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机械装配工艺基础


课题二十八

机械装配工艺基础

教学目的和要求】了解装配的概念、装配精度的内容, 【教学目的和要求】了解装配的概念、装配精度的内容,掌握保证装 配精度的方法及其特点。具备选用合理装配方法的初步能力。 配精度的方法及其特点。具备选用合理装配方法的初步能力。 【教学内容摘要】 一、概述 教学内容摘要】 二、装配精度 三、装配尺寸链简介 四、保

证装配精度的方法 【教学重点、难点】 教学重点、难点】 重点:掌握装配的概念、 重点:掌握装配的概念、装 配精度的内容 难点: 难点:装配方法的选择 【教学方法和使用教具】 讲授 教学方法和使用教具】 【教学时数】 教学时数】 4

一、概述
1.装配的概念 1.装配的概念 2.装配的内容 2.装配的内容

1.装配的概念 1.装配的概念
根据规定的技术要求,将零件或部件进行配合和联接, 使之成为半成品或成品的工艺过程称为装配。 由若干零件配合、联接在一起,成为机械产品的某一组 成部分即部件,这一装配工艺过程称为部装。把零件和部件 进一步装配成最终产品的过程称为总装。 部件进入装配是有层次的,通常把直接进入产品总装配 的部件称为组件;直接进入组件装配的部件称为第一级分组 件;直接进入第一级分组件装配的部件称为第二级分组件; 依此类推。机械产品结构越复杂,分组件的级数就越多。

2.装配的内容 2.装配的内容
常见的装配工作包括:清洗、联接、 常见的装配工作包括:清洗、联接、校正调整与 配作、平衡、验收试验以及油漆、包装等内容。 配作、平衡、验收试验以及油漆、包装等内容。 装配是整个机械制造工艺过程中的最后一个环节。 装配是整个机械制造工艺过程中的最后一个环节。 装配工作对产品质量影响很大。若装配不当,即使所 装配工作对产品质量影响很大。若装配不当, 有零件都合格,也不一定装配出合格的、 有零件都合格,也不一定装配出合格的、高质量的机 械产品。反之,若零件制造精度并不高, 械产品。反之,若零件制造精度并不高,而在装配中 采用适当的工艺方法,如进行选配、修配、调整等, 采用适当的工艺方法,如进行选配、修配、调整等, 也能使产品达到规定的技术要求。 也能使产品达到规定的技术要求。

二、装配精度

1.装配精度的概念 2.装配精度与零件精度的关系

1.装配精度的概念
装配精度是产品设计时根据使用性能要求规 定的装配时必须保证的质量指标。。 定的装配时必须保证的质量指标。。 (1)距离精度 距离精度指相关零部件间的距离尺 寸精度,包括间隙、过盈等配合要求。 寸精度,包括间隙、过盈等配合要求。 (2)相互位置精度 装配中的相互位置精度是指产 品中相关零部件间的平行度、垂直度、同轴度 品中相关零部件间的平行度、垂直度、 及各种跳动等。 及各种跳动等。 (3)相对运动精度 相对运动精度指产品中相对运 动的零部件间在运动方向和相对运动速度上的 精度,主要表现为运动方向的直线度、 精度,主要表现为运动方向的直线度、平行度 和垂直度,相对运动速度的精度即传动精度。 和垂直度,相对运动速度的精度即传动精度。 接触精度是指相互配合表面、 (4)接触精度 接触精度是指相互配合表面、接触 表面间接触面积的大小和接触点的分布情况。 表面间接触面积的大小和接触点的分布情况。

