第六章 机器的装配工艺

第六章 机器的装配工艺 学习目标 学习本节主要掌握装配精度的概念及其保证机器装配精度的四种工艺方法：互换法、选择法、修配法和调整法；并能够运用装配尺寸链对装配精度进行定量分析和求解。

一、机器的装配工艺过程 通常将机器分成若干个独立的装配单元。图6-1所示为机器装配工艺系统示意图，由图知，装配单元通常可划分为五个等级，即零件、套件、组件、部件和机器。 零件是组成机器的基本元件，零件直接装入机器的不多。一般都预先装成套件，组件或部件才进入总装。 在一个基准零件上，装上一个或若干个零件就构成了一个套件，它是最小的装配单元。每个套件只有一个基准零件，它的作用是联接相关零件和确定各零件的相对位置。为形成套件而进行的装配工作称为套装。（如图6-2）

组件 在一个基准零件上，装上一个或若干个套件和零件就构成一个组件。每个组件只有一个基准零件，它联接相关零件和套件，并确定它们的相对位置。为形成组件而进行的装配称之为组装。 组件与套件的区别在于组件在以后的装配中可拆，而套件在以后的装配中一般不再拆开，可作为一个零件参加装配。 图6-2b为一个组件示例，其中蜗轮和齿轮合件是先前准备好的一个套件，阶梯轴为"基准零件"。 图6-3a所示为组件装配系统图。

部件与机器 在一个基准零件上，装上若干个组件、套件和零件就构成部件。 一个部件只能有一个基准零件，由它来联接各个组件、套件和零件，决定它们之间的相对位置。为形成部件而进行的装配工作称之为部装。如图6-3b所示。 在一个基准零件上，装上若干个部件、组件、套件和零件就成为机器或称为产品。

二、机器装配精度的概念 尺寸精度 位置精度 装配精度 运动精度 接触精度 包括配合精度和距离精度。 包括平行度、垂直度、同轴度和各种跳动 二、机器装配精度的概念  装配精度 尺寸精度 位置精度 运动精度 接触精度 包括平行度、垂直度、同轴度和各种跳动 包括配合精度和距离精度。 指有相对运动的零、部件间在运动方向和运动位置上的精度。 影响接触刚度和配合质量的稳定性。

三、达到装配精度的工艺方法 1.互换法：装配过程中，零件不需经过任何挑选、修配或调整，就可达到规定的装配精度。其实质就是通过控制零件的加工误差来达到装配精度。它分为完全互换法和大数到换法。 2.选择法：将相关零件按加工经济精度制造，然后选择合适的零件进行装配。它包括直接选配法、分组装配法和复合选配法。 3.修配法：在装配过程中根据实际测量的结果，通过修配来改变某个零件的尺寸，来达到装配精度要求。 4.调整法：在装配时通过改变调整件的位置或更换调整件（如垫片、轴套等）来达到装配精度要求。

四、装配尺寸链的建立 装配尺寸链的意义 如图为齿轮与轴部件装配图，轴固定，齿轮回转，要求齿轮与挡圈之间的间隙为0.1~0.35，在设计时如何由装配图确定有关零件的尺寸公差？

四、装配尺寸链的建立 装配尺寸链的意义 如图，普通车床装配时，要求尾架中心线比主中心线高0~0.06mm，在装配时如何达到该装配精度？

四、装配尺寸链的建立 建立装配尺寸链的方法 取封闭环（装配后的技术要求）两端的那两个零件为起点，沿着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，直至找到同一个基准零件甚至是同一个基准表面为止。

四、装配尺寸链的建立 建立装配尺寸链的方法

四、装配尺寸链的建立 建立装配尺寸链的方法

四、装配尺寸链的建立 建立装配尺寸链的原则 1）简化原则 查找装配尺寸链时，在保证装配精度的前提下可略去那些影响较小的因素，使装配尺寸链的组成环适当简化。 2）最短路线原则    由尺寸链的基本理论可知，在结构即定的条件下，组成装配尺寸链的每个相关的零、部件只能有一个尺寸作为组成环列入装配尺寸链，这样组成环的数目就应等于相关零、部件的数目，即一件一环，这就是装配尺寸链的最短路线原则。

四、装配尺寸链的建立 装配尺寸链的计算 正计算用于对已设计的图纸进行校核验算。（即已知各组成环的尺寸偏差求封闭环的尺寸及偏差） 装配尺寸链的计算可分为正计算和反计算。 正计算用于对已设计的图纸进行校核验算。（即已知各组成环的尺寸偏差求封闭环的尺寸及偏差） 反计算主要用于产品设计过程之中。（即已知封闭环的尺寸及偏差，求解组成环的尺寸及偏差）

