机械装配工艺设计
第六章 机器装配工艺过程设计
6.1 概述
装配—根据技术要求将若干零件接合成部件 或将若干个零件和部件接合成产品 的劳动过程。 装配内容—零部件的清洗、接合、调整、试 验、检验、油漆和包装。
机械产品质量— (1) 物理参数:转数、质量、平 衡、密封、磨擦等; (2)几何参数:距离精度、相互 位置精 度,相对运动精度,配合 精度和接触精度。
装配的距离精度 距离精度是指保证一定的间隙、配合质量、尺寸 要求等相关零件、部件的距离尺寸的准确程度。
A0 A1 A3
图6-1 车床装配的尺寸
B2 B0 B3
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B1
A2
装配的相互位置精度
装配相互位置精度-反映各零件有关相互 位置与装配相互位置 的关系。
活塞 连杆 缸体
α1
α2
曲轴
α0
α3
装配的运动精度 装配的运动精度有 ①主轴圆跳动 ②轴向窜动 ③转动精度 ④传动精度 它们主要与主轴轴颈处的精度、轴承 精度、箱体轴孔精度及传动元件自身 精度有关。
接触精度 接触精度是指配合表面接触达到规 定接触面积的大小与接触点分布情况。 接触精度主要影响接触刚度和配合 质量的稳定性。
上述精度之间的关系: 接触精度和配合精度是距离精度的基础。 位置精度又是相对运动精度的基础。 装配精度与零件精度之间的关系: 一般来说零件精度越高,装配精度就 越容易保证。但装配精度不完全依靠零件精 度来达到,而与装配方法有关。
6.2 装配尺寸链
装配尺寸链的概念 装配尺寸链— 是以某项装配精度指标或装 配要求作为封闭环,查找所有与该项精度指标 或装配要求有关零件尺寸或位置要求作为组成 环而形成的尺寸链。 装配尺寸链是保证装配精度的依据。
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A3
A4
4 5
3 装配尺寸链的建立 2
最短路线原则-要求装配尺寸链中所 1 占据的组成数目最少, A0 A A 2 1 即每个有关零件仅以 一个组成环列入。 A4 A3
A5
A′ 4
A5
A2 A0
A′ 5
建立装配尺寸步骤: (1) 封闭环确定:装配间隙0.2~0.7mm 为装配 精度要求, 即 +0.2
A = 0 mm
0 + 0.7
(2) 组成环确定:遵守尺寸链最短路线原则。 (3) 画出尺寸链图。
装配尺寸链的计算方法 装配尺寸链应用于两方面: (1)正计算—用于验算。 (2)反计算—用于设计。 计算方法有: (1)极值法 (2)概率法
(1)极值法 极值法正计算与工艺尺寸链同。 极值法反计算:选相依尺寸—选择加 工容易或生产上受限制较少的组成环。 1) 分析建立装配尺寸链 2)确定组成环公差。 ①求平均公差
cp
T(A ) T (A ) = n −1
0 i
②计算相依尺寸公差
T ( A ) = T ( A ) − ∑T ( A )
y 0 i =1 i
n−2
T ( A ) —“相依尺寸”公差
y
3) 确定组成环上下偏差 ① 按入体原则确
定即 : 包容面 (孔)下偏差为零; 被包容面(轴)上偏差为零。
②计算相依尺寸上下偏差
ES( A y ) = ES( A 0 ) − ∑ ES( A i ) +
i =1 m −1
i = m +1 n −1
∑ EI( A )
i i n−2
n −1
EI( A y ) = EI( A 0 ) − ∑ EI( A i ) +
i =1 m
m −1
i = m +1
∑ ES( A )
i = m +1 n−2
ES( A y ) = − EI( A 0 ) + ∑ EI( A i ) −
i =1 m
∑ ES( A )
i
EI( A y ) = − ES( A 0 ) + ∑ ES( A i ) −
i =1
i = m +1
∑ EI( A )
i
1
2
3 4 5
例:如图,冷态下的 轴向装配间隙为 0.05~0.15mm,A1=41 mm, A2=A4=17mm, A3=7mm。求各组成 环的公差及偏差。
