的圖樣。

(2)修理技術文件的編制

1)修理技術任務書。

2)修換件明細表及圖樣。

3)電氣元件及特殊材料表(正常庫存以外的品種規(guī)格)。

4)修理工藝及專用工具、檢具、研具的圖樣及清單。

5)質量標準。

2.設備修理前的生產準備工作第二節(jié)設備修理前的準備工作(1)材料及備件準備設備主管部門在編制年度修理計劃的同時，應編制年度分類材料計劃表，提交至材料供應部門。

(2)專用工具、檢具、研具的準備工具、檢具、研具的精度要求高，應由工具管理人員向工具制造部門提出訂貨。

(3)修理作業(yè)計劃的編制修理作業(yè)計劃由修理單位的計劃員負責編制，并組織主修機械及電氣技術人員、修理工(組)長討論審定。圖1-9設備大修的作業(yè)程序第三節(jié)尺寸鏈一、尺寸鏈的基本概念圖1-10裝配尺寸鏈第三節(jié)尺寸鏈圖1-11尺寸鏈圖1.尺寸鏈的組成第三節(jié)尺寸鏈2.尺寸鏈分類

(1)按尺寸鏈應用范圍分類尺寸鏈可以分為設計尺寸鏈、工藝尺寸鏈、裝配尺寸鏈以及檢驗尺寸鏈。

(2)根據尺寸鏈中組成環(huán)的性質分類尺寸鏈可以分為線性尺寸鏈、角度尺寸鏈、平面尺寸鏈和空間尺寸鏈。

1)線性尺寸鏈的各組成環(huán)尺寸在同一平面內，均為直線尺寸且彼此平行，尺寸與尺寸之間相互連接，如圖1-12所示。

2)角度尺寸鏈的組成環(huán)由各種不同的角度所組成，其中包括由誤差形成的角度。第三節(jié)尺寸鏈圖1-12線性尺寸鏈第三節(jié)尺寸鏈圖1-13公共角頂的角度尺寸鏈第三節(jié)尺寸鏈圖1-14角度組成的

封閉多邊形第三節(jié)尺寸鏈3)平面尺寸鏈的各組成環(huán)尺寸在同一平面內，但不一定都平行。圖1-15平面尺寸鏈4)空間尺寸鏈的各組成環(huán)尺寸不在同一平面內，且不一定互相平行。第三節(jié)尺寸鏈圖1-16工業(yè)機器人(3)按尺寸鏈相互聯系的形態(tài)分類尺寸鏈可以分為串聯尺寸鏈、并聯尺寸鏈和混聯尺寸鏈。第三節(jié)尺寸鏈1)串聯尺寸鏈是各組尺寸鏈之間以一定的基準線互相串聯結合成為相互有關的尺寸鏈組合，如圖1-17所示。

2)并聯尺寸鏈是在各組尺寸鏈之間，以一定的公共環(huán)互相并聯結合成的復合尺寸鏈。圖1-17串聯尺寸鏈第三節(jié)尺寸鏈圖1-18并聯尺寸鏈第三節(jié)尺寸鏈圖1-19混聯尺寸鏈3)混聯尺寸鏈是由并聯尺寸鏈和串聯尺寸鏈混合組成的復合尺寸鏈，如圖1-19所示。第三節(jié)尺寸鏈3.尺寸鏈所表示的基本關系

1)增環(huán)對封閉環(huán)誤差的積累關系為同向影響，增環(huán)誤差增大(或減小)可使封閉環(huán)尺寸相應增大(或減小)，而且使封閉環(huán)尺寸向偏大方向偏移。

2)減環(huán)對封閉環(huán)誤差的積累關系為反向影響，減環(huán)誤差增大(或減小)可使封閉環(huán)尺寸相應減小(或增大)，而且使封閉環(huán)尺寸向偏小方向偏移。