五、互换装配法 互换装配法是在装配过程中，零件互换后仍能达到装配精度要求的装配方法。其实质就是通过控制零件的加工误差来保证产品的装配精度。 根据互换程度的不同，互换法分为完全互换法和大数互换法（又称概率互换法）。

（1）完全互换装配法 （1）装配尺寸链计算   采用完全互换装配法时，装配尺寸链采用极值法计算。即尺寸链各组成环公差之和应小于封闭环公差（即装配精度要求）：                式中：T0——封闭环公差；    Ti ——第 个组成环公差；      n——尺寸链总环数。

等公差法是按各组成环公差相等的原则分配封闭环公差的方法，即假设各组成环公差相等，求出组成环平均公差：                   然后根据各组成环尺寸大小和加工难易程度，将其公差适当调整。 但调整后的各组成环公差之和仍不得大于封闭环要求的公差。 

调整参照原则 1）当组成环是标准件尺寸（如轴承环或弹性挡圈的厚度等）时，按标准规定。 2）当组成环是几个尺寸链的公共环时，其公差值和分布位置应由对其要求最严的那个尺寸链先行确定。而对其余尺寸链来说该环尺寸为已定值。 3）当分配待定的组成环公差时，一般可按经验视各环尺寸加工难易程度加以分配。 在确定各组成环极限偏差时，一般可按“入体原则”确定。 即对相当于轴的被包容尺寸，按基轴制(h)决定其下偏差；对相当于孔的包容尺寸，按基孔制(H)决定其上偏差；而对孔中心距尺寸，按对称偏差选取。

例6.1 如图6-8所示装配关系，轴是固定的，齿轮在轴上回转，要求保证齿轮与挡圈之间的轴向间隙为0.10～0.35mm。 已知 （标准件）， 现采用完全互换法装配，试确定各组成环公差和极限偏差。 解:(1)画装配尺寸链 (2)判断各环性质 A0为封闭环,A3为增环,A1、A2、A4、A5均为减环。

（4）确定各组成环的公差及上下偏差 轴向间隙为0.10～0.35mm （标准件）， 解:(1)画装配尺寸链 (2)判断各环性质 A0为封闭环,A3为增环,A1、A2、A4、A5均为减环。 （3）确定封闭环的基本尺寸 故 （4）确定各组成环的公差及上下偏差 先平均分配： 再按各组成环尺寸大小和加工难易程度进行调整，令 TA1=0.06,TA2=0.02,TA3=0.1,A4为标准件，按图纸标注， 选A5为协调环（因挡圈易于加工和测量），其公差及上、下偏差通过计算得到

（4）确定各组成环的公差及上下偏差 （5）计算协调环A5的公差和极限偏差 解:(1)画装配尺寸链 (2)判断各环性质 （3）确定封闭环的基本尺寸 （标准件）， 轴向间隙为0.10～0.35mm （4）确定各组成环的公差及上下偏差 先平均分配：TAi=0.025 再按各组成环尺寸大小和加工难易程度进行调整，令 TA1=0.06,TA2=0.02,TA3=0.1,A4为标准件按图纸标注 选A5为协调环（因挡圈易于加工各测量），其公差及上、下偏差通过计算得到, 按入体原则标注： （5）计算协调环A5的公差和极限偏差 EI5=-0.12 故

完全互换装配方法的特点 装配质量稳定可靠；装配过程简单、生产率高；易于实现装配机械化、自动化；便于组织流水作业和各零部件的协作与专业化生产；有利于产品的维护和各、部件的更换。 这种装配方法常用于高精度少环尺寸链或低精度的多环尺寸链的大批大量生产装配中。  利用极值计算公式，计算出的组成环公差比较严格，当封闭环要求较高，组成环数较多时，尤其是这样。 在实际生产中，每个零件尺寸均是极值的情况很少，当组成环数较多，而又在大批大量生产条件下，可用大数互换法计算。

（2）大数互换装配法 大数互换装配法的实质是放宽尺寸链各组成环的公差，以利于零件的经济加工。其装配特点与完全互换装配法相同，但由于零件所规定的公差要比完全互换法所规定的大，会有极少可能使封闭环的公差超出规定的范围，从而产生极少量的不合格产品。 大数互换法是以概率论为理论根据的 。

（2）大数互换装配法 可利用第5章讲过的概率法基本公式： 1）平均尺寸计算公式 2） 公差计算公式

例6. 2 仍以图6-8所示的装配关系为例，要求保证齿轮与挡圈之间的轴向间隙为0. 10～0 例6.2 仍以图6-8所示的装配关系为例，要求保证齿轮与挡圈之间的轴向间隙为0.10～0.35mm。现采用大数互换法装配，试确定各组成环公差和极限偏差。 解:(1)画装配尺寸链