2.装配精度与零件精度的关系
机械产品是由众多零部件组成, 机械产品是由众多零部件组成,显然装配精度首先取 决于相关零部件精度,尤其是关键零部件的精度。 决于相关零部件精度 , 尤其是关键零部件的精度 。 例如 卧式车床的尾座移动对溜板移动的平行度, 卧式车床的尾座移动对溜板移动的平行度 , 就主要取决 于床身导轨A与 B 的平行度(如图28- 1 所示);又如车床 于床身导轨A 的平行度( 如图28- 所示) 28 主轴中心线与尾座套筒中心线的等高度A 主轴中心线与尾座套筒中心线的等高度 A 0 , 就主要取决 于主轴箱、 尾座及底板的A 的尺寸精度( 于主轴箱 、 尾座及底板的 A 1 、 A 2 及 A 3 的尺寸精度 ( 如图 28- 所示) 28-2所示)。 其次,装配精度的保证还取决于装配方法。图28-2所 其次,装配精度的保证还取决于装配方法。 28的等高度A 的精度要求是很高的,如果靠控制尺寸A 示的等高度A0的精度要求是很高的,如果靠控制尺寸A1、 的精度来达到A 的精度是很不经济的。 A2及A3的精度来达到A0的精度是很不经济的。实际生产中 常按经济精度来制造相关零部件尺寸A 常按经济精度来制造相关零部件尺寸A1、A2及A3,装配时 则采用修配底板3的工艺措施保证等高度A 的精度。 则采用修配底板3的工艺措施保证等高度A0的精度。

例如卧式车床的尾座 移动对溜板移动的平 行度, 行度,就主要取决于 床身导轨A 床身导轨A与B的平行 如图28 所示) 28度(如图28-1所示)

又如车床主轴中心线与尾座套筒中心线的等高度A 又如车床主轴中心线与尾座套筒中心线的等高度A0,就主要取决于 主轴箱、尾座及底板的A 主轴箱、尾座及底板的A1、A2及A3的尺寸精度 如图28 所示) 28(如图28-2所示)

三、

装配尺寸链简介

1.装配尺寸链的概念 2.装配尺寸链的建立 3.装配尺寸链的计算

1.装配尺寸链的概念
产品或部件在装配过程中, 产品或部件在装配过程中 , 由相关零部件的有关尺寸 表面或中心线间距离)或相互位置关系(平行度、 (表面或中心线间距离)或相互位置关系(平行度、垂直 度或同轴度)所组成的尺寸链称为装配尺寸链(如图28度或同轴度)所组成的尺寸链称为装配尺寸链(如图28-2b 28 所示) 所示)。 在装配尺寸链中,每一个尺寸都是尺寸链的组成环, 在装配尺寸链中,每一个尺寸都是尺寸链的组成环, 它们是进入装配的零件或部件的有关尺寸, 如A1、A2、A3,它们是进入装配的零件或部件的有关尺寸, 显然, 装配精度指标常作为封闭环, 而装配精度指标常作为封闭环,如A0。显然,封闭环不是 一个零件或一个部件上的尺寸, 一个零件或一个部件上的尺寸,而是不同零件或部件的表 面或中心线之间的相对位置尺寸,它是装配后形成的。 面或中心线之间的相对位置尺寸,它是装配后形成的。

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各组成环都有加工误差,所有组成环的误差累积就形成封闭环的误差。因此, 各组成环都有加工误差,所有组成环的误差累积就形成封闭环的误差。因此, 应用装配尺寸链就便于揭示累积误差对装配精度的影响,并可列出计算公式, 应用装配尺寸链就便于揭示累积误差对装配精度的影响,并可列出计算公式,进 行定量分析计算,据此来确定合理的装配方法和零件相关尺寸的公差。 行定量分析计算,据此来确定合理的装配方法和零件相关尺寸的公差。 装配尺寸链按照各环的几何特性和所处的空间位置,可分为:线性尺寸链、 装配尺寸链按照各环的几何特性和所处的空间位置,可分为:线性尺寸链、角 度尺寸链、平面尺寸链和空间尺寸链。其中最常见的是前两种。 度尺寸链、平面尺寸链和空间尺寸链。其中最常见的是前两种。 线性尺寸链是由彼此平行的直线尺寸所组成的尺寸链(如图28 28- 所示), ),它所 线性尺寸链是由彼此平行的直线尺寸所组成的尺寸链(如图28-2b所示),它所 涉及的都是距离尺寸的精度问题。 涉及的都是距离尺寸的精度问题。 角度尺寸链是由角度(含平行度和垂直度)尺寸所组成的尺寸链, 角度尺寸链是由角度(含平行度和垂直度)尺寸所组成的尺寸链,其各环的 几何特征多为平行度或垂直度(如图28 所示) 28几何特征多为平行度或垂直度(如图28-3所示)。它所涉及的都是相互位置精度 问题。 问题。 应用装配尺寸链分析与解决装配精度问题关键步骤有三: 应用装配尺寸链分析与解决装配精度问题关键步骤有三:第一是建立装配尺 寸链;第二是确定达到装配精度的方法;第三是作出必要的计算。 寸链;第二是确定达到装配精度的方法;第三是作出必要的计算。最终目的是确 定经济的、至少是可行的零件相关尺寸的公差。 定经济的、至少是可行的零件相关尺寸的公差。

