裝配工藝基礎2

裝配工藝基礎

本課次要解決的問題一、什么是裝配精度？什么是裝配尺寸鏈？二、什么是互換裝配法？使用此法時，各個零件的公差如何確定？三、什么是選配法？使用此法時，各個零件的公差如何確定？四、什么是修配法？使用此法時，各個零件的公差如何確定？五、什么是調(diào)整法？使用此法時，各個零件的公差如何確定？§4裝配尺寸鏈的分析4.1裝配精度與零件尺寸精度的關系

任何機器都是由若干相互關聯(lián)的零件所組成，這些零件的尺寸按照機器的結構特點，形成一定的尺寸聯(lián)系，并保證了裝配后機器的精度要求。這種把相關的零件尺寸和裝配后機器精度要求聯(lián)系起來的封閉尺寸系統(tǒng)，稱為裝配尺寸鏈。

圖3-3(a)所示為軸和孔的配合。間隙大小及其公差由技術條件決定，軸和孔的尺寸分別為A1和A2，間隙和尺寸A1、A2的關系可用下式表示：式中A1和A2是參加裝配零件的實際尺寸，而是裝配以后決定的，是隨著裝配工作的完成而存在，它的數(shù)值是由A1和A2的大小決定的，是標志裝配精度的數(shù)量指標。圖3-3軸和孔配合的尺寸鏈

壓縮比是柴油機的主要性能參數(shù)之一。為了保證壓縮比的數(shù)值，需要控制活塞頂面到缸頭平面間的距離A1，如圖3-4所示。由圖可知 A1=A+A2

式中A——活塞在上止點位置時，活塞頂面到缸套頂面間的距離；

A2——調(diào)整墊片的厚度。

圖3-4柴油機氣缸余隙

4.2機車柴油機活塞頂面到缸頭平面間距離尺寸鏈的分析

圖3-5機車柴油機活塞頂面到缸頭平面間距的組成

由圖3-5可知，尺寸A的尺寸鏈是由以下尺寸組成的：

A1——主軸承孔直徑；

A2——連桿大頭孔直徑；

A3——主軸承孔中心至機體上面的距離；

A4——連桿小頭孔直徑；

A5——氣缸套凸肩厚度；

A6——曲軸主軸頸直徑；

圖3-5機車柴油機活塞頂面到缸頭平面間距的組成

A7——曲軸連桿頸直徑；

A8——曲柄半徑；

A9——連桿大小頭孔中心距；

A10——活塞銷直徑；

A11——活塞銷孔中心至活塞頂面距離；

A12——機體氣缸孔肩面深度。

由圖3-5(b)所示尺寸鏈圖可知：組成環(huán)中尺寸A1/2，A2/2，A3，A4/2和A5為增環(huán)，因為這些尺寸的方向與封閉環(huán)A的方向相同，其中任何一尺寸的增大都會引起尺寸A的增大；組成環(huán)尺寸A6/2，A7/2，A8，A9，A10/2，A11和A12為減環(huán)，因為這些尺寸的方向與封閉環(huán)A的方向相反，其中任一尺寸的增大都會引起尺寸A的減少。因此尺寸A的基本尺寸可按公式(1-1)計算：

