第1-6章-装配及工艺规程设计

西安交通大学能源与动力工程学院第1篇第6章装配及工艺规程设计6.1装配基本概念6.2装配工艺方法6.3装配的结构工艺性6.4装配精度及获得方法6.5装配的组织形式6.6装配工艺规程设计西安交通大学能源与动力工程学院机械制造工艺毛坯成形工艺机械加工工艺装配工艺切削加工特种加工6.1装配(Assembling)基本概念1.装配是机械制造工艺过程的最后一个环节表面工程特殊加工铸、锻、焊粉末冶金第6章装配及工艺规程设计西安交通大学能源与动力工程学院6.1装配(Assembling)基本概念2.装配工艺过程(1)装配就是把加工好的零件按一定的顺序和技术要求连接到一起，成为一部完整的机器(或产品)，它必须可靠地实现机器(或产品)设计功能。(2)通常将机器分成若干个独立的装配单元。下图所示为机器装配工艺系统图，装配单元通常可划分为五个等级：零件、套件、组件、部件和机器。西安交通大学能源与动力工程学院6.1装配基本概念2.装配工艺过程(3)零件零件是组成机器的基本元件，零件直接装入机器的不多。一般都预先装成套件，组件或部件才进入总装。(4)套件在一个基准零件上，装上一个或若干零件就构成一个套件，它是最小装配单元。每个套件只有一个基准零件，形成套件的装配称为套装。西安交通大学能源与动力工程学院6.1装配基本概念2.装配工艺过程(5)组件在一个基准零件上，装上一个或若干个套件和零件就构成一个组件。每个组件只有一个基准零件，它联接相关零件和套件，并确定其相对位置。为形成组件而进行的装配称之为组装。组件在以后装配中可拆，而套件一般不再拆开。(6)部件在一个基准零件上，装上若干个组件、套件和零件就构成部件。为形成部件进行的装配称之为部装。(7)产品或机器在一个基准零件上，装上若干个部件、组件、套件和零件就成为机器或称产品。一台机器只能有一个基准零件。为形成机器而进行的装配工作，称之为总装。西安交通大学能源与动力工程学院6.1装配基本概念3.装配的内容任何产品或机器都是由许多零件和部件所组成。机器的装配工作，一般包括：装配、调整、检验和试验等工序。装配的内容如下：①零件的连接与预紧；②零件相互位置精度的检查、校正与固定；③调整与修配；④旋转件的平衡；⑤检验与试验；⑥其他，如清洗、油漆等。西安交通大学能源与动力工程学院6.1装配基本概念4.装配的作用研究装配的重要目的就是在满足机器使用条件下，既要保证加工容易，还要使装配方便、经济。(1)装配之所以重要不仅在于它对产品质量有直接影响，而且由于它占有大量的劳动量，同时它对生产任务的完成和资金的周转(人力和物力利用)有较直接的影响。(2)一台机器的装配劳动量有时达机械加工量30％以上，其中，大量繁重的装配工作是工件的输送、螺纹连接和手工修配工作。(3)它不仅是制造机器所必需的最后阶段，也是对机器的设计思想、零件的加工质量和机器装配质量的总检验。西安交通大学能源与动力工程学院第6章装配及工艺规程设计6.2装配工艺方法6.2.1零件的连接与预紧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相配零件间有一定的相对运动西安交通大学能源与动力工程学院6.2装配工艺方法6.2.1零件的连接与预紧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。固定不可拆卸连接连接方式焊接、铆接、胀接、过盈配合、铸接、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螺纹连接、键连接、销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、油封等西安交通大学能源与动力工程学院6.2.1零件的连接与预紧1.螺纹连接(1)螺纹联接主要技术要求螺纹联接在动力机械的连接件中占主要地位，螺纹联接的装配劳动量占装配总劳动量的25％40％。