机械部件装配与调试最新章节_祝水琴著

任务1.3
机器装配质量的控制

【任务引入】

机械的装配需要多道工序来完成。一台机器由许多零件和部件组成。通过企业和生产车间的见习，掌握装配工艺尺寸链，了解机器装配的精度。

【相关知识】

1.3.1
机器装配精度

机器装配精度是根据机器的使用性能要求提出的。

装配精度是装配工艺的质量指标。它是根据机器的工作性能确定的。装配精度是制订装配工艺规程的主要依据，也是选择合理的装配方法和确定零件加工精度的依据。机械产品的装配精度是指产品装配后实际几何参数、工作性能与理想几何参数、工作性能的符合程度。机械产品的装配精度一般包括尺寸精度、相互位置精度、相对运动精度及接触精度。

1）尺寸精度

尺寸精度是指相关零件、部件之间的距离精度和配合精度。距离精度是指零部件间的轴向间隙、轴向距离和轴线距离等，如卧式车床前后两顶尖对床身导轨的等高度，如图1.7所示；配合精度是指配合面之间应达到的间隙或过盈要求，如导轨间隙、齿侧间隙、轴和孔的配合间隙或过盈等。

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之间的平行度、垂直度、同轴度以及各种跳动等。如图1.8所示为单缸发动机。装配时，应保证活塞外圆的中心线与缸体孔中的中心线的垂直度，活塞外圆中心线与其销孔中心线的垂直度，连杆小头孔中心线与其大头孔中心线的平行度，曲轴的边杆轴颈中心线与其主轴轴颈中心线的平行度，以及缸体孔中心线与其曲轴孔中心线的垂直度。

图1.7 车床装配的尺寸

图1.8 单缸发动机

3）相对运动精度

相对运动精度是指产品中有相对运动的零部件在运动方向和相对速度上的精度。运动方向精度主要是指相对运动部件之间的平行度、垂直度等，如牛头刨床滑枕往复直线运动对工作台面的平行度。运动速度精度是指内传动链中，始末两端传动元件之间相对运动关系与理论值的符合程度，如滚齿机滚刀与工作台的传动精度。装配的运动精度有主轴圆跳动、轴向窜动、转动精度及传动精度。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。

4）接触精度

接触精度是指相互配合表面、接触表面之间接触面积的大小和接触点的分布情况。它主要影响接触刚度和配合质量的稳定性，同时对相互位置和相对运动精度也会产生一定的影响。例如，齿轮啮合、锥体配合以及导轨之间均有接触精度要求。

1.3.2
装配精度与零件精度之间的关系

1）装配精度与零件精度

机器和部件是由零件装配而成的。显然，零件的精度，特别是一些关键件的加工精度，对装配精度有很大的影响。装配精度与相关零部件制造误差的累积有关。如图1.9所示，卧式普通车床的尾座移动对溜板移动的平行度，主要取决于床身上溜板移动导轨与尾座移动导轨之间的平行度及导轨面之间的接触精度。接触精度主要是由基准件床身上导轨面之间的位置精度来保证的。床身上相应精度的技术要求，是根据有关总装配精度检验项目的技术要求来确定的。技术要求合理地规定有关零件的制造精度，使其累积误差不超出装配精度所规定的范围，从而简化装配工作。

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。例如，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；又如，车床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 ₁ ， A ₂ 及 A ₃ 的尺寸精度。

2）装配精度与装配方法之间的关系

在单件小批量生产及装配精度要求较高时，以控制零件的加工精度来保证装配精度，会给零件的加工带来困难，增加成本。这时，应按照经济加工精度来确定零件的精度。在装配时，应采用一定的工艺措施来保证装配精度。

图1.9 床身导轨简图

A —溜板移动导轨面； B —尾座移动导轨面

装配精度的保证还取决于装配方法、零件的表面接触质量和零件的变形。如图1.10所示，等高度 A ₀ 的精度要求是很高的，如果靠控制尺寸 A ₁ ， A ₂ 及 A ₃ 的精度来达到 A ₀ 的精度是很不经济的。实际生产中，通常按经济精度来制造相关零部件尺寸 A ₁ ， A ₂ 及 A ₃ 。装配时，则采用修配底板零件3的工艺措施来保证等高度 A ₀ 的精度。