A0 A4 A3 A1 A2
图6-4 双联转子泵轴向关系简图
解: (1) 分析和建立尺寸链图 封闭环尺寸是
A0 A4 A1 A3 A2
A0 = 0
+ 0.15 + 0.05
(2)确定各组成环公差: T( A 0 ) 0.1 Tcp ( A i ) = = = 0.025mm n −1 5−1 选择A1为“相依尺寸
A 2 = A 4 = 17 −0 0.018 mm ( IT7级) A 3 = 7 −0 0.015 mm ( IT7级) A1 — 相依尺寸
(3) 计算相依尺寸偏差
ES ( A ) = ES ( A ) + EI ( A ) + EI ( A ) + EI ( A )
1 0 2 3 4
= 0.15mm + (−0.018)mm + (−0.015)mm + (−0.018)mm = 0.099mm EI ( A ) = EI ( A ) + ES ( A ) + ES ( A ) + ES ( A )
1 0 2 3 4
= +0.05mm + 0mm + 0mm + 0mm = 0.05mm
故“相依尺寸”为:
A = 41
1
+ 0.099 + 0.05
mm
表6-1 基本尺寸 A1 A2 A3 A4 A0 41 -17 -7 -17 0 ES +0.009 +0.018 +0.015 +0.018 +0.15 EI +0.05 0 0 0 +0.05
(2)概率法 极值法优点是简单可靠, 缺点是在封闭环 公差较小组成环数量较多时,各组成环公差会 很小,使零件加工困难,增加零件制造成本。 因此,在成批生产或大量生产中,当装配 精度要求高,组成环数目又较多时,应用概率 法解尺寸链比较合理。
1) 各环公差计算 独立随机变量之和的均方根误差 σ 0 与这 些随机变量相应的值 σ i 有如下关系:
σ = ∑σ
n −1 i =1 0
2 i
在装配尺寸链中, 其组成环是彼此独立 的随机变量,因此作为组成环合成封闭环的 数值也是一个随机变量。
当尺寸链中各组成环的尺寸误差分布 都遵循正态分布规律则其封闭环必将遵循 正态分布规律此时尺寸的随机误差即尺寸 的分散范围为其均分均误差的6倍。 令尺寸的公差为 T ( A ) = 6σ ,则封闭
i
环公差为
T ( A ) = ∑T ( A )
0 i =1 i
n −1
2
如零件尺寸不属于正态分布时,则引入一 个相对分布系数K,则有:
T ( A ) = ∑ [KT ( A )
n −1 i =1 0 i
2
]
不同分布曲线的相对分布系数值见表8-2
表6-2 一些尺寸分布曲线的K和e值
偏态分布 分布特征 正态分 布 三角分布 均匀分 布 瑞利分布 外尺寸 内尺寸
分布曲线
T e• 2
T e• 2
e•
T 2
e k
0 1
0 1.22
0 1.73
0.23 1.4
0.26 -1.17
-0.26 1.17
2)各环平均尺寸的计算 根据概率论原理,各环的基本尺寸是 以尺寸分布的集中位置即用算术平均 A 来表示,所以装配尺寸链中有
ρ A0 = ∑ Ai −
m i =1
i
= m +1
σ ∑ Ai
n −1
当各组成环的尺寸分布曲线属于对称 分布,而且分布中心与公差带中心重合 时,则其尺寸分布算术平均值 A 等于该 尺寸公差带中心尺寸,此时有
A0 M
ρ = ∑ AiM −
m i =1
i = m +1
σ ∑ AiM
n −1
例:如上图利用概率法求各组成环公差 及上下偏差 (设各零件加工符合正态分布)。 解:(1)分析和建立装配尺寸链 封闭环尺寸为
A =0
0
+0.15 + 0.05
mm
(2) 确定各组成环公差。 相依环公差: 0.1 T(A ) T (A ) = = mm = 0.05mm n −1 5 −1
0 cp i
确定各环公差: A = A = 17 mm
0 2 4 − 0.043
2 2 1 0 2 2 2 2
A =7
3
4
0 − 0.037
