任务2.1
机械装配方法的选择

【任务引入】

按照装配精度要求，了解产品装配工艺的基本内容，分析产品装配图；确定合理的装配方法，选用适用的各类装配与检测工具；确定装配工艺路线的拟订；确定完成产品装配工艺规程制订。

【相关知识】

由于产品的装配精度最终要靠装配工艺来保证，因此，装配工艺的核心问题就是用什么方法能够以最快的速度、最小的装配工作量和较低的成本来达到较高的装配精度要求。在生产实践中，人们根据不同的产品结构、不同的生产类型和不同的装配要求创造了许多巧妙的装配方法，归纳起来有4种：互换性、选配法、修配法及调整法。

2.1.1
互换法

互换法是在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。它可分为完全互换法和不完全互换法。

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。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。

1）完全互换法

采用极值法计算尺寸链时，装配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，故称“完全互换法”。

（1）完全互换法优点

装配质量稳定可靠；装配过程简单，装配效率高；对工人要求不高，易于实现自动装配；产品维修方便。在各种生产类型中都应优先采用。

（2）完全互换法不足

当装配精度要求较高，尤其是在组成环数较多时，组成环的制造公差规定得严，零件制造困难，加工成本高。完全互换装配法适于在成批生产、大量生产中装配那些组成环数较少或组成环数虽多但装配精度要求不高的机器结构。

完全互换法的装配尺寸链，采用极值算法计算装配尺寸链。封闭环公差的分配原则是：当组成环是标准尺寸时（如轴承宽度、挡圈厚度等），其公差大小和分布位置为确定值。

某一组成环是不同装配尺寸链公共环时，其公差大小和位置根据对其精度要求最严的那个尺寸链确定；在确定各待定组成环公差大小时，可根据具体情况选用不同的公差分配方法，如等公差法、等精度法或按实际加工可能性分配法等；各组成环公差带位置按入体原则标注，但要保留一环作“协调环”，协调环公差带的位置由装配尺寸链确定。协调环通常选易于制造并可用通用量具测量的尺寸。

例2.1 如图2.1所示为齿轮部件。齿轮空套在轴上，要求齿轮与挡圈的轴向间隙为0.1~0.35mm。已知各零件有关的基本尺寸为： A ₁ =30mm， A ₂ =5mm， A ₃ =43mm， A ₄ = mm（标准件）， A ₅ =5mm。用完全互换法装配，试确定各组成环的偏差。

解 （1）建立装配尺寸链

建立装配尺寸链，如图2.2所示。

（2）确定各组成环的公差

按等公差法计算，各组成环公差为

考虑加工难易程度，进行适当调整（ A ₄ 为标准件，公差不变），得

（3）确定各组成环的偏差

取 A ₅ 为协调环， A ₄ 为标准尺寸，公差带位置确定为

除协调环以外各组成环公差按入体标注，即

计算协调环偏差，得

最后，可确定为

采用完全互换法装配，装配过程虽然简单，但它是根据增环、减环同时出现极值情况来建立封闭环与组成环之间的尺寸关系的。由于组成环分得的制造公差过小，常使零件加工产生困难。因此，实际上，在一个稳定的工艺系统中进行成批生产和大量生产时，零件尺寸出现极值的可能性极小。

装配时，所有增环同时接近最大（或最小），而所有减环又同时接近最小（或最大）的可能性极小，可忽略不计。完全互换法装配以提高零件加工精度为代价来换取完全互换装配，有时是不经济的。

2）不完全互换法

大数互换装配法又称不完全互换装配法，其实质是将组成环的制造公差适当放大，使某一零件容易加工，这会使极少数产品的装配精度超出规定要求。只有大批量生产时，加工误差才符合概率规律。因此，大数互换装配法常用于大批量生产、装配精度要求较高且环数较多（大于4）的情况。

采用不完全互换法比采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。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。

采用完全互换法进行装配，可使装配过程简单，生产率高。因此，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，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，就可考虑采用不完全互换法装配。

采用不完全互换法的条件是：相关零件公差平方之和的平方根小于或等于装配允许公差，即

式中 T _0S ——封闭环统计公差；

K ₀ ——封闭环的相对分布系数；

k _i ——第 i 个组成环的相对分布系数。

不完全互换法采用概率算法计算装配尺寸链，封闭环公差分配原则同完全互换法。

尺寸链公差概率算法如下：

各组成环均接近正态分布时，公差计算公式为

式中 T ₀ ——平方公差。

各组成环偏离正态分布时，公差计算公式为

式中 T ₀ ——统计公差；

k ——分布系数，定义为

为计算方便，作近似处理：令 k ₁ = k ₂ =…= k _n = k ，得到近似概率算法公差计算公式

（ k 值常取1.2~1.6）

例2.2 题同例2.1，用大数互换法计算。

解 （1）确定各组成环的公差

A ₄ 为标准尺寸，公差确定为

A ₁ ， A ₂ ， A ₅ 公差取经济公差

由式 ，有

取 k =1.4，将 T ₁ ， T ₂ ， T ₄ ， T ₅ 及 T ₀ 值代入，可求得

（2）确定各组成环的偏差

取 A ₅ 为协调环， A ₄ 为标准尺寸，公差带位置确定为

除协调环外，各组成环公差入体标注

计算协调环的偏差，得

于是

不完全互换法与完全互换法装配相比，组成环的制造公差较大，零件制造成本低；装配过程简单，生产效率高。

其不足的是：装配后有极少数产品达不到规定的装配精度要求，须采取相应的返修措施。统计互换装配方法适于在大批大量生产中装配那些装配精度要求较高且组成环数又多的机器结构。