图1.10 卧式车床床头和尾座两顶尖的等高度要求

影响机器装配精度的因素有很多，如零件的加工精度、装配方法与装配技术、零件之间的接触质量、力与内应力引起的零件变形及旋转零件的不平衡。零件的加工精度是保证产品装配精度的基础，但装配精度并不完全取决于零件的加工精度。

装配精度的保证应从产品结构、机械加工和装配工艺方法等方面来综合考虑。

1.3.3
产品的装配尺寸链

装配尺寸链是产品或部件在装配过程中，由相关零件的尺寸或位置关系所组成的封闭的尺寸系统，即由一个封闭环和若干个与封闭环关系密切的组成环组成。

1）装配尺寸链的建立

①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。

②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。可见，正确查找组成环是建立装配尺寸链的关键。

③一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，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，分别找出影响装配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，各有关零部件上直接联接相邻零部件装配基准之间的尺寸或位置关系，即装配尺寸链中的组成环。

④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，分别查找到封闭环的两端。

2）与一般尺寸链相比的特点

①装配尺寸链的封闭环一定是机器产品或部件的某装配精度。

②装配精度只有机械产品装配后才测量。

③装配尺寸链中的各组成环不是仅在一个零件上的尺寸，而是在几个零件或部件之间与装配精度有关的尺寸。

④装配尺寸链的形式较多，除常见的线性尺寸链外，还有角度尺寸链、平面尺寸链和空间尺寸链等。

3）装配尺寸链的建立

①确定封闭环。通常装配尺寸链封闭环就是装配精度要求。

②装配尺寸链查找方法。取封闭环两端的零件为起点，沿装配精度要求的位置方向，以装配基准面为联系线索，分别查明装配关系中影响装配精度要求的那些有关零件，直至找到同一基准零件或同一基准表面为止。所有零件上连接两个装配基准面间的位置尺寸和位置关系，便是装配尺寸链的组成环。

③组成装配尺寸链时，应使每个有关零件只有一个尺寸列入装配尺寸链。相应地，应将直接连接两个装配基准面之间的那个位置尺寸或位置关系标注在零件图上。

4）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。它用于对已设计的图样进行校核验算。

（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。它主要用于产品设计过程中，以确定各零部件的尺寸和加工精度。

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，选择一个较容易加工或加工中受到限制较少有组成环作为“协调环”，其计算过程：首先按经济加工精度确定其他环的公差及偏差，然后利用公式算出“协调环”的公差及偏差。

（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。其计算较简便，不再赘述。

5）计算方法

（1）极值法

用极值法解算装配尺寸链的计算方法公式与解算工艺尺寸链的公式相同。其计算得到的组成环公差过于严格，在此从略。

（2）概率法

当封闭环的公差较小且组成环的数目又较多时，则各组成环按极大极小法分得的公差是很小的，其加工困难，制造成本增加。生产实践证明，加工一批零件时，当工艺能力系数满足时，零件实际加工尺寸大部分处于公差中间部分。因此，在成批大量生产中，当装配精度要求高且组成环的数目又较多时，应用概率法解算装配尺寸链较为合理。

概率法与极值法所用计算公式的区别只在封闭环公差的计算上，其他完全相同。

①极值法的封闭环公差为

式中 T ₀ ——封闭环公差；

T _i ——组成环公差；

m ——组成环个数。

②概率法封闭环公差为

式中 T ₀ ——封闭环公差；

T _i ——组成环公差；

m ——组成环个数。

6）应用举例

如图1.11所示为齿轮部件的装配。轴是固定不动的，齿轮在轴上旋转，要求齿轮与挡圈的轴向间隙为0.1~0.35mm。已知 A ₁ =30mm， A ₂ =5mm， A ₃ =43mm， A ₄ =3 ⁰ _{-0 .05} mm（标准件）， A ₅ =5mm。现采用完全互换法装配，试确定各组成环的公差和极限偏差。