机械装配

机器制造和修理的重要环节

机械装配是指按照设计的技术要求实现机械零件或部件的连接，把机械零件或部件组合成机器。机械装配是机器制造和修理的重要环节，特别是对机械修理来说，由于提供装配的零件有利于机械制造时的情况，更使得装配工作具有特殊性。装配工作的好坏对机器的效能、修理的工期、工作的劳力和成本等都起着非常重要的作用。

基本概念

根据规定的技术要求，将零件或部件进行配合和连接，使之成为半成品或成品的过程，称为装配。机器的装配是机器制造过程中最后一个环节，它包括装配、调整、检验和试验等工作。装配过程使零件、套件、组件和部件间获得一定的相互位置关系，所以装配过程也是一种工艺过程。

机械装配是机械制造中最后决定机械产品质量的重要工艺过程。即使是全部合格的零件，如果装配不当，往往也不能形成质量合格的产品。简单的产品可由零件直接装配而成。复杂的产品则须先将若干零件装配成部件，称为部件装配；然后将若干部件和另外一些零件装配成完整的产品，称为总装配。产品装配完成后需要进行各种检验和试验，以保证其装配质量和使用性能；有些重要的部件装配完成后还要进行测试。

简史

装配技术是随着对产品质量的要求不断提高和生产批量增大而发展起来的。机械制造业发展初期,装配多用锉、磨、修刮、锤击和拧紧螺钉等操作,使零件配合和联接起来。18世纪末期,产品批量增大,加工质量提高,于是出现了互换性装配。例如1789年,美国E.惠特尼制造1万支具有可以互换零件的滑膛枪,依靠专门工夹具使不熟练的童工也能从事装配工作,工时大为缩短。19世纪初至中叶,互换性装配逐步推广到时钟、小型武器、纺织机械和缝纫机等产品。在互换性装配发展的同时，还发展了装配流水作业，至20世纪初出现了较完善的汽车装配线。以后，进一步发展了自动化装配（见机械装配自动化）。

基本内容

常用的装配工艺有：清洗、平衡、刮削、螺纹联接、过盈配合联接、胶接、校正等。此外，还可应用其他装配工艺，如焊接、铆接、滚边、压圈和浇铸联接等，以满足各种不同产品结构的需要。

清洗

应用清洗液和清洗设备对装配前的零件进行清洗,去除表面残存油污,使零件达到规定的清洁度。常用的清洗方法有浸洗、喷洗、气相清洗和超声波清洗等。浸洗是将零件浸渍于清洗液中晃动或静置，清洗时间较长。喷洗是靠压力将清洗液喷淋在零件表面上。气相清洗则是利用清洗液加热生成的蒸汽在零件表面冷凝而将油污洗净。超声波清洗是利用超声波清洗装置使清洗液产生空化效应，以清除零件表面的油污。

平衡

对旋转零部件应用平衡试验机或平衡试验装置进行静平衡或动平衡，测量出不平衡量的大小和相位，用去重、加重或调整零件位置的方法，使之达到规定的平衡精度。大型汽轮发电机组和高速柴油机等机组往往要进行整机平衡，以保证机组运转时的平稳性。

刮削

在装配前对配合零件的主要配合面常须进行刮削加工，以保证较高的配合精度。部分刮削工艺已逐渐被精磨和精刨等代替。

螺纹联接

用扳手或电动、气动、液压等拧转工具紧固各种螺纹联接件，以达到一定的紧固力矩。

过盈配合联接　应用压合、热胀（外联接件）、冷缩（内联接件）和液压锥度套合等方法，使配合面的尺寸公差为过盈配合的联接件能得到紧密的结合。

胶接

应用工程胶粘剂和胶接工艺联接金属零件或非金属零件，操作简便，且易于机械化。

校正

装配过程中应用长度测量工具测量出零部件间各种配合面的形状精度如直线度和平面度等，以及零部件间的位置精度如垂直度、平行度、同轴度和对称度等，并通过调整、修配等方法达到规定的装配精度。校正是保证装配质量的重要环节。

