装配尺寸链.doc

1.概诉　
　一、装配的概念
　　（一）机械的组成
　　一台机械产品往往由上千至上万个零件所组成，为了便于组织装配工作，必须将产品分解为若干个可以独立进行装配的装配单元，以便按照单元次序进行装配并有利于缩短装配周期。装配单元通常可划分为五个等级。
　　1．零件零件是组成机械和参加装配的最基本单元。大部分零件都是预先装成合件、组件和部件再进入总装。
　　2．合件合件是比零件大一级的装配单元。下列情况皆属合件。
　　（1）两个以上零件,是由不可拆卸的联接方法(如铆、焊、热压装配等)联接在一起。
　　（2）少数零件组合后还需要合并加工，如齿轮减速箱体与箱盖、柴油机连杆与连杆盖，都是组合后镗孔的，零件之间对号入座，不能互换。
　　（3）以一个基准零件和少数零件组合在一起，如图11—1a属于合件，其中蜗轮为基准零件。

　　3．组件组件是一个或几个合件与若干个零件的组合。如图11—1b所示即属于组件，其中蜗轮与齿轮为一个先装好的合件，而后以阶梯轴为基准件，与合件和其它零件组合为组件。
　　4．部件部件是一个基准件和若干个组件、合件和零件组成。如主轴箱、走刀箱等。
　　5．机械产品它是由上述全部装配单元组成的整体。
　　装配单元系统图表明了各有关装配单元间的从属关系。如图11—2所示。

　　二）装配的定义
根据规定的要求，将若干零件装配成部件的过程叫部装，把若干个零件和部件装配成最终产品的过程叫总装。
　　（三）装配工作的基本内容
　　机械装配是产品制造的最后阶段，装配过程中不是将合格零件简单地联接起来，而是要通过一系列工艺措施，才能最终达到产品质量要求。常见的装配工作有以下几项：
　　1．清洗目的是去除零件表面或部件中的油污及机械杂质。
　　2．连接联接的方式一般有两种：可拆联接和不可拆联接。可拆联接在装配后可以很容易拆卸而不致损坏任何零件，且拆卸后仍重新装配在一起。例如螺纹联接、键联接等，不可拆联接，装配后一般不再拆卸，如果拆卸就会损坏其中的某些零件。例如焊接、铆接等。
　　3．调整包括校正、配作、平衡等。
　　校正是指产品中相关零、部件间相互位置找正，找正并通过各种调整方法，保证达到装配精度要求等。
　　配作是指两个零件装配后确定其相互位置的加工，如配钻、配铰，或为改善两个零件表面结合精度的加工，如配刮及配磨等，配作是校正调整工作结合进行的。
　　平衡为防止使用中出现振动，装配时，应对其旋转零、部件进行平衡。包括静平衡和动平衡两种方法。
　　4．检验和试验机械产品装配完后，应根据有关技术标准和规定，对产品进行较全面的检验和试验工作，合格后才准出厂。
　　除上述装配工作外，油漆、包装等也属于装配工作。
　　（四）装配的意义
　　装配是整个机械制造工艺过程中的最后一个环节。装配工作对机械的质量影响很大。若装配不当，即使所有零件加工合格，也不一定能够装配出合格的高质量的机械；反之当零件制造质量不十分良好时，只要装配中采用合适的工艺方案，也能使机械达到规定的要求，因此，装配质量对保证机械质量起了极其重要的作用。
　　二、装配精度
　　（一）概念及内容
　　装配精度是指产品装配后几何参数实际达到的精度，它一般包括：
　　1．尺寸精度是指零部件的距离精度和配合精度。例如卧式车床前，后两顶尖对床身导轨的等高度。
　　2．位置精度是指相关零件的平行度，垂直度和同轴度等方面的要求。例如台式钻床主轴对工作台台面的垂直度。　　3．相对运动精度是指产品中有相对运动的零、部件间在运动方向上和相对速度上的精度。例如滚齿机滚刀与工作台的传动精度。
　　4．接触精度是指两配合表面，接触表面和连接表面间达到规定的接触面积大小和接触点分布情况。例如齿轮啮合、锥体、配合以及导轨之间的接触精度。
　　（二）装配精度与零件精度的关系
　　机械及其部件都是由零件所组成的，装配精度与相关零、部件制造误差的累积有关，特别是关键零件的加工精度。例如卧式车床尾座移动对床鞍移动的平行度，就主要取决于床身导轨A与B的平行度，如图11—3所示。又如车床主轴锥孔轴心线和尾座套筒锥孔轴心线的等高度（A0），即主要取决于主轴箱，尾座及座板的A1、A2及A3的尺寸精度，如图11—4所示。