角度尺寸链是由角度(含平行度和垂直度)尺寸所组成的尺寸链, 角度尺寸链是由角度(含平行度和垂直度)尺寸所组成的尺寸链, 其各环的几何特征多为平行度或垂直度(如图28 所示)。 28其各环的几何特征多为平行度或垂直度(如图28-3所示)。

2.装配尺寸链的建立
正确地建立装配尺寸链, 正确地建立装配尺寸链,是运用尺寸链原理分析和解决零件精度与 装配精度关系问题的基础。 装配精度关系问题的基础。 装配尺寸链的封闭环为产品或部件的装配精度。 装配尺寸链的封闭环为产品或部件的装配精度。找出对装配精度有 直接影响的零部件尺寸和位置关系,即可查明装配尺寸链的各组成环。 直接影响的零部件尺寸和位置关系,即可查明装配尺寸链的各组成环。 可见,正确查找组成环是建立装配尺寸链的关键。 可见,正确查找组成环是建立装配尺寸链的关键。 一般查找装配尺寸链组成环的方法是: 一般查找装配尺寸链组成环的方法是:首先根据装配精度要求确定 封闭环,然后取封闭环两端的那两个零部件为起点, 封闭环,然后取封闭环两端的那两个零部件为起点,沿着装配精度要 求的位置方向,以零部件装配基准面为查找线索, 求的位置方向,以零部件装配基准面为查找线索,分别找出影响装配 精度要求的有关零部件, 精度要求的有关零部件,直至找到同一个基准零部件或同一基准表面 为止。这样, 为止。这样,各有关零部件上直接联接相邻零部件装配基准间的尺寸 或位置关系,即为装配尺寸链中的组成环。 或位置关系,即为装配尺寸链中的组成环。 当然,查找装配尺寸链也可从封闭环的一端开始, 当然,查找装配尺寸链也可从封闭环的一端开始,依次查找相关零 部件直到封闭环的另一端。还可从共同的基准面或零部件开始, 部件直到封闭环的另一端。还可从共同的基准面或零部件开始,分别 查找到封闭环的两端。 查找到封闭环的两端。

3.装配尺寸链的计算
装配尺寸链的计算有两种方法:极值法(极大极小法) 装配尺寸链的计算有两种方法:极值法(极大极小法)和概 率法。 率法。极值法计算装配尺寸链的方法与工艺尺寸链的解算方法 相同。这种方法的特点是简单可靠, 相同。这种方法的特点是简单可靠,但当封闭环公差较小或组 成环较多时,会使各组成环公差太小而加工困难。 成环较多时,会使各组成环公差太小而加工困难。根据概率论 的基本原理,首先, 的基本原理,首先,在一个稳定的工艺系统中进行较大批量加 工时,零件的加工误差出现极值的可能性是很小的。其次, 工时,零件的加工误差出现极值的可能性是很小的。其次,装 配时,各零件误差同时出现极值的“最坏组合” 配时,各零件误差同时出现极值的“最坏组合”的可能性就更 若组成环数较多,装配时零件出现“最坏组合” 小。若组成环数较多,装配时零件出现“最坏组合”的机会就 更加微小,上可忽略不计。 更加微小,上可忽略不计。显然极值法以缩小组成环公差为代 价换取装配中极少出现的极端情况下的产品合格是不经济的。 价换取装配中极少出现的极端情况下的产品合格是不经济的。 而以概率论原理为基础建立的尺寸链计算方法,即概率法, 而以概率论原理为基础建立的尺寸链计算方法,即概率法,在 上述情况下比极值法将更合理,这里我们不做介绍。 上述情况下比极值法将更合理,这里我们不做介绍。

