《机械装配工艺》

1、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。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

2、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

3、 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

4、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,分为可拆可拆 卸连接卸连接和不可拆卸连接不可拆卸连接两种。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

5、 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 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 为完全互换法完全互换法和不完全互换法不完全互换法。 （1）完全互换法）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 TTTTTTn 1

6、321 1 -n 1i i0 T0 Ti （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

7、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 2 1 0 n i ijTTT Ti Tj T0 （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： 1 1 0 1 1 1 0AAAA 1 m i i m i ij ii j 若相依尺寸Aj为减环时（i=1），有： 1 1 0 1 1 1 0AAAA 1 m i ij

8、m i i i j i 当相依尺寸Ai为增环时（i=1），有： 若相依尺寸是增环,则上、下偏差分别为： 1 1 1 1 1 1 0 1 m i Ai m i AiAAj ii j EIESESES 1 1 1 1 1 1 0 1 m i Ai m i AiAAj ii j ESEIEIEI 若相依尺寸是减环,则上、下偏差分别为： 1 1 1 1 1 1 0 1 m i Ai m i AiAAj ii j ESEIEIES 1 1 1 1 1 1 0 1 m i Ai m i AiAAj ii j EIESESEI 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

9、组成环，当 封闭环；尺寸的下偏差；尺寸的上偏差；式中： 1m AA1;1A AEIES 11 i 0 m jj jj 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： 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。 A0A1A2A4 A3 A0 0 0.15 0.05 T0 0721741( AAAAA43210 ）（） 图1 双联转子的轴向装配关系图 观看动

10、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。 确定各组成环尺寸公差大小和分布位置 T0 Tj T i 0.1mm 4321 4 1i i TTTTT Ti TM 0.025mm 4 0.1 1-n 0 av T T 确定相依尺

11、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 A1T1 0.049mm0.015)(2x0.018-0.1 43201 ）（ TTTTT A1 T1 1 1 1 1 1 1 0 050. 000050. 0 1 m t m i AiAiAAj ii j mmESEIEIEI mmA ES mmEI Aj Aj ES EI Aj Aj 099. 0 050. 01 41 099. 0049

12、. 005. 0 05. 0 （2）不完全互换法 T0Ti 1-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： 装配公差（封闭环公差）与各有关零件公差 之间的 关系式： （） 各环算术平均值之间的关系式： （） TTTTTT 2 1 -n 2 3 2 2 2 1 1 -n 1i 2 i0 1 1 1 1 1 1 0 m- i iav m i iavav

13、 jj AAA （2）不完全互换法 各环中间偏差之间的关系式： （） 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。 Aav Aav0 TiT0 2 A av T 2 0 0A T av 1 1 1

14、1 1 1 0 m- i avAi m i avAiavA jj （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 （1） T T T0 0 0 1-n 1-n 1n T0 Tav 1 -n 1i 2 i 2 j0TTT 2-n 1i 2 i 2 0jTTT （2）不完全互换法 例题：在图所示的尺寸链中，用不完全互换法来估算实际生 产的间隙 的分布范围，

15、实际上这是一个正计算问题。 已知：mm) 2 0.049 mm(41.0745 41A 099. 0 050. 01 mm) 2 0.018 mm(16.991 17A 0 018. 0-2 mm) 2 0.015 mm(6.9925 7A 0 018. 0-3 mm) 2 0.018 mm(16.991 17A 0 018. 0-4 图极值法与概率 按式（8）可得 mm058. 02 015. 0018. 0049. 0 2222 4 2 3 2 2 2 10 ）（）（ 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

16、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 . 0991.169925.16991.160745.41 43210 ）（）（ AAAAAavavavavav mm29. 01 . 0 2 0AT 129. 0 071. 0 0 00 T av T0 A1A2A3A4 mm 17AA 018. 042 mm 7A 015. 03 mm1 . 0 0T mm096. 02 015. 0018. 01 . 0 2222 4 2 3 2 2

17、2 01 ）（ ）（）（）（ 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. 14 2 41AA 123. 0 027. 0 1 1av1 T mm 41A 099. 0 050. 01 mm1 . 02 051. 0018. 0096. 0 222 2 4 2 3 2 2 2 10 TTTTT 0.1)(05. 01 . 0 2 AAA0 0 00 avav T 计算过 mm 0A 15. 0 05. 00 2、选配法 选配法的实质是将相