3)綜合增環(huán)尺寸使封閉環(huán)向偏大方向偏移、減環(huán)尺寸又使封閉環(huán)向偏小方向偏移的情況，結果導致封閉環(huán)尺寸向兩個方向偏移，最后使封閉環(huán)尺寸的誤差δΣ增大。

(1)封閉環(huán)的極限尺寸封閉環(huán)的最大極限尺寸等于各增環(huán)的最大極限尺寸之和減去各減環(huán)的最小極限尺寸之和。第三節(jié)尺寸鏈(2)封閉環(huán)的上、下偏差封閉環(huán)的上偏差應是封閉環(huán)最大極限尺寸與基本尺寸之差，也等于各增環(huán)上偏差之和減去各減環(huán)下偏差之和。

(3)封閉環(huán)的公差封閉環(huán)的公差等于封閉環(huán)的最大極限尺寸減去最小極限尺寸，經化簡后即為各組成環(huán)公差之和。

(4)各組成環(huán)平均尺寸的計算有時為了計算方便，往往將某些尺寸的非對稱公差帶變換成對稱公差帶的形式，這樣基本尺寸就要換算成平均尺寸。

(5)各組成環(huán)平均偏差的計算各組成環(huán)的平均偏差等于各環(huán)的上偏差與下偏差之和的一半。

二、尺寸鏈的計算第三節(jié)尺寸鏈尺寸鏈計算通?？煞譃椋壕€性尺寸鏈計算、角度尺寸鏈計算、平面尺寸鏈計算和空間尺寸鏈計算，在這四種計算中，通常是以線性尺寸鏈為基本形式來建立計算公式的，而且最初是按照極值法來進行推導的。

1.極值法計算尺寸鏈圖1-20正計算圖例第三節(jié)尺寸鏈(1)正計算已知各組成環(huán)的尺寸和上、下偏差，求封閉環(huán)的尺寸及上、下偏差，稱為正計算。

例1-1已知一尺寸鏈如圖1-20所示，試求封閉環(huán)的尺寸及公差。

解①確定增環(huán)和減環(huán)：尺寸24、40、62為增環(huán)，尺寸28、75為減環(huán)。

②求封閉環(huán)的基本尺寸，根據

③求封閉環(huán)的極限尺寸，根據

④求封閉環(huán)的公差，根據

⑤求封閉環(huán)的上、下偏差，根據第三節(jié)尺寸鏈表1-2計算封閉環(huán)的豎式(單位：mm)基?本?尺?寸增環(huán)24

40

62-0．04

+0．037

+0．056-0．12

-0．025

+0．01減環(huán)-28

-75+0．037

+0．10-0．015

+0．054封閉環(huán)23+0．190-0．096第三節(jié)尺寸鏈例1-2圖1-21所示為車床的部件，A1=25+0．084mm，A2=(25±0.065)mm，A3=(0±0.006)mm，AΣ=0+0．025mm，試校核裝配間隙AΣ能否得到保證。

解①繪出尺寸鏈圖，如圖1-22所示。

②確定增環(huán)和減環(huán)：尺寸A2、A3為增環(huán)，尺寸A1為減環(huán)。

③求封閉環(huán)的基本尺寸：

④求封閉環(huán)的上、下偏差：圖1-22車床部件尺寸鏈圖第三節(jié)尺寸鏈圖1-22車床部件尺寸鏈圖⑤用豎式法驗算：第三節(jié)尺寸鏈表格基?本?尺?寸增環(huán)25

0+0．065

+0．006-0．065

-0．006減環(huán)-250-0．084封閉環(huán)0+0．071-0．155第三節(jié)尺寸鏈(2)反計算已知封閉環(huán)的極限尺寸(或上、下偏差)及其公差，求解各組成環(huán)的上、下偏差及公差，則稱為尺寸鏈的反計算。

1)等公差法是在環(huán)數不多、基本尺寸相近時，將已知的封閉環(huán)公差按TM=TAΣ/(n-1)平均分配給各組成環(huán)，然后根據各環(huán)尺寸加工的難易適當調整公差，只要滿足下式即可。