装配中螺纹联接的主要技术要求是:①获得规定的预紧力；②获得规定的配合；③螺母螺钉不产生偏斜和弯曲；④防松装置可靠。因为动力机械是承受压力且是动载荷的机器，保证得到规定的预紧力并使同一组联接的预紧力均衡是一项重要的装配技术要求。西安交通大学能源与动力工程学院西安交通大学能源与动力工程学院6.2.1零件的连接1.螺纹连接(2)预紧的重要性1)若预紧力不足，则导致附加动载荷增大，甚至产生间隙而漏气、漏水、漏油，同时使螺栓、螺母引起附加应力。2)若一组联接预紧力不均衡，如气缸盖与气缸体之间的螺纹连接，会使密封性能破坏；对于连杆体与连杆盖的螺纹连接，会招致其大头瓦产生歪曲形变，而连杆本身产生应力集中。对重要螺纹连接，均在技术条件中提出拧紧力矩公差要求。西安交通大学能源与动力工程学院1.螺纹连接(3)获得合理预紧力的工具1)为获得规定的预紧力大小与均衡，通常采用定长度扳手，扳手长度一般不大于螺纹直径的15倍，以获得合理预紧力和防止螺纹损坏。2)定长度扳手预紧力会因人而异，所以，较重要场合应采用限力扳手或扭力扳手。因扭矩受不同摩擦系数影响，因此不能严格保证螺栓预紧力为额定值。最好采用液力拉伸法或直接测量螺栓的伸长量的方法。西安交通大学能源与动力工程学院1.螺纹连接(2)获得合理预紧力的工具3)液力拉伸器图6-2是一种液力拉伸器结构图，压力轴将4顶起，使螺栓达到规定伸长拉伸后，即可拧紧螺母2。此法螺栓不受附加力矩，误差较小，在高压压缩机中采用。西安交通大学能源与动力工程学院6.2.1零件的连接1.螺纹连接图6-3为在装配前和装配后直接用分厘尺测量螺栓的长度，可直接测得螺栓的伸长量，保证一定的拉紧力。此法最精确，可用于连杆、曲等的重要螺纹连接之中。西安交通大学能源与动力工程学院6.2.1零件的连接2.过盈连接过盈联接属于不可拆卸的固定联接、其主要技术要求是：保证规定的联接强度；对于一批相同的联接应保证其联接强度的均等性；获得规定的尺寸精度和相互位置精度；不降低联接件的表面质量及材料的物理力学性能等。装配过盈联接的方法主要有压入配合法、热胀配合法和冷缩配合法。方法可以联合使用。(1)压入配合法压入配合法是用各种压床专用夹具将被包容件用静力压入包容件中，也可用锤或冲击器打入。压配过程:清洗→涂油→加力位移→完成。西安交通大学能源与动力工程学院6.2.1零件的连接2.过盈连接(2)热胀配合法采用加热包容件的方法，使包容件尺寸大于被包容件的尺寸，则两者很容易装配，不必经过压合过程中的压平阶段，故在同样的过盈值下比压入配合法的连接所能传递的扭矩大一倍。可采用液体加热(70500℃)或燃烧加热或感应加热等方法，应控制加热速度。(3)冷缩配合法在包容件尺寸和重量都比较大，加热不方便或加热时间很长(例如2～8h)时，可采用冷却被包容件的方法。用干冰(-78℃)、氨(-120℃)、液氮(-180190℃)等。西安交通大学能源与动力工程学院6.2.2校正1.概念校正是指对各零件间相互位置的找正、找平及相应的调整。装配中的调整法、修配法就包含校正的内容。当零件是互换的或由装配夹具保证精度的就无须校正。大型动力机械设备中校正工作运用较多。下面以联轴器为例说明典型的校正方法。联轴器联接的旋转件有两类：(1)刚性的经校正后的中心线基本上成一直线。(2)挠性的轴颈处有一定的倾斜度(或称扬度)，校正后的中心线不是直线。应在装配时按轴承负荷分配、工作介质作用力等因素决定其装配倾斜度。西安交通大学能源与动力工程学院6.2.2校正2.联轴器的校正联轴器一般采用径向轴向联合测量的校正方法，其测量找正的步骤：(1)在联轴器外圆柱面及端面上选取测点，(2)用百分表、塞尺及其附件等进行测量。(3)在联轴器外圆上作四等分记号，同时转动两轴，每转90度记录a,b1,b’l等读数值。西安交通大学能源与动力工程学院6.2.2校正2.联轴器的校正四个位置的读数值见图6-5。图6-6所示为联轴器校正前在垂直方向发生误差的位置，水平方向的情况与此类似。