机械装配工艺-机械装配工艺

第九章机械装配工艺9.1机械装配工艺基本问题概述9.2保证装配精度的方法9.3装配工艺规程的制定本章提要本章提要任何机械设备或产品都是由若干零件和部件组成。根据规定的技术要求将有关的零件接合成部件，或将有关的零件和部件接合成机械设备或产品的过程称为装配，前者称为部件装配，后者称为总装配。本章重点介绍为达到装配精度而采取的四种装配方法、各自优缺点和使用场合以及以装配精度相关的尺寸链求解算法。为了对装配有一个最基本的感性认识，请先看下面的例子。举例汽车多孔闭式喷油器装配过程9.1机械装配基本问题概述1、各种生产类型的装配特点机械装配的生产类型按生产批量可以分成以下三种。生产类型不同，其装配工作的特点也有所不同。单件小批生产大批和大量生产成批生产装配装配工艺主要是互换装配法，只允许少量简单的调整，工艺过程划分较细，即采用分散工序原则，要求有较高的均衡性和严格的节奏性。其组织形式是在高效工艺装备的物质条件基础上，建立起移动式流水线以至自动装配线。装配方法以修配法及调整法为主，互换件比例较小，工艺上灵活性较大，工艺文件不详细，多用通用装备，工序集中，组织形式以固定式为主，装配工作的效率一般较低。装配工作特点则介于上面两种生产类型之间。2、零件精度与装配精度的关系为了使机器具有正常工作性能，必须保证其装配精度。机器的装配精度通常包括三个方面含义：尺寸精度如一定的尺寸要求、一定的配合相互位置精度如平行度、垂直度、同轴度等运动精度如传动精度、回转精度等零件的加工误差在装配时，会产生积累误差，如果超出装配精度指标所规定的允许范围，则将产生不合格品。因此一般装配精度要求高的，则要求零件精度也高，但零件的加工精度不但在工艺技术上受到加工条件的限制，而且受到经济性的制约。因此要求达到装配精度，就不能只靠提高零件的加工精度，在一定程度上还必须依赖于装配的工艺技术。在装配精度要求较高、批量较小时，尤其是这样。3、装配中的连接方式连接方式固定连接活动连接能保证装配好后的相配零件间相互位置不变能保证装配好后的相配零件间有一定的相对运动在装配中，零件的连接方式可分为：3、装配中的连接方式在固定连接和活动连接中，又根据它们能否拆卸的情况不同,分为可拆卸连接和不可拆卸连接两种。所谓可拆卸连接是指这类连接不损坏任何零件，拆卸后还能重新装在一起。这样就有四种不同的连接方式，可以用四种不同的方法实现：固定不可拆卸连接连接方式焊接、镏接、过盈配合、金属镶嵌件铸造、粘接剂粘合、塑性材料的压制等实现方式固定可拆卸连接实现方式各种过渡配合、螺纹连接、圆锥连接等活动可拆卸连接实现方式可由圆柱面、圆锥面、球面和螺纹面等的间隙配合以及其它各种方法来达到活动不可拆卸连接实现方式这种连接用得较少，如滚珠和滚柱轴承、油封等9.2保证装配精度的方法互换法调整法选配法修配法保证装配精度的方法零件按一定公差加工后，装配时不经任何修配和调整即能达到装配精度要求的装配方法称为互换法。按其互换程度，互换法可分为完全互换法和不完全互换法。（1）完全互换法零件加工误差的规定应使各有关零件公差之和小于或等于装配公差，可用下式表示：（1）式中——封闭公差(装配公差)；——各有关零件的制造公差；n——包括封闭在内的总环数。1、互换法TTTTTTn13211-n1ii0T0Ti（1）完全互换法按式（1）制定零件公差，在装配时零件是可以完全互换的，故称“完全互换法”，其优点是：装配过程简单，生产率高对工人技术水平要求不高便于组织流水装配和自动化装配便于实现零部件专业化协作备件供应方便但是，在装配精度要求高，同时组成零件数目又较多时，就难以实现对零件的经济精度要求，有时零件加工非常困难，甚至无法加工。由此可见，完全互换法只适用于大批、大量生产中装配精度要求高而尺寸链环数很少组合或装配精度要求不高的多环尺寸链的组合。