2)等精度法是在尺寸鏈環(huán)數較多時，先將各組成環(huán)公差定為相同的公差等級，求出公差等級系數，再計算各環(huán)公差，而后按加工難易進行適當調整，但也需滿足下式。第三節(jié)尺寸鏈例1-3圖1-23所示為汽車發(fā)動機曲軸，設計要求軸向裝配間隙為0.05~0.25mm，即AΣ=0+0．25mm，在曲軸主軸頸前后兩端套有止推墊片，正齒輪被壓緊在主軸頸臺肩上，試確定曲軸主軸頸長度A1=43.50mm，前后止推墊片厚度A2=A4=2.5mm，軸承座寬度A3=38.5mm等尺寸的上、下偏差。

解①繪出尺寸鏈圖，如圖1-24所示。圖1-24曲軸軸頸尺寸鏈圖第三節(jié)尺寸鏈圖1-24曲軸軸頸尺寸鏈圖②確定增環(huán)和減環(huán)：尺寸A1為增環(huán)，尺寸A2、A4、A3為減環(huán)，尺寸AΣ是封閉環(huán)。

③按等公差法計算時，則第三節(jié)尺寸鏈表格基?本?尺?寸增環(huán)43．50+0．10+0．05減環(huán)-2．50

-2．50

-38．50+0．04

+0．04

+0．070

0

0封閉環(huán)0+0．25+0．05第三節(jié)尺寸鏈④按等精度法計算時，由式(1-16)算得各組成環(huán)的平均公差單位數aM。查有關資料得IA1=1.56，IA2=IA4=0.54，IA3=1.56。第三節(jié)尺寸鏈表格基?本?尺?寸增環(huán)43．50+0．138+0．05減環(huán)-2．5

-2．5

-38．5+0．025

+0．025

+0．0620

0

0封閉環(huán)0+0．25+0．05第三節(jié)尺寸鏈(3)中間計算已知封閉環(huán)及部分組成環(huán)，求解尺寸鏈中某些組成環(huán)的計算稱為中間計算。圖1-25計算活塞工序尺寸第三節(jié)尺寸鏈例1-4圖1-25所示為活塞，其使用性能要求保證銷孔軸心線至頂部的尺寸99mm及其公差。為使機床尺寸調整簡便，在工序圖上應注明以安裝基準A標注尺寸B，試確定該工序尺寸B及其公差。

解按加工工序最后得到的封閉環(huán)BΣ=為已知，求組成環(huán)B。由圖可知，顯然組成環(huán)155mm的公差不合理，此時的工藝不能保證封閉環(huán)尺寸的精度，因此必須減小尺寸155mm的公差值，現將尺寸1550mm改為1550mm。

例1-5圖1-26a所示為軸承套零件圖，要求端面A對外圓C的軸線的垂直度公差δ2=0.05mm，端面B對外圓C的軸線的垂直度公差δΣ=0.05mm。此零件加工工藝過程如下：第三節(jié)尺寸鏈解端面A對外圓C軸線的垂直度是在工序3中得到保證，δ2=0.05mm/240mm，即其交角α2=90°±Δα2。端面B對外圓C軸線的垂直度是間接達到的，應是封閉環(huán)，由圖上要求其公差δΣ=0.05mm/120mm，即其角度關系為αΣ=90°±ΔαΣ。于是上述α1、α2、αΣ組成了一個三環(huán)角度尺寸鏈，如圖1-26b所示。圖1-26軸承套角度尺寸鏈第三節(jié)尺寸鏈2.概率法計算尺寸鏈圖1-27正態(tài)分布曲線第三節(jié)尺寸鏈(1)正態(tài)分布的隨機誤差尺寸鏈中各組成環(huán)的尺寸，一般情況都是獨立的隨機變量。圖1-28公差帶中心與其尺寸分布中心重合第三節(jié)尺寸鏈(2)非正態(tài)分布的隨機誤差如果各組成環(huán)不屬于正態(tài)分布的隨機誤差。