A基本=

A基本=

A的最大值為：A最大=A的最小值為：A最小=式中：

——增環(huán)基本尺寸之和；

——減環(huán)基本尺寸之和；

——增環(huán)最大尺寸之和；

——減環(huán)最小尺寸之和；

——增環(huán)最小尺寸之和；

——減環(huán)最大尺寸之和。4.3裝配尺寸鏈的特點

一、裝配尺寸鏈中的組成環(huán)都是一個零件(有時也可以是一個部件)上的某一個尺寸，就是拆成零件，各組成環(huán)仍然存在。

二、一個零件上只有一個尺寸參加某一裝配尺寸鏈，而不能有二個尺寸參加同一尺寸鏈。即使零件圖紙上沒有直接標出，該尺寸也可以用尺寸換算的方法求得。

三、組成環(huán)之間的尺寸連接線，就是零件間的裝配接合面或其他裝配定位基準。四、裝配尺寸鏈的封閉環(huán)是裝配以后才出現(xiàn)的，并且是二個零件之間所形成的尺寸，將機器拆開后，封閉環(huán)就不再存在。而且封閉環(huán)都表現(xiàn)為機器的裝配精度要求，如間隙或過盈的大小、部件間或零件間相互位置的要求等。在建立裝配尺寸鏈時，總是從機器的裝配技術條件出發(fā)，即從封閉環(huán)出發(fā)。

§5保證裝配精度的方法

保證裝配精度的方法與解裝配尺寸鏈的方法是密切相關的。由于解尺寸鏈的方法不同，目前在機械制造業(yè)中有以下四種保證裝配精度的裝配方法，即互換法、選配法、修配法和調(diào)整法。

5.1互換裝配法互換裝配法就是互換為基礎，來確定尺寸鏈中各組成環(huán)的公差和偏差。裝配時，同樣的零件不需經(jīng)過任何選擇和修配都能裝上，且能達到規(guī)定的裝配技術要求。為此，必須預先將各個零件所允許的制造公差和偏差給以規(guī)定。

根據(jù)尺寸鏈計算的基本公式(1-6)，尺寸鏈封閉環(huán)的公差即為：

式中——尺寸鏈中封閉環(huán)的公差；

——組成環(huán)中第i環(huán)的公差；

n——包括封閉環(huán)在內(nèi)的尺寸鏈總環(huán)數(shù)。裝配時如何才能達到互換的效果呢？在解裝配尺寸鏈時，通常封閉環(huán)的公差是已知的。而各組成環(huán)的公差和偏差是待定的。由于上式為不定式，也就是之值雖已定，而可以有不同的組合。所以應在滿足的原則下，使各個零件的尺寸具有最經(jīng)濟的制造精度。一般可以按照等公差法或等精度法進行計算，然后再根據(jù)各零件的性能要求、制造的難易和以往生產(chǎn)經(jīng)驗加以調(diào)整。以CB型齒輪油泵為例，來說明按等公差法解互換裝配法尺寸鏈的方法。圖3-6齒輪油泵裝配簡圖

配后油泵的軸向間隙應保持在0.02～0.04范圍內(nèi)。殼體基本厚度為A1；齒輪基本厚度為A2；A1=A2=12mm。mmmm各零件公差數(shù)值確定以后，還要按雙向對稱或單向“向體內(nèi)”原則，規(guī)定組成環(huán)的偏差。由于封閉環(huán)的偏差為已知，為了避免各環(huán)偏差間的關系不正確，一般是留下一個組成環(huán)(可稱為協(xié)調(diào)環(huán))的偏差不予確定，在規(guī)定了除協(xié)調(diào)環(huán)以外各組成環(huán)的偏差后，再計算出協(xié)調(diào)環(huán)的上、下偏差或極限尺寸。

本例中如果以齒輪厚度A2為協(xié)調(diào)環(huán)，則可先規(guī)定殼體厚度的偏差。若按“向體內(nèi)”原則規(guī)定殼體厚度為12+0.01mm，則按尺寸鏈公式即可求出齒輪厚度的極限尺寸。故齒輪厚度的基本尺寸及偏差應為：

歸納起來，殼體厚度按12+0.01mm制造，齒輪厚度按

mm

制造，裝配時零件不經(jīng)任何選擇或修配，都能保證油泵軸向間隙為0.02～0.04mm。也就是說裝配時能保證互換。用等精度法解互換尺寸鏈同一尺寸鏈各環(huán)的公差，盡可能采取同一精度等級。