要做到完全互换装配，必须根据装配精度的要求把各装配零件有关尺寸的制造公差规定在一定范围内，这就需要进行装配尺寸分析计算。根据零件加工误差的规定原则，从式（1）可以看出，完全互换法是用极大极小法解尺寸链。“相依尺寸公差法”在装配尺寸链中是经常用到的，而相依尺寸的有关公式可推导如下：（2）式中——组成环(相依尺寸除外)的公差；——相依尺寸的公差；——封闭环的公差。（1）完全互换法210niijTTTTiTjT0（1）完全互换法同样理由，可得到计算相依基本尺寸及相依尺寸上、下偏差公式：1101110AAAA1miimiijiij若相依尺寸Aj为减环时（ξi=1），有：1101110AAAA1miijmiiiji当相依尺寸Ai为增环时（ξi=1），有：若相依尺寸是增环,则上、下偏差分别为：11111101miAimiAiAAjiijEIESESES11111101miAimiAiAAjiijESEIEIEI若相依尺寸是减环,则上、下偏差分别为：11111101miAimiAiAAjiijESEIEIES11111101miAimiAiAAjiijEIESESEI－增环数。环在内的总环数；－包括相依尺寸和封闭－相依尺寸增减环；、时为减环；时为增环组成环，当－封闭环；－尺寸的下偏差；－尺寸的上偏差；式中：1mAA1;1AAEIES11i0mjjjj例题1：解组成环尺寸、公差及偏差。图1为某双联转子（摆线齿轮）泵的轴向装配关系图。已知各基本尺寸为：＝0，＝41mm，==17mm，＝7mm。根据要求，冷态下的轴向装配间隙＝mm，=0.1mm。求各组成环尺寸的公差大小和分布位置。求解步骤和方法如下：①画出装配尺寸链图，校验各环基本尺寸。可见各环基本尺寸确定无误。A0A1A2A4A3A000.150.05＋T00721741(AAAAA43210）＝＋－（）＝－＝图1双联转子的轴向装配关系图观看动画1－机体；2－外转子；3－隔板；4－内转子；5－壳体为了满足封闭环公差＝0.1mm的要求，各组成环公差的总和不得超过0.1mm，即：在具体确定各值的过程中，首先可按各环为“等公差”分配，看一下各环所能分配到的平均公差的数值，即：由所得数值可以看出，零件制造加工精度要求是不高的，能加工出来，因此用极值解法的完全互换法装配是可行的。但还需要进一步按加工难易程度和设计要求等方面考虑过各环的公差进行调整。②确定各组成环尺寸公差大小和分布位置T0TjTi0.1mm432141iiTTTTTTiTM0.025mm40.11-n0avTT＝③确定相依尺寸的公差和偏差很明显，相依尺寸环的公差值应根据（9.2）求得：（相当于8级精度公差）两相依尺寸的上、下偏差可根据式（4）和式(5)计算。由于的公差已确实为0.049mm，故上下偏差中只要求出一个即可得解。具体计算如下：根据式（5）：求得A1T10.049mm0.015)(2x0.018-0.143201）＝＋＋－（＝TTTTTA1T11111110050.000050.01mtmiAiAiAAjiijmmESEIEIEImmAESmmEIAjAjESEIAjAj099.0050.0141099.0049.005.005.0（2）不完全互换法T0Ti1-n不完全互换法又称部分互换法，其实质是将尺寸链中的各组成环公差比用完全互换法时放宽，以使加工容易，成本降低。当各组成环按正态分布时，用概率法求得的组成环平均公差比极值法扩大倍，这仅适用于大批、大量的生产类型。