（4）确定协调环 轴向间隙为0.10～0.35mm （标准件）， 解:(1)画装配尺寸链 (2)判断各环性质 A0为封闭环,A3为增环,A1、A2、A4、A5均为减环。 （3）确定封闭环的基本尺寸 故 （4）确定协调环 考虑到尺寸A3较难加工，希望其公差尽可能的大，故选用A3作为协调环，最后确定其公差。

（5）确定除协调环以外的组成环公差及上、下偏差 轴向间隙为0.10～0.35mm （标准件）， 解： （4）确定A3为协调环 （5）确定除协调环以外的组成环公差及上、下偏差 根据概率计算公式，按照"等公差法"分配各组成环公差：      调整：T1=0.14,T2=T5=0.05,T4=0.05(标准件) 按入体原则标注： （6）计算协调环公差及上、下偏差 计算协调节环的平均尺寸：A0M=A3M-（A1M+A2M+A4M+A5M） 0.025=A3M-(30-0.07+5-0.025+3-0.025+5-0.025)

（6）计算协调环公差及上、下偏差 轴向间隙为0.10～0.35mm （标准件）， 解： 按入体原则标注：      计算协调节环的平均尺寸：A0M=A3M-（A1M+A2M+A4M+A5M） 0.025=A3M-(30-0.07+5-0.025+3-0.025+5-0.025) A3M=43.08 最后确定各组成环尺寸和组成环偏差为：

通过上面的两个例子可以看出，当封闭环公差一定时，用大数互换法可以扩大各组成环公差，从而降低加工费用。 同一个问题,用完全互换法结果: 用大数互换法结果: 通过上面的两个例子可以看出，当封闭环公差一定时，用大数互换法可以扩大各组成环公差，从而降低加工费用。

六、选择装配法     选择装配法是将尺寸链中组成环的公差放大到经济可行的程度，使零件可以比较经济地加工，然后选择合适的零件进行装配，以保证装配精度要求的方法。这种方法可以分为直接选择装配法、分组装配法和复合选配法等三种形式。

六、选择装配法  直接选择装配法的优点是能达到很高的装配精度，缺点是装配精度依赖于装配工人的技术水平和经验、装配的时间不易控制，因此不宜用于生产节拍要求较严的大批大量生产中。  分组装配法可以降低对组成环的加工精度要求，而不降低装配精度，但却增加了测量、分组、和配套工作。因此，分组装配法适用于成批或大量生产中装配精度要求较高、尺寸链组成环很少的情况。 复合选配法是分组装配法与直接选择法的复合，即零件加工后预先测量分组，装配时再在各对应组内由工人进行直接选配的方法。

六、选择装配——分组装配法 例6.3 活塞销和活塞销孔的装配关系如图6-10所示。活塞销直径d与活塞销孔径D的基本尺寸为ф28mm，按装配技术要求，在冷态装配时应有0.0025～0.0075mm的过盈量。若活塞销和活塞销孔的加工经济精度（活塞销采用精密无心磨加工，活塞销孔采用金刚镗加工）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。

解:     1）建立装配尺寸链     其中，A0为活塞销与活塞销孔配合的过盈量，是尺寸链的封闭环；A1为活塞销的直径尺寸，A2为活塞销孔的直径尺寸，这两个尺寸是尺寸链的组成环。    2）确定分组数     过盈量的公差为0.005mm，将其平均分配给组成环，各得到公差0.0025mm。而活塞孔与活塞销直径的加工经济公差为0.01mm，即需将公差扩大4倍，于是可得到分组数为4。     3）确定分组尺寸     活塞销直径尺寸定为：       活塞销孔直径定为：    将其分为4组，各组直径尺寸列于表6-3中。

每组获得的过盈量均为0.0025～0.0075mm

采用分组装配时注意事项：     1）为保证分组后，各组的配合性质和配合精度与原装配精度要求相同，应当使配合件的公差相等，公差增大的方向相同，增大的倍数应等于以后的分组数。     2） 配合件的形状精度和相互位置精度及表面粗糙度，不能随尺寸公差放大而放大，应与分组公差相适应，以保证配合性质和配合精度要求。     3）分组数不宜过多，否则就会因零件测量、分类、保管工作量的增加造成生产组织工作复杂化。     4）制造零件时，应尽可能使各对应组零件的数量相等，满足配套要求，否则会造成某些尺寸零件的积压浪费现象。