一、根據(jù)封閉環(huán)公差值計算尺寸鏈的平均精度等級(以公差單位的平均數(shù)表示)，計算可按下式進行：

(5-3)式中a均——公差單位的平均數(shù)；

A均——與尺寸鏈中各環(huán)(A1、A2…An-1)相應的GB1800-79直徑尺寸分段的平均尺寸(mm)；

——封閉環(huán)公差()；即裝配技術要求。

二、將算出的a均值與IT各精度等級的公差單位數(shù)比較，選出相應的精度等級，把此等級公差通用于尺寸鏈中各個尺寸。三、根據(jù)查出的精度等級，結合現(xiàn)場生產(chǎn)情況，修正尺寸鏈各組成環(huán)的公差并規(guī)定其偏差。和等公差法一樣，也留下一個協(xié)調(diào)環(huán)的偏差不先規(guī)定。當其他各環(huán)的偏差按精度等級規(guī)定好之后，再計算出協(xié)調(diào)環(huán)的偏差或極限尺寸?；Q裝配法的主要優(yōu)點是：

一、因各零件(或部件)能互換，裝配工作簡單而經(jīng)濟，生產(chǎn)效率高；二、裝配過程所需的時間容易確定，故能保持一定的生產(chǎn)節(jié)奏，對于組織裝配流水線特別有利；

三、可以組織各個專業(yè)工廠之間的協(xié)作，分工制造同一機器的某些部件和零件，有利于新產(chǎn)品的迅速上馬；四、備件問題容易解決，任何已磨損的零件都可迅速更換，而不需選擇和修配。

另一方面，互換法也存在著一定的缺點，一般來說，這種方法對零件的加工精度要求較高，當尺寸鏈環(huán)數(shù)多時尤為嚴重。根據(jù)概率原理，分配組成環(huán)的公差可能更經(jīng)濟。

由概率原理可知：幾個獨立隨機值之和的平均平方根偏差等于這些隨機值的平均平方根偏差的平方相加之后的平方根。設為封閉環(huán)的平均平方根差，，……為各組成環(huán)的平均平方根偏差，則令各組成環(huán)的公差分別等于：，…，而封閉環(huán)的公差等于：

設，則

即

將此式與極值法中的

比較，即可看出，用這種方法解尺寸鏈時，各組成環(huán)可以獲得較大的制造公差，而仍能保持裝配精度。完全互換裝配法與部分互換裝配法。ddANn均=5.2選配法

選配法是將尺寸鏈中組成環(huán)公差放大到機械加工經(jīng)濟可行的程度，然后選擇合適的零件進行裝配，以保證規(guī)定的技術要求。這種方法能達到很高的裝配精度，而并不增加零件機械加工的困難或費用。選配法有三種不同的形式，即直接選配法、分組選配法和復合選配法。在《客車廠修規(guī)程》中規(guī)定：

同一轉向架各搖枕吊上下孔磨耗面間距離之差不得超過3mm；同一側搖枕圓彈簧各外圈的自由高差不得超過3mm；同一轉向架車輪直徑之差不得超過l0mm，同一車輛不得超過20mm。當需要更換以上配件時，即可按上述要求從備用配件中選配所需的零件。

一、直接選配法此法系從許多待裝配的零件中選擇“合適的零件”，是指直接配合后能達到裝配精度的一套零件。此法的最大優(yōu)點是可以達到相當高的封閉環(huán)精度，缺點是裝配時需花一定時間來選擇零件，有時裝配質(zhì)量在很大程度上決定于工人的技術水平。二、分組裝配法

有時尺寸鏈環(huán)數(shù)少而裝配精度要求很高，要達到這種裝配精度，不但加工成本高，有時甚至在一般現(xiàn)場條件下因公差太小而不可能加工。這時可將組成尺寸鏈的各零件尺寸按經(jīng)濟可行的公差進行加工，即將各零件的制造公差放大到原先要求公差的數(shù)倍()。制成后全部零件用精密量具測量、將零件分成n組。