四、保证装配精度的方法 机械产品的精度要求,最终是靠装配实现的。产品的装配精度、 机械产品的精度要求,最终是靠装配实现的。产品的装配精度、结构 和生产类型不同,采用的装配方法也不同。生产中保证装配精度的方法有: 和生产类型不同,采用的装配方法也不同。生产中保证装配精度的方法有: 互换法、选配法、 互换法、选配法、修配法和调整法 。 1.互换法 4.、调整法 2.选配法 (1). 2.选配法 (1).可动调整法 ).直接选配法 (2). (1).直接选配法 (2).固定调整法 ).分组装配法 (3). (2).分组装配法 (3).误差抵消调整 法 (3).复合选配法 ).复合选配法 3.修配法 3.修配法 ).单件修配法 (1).单件修配法 ).合并加工修配法 (2).合并加工修配法 ).自身加工修配法 (3).自身加工修配法

1.互换法 1.互换法
互换法是装配过程中, 互换法是装配过程中 , 同种零部件互换后仍能达到装 配精度要求的一种方法。产品采用互换装配法时, 配精度要求的一种方法。产品采用互换装配法时,装配精 度主要取决于零部件的加工精度。 度主要取决于零部件的加工精度。互换法的实质就是用控 制零部件的加工误差来保证产品的装配精度。 制零部件的加工误差来保证产品的装配精度。 采用互换法保证产品装配精度时, 零部件公差的确定 采用互换法保证产品装配精度时 , 有两种方法:极值法和概率法。采用极值法时, 有两种方法:极值法和概率法。采用极值法时,如果各有 关零部件(组成环)的公差之和小于或等于装配公差( 关零部件(组成环)的公差之和小于或等于装配公差(封 闭环公差) 故装配中同种零部件可以完全互换, 闭环公差),故装配中同种零部件可以完全互换,即装配 时零部件不经任何选择、修配和调整, 时零部件不经任何选择、修配和调整,均能达到装配精度 的要求,因此称为“完全互换法” 的要求,因此称为“完全互换法”。

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采用概率法时,如果各有关零部件(组成环)公差值合适, 采用概率法时,如果各有关零部件(组成环)公差值合适,当生产条 件比较稳定,从而使各组成环的尺寸分布也比较稳定时, 件比较稳定,从而使各组成环的尺寸分布也比较稳定时,也能达到完全 互换的效果。否则,将有一部分产品达不到装配精度的要求,因此称为 互换的效果。 否则, 将有一部分产品达不到装配精度的要求, 不完全互换法” 也称为“大数互换法” 显然, “不完全互换法”,也称为“大数互换法”。显然,概率法适用于较大 批量生产。 批量生产。 用不完全互换法比用完全互换法对各组成环加工要求放松了, 用不完全互换法比用完全互换法对各组成环加工要求放松了,可降低 各组成环的加工成本。 各组成环的加工成本。但装配后可能会有少量的产品达不到装配精度要 求。这一问题一般可通过更换组成环中的1~2个零件加以解决。 这一问题一般可通过更换组成环中的1 个零件加以解决。 采用完全互换法进行装配,可以使装配过程简单,生产率高, 采用完全互换法进行装配,可以使装配过程简单,生产率高,易于组 织流水作业及自动化装配,也便于采用协作方式组织专业化生产。因此, 织流水作业及自动化装配,也便于采用协作方式组织专业化生产。因此, 只要能满足零件加工的经济精度要求, 只要能满足零件加工的经济精度要求,无论何种生产类型都应首先考虑 采用完全互换法装配。但是当装配精度要求较高, 采用完全互换法装配。但是当装配精度要求较高,尤其是组成环数较多 时,零件就难以按经济精度制造。这时在较大批量生产条件下,就可考 零件就难以按经济精度制造。这时在较大批量生产条件下, 虑采用不完全互换法装配。 虑采用不完全互换法装配。

2.选配法 2.选配法
在大量或成批生产条件下, 在大量或成批生产条件下,当装配精度要求很高且组成 环数较少时,可考虑采用选配法装配。 环数较少时,可考虑采用选配法装配。 选配法是将尺寸链中组成环的公差放大到经济可行的程 度来加工,装配时选择适当的零件配套进行装配, 度来加工,装配时选择适当的零件配套进行装配,以保证装配精度要求 的一种装配方法。 的一种装配方法。 选配法有三种不同的形式:直接选配法、分组装配法和复合选配法。 选配法有三种不同的形式:直接选配法、分组装配法和复合选配法。 1.直接选配法 装配时,由工人从许多待装的零件中, 装配时,由工人从许多待装的零件中,直接选取合适的零件进行装 来保证装配精度的要求。这种方法的特点是:装配过程简单, 配 , 来保证装配精度的要求 。 这种方法的特点是 : 装配过程简单 , 但 装配质量和时间很大程度上取决于工人的技术水平。 装配质量和时间很大程度上取决于工人的技术水平 。 由于装配时间不 易准确控制,所以不宜用于节拍要求较严的大批大量生产中。 易准确控制,所以不宜用于节拍要求较严的大批大量生产中。