18、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）选配法的种类 、直接选配法、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

19、程度上决定于工人的技术水平。 、分组选配法、分组选配法 将组成环的公差按完全互换法求得的值，加大倍数（一般为2至 4倍），使其能按经济精度加工，然后将加工后零件按测量尺寸分组， 再按对应组分别进行装配，以满足装配精度要求。 （1）选配法的种类 、复合选配法、复合选配法 就是这述两种方法的复合使用，即把加工后的零件进行测量分组， 装配时再在各对应组中直接选配。 上述三种方法，由于直接选配和复合选配方法，在生产节拍要 求严格的大批、大量流水线装配中使用有困难，实际生产中多采用分 组选配法。下面着重讨论分组选配法。 （）分组选配的一般要求 要保证分组后各组的配合精度性质与原来的要求相同。为此，要求配

20、 合件的公差范围应相等，公差的增加要向同一方向，增大的倍数相同， 增大的倍数就是分组数。 要保证零件分组后在装配时能够配套。 分组数不宜太多。尺寸公差放大到经济加工精度就行，否则由于零件 的测量、分组、保管的工作复杂化容易造成生产紊乱。 配合件的表面粗糙度、形状和位置误差必须保持原设计要求，决不能 随着公差的放大而降低粗糙度要求和放大形状及位置误差。 应严格组织对零件的测量、分组、标记、保管和运送工作。 （3）分组选配应用举例 图3 活塞与活塞销组件图 活塞销 活塞销 活塞 某种发动机的活塞销与活塞销孔的装配如图3所示， 采用分组装配法。 假设活塞销与销孔的基本尺寸d、D 均为28mm，装配技

21、术要求规定冷态装 配时销与销孔间应有0.00250.0075mm 过盈量，即： 则可求得若销与销孔采用完全互换 法装配，其公差按“等公差法”分配，则它们的公差为： mm00750. 0.0025mm Dd Dd minmax maxmin mm0025. 0 dD T T （3）分组选配应用举例 按基轴制原则标注偏差，则其尺寸为： 很明显，这样精确的销子是难以加工的，制造很不经济，故生产上 常采用分组装配法将它们的公差值均按同向（尺寸减小方向）放大四倍， 则活塞销尺寸为 ，活塞销孔尺寸为 。这样， 销轴外圆可用无心磨削加工，销孔可用金刚镗加工，然后用精密量具测 量，按尺寸大小公成四组，用不同颜

22、色标记，以便进行分组装配。具体 分组情况见下表： mmD mmd 28 28 0.0050 0.0075 0 0025. 0 mm 28 010. 0 mm28 0050. 0 015. 0 表9.3 活塞销和活塞销孔的分组尺寸 组 号 标志颜 色 活塞销直径分组尺 寸范围 活塞销孔直径分组尺 寸范围 最大值 最小值 1 2 3 4 浅蓝 红 白 黑 28.000027.9975 27.997527.9950 27.995027.9925 27.992527.9900 27.995027.9925 27.992527.9900 27.990027.9875 27.987527.9850 0.0

23、025 0.0025 0.0025 0.0025 0.0075 0.0075 0.0075 0.0075 3 3、修配法、修配法 在单件小批生产中，当装配精度要求高而且组成环多时，完全互 换法或不完全互换法、选配法均不能采用。此时可将零件经济精度加 工，而在装配时通过修配方法改变尺寸链中某一预先规定的组成环尺 寸，使之能满足装配精度要求。这个被预先规定的组成环称为“修配修配 环环”，这种装配方法称为修配法修配法。可分为：按件修配法、合并加工修按件修配法、合并加工修 配法和自身加工修配法。配法和自身加工修配法。 采用修配法时应该注意以下事项： （）应该正确选择修配对象，首先应该选择那些只与本项装