西安交通大学能源与动力工程学院6.2.3平衡1.平衡的概念透平机械转子由于制造上的原因存在着加工尺寸或浇铸砂眼的不对称分布，或材料内部密度不均匀等导致质量的不均匀分布，也即相对于它自己的转动轴线产生了不平衡，当在高速转动时，即使不平衡质量不大，也会产生巨大的不平衡离心力，而使轴承受动力载荷，使机器产生振动，当其大小超过许用值时，甚至会破坏机器。故燃气轮机、蒸汽轮机(透平)机械转子(回转式、离心式压缩机等)或某些高速活塞式机器的曲轴，必须进行静平衡和动平衡。西安交通大学能源与动力工程学院6.2.3平衡2.静平衡平行台(架)是最简单、最常用的静平衡设备，它是由固定在底座上的两根棱柱形水平导轨组成的。常用的导轨截面见图６-７。西安交通大学能源与动力工程学院6.2.3平衡2.静平衡图6-8中固定三棱形轨道的立架1应装置在不传递任何振动的专门基础的底板上，进行平衡之前，应检查三棱形轨道的平行性和水平性，此偏差≯每米长0.02mm。西安交通大学能源与动力工程学院6.2.3平衡2.静平衡静平衡的准确度决定于所平衡零件的轴颈在水平轨道上滚动的摩擦力，这种摩擦力愈大，则平衡也就愈不准确，故为了减少摩擦系数，导轨应淬硬至HRC5060，研磨得很光。对于小于6070kg叶轮可用圆形截面的轨道，它加工简单(用外圆磨床即可)，磨损后转动一角度仍可使用。静平衡时，工作轮是套装在专门通用心轴上，且夹在两个可替换的垫圈组(对中夹盘)之中，不同的垫圈组用来平衡不同孔径零件(图6-9)，心轴轴颈淬硬并磨削到Ra0.2m以下，其跳动须小于0.00750.01mm，轴应进行静平衡。西安交通大学能源与动力工程学院6.2.3平衡2.静平衡静平衡的方法有两种：当有显著不平衡用第一法，当没有显著不平衡用第二法。(1)有显著的不平衡将叶轮放在导轨上,由于有显著不平衡，它就会滚动，直到它不平衡质量H的重心处于通过叶轮的旋转轴的一个垂直平面上，并且在轮孔下方，这时用粉笔在轮面上画一根垂直向下半径线，然后在H重心的对面系一个试加重量K直至力矩调整平衡，可以获得不平衡质量H的平衡质量。（图6-10）(2)没有显著的不平衡由于没有显著的不平衡，将工作轮随意放在平衡导轨上，就会停留在该位置上。对工作轮进行分度，试加重量使其滚动确定附加重量。西安交通大学能源与动力工程学院西安交通大学能源与动力工程学院6.2.3平衡3.动平衡(1)刚性转子的动平衡刚性转子是指在不平衡离心力作用下没有轴线变形的转子。绝对刚性的转子是不存在的，但是当转子在低速平衡时，由于不平衡离心力不大，产生的变形可忽略，或者，转子制造准确，不平衡量本来就不大，平衡时转速离临界转速较远，这时也可作为刚性转子处理。(2)动平衡基本原理把转子看成无数个很薄垂直于轴心线圆盘组成，每个圆盘都偏心，产生离心力，离心力都作用在圆盘平面内，大小、方向不一定相同。转子中的任意两个面上可用两个合力P，Q。西安交通大学能源与动力工程学院西安交通大学能源与动力工程学院6.2.3平衡/3.动平衡(2)动平衡基本原理动平衡的方法很多，可分为低速动平衡与高速动平衡两类，其设备可分为：①软支承结构的动平衡机，其支承的固有频率低于试验转速的频率的1/3。②硬支承结构的动平衡机，其支承的固有频率高于试验转速的频率23倍。③共振支承结构的动平衡台，其支承的固有频等于试验转速。须指出的是刚性转子平衡与转速无关，在某一转速下加重所得到的平衡，在另一转速下也将是平衡的，这是因为不平衡力与加重所产生的平衡力同样都是与转速的平方成正比的缘故。西安交通大学能源与动力工程学院6.2.3平衡/3.动平衡(3)动平衡的方法动平衡的设备可分为平衡台和平衡机两大类，制造厂多用平衡机，使用厂和小批生产的制造厂由于条件限制，一般多用平衡台。平衡机可分为摆式平衡机，框架式平衡机、电子平衡机等，下面结合摆式平衡机介绍确定试件不平衡量的大小和位置的方法。图6-14是一种摆式平衡机，它在小批生产的大型透平机械的转子平衡中广泛应用。动平衡机有两个独立