2.1.2
选配法

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。

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，以保证装配精度要求的一种装配方法。

选配法有3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直接选取合适的零件进行装配，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。由于装配时间不易准确控制，因此，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，是将组成环的公差值放大数倍，使其能按经济精度进行加工。装配时，首先测量尺寸，根据尺寸大小将零件分组，然后按对应组分别进行装配，来达到装配精度的要求，而且组内零件装配是完全互换的。例如，发动机气缸与活塞的装配多采用这种方法。

例2.3 活塞与活塞销在冷态装配时，要求有0.0025~0.0075mm的过盈量。若活塞销孔与活塞销直径的基本尺寸为28mm，加工经济公差为0.01mm。现采用分组选配法进行装配，试确定活塞销孔与活塞销直径分组数目和分组尺寸，如图2.3、图2.4所示。

解 发动机中活塞销与销孔的配合精度很高，确定如图2.4所示的4组分组尺寸。

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，如图2.5所示。

2.1.3
修配法

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，常采用修配法来保证装配精度要求。

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，通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。

常见的修配法有以下3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，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。

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成一个零件进行修配。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，但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。因此，多用于单件小批生产中。

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，用自己加工自己的方法可方便地保证某些装配精度要求，这就是自身加工修配法。这种方法在机床制造中应用极广。

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。但是，由于产品需逐个修配，故没有互换性，且装配劳动量大，生产率低，对装配工人技术水平要求高。因此，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场合。

例2.4 车床装配前后轴线等高， A ₀ =0 ^{+ 0.06} mm， A ₁ =202mm， A ₂ =46mm， A ₃ =156mm，试确定修配环及尺寸公差，如图2.6所示。

解 （1）按完全互换法求组成环平均公差

（2）选择修配环

因公差小，不经济，故用修配法。

刮修方便，选 A ₂ ， A ₃ 合并成为修配环。

（3）按经济精度定组成环公差及 A ₁ 偏差

A ₁ ， A ₂₃ 用镗模加工，得

（4）确定修配环偏差

修配环 A ₂₃ 为增环，刮修 A ₂₃ → A ₀ 减小，则

（5）确定实际修配环偏差

取最小刮研量为0.15mm，则

最大刮量为

实际上，正好刮到最大尺寸是很少的修刮量会稍大于0.29mm。

当修配环为减环时，随着修刮使封闭环实际尺寸变大，应使

正确选择修配对象，应选便于装拆、修配与测量的，不需热处理、非公共环作修配环。修配件余量要经过计算，尽量利用机械加工代替手工修配。

2.1.4
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，称为调整件。该组成环称为调整环。

调整法和修配法在原理上是相似的，但具体方法不同。根据调整方法的不同，调整法可分为可动调整法、固定调整法和误差抵消调整法3种。

1）可动调整法

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。

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。因此，该法在实际生产中应用较广，如图2.7所示。

2）固定调整法

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，需要按一定尺寸间隔制成一组专用零件。常用的调整件有垫片、套筒等。

例2.5 A ₀ =0 ^+0.20 mm， A ₁ =115mm， A ₂ =8.5mm， A ₃ =95mm， A ₄ =2.5mm， A ₅ =9mm，以固定调整法解各组成环偏差，求调整环的分组数和调整环尺寸系列。

解 （1）建立装配尺寸链

建立装配尺寸链，如图2.8所示。

（2）选择调整环

选择 A ₅ 为调整环。

（3）确定各组成环公差及偏差

确定各组成环公差及偏差为

按入体原则分公差， A ₁ 为协调环。

A ₁ 偏差按尺寸链计算确定

（4）确定调整范围 δ

实测空隙 A ，包含 A ₅ 和 A ₀ ， A 为尺寸链中的封闭环，则

（5）确定调整环的分组数 i

因 δ > T ₀ ，应将调整环分组。在对应组尺寸链中，实测间隙 A 、调整环 A ₅ 为组成环， A ₀ 为封闭环，则

Δ 为分组间隔，即一组中 A 变化范围，则

取 i =4，分组数不宜过多。

（6）确定调整环 A ₅ 的尺寸系列

确定调整环 A ₅ 的尺寸系列（见图2.9），可得

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，这种方法称为误差抵消调整法。该方法在机床装配时应用较多。例如，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，如图2.10所示。

在机械产品装配时，应根据产品的结构、装配的精度要求、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较困难或不经济时，可考虑采用其他方法：

①大批大量生产，组成环数较少时，可考虑采用分组装配法。

②组成环数较多时，应采用调整法。

③单件小批生产常用修配法，成批生产也可酌情采用修配法。

装配方法的选用见表2.1、表2.2。