　　另一方面，装配精度又取决于装配方法，在单件小批生产及装配精度要求较高时装配方法尤为重要，例如图11—4中所示的等高度要求是很高的。如果靠提高尺寸A1、A2及A3的尺寸精度来保证是不经济的，甚至在技术上也是很困难的。比较合理的办法是地装配中通过检测，对某个零部件进行适当的修配来保证装配精度。
总之，机械的装配精度不但取决于零件的精度，而且取决于装配方法。
第二节 装配尺寸链
　　一、基本概念
　　装配尺寸链是产品或部件在装配过程中，由相关零件的有关尺寸（表面或轴线间距离）或相互位置关系（平行度、垂直度或同轴度等）所组成的尺寸链。其基本特征是具有封闭性，即有一个封闭环和若干个组成环所构成的尺寸链呈封闭图形，如图11—4b所示。其封闭环不是零件或部件上的尺寸，而是不同零件或部件的表面或轴心线间的相对位置尺寸，它不能独立地变化，而是装配过程最后形成的，即为装配精度，如图11—4中的A0。其各组成环不是在同一个零件上的尺寸，而是与装配精度有关的各零件上的有关尺寸，如图11—4中的A1、A2及A3。装配尺寸链各环的定义及特征同第三章所述。显然，A2和A3是增环，A1是减环。
　　装配尺寸链按照各环的几何特征和所处的空间位置大致可分为：线性尺寸链、角度尺寸链、平面尺寸链和空间尺寸链。常见的是前两种。
　　二、装配尺寸链的建立—线性尺寸链直线尺寸链）
　　应用装配尺寸链分析和解决装配精度问题，首先是查明和建立尺寸链，即确定封闭环，并以封闭环为依据查明各组成环，然后确定保证装配精度的工艺方法和进行必要的计算。查明和建立装配尺寸链的步骤如下：
　　（一）确定封闭环
　　在装配过程中，要求保证的装配精度就是封闭环。
　　（二）查明组成环，画装配尺寸链图
　　从封闭环任意一端开始，沿着装配精度要求的位置方向，将与装配精度有关的各零件尺寸依次首尾相连，直到封闭环另一端相接为止，形成一个封闭形的尺寸图，图上的各个尺寸即是组成环。
　　（三）判别组成环的性质
　　画出装配尺寸链图后，按第三章所述的定义判别组成环的性质－即增、减环。
　　在建立装配尺寸链时，除满足封闭性，相关性原则外，还应符合下列要求。
　　1.组成环数最少原则
　　从工艺角度出发，在结构已经确定的情况下，标注零件尺寸时，应使一个零件仅有一个尺寸进入尺寸链，即组成环数目等于有关零件数目。如图11－5a所示，轴只有A1一个尺寸进入尺寸链，是正确的。10－5b的标注法中，轴有a 、b两个尺寸进入尺寸链，是不正确的。

　　2.按封闭环的不同位置和方向，分别建立装配尺寸链。
　　例如常见的蜗杆副结构，为保证正常啮合，蜗杆副两轴线的距离（啮合间隙），蜗杆轴线与蜗轮中间平面的对称度均有一定要求，这是两个不同位置方向的装配精度，因此需要在两个不同方向分别建立装配尺寸链。
　　三、装配尺寸链的计算
　　（一）计算类型
　　1．正计算法　　已知组成环的基本尺寸及偏差代入公式，求出封闭环的基本尺寸偏差，计算比较简单不再赘述。
　　2．反计算法　　已知封闭环的基本尺寸及偏差，求各组成环的基本尺寸及偏差。下面介绍利用“协调环”解算装配尺寸链的基本步骤：
　　在组成环中，选择一个比较容易加工或在加工中受到限制较少有组成环作为“协调环”其计算过程是先按经济精度确定其它环的公差及偏差，然后利用公式算出“协调环”的公差及偏差。具体步骤见互换装配法例题。
　　3．中间计算法　　已知封闭环及组成环的基本尺寸及偏差，求另一组成环的基本尺寸及偏差，计算也较简便不再赘述。
　　无论哪一种情况，其解算方法都有两种，即极大极小法和概率法。
　　（二）计算方法
　　1.极大极小法
　　用极大极小解装配尺寸链的计算方法公式与第三章中解工艺尺寸链的公式（3-21）～（3-33）相同，在此从略。
　　2.概率法
　　极大极小法的优点是简单可靠，其缺点是从极端情况下出发推导出的计算公式，比较保守，当封闭环的公差较小，而组成环的数目又较多时，则各组成环分得的公差是很小的，使加工困难，制造成本增加。生产实践证明，加工一批零件时，其实际尺寸处于公差中间部分的是多数，而处于极限尺寸的零件是极少数的，而且一批零件在装配中，尤其是对于多环尺寸链的装配，同一部件的各组成环，恰好都处于极限尺寸情况，更是少见。因此，在成批，大量生产中，当装配精度要求高，而且组成环的数目又较多时，应用概率法解算装配尺寸链比较合理。
　　概率法和极大极小法所用的计算公式的区别只在封闭环公差的计算上，其它完全相同。
　　（1）极大极小法的封闭环公差：