装配法的分类

根据产品的装配要求和生产批量,零件的装配有修配、调整、互换和选配4种配合方法。

修配法

装配中应用锉、磨和刮削等工艺方法改变个别零件的尺寸、形状和位置，使配合达到规定的精度，装配效率低，适用于单件小批生产，在大型、重型和精密机械装配中应用较多。修配法依靠手工操作，要求装配工人具有较高的技术水平和熟练程度。

调整法

装配中调整个别零件的位置或加入补偿件，以达到装配精度。常用的调整件有螺纹件、斜面件和偏心件等；补偿件有垫片和定位圈等。这种方法适用于单件和中小批生产的结构较复杂的产品，成批生产中也少量应用。

互换法

所装配的同一种零件能互换装入，装配时可以不加选择，不进行调整和修配。这类零件的加工公差要求严格，它与配合件公差之和应符合装配精度要求。这种配合方法主要适用于生产批量大的产品,如汽车、拖拉机的某些部件的装配。

选配法

对于成批、大量生产的高精度部件如滚动轴承等，为了提高加工经济性，通常将精度高的零件的加工公差放宽,然后按照实际尺寸的大小分成若干组,使各对应的组内相互配合的零件仍能按配合要求实现互换装配。

装配过程

为保证有效地进行装配工作，通常将机器划分为若干能进行独立装配的装配单元。

1、零件：是组成机器的最小单元，由整块金属或其它材料制成的。

2、套件（合件）：是在一个基准零件上，装上一个或若干个零件构成的。是最小的装配单元。

3、组件：是在一个基准零件上，装上若干套件及零件而构成的。如，主轴组件。

4、部件：是在一个基准零件上，装上若干组件、套件和零件而构成的。如，车床的主轴箱。部件的特征：是在机器中能完成一定的、完整的功能。

生产组织

按照装配过程中装配对象是否移动，分为固定式装配和移动式装配两类。

固定式装配

在一个工作位置上完成全部装配工序，往往由一组装配工完成全部装配作业，手工操作比重大，要求装配工的水平高，技术全面。固定式装配生产率较低，装配周期较长，大多用于单件、中小批生产的产品以及大型机械的装配。

移动式装配

把装配工作划分成许多工序，产品的基准件用传送装置支承，依次移动到一系列装配工位上，由各工序的装配工分别在各工位上完成。按照传送装置移动的节奏形式不同，有自由节奏装配和强制节奏装配。前者在各个装配工位上工作的时间不均衡，所以各工位生产节奏不一致，工位间应有一定数量的半成品贮存以资调节；后者的装配工序划分较细，各装配工位上的工作时间一致,能进行均衡生产。移动式装配生产率高,适用于大批量生产的机械产品。

装配精度

1、装配精度：为了使机器具有正常工作性能，必须保证其装配精度。机器的装配精度通常包含三个方面的含义

（1）相互位置精度：指产品中相关零部件之间的距离精度和相互位置精度。如平行度、垂直度和同轴度等。

（2）相对运动精度：指产品中有相对运动的零部件之间在运动方向和相对运动速度上的精度。如传动精度、回转精度等。

（3）相互配合精度：指配合表面间的配合质量和接触质量。

2、装配尺寸链

（1）装配尺寸链的定义：在机器的装配关系中，由相关零件的尺寸或相互位置关系所组成的一个封闭的尺寸系统，称为装配尺寸链。

（2）装配尺寸链的分类：

1）直线尺寸链：由长度尺寸组成，且各环尺寸相互平行的装配尺寸链。2）角度尺寸链：由角度、平行度、垂直度等组成的装配尺寸链。

3）平面尺寸链：由成角度关系布置的长度尺寸构成的装配尺寸链，并且各环处于同一或彼此平行的平面内。4）空间尺寸链：由位于三维空间的尺寸构成的尺寸链。

（3）装配尺寸链的建立方法

1）确定装配结构中的封闭环；

2）确定组成环：从封闭环的的一端出发，按顺序逐步追踪有关零件的有关尺寸，直至封闭环的另一端为止，而形成一个封闭的尺寸系统，即构成一个装配尺寸链。

3）装配尺寸链的计算：主要有两种计算方法：极值法和统计法。

3、保证装配精度的四种装配方法

保证装配精度的方法可归纳权为：互换装配法、选择装配法、修配装配法和调整装配法四大类。

采用互换法装配时，被装配的每一个零件不需作任何挑选、修配和调整就能达到规定的装配精度要求。用互换法装配，其装配精度主要取决于零件的制造精度。根据零件的互换程度，互换装配法可分为完全互换装配法和不完全互换装配法，现分述如下：