当各组成环和封闭环的尺寸按正态分布时，用概率法求解尺寸链的基本公式有：①装配公差（封闭环公差）与各有关零件公差之间的关系式：（８）②各环算术平均值之间的关系式：（９）TTTTTT21-n2322211-n1i2i01111110m-ξiiavmξiiavavjjAAA（2）不完全互换法③各环中间偏差之间的关系式：（１０）在计算出有关一半的平均尺寸（或）及公差（或）后，各环的公差应对平均尺寸注成双向对称分布，即写成（或）的形式，然后根据需要，可再改注为具有基本尺寸及相应的上、下偏差的形式。用概率法之所以能扩大公差，是因为在正态分布中取，并没有包括工件尺寸出现的全部概率，而是总体的99.73%，这样做，可能能0.27%的部件装配后不合格，其不合格率常常可以忽略，或者进行调配，故称“不完全互换法”或“部分互换法”，此法在生产上则是经济的。AavAav0TiT02AavT200ATav1111110m-ξiavAimξiavAiavAjj（2）不完全互换法用概率法计算时，可先按下式估算公差的平均值：（11）式中n——包括封闭环在内的总环数。若基本上满足经济精度要求，就可按各组成环加工的难易程度合理分配公差。显然，在概率法中试凑各组成环的公差，经在极值法中要麻烦得多，为此更应该利用“相依尺寸公差法”，由式可得到（1２）TTT0001-n1-n1n＝－＝T0Tav1-n1i2i2j0TTT＝2-n1i2i20jTTT－（2）不完全互换法例题２：在图２所示的尺寸链中，用不完全互换法来估算实际生产的间隙的分布范围，实际上这是一个正计算问题。已知：mm)20.049mm(41.074541A099.0050.01＝mm)20.018mm(16.99117A0018.0-2＝mm)20.015mm(6.99257A0018.0-3＝mm)20.018mm(16.99117A0018.0-4＝图２极值法与概率按式（8）可得mm058.02015.0018.0049.0222242322210）（）（＋＝TTTTT（2）不完全互换法按式（9）求封闭环平均尺寸和实际分布范围的上、下偏差，得：及这证明，在实际上尺寸的波动范围要比按极值法计算的范围小一些，如图9.3所示。也就是说，若按概率法计算，尺寸、、的、的公差可以放大些。若与极值法相同，预先确定，，，则作为相依尺寸的公差可按式（12）求出：mm1.0991.169925.16991.160745.4143210）＝＋＋－（）＝＋＋－（＝AAAAAavavavavavmm29.01.020AT129.0071.0000＝＝TavT0A1A2A3A4mm17AA018.042－＝＝mm7A015.03－＝mm1.00＝Tmm096.02015.0018.01.0222242322201＝－－＝）＋＋－（）（）（）（TTTTT（2）不完全互换法即尺寸的公差比按极值法计算扩大了近一倍。用前面的极值法算出来的为了验算结果的正确性，可将上面的结果作正计算：即说明上面的计算是正确的。mm048.00745.14241AA123.0027.011av1＝＝Tmm41A099.0050.01＋＋＝mm1.02051.0018.0096.0222242322210TTTTT0.1)(05.01.02AAA0000avavT计算过mm0A15.005.002、选配法选配法的实质是将相互配合的零件按经济精度加工，即把尺寸链中组成环的公差放大到经济可行的程度，然后选择合适的零件进行装配，以保证封闭环的精度达到规定的技术要求。采用选配法，能达到很高的装配精度要求，而又不增加零件机械加工费用和困难，它适用于成批或大量生产时组成的零件不太多而装配精度要求很高的场合。（1）选配法的种类选配法分为三种：选配法直接选配法分组选配法复合选配法2、选配法（1）选配法的种类①、直接选配法由装配工人从许多待装配零件中，挑选合适零件装在一起。可以省去零件分组工作，但是要想选择合适的零件往往需要花费较长时间，并且装配质量在很大程度上决定于工