2
mm
2 3
T (A ) = T (A ) −T (A ) −T (A ) −T(A ) = 0.1 − 0.043 − 0.043 − 0.037 mm = 0.07 mm
2
(2) 计算相依尺寸的平均尺寸
+ 0.15 + 0.05 A0 M = = 0.1mm 2 ρ σ 17 + 17 − 0.043 A2 M = A4 M = = 16.8785mm 2 σ 7 + 7 − 0.037 A3 M = = 6.9815mm 2 ρ σ σ σ A1M = A0 M + A2 M + A4 M + A3 M = 41.0385mm
(3) 计算相依尺寸及其偏差
ρ ρ T(A ) A=A ± = 41.0385 2
1 1 1M + 0.035 − 0.035
mm ⇒ 41
+ 0.0735 + 0.0035
mm
6.3 保证装配精度的工艺方法
互换法 互换法实质:用控制零件加工误差来保证装 配精度的一种方法。根据互换程度,分两种: (1)完全互换法:就是机器在装配过程中每 个待装配零件不需要挑选、修配和调整装配后就 能达到装配精度。 计算方法:按装配尺寸链中极值法计算。
优点:①装配过程简单,装配生产率高 ②对工人的技术水平要求不高 ③便于组织流水线及自动化装配 ④容易实现零部件专业协作 ⑤便于备件供应及维修工作。 缺点:在装配精度高,环数较多时就难以满足 零件加工经济精度要求。 适用:在满足零件加工经济精度情况下,首先 考虑选用完全互换。
(2)不完全互换法(部分互换法) 用极值法计算各组成环的公差结果有时候难 于满足零件的经济加工精度要求甚至很难加工, 因此可以适当放大零件公差来达到装配精度。 计算方法:概率法 优点:放大了零件制造公差,零件加工容 易,成本低。 缺点:有极小部分产品达不到装配精度(正 常情况0.27%)。
选配法 (1)直接选配法 由装配工人在许多待装配的零件中凭经验 挑选合适的零件装配在一起保证装配精度。 优点:简单 缺点:①选配时间长; ②不宜在有节拍的生产中用。
(2)分组选配法 将被加工零件的制造公差放宽几倍, 零件加 工测量后分组(公差放宽几倍分几组),并按对 应组进行装配以保证装配精度的方法。 优点:①零件加工精度要求不高,而能获得 很高的装配精度; ②同组零件可以互换。 缺点:增加零件的存贮量,增加了零件的测量分 组工作,使零件的贮存运输工作复杂化。
0.0025 例:如图所示,连
杆小头孔的直径为 Φ 25 +0 mm , 0.0025 活塞销的直径为 Φ 25 − , 其配合间隙要求为 − 0.0050 mm
0.0025mm~0.0075mm , 因此,生产上采用分组装
0.0025 配法,将活塞销直径公差放大四倍为Φ 25 − − 0.0125 mm ,
0.0025 连杆小头孔直径公差亦放大四倍, 为 Φ 25 + , − 0.0075 mm
再分为四组相应进行装配, 就可以保证配合精度和性 质,如下表:
1—活塞 2—连杆 3—活塞销 4—挡圈
1 2 3
-0.0025 4 -0.0050 -0.0075 -0.0100 -0.0125
1 2 3 4
1 2 3 4
+0.0025 0 -0.0025 -0.0050 -0.0075
表6-3
组别 标志颜色 活塞直径 ( mm) 连杆小头孔 直径( mm) 配合性质 最大间隙 最小间隙 (mm) (mm)
1 2 3 4
白 绿 黄 红
Φ 25
−0.0025 − 0.0050
Φ25
Φ 25
+0.0025 0
Φ 25
Φ 25
− 0.0050 − 0.0075
− 0.0075 − 0.0100
0 − 0.0025
Φ 25 Φ 25
Φ 25
− 0.0100 − 0.0125
− 0.0025 − 0.0050 − 0.0050 − 0.0075
0.0075
0.0025