24、配精度 有关而与其它装配精度项目无关的零件作为修配对象（在尺寸链关系中不 是公共环）。然后再考虑其中易于拆装，且面积不大的零件作为修配件。 （）应该通过装配尺寸链计算，合理确定修配件的尺寸公差，既保 证它具有足够的修配量，又不要使修配量过大。 4 4、调整法、调整法 在调整法中，一种是用一个可调整的零件来调整它在装备中的位置 以达到装配精度，另一种是增加一个定尺寸零件（如垫片、垫圈、套筒） 以达到装配精度。前者称为移动调整法移动调整法，后者称为固定调整法固定调整法。两种零 件都起到补偿装配累积误差作用，故称为补偿件补偿件。 （）移动调整法移动调整法 所谓移动调整法，就是用改变补偿件的位置 （移

25、动、旋转或移动和旋转二者兼用）以达到装 配精度的，调整过程中不需拆卸零件，故比较方便。 如图4所示的结构是靠转动螺钉来调整轴承外 环相对于内环的位置以取得合适的间隙或过盈。 图4 轴向间隙的调整 观看动画 外环 内环 （）（）移动调整法 又如图5，为了保证装配间 隙 ,加工一个可移动的套筒 （补偿件）来调整装配间隙。还 有在机床导轨结构中常用锲铁调 整来得到合适的间隙；自动机械 分配轴上的凸轮是用调整法装配 并调整到合适位置后，再用销钉 固定在已调好的位置上的。 A A2 A3 A 套筒 图5 齿轮与轴承间隙的调整 （2）固定调整法 这种装配方法，是在尺寸链中选定一个或加入一个零件作为调 整环

26、。作调整环的零件是按一定的尺寸间隔级别制成的一组专门零 件，根据装配需要，选用其中某一级别的零件来作补偿从而保证所 需要的装配精度。常用的补偿有垫圈、垫片、轴套等。采用固定调 整法时，为了保证所需要的装配精度，最重要的问题是如何确定补 偿件的尺寸的计算方法。 9.3 装配工艺规程的制订 1、装配工艺规程的内容装配工艺规程的内容 ： 制定出经济合理的装配顺序，并根据所设计的结构特点和要求， 确定机械各部分的装配方法； 选择和设计装配中需用的工艺装备，并根据产品的生产批量确 定其复杂程度； 规定部分装配技术要求，使之达到整机的技术要求和使用性能； 规定产品的部件装配和总装配的质量检验方法及使用工具

27、； 确定装配中的工时定额； 其它需要提出的注意事项及要求。 2、装配工艺规程的制订步骤和方法 （）产品分析产品分析 研究产品图纸和装配时应满足的技术要求； 对产品结构进行分析，其中包括装配尺寸链分析、计算和 结构装配工艺分析； 装配单元的划分。 对复杂的机械，为了组织装配工作的平行流水作业，在制订 装配工艺中，划分装配单元是一项重要工作，装配单元一般分为五 种等级：零件、合件、组件、部件和机器零件、合件、组件、部件和机器。 装配单元系统示意图 合件1 组件1 部件1 机器 组件2 合件2 部件2部件3 组件3组件4 合件3 合件4合件5 零 件 （）产品分析 零件零件组成机器的基本单元。一般零

28、件都是预先装成合件、组件或部件 才进入总装，直接装入机器的零件不太多。 合件合件合件可以是若干零件永久连接或者是连接在一个“基准零件”上 的少数零件的组合。合件组合后，有可能还要加工。图即属于合件，其中蜗 轮属于“基准件”。 组件组件组件是指一个或几个合件与几个零件的组合。图7即属于组件， 其中蜗轮与齿轮的组合是事先装好的一个合件，阶梯轴即为“基准件”。 部件部件一个或几个组件、合件和零件的组合。 机器机器也称产品，它是由上述全部装配单元结合而成的整体。 图6 合件 图7 组件 （）装配组织形式的确定 组织形式一般分为固定式固定式和移动式移动式两种。固定式装配可 直接在地面上进行和在装配台架上分工进行。移动式装配又分 为连续移动式连续移动式和间隙移动式间隙移动式。可在小车上或输送带上进行。装 配形式的选择，主要取决于产品结构特点（尺寸或重量大小） 和生产批量。 （）装配工艺过程的确定 装配顺序的确定装配顺序的确定 装配顺序主要根据装配单元的划分来确定，即根 据单元系统图画出装配工艺流程示意图，此项