七、修配装配法 修配法基本原理 修配装配法是在装配时修去指定零件上预留的修配量以达到装配精度的方法，简称修配法。     修配装配法是在装配时修去指定零件上预留的修配量以达到装配精度的方法，简称修配法。     采用修配法时，尺寸链中各尺寸均按经济加工精度制造。在装配时，累积在封闭环上的总误差必然超出其公差。为了达到规定的装配精度，必须对尺寸链中指定的组成环零件进行修配，以补偿超差部分的误差，这个组成环叫做修配环，也称补偿环。     单件或成批生产中那些精度要求高、组成环数目又较多的部件适合于用修配法装配。    

七、修配装配法 采用修配法装配时，首先应正确选定补偿环。作为补偿环的零件应满足以下要求： 1）易于修配并且装卸方便； 2）不是公共环。  采用修配法装配时，首先应正确选定补偿环。作为补偿环的零件应满足以下要求：     1）易于修配并且装卸方便；     2）不是公共环。 即作为补偿环的零件应当只与一项装配精度有关，而与其它装配精度无关。否则修配后，保证了一个尺寸链的装配精度，但又破坏了另一个尺寸链的装配精度；     3）不要求进行表面处理的零件，以免修配后破坏表面处理层。

七、修配装配法 （1）选好修配环 （2）确定修配环尺寸 （3）验算修配量是否合适 前面已经介绍，修配法是使各组成环按经济精度制造，在组成环中选出一修配环，预先留有修配量，装配时通过修配它的尺寸来达到装配精度要求。因此，求解修配法装配尺寸链的关键在于： （1）选好修配环 （2）确定修配环尺寸 （3）验算修配量是否合适    

例6. 4 图6-4所示普通车床装配时，要求尾架中心线比主轴中心线高0～0  例6.4 图6-4所示普通车床装配时，要求尾架中心线比主轴中心线高0～0.06mm，已知：A1=160mm，A2=30mm，A3=130mm，现采用修配法装配时，试确定各组成环公差及其分布。

2）判断各环性质，验算基本尺寸，选择修配环 A0是封闭环，A1是减环，A2、A3为增环。 解:    1）画装配尺寸链  2）判断各环性质，验算基本尺寸，选择修配环   A0是封闭环，A1是减环，A2、A3为增环。               A2为尾座底板的厚度，底板装卸方便，其加工表面形状简单，便于修配（如刮、磨），故选定A2为修配环。 A0 A1 A3 A2 A1=160mm，A2=30mm，A3=130mm，

3）确定各组成环的公差及偏差  A1、A3可以采用镗模进行镗削加工，取经济公差T1=T3=0.1mm；A2底板因要修配，按半精刨加工，取经济公差T2=0.15mm。除修配环以外各环的尺寸如下 ：      ，   按照上面确定的各尺寸公差加工组成环零件，装配时形成的封闭环公差为：      显然，这时公差超出了规定的装配精度，需要在装配时对补偿环零件进行修配。

4）确定补偿环A2的尺寸及偏差  从装配尺寸链中可以看出，修配底板A2将使封闭环尺寸减小。若以A00表示修配前的封闭环实际尺寸，则修配后A00只会变小。故A00的最小值不能小于所要求封闭环A0的最小值。 根据题意，封闭环下偏差为：       因为：   将已知数据代入：   可求出：   于是可确定：  

按照上面确定的各组成环尺寸及偏差对零件进行加工，则在装配时所形成的封闭环极限偏差可由下式求出： 5）核算修配量    按照上面确定的各组成环尺寸及偏差对零件进行加工，则在装配时所形成的封闭环极限偏差可由下式求出： 即此时的封闭环尺寸及偏差是 ，显然不满足题中所要求的装配精度 ，需要对补偿环进行修配。 在这个例子当中，修配补偿环将使封闭环的尺寸变小，由图6-13可以看出，当封闭环获得最小极限尺寸时，则不能再对补偿环进行修配，因此补偿环的最小修配量是 ； 而最大修配量

由于补偿环零件A2的修配表面对平面度和表面粗糙度有较高的要求，因此需要保证有最小的修配量 ，为此需要扩大补偿环零件的尺寸，即使： 此时，最大修配量为： 最小修配量为：  

八、调整装配法 装配时改变产品中可调整零件的相对位置或选用合适调整件达到装配精度的方法。 固定调整法：    装配时改变产品中可调整零件的相对位置或选用合适调整件达到装配精度的方法。 固定调整法： 可动调整法：改变调整件的位置来保证装配精度 （图6.15） 误差抵消调整法：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，以提高装配精度的方法

固定调整法 固定调整法：更换不同尺寸的调整件

可动调整法 改变调整件的位置来保证装配精度