(3)非對稱分布的隨機誤差圖1-29誤差的非對稱分布第三節(jié)尺寸鏈例1-6用概率法求解例1-3(見圖1-23)汽車發(fā)動機曲軸軸頸裝配尺寸鏈。設各組成環(huán)的尺寸是等精度的。

解①求各組成環(huán)公差，并假定各環(huán)均呈正態(tài)分布，由式(1-16)、式(1-18)得

②決定各環(huán)公差帶位置

三、裝配尺寸鏈的建立方法

要合理地選擇裝配方法，達到預定的裝配精度，就需要深入分析機械設備的結構和技術條件而建立裝配尺寸鏈。

1.單個裝配尺寸鏈第三節(jié)尺寸鏈圖1-30主軸錐孔和尾座頂尖套錐孔軸線的不等高度第三節(jié)尺寸鏈圖1-31影響車床主軸及尾座頂尖套錐孔軸線等高的裝配關系第三節(jié)尺寸鏈圖1-32簡化了的等高尺寸鏈2.裝配尺寸鏈系統(tǒng)第三節(jié)尺寸鏈1)保證溜板箱開合螺母中心線與絲杠中心線的同軸度公差BΣ1(±B′Σ1)，如圖1-34a所示。圖1-33臥式車床絲杠與開合螺母對床身導軌在垂直平面內的位置度第三節(jié)尺寸鏈圖1-34臥式車床上裝配絲杠的尺寸鏈系統(tǒng)第三節(jié)尺寸鏈2)保證絲杠中心線與進給箱上裝絲杠的孔中心線的同軸度公差BΣ2(±B)，如圖所示。

3)保證絲杠中心線與后支架裝絲杠的孔中心線的同軸度公差CΣ1(±C)，如圖1-34c所示，C1=B1。

4)當按圖1-34b所示的尺寸鏈計算(調整法或配作)確定BΣ2后，需保證絲杠前后支承孔中心線的同軸度公差CΣ1(±C)，如圖1-34d所示。

5)為使車床在使用過程中保持精度，在較長時間內不超出公差(0.3mm)，裝配時應使絲杠兩端低于開合螺母中心，若低0.15mm，則當溜板及床身導軌磨損0.3mm時(即開合螺母中心線下降0.3mm)，仍能保證位置度公差，故封閉環(huán)只取正值。第三節(jié)尺寸鏈例1-7圖1-35所示為發(fā)動機風扇結構的裝配圖，這個部件裝配后應保證主軸旋轉自如，同時葉輪不與箱體相碰。此外，還須保證前端螺釘能可靠地緊固葉輪，后端蓋與箱體接觸良好。為了保證上述要求，需要建立一系列裝配尺寸鏈，分別保證各自的裝配技術要求。現以NΣi為各尺寸鏈的封閉環(huán)建立如下的尺寸鏈，如圖1-36所示。圖1-35發(fā)動機風扇結構的裝配圖第三節(jié)尺寸鏈圖1-36按單個技術要求建立的尺寸鏈圖①裝配尺寸鏈a——保證主軸能在箱體中自由轉動，第三節(jié)尺寸鏈軸向間隙為NΣ1。

②裝配尺寸鏈b——保證葉輪不與箱體相碰，間隙為NΣ2。

③裝配尺寸鏈c——保證軸頸伸出套筒，伸出量為NΣ3。

④裝配尺寸鏈d——保證后端蓋上的孔的長度大于套筒配合部分的長度，以便加裝外蓋，超出的長度為NΣ4。

⑤裝配尺寸鏈e——保證后軸頸長度不致超過套筒長度，其差值為NΣ5。

⑥裝配尺寸鏈f——保證前軸端花鍵部分長度適當，以便安裝葉輪，其裝配長度的差值為NΣ6。

⑦裝配尺寸鏈g——保證葉輪裝入軸端后，葉輪孔長超出軸端，以便用螺釘壓緊，超出量為NΣ7。第三節(jié)尺寸鏈⑧裝配尺寸鏈h——保證螺孔深度，以便螺釘壓緊，孔深裕量為NΣ8。