采用分组装配注意事项如下: 1) 配合件的公差应相等,公差的增加要 同一方向,增大的倍数就是分组数,这样才 能在分组后按对应组装配而得到预定的装配 性质及精度。 2) 配合件表面粗糙度、形位公差必须保 持原设计要求,不能随着公差的放大降低粗 糙度要求和放大形位公差。
3) 要采取措施,保证零件分组装配中都能 配套不产生某一组零件由于过多或过少,无法 配套而造成积压和浪费。 4)分组不宜过多。 5)应严格组织对零件的精密测量、分组、 识别、保管和运送等工作。 应用:适用于配合精度很高,组件很少的 情况下。 (3)复合选配法 此法是上述两种方法的复合。
修配法 对于装配精度要求较高的多环尺寸链, 各组成环按经济精度加工, 选其中一环为 修配环, 并预留修配量,使封闭环达到精 度要求,这种方法称为为修配法。 优点:能利用较低的制造精度来获得很高 的装配精度。 缺点:劳动量大,要求工人技术水平高, 不易预定工时,不便组织流水线。
1
A3
(2)修配方法 1) 单件修配法 2) 合并加工修配法 3) 自身加工修配法。
A1
A2
4 A1 A2
图 6-8车床主轴与尾座不等高尺寸链 a)结构示意图 1-主轴箱 2-尾座 b)装配尺寸链图 3-底板 4-床身
A3
3
A0
(1)修配法尺寸链计算
A0
2
(3)修配环的选择 修配环一般应满足以下条件: 1)尺量选择结构简单重量轻加工面积小易 加工的零件; 2)尽量选择容易独立安装和拆卸的零件; 3)选择的修配件修配后不能影响其它装配 精度,因此不能选择并联尺寸链的公共环作 修配环。
调整法 调整装配法是按经济加工精度确定零件公 差采用改变一个零件位置或选定一个适当尺 寸的调整件加入尺寸链中来补偿,以保证装 配的精度。 常见的调整法有以下三种: (1)可动调整装配法; (2)
固定调整装配法; (3)误差抵消调整装配法。
(1)可动调整装配法
(a)
(b)
6-9
(c)
(2)固定调整装配法
A4
Ak
A0
A3
A2
A4
Ak
A0
A3
A2
A1
A1
6.4
装配工艺的制订
制订装配工艺的基本原则 装配工艺规程 —用文件形式规定下来的装配 工艺过程。 装配工艺规程的作用: ①指导装配工作的技术文件; ②装配生产计划及技术准备的主要依据; ③设计或改建装配车间的基本文件。
设计装配工艺规程的原则: (1)保证装配质量; (2)尽量减少钳工装配工作量; (3)尽量缩短装配周期; (4)尽量减少装配车间面积。
制订装配工艺规程的方法与步骤 (1)进行产品分析 1) 分析产品图样,掌握装配的技术要求和验 收标准。(读图阶段) 2)产品的结构进行尺寸分析和工艺分析。 (审图阶段) ①装配尺寸链分析和计算; ②装配结构工艺性分析。
3)研究产品分解成“装配单元”的方案。 装配单元分五级: ①零件 —机器的最基本单元。 ②合件 —比零件大一级的装配单元。 ③组件 —由一个或几个合件有与若干个零件 组合成的装配单元。 ④部件 —由一个基准零件和若干个零件、合 件和组件而组合成的装配单元。 ⑤机器 —产品
(2)装配组织形式的确定 确定组织形式的依据:①产品的批量; ②产品的尺寸; ③产品的重量。 装配的组织形式:①固定式 ②移动式 连续移动式 间歇移动式 装配的装配方式:①工序集中(固定式) ②工序分散(移动式 )
(3)装配工艺过程的确定 1)确定装配工作的内容。 基本工作内容:清洗、刮削、平衡、 过盈连接、螺纹连接以及校正。 装配后的工作内容:检验、试运转、 油漆、包装等。
2)装配工艺方法及其设备的确定 ①选择合适的装配方法; ②选择设备、工具、夹具和量具; ③估算装配周期,安排作业计划,工时定额; ④确定工人等级。
3)装配顺序的确定 ①选择基准件 — 零件或低一级的装配单元; ②安排顺序规律 — 先下后上、先难后易、先 重大后轻小、先精密后一般 4)装配工艺规程文件的编写 文件内容:①装配图; ②装配工艺流程图; ③装配工艺过程卡片; ④装配工艺说明书。
零件
基准件
检验②
组 件
检验①
部件
零件 合 件
钻孔攻丝 零 件 基 准 件
合件
名称
基 准 件
代号 件数
图6-15 装配工艺流程示意图