第十一章机械装备工艺基础
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。
3.组件是一个或几个合件与若干个零件的组合。
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。
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。
装配精度
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。
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。
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
装配尺寸链
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
类型
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。
装配尺寸链的建立 — 线性尺寸链
(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。
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。
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。
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。
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。
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,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。
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。
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,校核各环基本尺寸
,为增环,、,为减环,封闭环为
A0,
封闭环的基本尺寸为
( 2)确定各组成环尺寸的公差大小和分布位置
按加工难易的程度,参照上值调整各组成环公差值如下
T1=0.4mm,T2=0.2mm,T3=T5=0.08mm
为满足要
求,应从协调环公差进行计算
0.52=0.402+0.202+0.082+0.082+T42
T4=0.192mm
T4=0.192mm
按“入体原则”分配公差,取
A1=122+0.400mm,△ 1=0.2mm;
A2=28+0.20mm,△ 2=0.(mm; A3=A5=5 0–
0.08mm,△ 3=△ 5= -0.04mm;△ 0 =0.45mm。
(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。
选择装配法
选择装配法有三种:直接选配法、分组装配法和复合选配法。
1.直接选配法
由装配工人从许多待装的零件中,凭经验挑选合适的零件通过试凑进行装配的方法,这种方法的优点是简单,零件不必要先分组,但装配中挑选零件的时间长,装配质量取决于工人的技术水平,不宜于节拍要求较严的大批量生产。
2.分组装配法
在成批大量生产中,将产品各配合副的零件按实测尺寸分组,装配时按组进行互换装配以达到装配精度的方法。
可动调整装配法
用改变调整件的位置来达到装配精度的方法,叫做可动调整装配法。调整过程中不需要拆卸零件,比较方便。
合并修配法
这种方法是将两个或多个零件合并在一起进行加工修配。合并加工所得的尺寸可看作一个组成环,这样减少了组成环的环数,就相应减少了修配的劳动量。
自身加工修配法
在机床制造中,有一些装配精度要求,是在总装时利用机床本身的加工能力,“自己加工自己”,可以很简捷地解决,这即是自身加工修配法。
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。
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。
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。
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。