每組中零件的公差仍可保證要求的公差范圍。然后按相應的組分別進行裝配，同組零件可以互換，而且仍能獲得原來要求的裝配精度，這種方法稱為分組裝配法。式中Xmax——最大間隙；

Xmin——最小間隙。

設孔的公差為，軸的公差為。則當==時，為了保證平均間隙X均，就必須按的公差來加工孔及軸。如值很小，就可采用分組裝配法，將制造公差放大。

第K組零件裝配后的平均間隙可求如下，先求最大和最小間隙：

設代入上式，得第K組零件裝配后的平均間隙為：即仍能保持原來要求的裝配精度。三、復合選配法復合選配法是上述兩種方法的綜合，即把零件預先測量分組，裝配時再在各組中直接選配，例如汽車制造中汽缸和活塞的選配就是采用這種方法。

選配法的優(yōu)缺點：減少加工成本；環(huán)不能多；批量大；增加儲存量和管理工作量。5.3修配法在裝配時，將尺寸鏈中某一預定的環(huán)去掉一層金屬以改變其尺寸，或就地配制此環(huán)使達到封閉環(huán)的規(guī)定精度，這種裝配的方法稱為修配法。采用修配法時，尺寸鏈中各個零件的有關尺寸(包括預定的修配零件尺寸在內(nèi))，均按該生產(chǎn)條件下經(jīng)濟可行的公差制造。這樣，裝配時封閉環(huán)上所積累起來的總誤差必然超出規(guī)定的公差，為了達到規(guī)定的裝配精度，須用修配尺寸鏈中某一零件的方法來補償這種總誤差。補償值最好在最容易制造的那一個零件上除去，這個零件稱為補償環(huán)。必須注意，在規(guī)定補償環(huán)的基本尺寸及公差帶時，應保證在補償環(huán)上具有足夠的修配余量，以補償可能的最大補償值Kmax。

設尺寸鏈中各組成環(huán)的制造公差為，…。則封閉環(huán)的公差為：

必然大于規(guī)定的封閉環(huán)公差，其數(shù)值差稱為補償值K。最大補償值Kmax可由下式計：

普通車床前后頂尖“等高性”

裝配精度的要求是：在垂直平面內(nèi)，前后頂尖對床身導軌的不等距度為0.06mm，只許尾架高。如果不計對此尺寸鏈影響較小的因素，則可把它簡化為四環(huán)尺寸鏈。

圖3-10車床前后頂尖等高性尺寸鏈簡圖式中——裝配精度要求mm；

——床頭箱主軸孔中心線到床頭箱底面的尺寸；

——尾架孔中心線到尾架底面的尺寸；

A3——底板的厚度。一般在成批生產(chǎn)車床時，床頭箱主軸孔安裝在鏜床夾具上進行加工，考慮到通常是以床頭箱頂面為基準，加工時有定位誤差，設的經(jīng)濟加工精度為0.2mm，公差為對稱分布。而尾架套筒孔的加工是將尾架體與底板的結合面刮研好，然后疊在一起，以底板面為基準，鏜尾架體孔，即尺寸鏈中和A3合成一個組成環(huán)，設其經(jīng)濟加工精度0.1mm，即

mm。

一、不應選擇幾個并聯(lián)的尺寸鏈中的公共環(huán)作為補償環(huán)，否則補償了這一尺寸鏈后會給另一尺寸鏈帶來額外的誤差；二、應選擇刮研勞動量較小、工作起來較方便的零件。由各組成環(huán)經(jīng)濟精度所組成的尺寸鏈中的封閉環(huán)的公差為：

=0.2+0.1=0.3mm由圖3-10中尺寸鏈可知，當時，才能保證在任何情況下裝配時，尾架孔不比主軸孔低，從而達到規(guī)定的裝配精度，所以的極限尺寸為： (因=±0.1)