⑨裝配尺寸鏈i——保證箱體前孔長度超過套筒的配合部分的長度，其超出量為NΣ9。圖1-37發(fā)動機風扇結構尺寸鏈系統(tǒng)第三節(jié)尺寸鏈圖1-38并聯尺寸鏈第三節(jié)尺寸鏈圖1-39發(fā)動機風扇主軸裝配尺寸鏈3.裝配角度尺寸鏈第三節(jié)尺寸鏈(1)角度尺寸鏈的封閉性圖1-40所示的角度尺寸鏈表示立式鉆床主軸相對工作臺垂直度的裝配技術要求，從最后形成封閉環(huán)角度誤差αΣ來看，各個組成環(huán)的角度誤差αi都會有所影響，但是各個組成環(huán)所代表的夾角是封閉的。

(2)角度誤差的方向性角度尺寸鏈中的平行度、垂直度等裝配技術要求在標注上有其方向性，要根據標注尺寸的具體位置來判斷其方向。圖1-41垂直度誤差第三節(jié)尺寸鏈圖1-41垂直度誤差第三節(jié)尺寸鏈圖1-42平行度誤差第三節(jié)尺寸鏈(3)角度尺寸鏈的增環(huán)與減環(huán)判斷角度尺寸鏈的組成環(huán)是增環(huán)或者減環(huán)，與線性尺寸鏈相似，要根據對封閉環(huán)αΣ的影響來判斷。

1)內角封閉式角度尺寸鏈：如圖1-43所示的純角度尺寸鏈是用同頂圓進行組成環(huán)的轉化而得來的。

2)具有外角的角度尺寸鏈：如圖1-44所示的純角度尺寸鏈中，α3為封閉框圖外的外角，將此外角按封閉環(huán)同頂圓轉化，由于內、外角互補，轉化后為-α3。圖1-44具有外角的角度尺寸鏈第三節(jié)尺寸鏈圖1-44具有外角的角度尺寸鏈3)根據以上敘述的兩種情況，第三節(jié)尺寸鏈角度尺寸鏈按同頂圓轉化的原則有：

①以封閉環(huán)角頂為中心作同頂圓。

②原與封閉環(huán)同頂的組成環(huán)不加任何轉化。

③內錯角轉化時，依內錯角轉位，符號不變。

④外角、補角、同旁內角等轉化后，隨角度的轉位，符號相應改變。

⑤同軸度、平行度等按同頂小角排入同頂圓，符號與原標注的符號相同。第三節(jié)尺寸鏈例1-8如圖1-45所示銑床，根據銑床精度標準要求，工作臺平面對于主軸旋轉軸線的平行度αΣ，要求工作臺面向床身豎導軌傾斜。為了保證工作臺平面對主軸旋轉軸線的平行度要求、對床身豎導軌的垂直度要求，需要建立一些角度裝配尺寸鏈，分別保證各自的裝配技術要求。圖1-45銑床角度尺寸鏈第四節(jié)修理基準和典型修理作業(yè)的內容一、修理基準的選擇

在修理設備時，合理地選擇刮研修理基準面，對保證設備修理精度是很重要的。裝配圖中通過設計基準、設計尺寸來表達各部件間的位置要求，根據分析后確定下來的尺寸鏈關系，選擇修理基準面是比較方便的。

1.基準不變組合修理法

1)選擇在整個尺寸鏈中具有高精度又便于精確測量的作用面為修理基準面，保證在這個基準面上任何位置測量時產生的誤差均不超出封閉環(huán)允許的誤差，并能滿足各組成環(huán)所要求的精度。