2.分组装配法 分组装配法又称分组互换法, 分组装配法又称分组互换法,它是将组成环的公差相对完全互换 法所求之值放大数倍,使其能按经济精度进行加工。 法所求之值放大数倍,使其能按经济精度进行加工。装配时先测量尺 寸,根据尺寸大小将零件分组,然后按对应组分别进行装配,来达到 根据尺寸大小将零件分组,然后按对应组分别进行装配, 装配精度的要求。而且组内零件装配是完全互换的。 装配精度的要求。而且组内零件装配是完全互换的。 3.复合选配法 复合选配法是直接选配法与分组装配法两种方法的复合,即零件 复合选配法是直接选配法与分组装配法两种方法的复合, 公差可适当放大,加工后先测量分组, 公差可适当放大,加工后先测量分组,装配时再在各对应组内由工人 进行直接选配。这种方法的特点是配合件的公差可以不等, 进行直接选配。这种方法的特点是配合件的公差可以不等,且装配质 量高,速度较快,能满足一定生产节拍要求。 量高,速度较快,能满足一定生产节拍要求。如发动机气缸与活塞的 装配多采用这种方法。 装配多采用这种方法。

3.修配法 3.修配法
在单件小批或成批生产中,当装配精度要求较高, 在单件小批或成批生产中 , 当装配精度要求较高 , 装 配尺寸链的组成环数较多时, 配尺寸链的组成环数较多时 , 常采用修配法来保证装配 精度要求。 精度要求。 所谓修配法, 所谓修配法,就是将装配尺寸链中组成环按经济加工 精度制造, 装配时按各组成环累积误差的实测结果, 精度制造 , 装配时按各组成环累积误差的实测结果 , 通 过修配某一预先选定的组成环尺寸, 或就地配制这个环, 过修配某一预先选定的组成环尺寸 , 或就地配制这个环 , 以减少各组成环由于按经济精度制造而产生的累积误差, 以减少各组成环由于按经济精度制造而产生的累积误差 , 使封闭环达到规定精度的一种装配工艺方法。 使封闭环达到规定精度的一种装配工艺方法。

常见的修配方法有以下三种: 常见的修配方法有以下三种:
(1).单件修配法 在装配时,选定某一固定的零件作修配件进行修配, 在装配时,选定某一固定的零件作修配件进行修配, 以保证装配精度的方法称为单件修配法。 以保证装配精度的方法称为单件修配法。此法在生产中应 用最广。 用最广。 (2).合并加工修配法 这种方法是将两个或多个零件合并在一起当作一个零 件进行修配。这样减少了组成环的数目, 件进行修配。这样减少了组成环的数目,从而减少了修配 量。 合并加工修配法虽有上述优点, 合并加工修配法虽有上述优点,但是由于零件合并要 对号入座,给加工、装配和生产组织工作带来不便。 对号入座,给加工、装配和生产组织工作带来不便。因此 多用于单件小批生产中。 多用于单件小批生产中。

(3)自身加工修配法 (3)自身加工修配法
在机床制造中,利用机床本身的切削加工能力, 在机床制造中,利用机床本身的切削加工能力,用 自己加工自己的方法可以方便地保证某些装配精度要 这就是自身加工修配法。 求 , 这就是自身加工修配法 。 这种方法在机床制造中 应用极广。 应用极广。 修配法最大的优点就是各组成环均可按经济精度制 造,而且可获得较高的装配精度。但由于产品需逐个 而且可获得较高的装配精度。 修配,所以没有互换性,且装配劳动量大,生产率低, 修配,所以没有互换性,且装配劳动量大,生产率低, 对装配工人技术水平要求高。 对装配工人技术水平要求高。因而修配法主要用于单 件小批生产和中批生产中装配精度要求较高的情况下 。