(因)即鏜尾架孔時，尺寸的偏差應控制在范圍內(nèi)。此時最小修刮量為0；最大修刮量為：

mm。修配法主要用于單件、小批生產(chǎn)中。5.4調(diào)整法調(diào)整法解尺寸鏈的實質(zhì)和修配法相似，僅在改變補償環(huán)尺寸的方法上有所不同。修配法改變補償環(huán)尺寸的方法是從其上去掉一層金屬，而調(diào)整法改變補償環(huán)尺寸的方法有兩種，即改變補償件的位置和更換補償件。一、改變補償件位置的調(diào)整法。即采用可動補償件來達到規(guī)定裝配精度的調(diào)整法。

圖3-11齒輪箱部件調(diào)整裝配法

二、更換補償件的調(diào)整法。在裝配時，根據(jù)封閉環(huán)超出裝配要求的誤差大小來選擇適當尺寸的補償件，以保證規(guī)定的裝配精度。問題是要準備足夠的補償件。設A1=45mm；A2=50mm；墊圈的基本尺寸K=5mm，其公差0.05mm。又設裝配精度要求=0～0.2mm，尺寸A1，A2的制造公差擴大至0.3mm，按尺寸入體原則：A1=mm；A2=mm。其尺寸鏈簡圖如圖3-12所示。圖3-12更換補償件調(diào)整法的尺寸鏈

尺寸A1、A2制造公差擴大后，如果不考慮墊圈公差，則裝配精度的實際變化范圍為：

mm當A2為最大極限尺寸而A1為最小極限尺寸時，封閉環(huán)尺寸為最大。為了使其值不超過裝配要求，即最終間隙不超過0.2mm，則加入的補償環(huán)尺寸應為最大，即：

mm同理，當A2為最小而A1為最大時，封閉環(huán)為最小。為了使其值不超過裝配要求，即最終間隙不小于0，則加入的補償環(huán)尺寸應為最?。喝缓笄髩|圈的分段數(shù)和分段尺寸，考慮到墊圈本身的制造誤差mm，故此尺寸鏈中總的補償量應為各組成環(huán)公差之和減去封閉環(huán)允許公差再加上補償件本身的制造公差，即：

總補償量=

=0.3+0.3-0.2+0.05=0.45mm

而封閉環(huán)允許范圍為0～0.2mm，亦即允許分段間隔最大可以是0.2-0.05=0.15mm(0.05是補償件本身的制造公差)。因此可得分段數(shù)為：同樣考慮到墊圈制造時偏差入體的原則，其上偏差應該為0，而下偏差應該為0.05mm。這時由于最大補償尺寸應保證不小5.4mm，故計入偏差后，最大補償環(huán)應為mm。另外，最小補償尺寸應保證不大于5mm，故計入偏差后，最小補償環(huán)應為mm。因此墊圈尺寸實際分段間隔為：

mm

綜上所述，本例中墊圈尺寸應分4段制造，每段的尺寸及其偏差應為：第一段：mm；第二段：mm；第三段：mm；第四段：mm。車輛鉤高調(diào)整車輛的車鉤，新造時鉤舌面中心線離軌面的高度要控制在mm的范圍內(nèi)。由于各零部件誤差的積累或在運用中的車輛輪對等零部件的磨耗，鉤高不斷降低。調(diào)整鉤高時，只要在心盤、旁承、彈簧等處加墊(更換不同厚度的墊板)，就可以把車鉤高度調(diào)整到規(guī)定的范圍內(nèi)。這類外加上去的墊板稱為固定補償件。調(diào)整法的基本優(yōu)點是：各零件制造時，可按經(jīng)濟公差加工；裝配時不需進行修配加工，因此裝配工時變動小，便于組織流水生產(chǎn)；能定期調(diào)整補償件，故容易保持和恢復裝配精度，這對容易磨損或因溫度變化而改變尺寸的場合極為有利。其缺點為有時需增加尺寸鏈中