　　式中T0——封闭环公差；
　　Ti——组成环公差；
　　m——组成环个数。
　　（2）概率法封闭环公差：

　　式中T0——封闭环公差；
　　Ti——组成环公差；
　　m——组成环个数。
具体解法请看第三节。
第三节 装配方法及其选择
　　机械的装配首先应当保证装配精度和提高经济效益。相关零件的制造误差必然要累积到封闭环上，构成了封闭环的误差。因此，装配精度越高，则相关零件的精度要求也越高。这对机械加工很不经济的，有时甚至是不可能达到加工要求的。所以，对不同的生产条件，采取适当的装配方法，在不过高的提高相关零件制造精度的情况下来保证装配精度，是装配工艺的首要任务。
　　在长期的装配实践中，人们根据不同的机械、不同的生产类型条件，创造了许多巧妙的装配工艺方法，归纳起来有：互换装配法、选配装配法、修配装配法和调整装配法四种。现分述如下：
　一、互换装配法
　　互换装配法就是在装配时各配合零件不经修理、选择或调整即可达到装配精度的方法。根据互换的程度不同，互换装配法又分为完全互换装配法和不完全互换装配法两种。
　　（一）完全互换装配法
　　这种方法的实质是在满足各环经济精度的前提下，依靠控制零件的制造精度来保证的。
　　在一般情况下，完全互换装配法的装配尺寸链按极大极小法计算，即各组成环的公差之和等于或小于封闭环的公差。
　　完全互换装配法的优点：
　　（1）装配过程简单，生产率高；
　　（2）对工人技术水平要求不高；
　　（3）便于组织流水作业和实现自动化装配；
　　（4）容易实现零部件的专业协作、成本低；
　　（5）便于备件供应及机械维修工作。
　　由于具有上述优点，所以，只要当组成环分得的公差满足经济精度要求时，无论何种生产类型都应尽量采用完全互换装配法进行装配。

　　例11-1图11-6所示齿轮箱部件，装配后要求轴向窜动量为0.2～0.7mm，即A0=0+0.7+0.2 mm。已知其它零件的有关基本尺寸A1=122 mm，A2=28 mm，A3=5 mm，A4=140 mm，A5=5 mm，试决定上下偏差。
　　解：（1）画出装配尺寸链（图11—6），校验各环基本尺寸。封闭环为A0。封闭环基本尺寸

　　可见各环基本尺寸的给定数值正确。
　　（2）确定各组成环的公差大小和分布位置。为了满足封闭环公差T0=0.50 mm要求，各组成环公差Ti的累积公差值 不得超过0.5 mm，即应

　　在最终确定各Ti值之前可先按等公差计算分配到各环的平均公差值
　　Tav.i=T0/m=0.5/5=0.1(mm)
　　由此值可知，零件的制造精度不算太高，是可以加工的，故用完全互换是可行的。但还应从加工难易和设计要求等方面考虑，调整各组成环公差。比如：A1、A2加工难些，公差应略大，A3、A5加工方便，则规定可较严。故令：
　　T1=0.2mm，T2=0.1mm，T3=T5=0.05mm
　　再按“入体原则”分配公差，如：
　　A1=122+0.20mm，A2=28+0.100mm，A3=A5=5 0–0.05 mm
　　得中间偏差：
　　△1=0.1mm，△2=0.05 mm ，△3=△5=0.025mm，△0=0.45（mm）
　　（3）确定协调环公差的分布位置
　　由于A4是特意留下的一个组成环，它的公差大小应在上面分配封闭环公差时，经济合理地统一决定下来。即：
　　T4=T0-T1-T2-T3-T5=0.50-0.20-0.10-0.05-0.05=0.10（mm）
　　但T4的上下偏差，须满足装配技术条件，因而应通过计算获得，故称其为“协调环”。由于计算结果通常难以满足标准零件及标准量规的尺寸和偏差值，所以有上述尺寸要求的零件不能选作协调环。
　　协调环A4的上下偏差，可参阅图11—7计算。代入

　　0.45=0.1+0.05-(-0.025-0.025+△4)