2)選擇尺寸鏈中具有高精度、無磨損和變形、不需要修理的主要作用面為基準面，以避免對此基準面進行不必要的修理。第四節(jié)修理基準和典型修理作業(yè)的內容圖1-46銑床尺寸鏈3)修理基準面選擇在尺寸鏈中剛性好的零件上，第四節(jié)修理基準和典型修理作業(yè)的內容以避免因外界影響而變形，保證修理基準的精度在整個修理過程中能夠保持穩(wěn)定。

4)并聯或串聯尺寸鏈的修理基準面，最好選在幾個尺寸鏈的公共面上，以保證有關尺寸鏈間的相對精度。圖1-47牛頭刨床尺寸鏈第四節(jié)修理基準和典型修理作業(yè)的內容5)選擇修理工作量最大的作用面(修刮的面積最大，形狀復雜或所處的位置不易加工)為修理基準面，用修復尺寸鏈中其他作用面的辦法，達到對此基準面的相對精度要求。

6)選用原來的加工基準作為修理基準，對于裝配關系較復雜的零件(如床身、箱體等)，容易保持原有的裝配關系。

7)根據修理程序與裝配程序一致的原則，應將修理基準選在開始裝配的作用面上。

2.基準變換組合修理法

(1)多基準串聯組合法沿著尺寸鏈的排列順序關系，以前一環(huán)的末面作為下一環(huán)的基準面。第四節(jié)修理基準和典型修理作業(yè)的內容(2)多基準并聯組合法在修理尺寸鏈中，大部分組成環(huán)能夠共用一個修理基準面，但當其中一環(huán)或幾環(huán)需要的精度較高，或由于測量不方便，改變修理基準。圖1-48磨床主軸與尾座中心線等高精度的尺寸鏈第四節(jié)修理基準和典型修理作業(yè)的內容二、修理尺寸鏈的分析方法

分析修理尺寸鏈，首先要研究所修理設備的裝配圖及其裝配特點。根據設備各零件表面間存在的關系，或部件之間的相互尺寸關系，找出全部尺寸鏈。分析設備尺寸鏈應從最基本的尺寸鏈即保證設備工作精度的尺寸鏈開始。最簡單的方法是利用設備的精度檢驗標準，找出以此標準允許的誤差為封閉環(huán)的各修理尺寸鏈，然后根據各部件的裝配技術要求，查明其他裝配尺寸鏈。根據精度檢驗標準所規(guī)定的各項公差和其他裝配技術要求，就可以確定有關修理尺寸鏈的封閉環(huán)及其公差。為查找尺寸鏈方便，應將所查明的尺寸鏈關系分別標明在設備的總布置圖上。根據設備在使用和修理過程中產生過大偏差的一般規(guī)律，可將尺寸鏈分為三類：第四節(jié)修理基準和典型修理作業(yè)的內容1)精度顯然不會改變的尺寸鏈。

2)精度可能受到破壞的尺寸鏈。

3)精度肯定不合乎要求的尺寸鏈。

三、修理程序的安排

在設備修理過程中，修理尺寸鏈的關系和精度經過分析和計算確定之后，正確安排修理程序，對于保證尺寸鏈所要求的精度能起到很大的作用。

(1)先刮大面，后修小面如圖1-49所示，外圓磨床床身的工作臺導軌和砂輪架導軌，在水平面內要求垂直。第四節(jié)修理基準和典型修理作業(yè)的內容圖1-49磨床前后床身導軌修理基準分析(2)先刮復雜面，第四節(jié)修理基準和典型修理作業(yè)的內容后修簡單面例如磨床的工作臺上下面要求平行，上面是簡單平面，下面是與床身配合的復雜導軌面，為滿足平行度要求，應先刮下導軌面，后刮上平面。

(3)加工困難的作用面先修，加工容易的作用面后修如圖1-50所示，平面磨床磨頭支架的水平導軌與垂直導軌要求互相垂直，首先不考慮它們的垂直度要求，刮研較難加工的水平導軌面，然后在修刮垂直導軌時再控制它們的垂直度，這樣較容易保證精度要求。

(4)技術要求較高的作用面先修，技術要求較低的作用面后修如圖1-51所示，為保證鏜床