4.调整法 4.调整法
调整法是将尺寸链中各组成环按经济精度加工,装配时, 调整法是将尺寸链中各组成环按经济精度加工 , 装配时 , 通 过更换尺寸链中某一预先选定的组成环零件或调整其位置来保证 装配精度的方法。装配时进行更换或调整的组成环零件叫调整件, 装配精度的方法。装配时进行更换或调整的组成环零件叫调整件, 该组成环称调整环。 该组成环称调整环。 调整法和修配法在原理上是相似的,但具体方法不同。 调整法和修配法在原理上是相似的,但具体方法不同。 根据调整方法的不同,调整法可分为: 可动调整法、固定调 根据调整方法的不同, 调整法可分为: 可动调整法 、 整法和误差抵消调整法三种。 整法和误差抵消调整法三种。

(1)可动调整法 (1)可动调整法
在装配时,通过调整、 在装配时,通过调整、改变调整件的位置来保证装配精度的方法 称为可动调整法。 称为可动调整法。 在产品装配中,可动调整法的应用较多。如图28 28所示为调整 在产品装配中,可动调整法的应用较多。如图28-4a 所示为调整 套筒的轴向位置以保证齿轮轴向间隙Δ的要求; 28所示为调 套筒的轴向位置以保证齿轮轴向间隙Δ的要求 ;图28 - 4 b 所示为调 所示为调整楔块 整镶条的位置以保证导轨副的配合间隙; 28整镶条的位置以保证导轨副的配合间隙;图28 - 4 c 所示为调整楔块 的上下位置以调整丝杠螺母副的轴向间隙。 的上下位置以调整丝杠螺母副的轴向间隙。 可动调整法不仅能获得较理想的装配精度,而且在产品使用中, 可动调整法不仅能获得较理想的装配精度,而且在产品使用中, 由于零件磨损使装配精度下降时,可重新调整使产品恢复原有精度, 由于零件磨损使装配精度下降时 ,可重新调整使产品恢复原有精度, 所以,该法在实际生产中应用较广。 所以,该法在实际生产中应用较广。

在产品装配中,可动调整法的应用较多。如图28-4a 所示为调整套 在产品装配中,可动调整法的应用较多。如图28- 所示为调整套 28 筒的轴向位置以保证齿轮轴向间隙Δ的要求; 筒的轴向位置以保证齿轮轴向间隙Δ的要求;

(2)固定调整法 (2)固定调整法

在装配时, 在装配时,通过更换尺寸链中某一预先选定 的组成环零件来保证装配精度的方法称为固定调 整法。预先选定的组成环零件即调整件, 整法。预先选定的组成环零件即调整件,需要按 一定尺寸间隔制成一组专用零件,以备装配时根 一定尺寸间隔制成一组专用零件, 据各组成环所形成累积误差的大小进行选择。 据各组成环所形成累积误差的大小进行选择。故 选定的调整件应形状简单,制造容易,便于装拆。 选定的调整件应形状简单,制造容易,便于装拆。 常用的调整件有垫片,套筒等。 常用的调整件有垫片,套筒等。 固定调整法常用于大批大量生产和中批生产 中装配精度要求较高的多环尺寸链。 中装配精度要求较高的多环尺寸链。

(3). (3).误差抵消调整法
在产品或部件装配时,通过调整有关零件的相互位置, 使其加工误差相互抵消一部分,以提高装配的精度,这种 方法叫做误差抵消调整法。该方法在机床装配时应用较多, 如在机床主轴装配时,通过调整前后轴承的径向跳动方向 来控制主轴的径向跳动。 在机械产品装配时,应根据产品的结构、装配精度要 求、装配尺寸链环数的多少、生产类型及具体生产条件等 因素合理选择装配方法。一般情况下,只要组成环的加工 比较经济可行时,就应优先采用完全互换法。若生产批量 较大,组成环又较多时应考虑采用不完全互换法。当采用 互换法装配使组成环加工比较困难或不经济时,可考虑采 用其它方法:大批大量生产,组成环数较少时可以考虑采 用分组装配法,组成环数较多时应采用调整法;单件小批 生产常用修配法,成批生产也可酌情采用修配法。


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