　　(4)进行验算
　　T0=T1+T2+T3+T4+T5=0.20+0.10+0.05+0.10+0.05=0.50mm
　　可见，计算符合装配精度要求。
　　（二）不完全互换装配法
　　如果装配精度要求较高，尤其是组成环的数目较多时，若应用极大极小法确定组成环的公差，则组成环的公差将会很小，这样就很难满足零件的经济精度要求。因此，在大批量生产的条件下，就可以考虑不完全互换装配法，即用概率法解算装配尺寸链。
不完全互换装配法与完全装配法相比，其优点是零件公差可以放大些从而使零件加工容易、成本低，也能达到互换性装配的目的。其缺点是将会有一部分产品的装配精度超差。这就是需要采取补救措施或进行经济论证。
第四节　装配工作法与典型部件的装配
　　一、装配工作法
　　(一)螺纹联接
　　螺纹联接装配时应满足的要求：1）螺栓杆部不产生弯曲变形，头部、螺母底面应与被联接件接触良好；2）被联接件应均匀受压，互相紧密贴合。联接牢固；3）一般应根据被联接件形状、螺栓的分布情况，按一定顺序逐次（一般为2~3次）拧紧螺母。如有定位销，最好先从定位销附近开始。图11—14为螺母拧紧顺序示例，图中编号为拧紧的顺序。
　　螺纹联接可分为一般紧固螺纹联接和规定预紧力的螺纹联接。前者，无预紧力要求，联接时可采用普通扳手、风动或电动扳手拧紧螺母；后者有预紧力要求，联接时可采用定扭矩扳手等方法拧紧螺母。
　　（二）过盈联接
　　过盈联接一般属于不可拆的固定联接；近年来由于液压套合法的应用，其可拆性日益增加。联接前，零件应清洗洁净，检查有关尺寸公差，必要时测出实际过盈量，分组选配。

　　过盈联接主要有压入配合法、热胀配合法、冷缩配合法。
　　压入配合法，通常采用冲击压入，即用手锤或重物冲击；或工具压入，即用压力机压入，即采用螺旋式、杠杆、气动或液压机压入。
　　热胀配合法，通常采用火焰、介质、电阻或感应等加热方法将包容件加热再自由套入被包容零件中。
　　冷缩配合法，通常采用干冰、低温箱、液氮等冷缩方法将包容件冷缩再自由装入被包容零件中。
　　二、典型部件的装配
　　（一）滚动轴承的装配
　　滚动轴承在各种机械中使用非常广泛，在装配过程中应根据轴承的类型和配合确定装配方法和装配顺序。

　　向心球轴承是属于不可分离型轴承，采用压力法装入机件，不允许通过滚动体传递压力。若轴承内圈与轴颈配合较紧，外圈与壳体孔配合较松，则先将轴承压入轴颈，如图11—15a所示；然后，连同轴一起装入壳体中。壳外圈与壳体女孩子配合较紧，则先将轴承压入壳体孔中，如图11—15b所示。轴装入壳体中，两端要装两个向心球轴承时，一个轴承装好后，装第二个轴承时，由于轴已装入壳体内部，可以采用如图11—15c所示的方法装入。还可以采用轴承内圈热胀法、外圈冷缩法或壳体加热法以及轴颈冷缩法装配，其加热温度一般在60°~100°C范围内的油中热胀，其冷却温度不得低于—80°C。

　　圆锥滚子轴承和推力轴承，内外圈是分开安装的。圆锥滚子轴承的径向间隙e与轴向间隙c有一定的关系，即e=c．tgβ，其中β为轴承外圈滚道母线对轴线的夹角，一般为11°~16°。因此，调整轴向间隙也即调整了径向间隙。推力轴承不存在径向间隙的问题，只需要调整轴向间隙。这两种轴承的轴向间隙通常采用垫片或防松螺母来调整，图11—16所示为采用垫片调整轴向间隙的例子。调整时，光将端盖在不用垫片的条件下用螺钉紧固于壳体上。对于图11—16a所示的结构。左端盖垫必推动的轴承外圈右移，直至完全将轴承的径向间隙消除为止。这时测量端盖与壳体端面之间的缝隙a1(最好在互成120°三点处测量，取其平均值)。轴向间隙c则由e=c．tgβ，求得。根据所需径向间隙e，即可求得垫片厚度a= a1+ c。对于图11—16b结构，端盖1贴紧超额壳体2。可来回推拉轴，测得轴承与端盖之间的轴向间隙。根据允许的轴向间隙大小可得到调整垫片的厚度a。图11—17所示为用防松螺母调整轴向间隙的例子。先拧紧螺母至将间隙完全消除为止，再拧松螺母。退回2 c的距离，然后将螺母锁住。

　　（二）圆柱齿轮传动的装配
　　齿轮传动的装配工作包括：将齿轮装在传动轴上，将传动轴装进齿轮箱体，保证齿轮副正常啮合。装配后的基本要求：保证正确的传动比，达到规定的运动精度；齿轮齿面达到规定的接触精度；齿轮副齿轮之间的啮合侧隙应符合规定要求。