完全互换装配法

(1)定义：在全部产品中，装配时各组成环不需挑选或不需改变其大小或位置，装配后即能达到装配精度要求的装配方法，称为完全互换法。

(2)特点：优点：装配质量稳定可靠（装配质量是靠零件的加工精度来保证）；装配过程简单，装配效率高（零件不需挑选，不需修磨）；易于实现自动装配,便于组织流水作业；产品维修方便。不足之处：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。

(3)应用：完全互换装配法适用于在成批生产、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。

(4) 完全互换法装配时零件公差的确定：

1）确定封闭环：封闭环是产品装配后的精度，其要满足产品的技术要求。封闭环的公差T0由产品的精度确定。 2）查明全部组成环，画装配尺寸链图：根据装配尺寸链的建立方法，由封闭环的一端开始查找全部组成环，然后画出装配尺寸链图。

3）校核各环的基本尺寸：各环的基本尺寸必须满足下式要求： Ao=ΣAi－ΣAi 即封闭环的基本尺寸等于所有增环的基本尺寸之和减去所有减环的基本尺寸之和。

4）决定各组成环的公差：各组成环的公差必须满足下式的要求： To≥ΣTi 即各组成环的公差之和不允许大于封闭环的公差。各组成环的平均公差Tp可按下式确定： Tp=To/m 式中：m----为组成环数。各组成环公差的分配应考虑以下因素： a）孔比轴难加工，孔的公差应比轴的公差选择大一些；例如：孔、轴配合H7/h6。 b）尺寸大的零件比尺寸小的零件难加工，大尺寸零件的公差取大一些； c）组成环是标准件尺寸时，其公差值是确定值，可在相关标准中查询。

5）决定各组成环的极限偏差： a）先选定一组成环作为协调环：协调环一般选择易于加工和测量零件尺寸； b）包容尺寸（如孔）按基孔制确定其极限偏差：即下偏差为0； c）被包容尺寸（如轴）按基轴制确定其极限偏差：即上偏差为0。

6）协调环的极限偏差的确定：根据中间偏差的计算公式： △0=Σ△i－Σ△j 式中：△0---为封闭环的中间偏差，△0=（ES0+EI0）/2； Σ△i、Σ△j---分别为所有增环的中间偏差之和、所有减环的中间偏差之和。求出协调环的中间偏差，再由协调环的公差求出上下偏差为： ES=△+T/2 EI=△－T/2 .

选择装配法

1、定义：是将装配尺寸链中组成环的公差放大到经济可行的程度，然后选择合适的零件进行装配，以保证装配精度要求的装配方法，称为选择装配法。

适用场合：装配精度要求高，而组成环较少的成批或大批量生产。

2、种类

直接选配法：

（1）定义：在装配时，工人从许多待装配的零件中，直接选择合适的零件进行装配，以保证装配精度要求的选择装配法，称为直接选配法。

（2）特点： 1）装配精度较高； 2）装配时凭经验和判断性测量来选择零件，装配时间不易准确控制； 3）装配精度在很大程度上取决于工人的技术水平。

分组选配法：

（1）定义：将各组成环的公差相对完全互换法所求数值放大数倍，使其能按经济精度加工，再按实际测量尺寸将零件分组，按对应的组分别进行装配，以达到装配精度要求的选择装配法，称为分组选配法。

（2）应用：在大批大量生产中，装配那些精度要求特别高同时又不便于采用调整装置的部件，若用互换装配法装配，组成环的制造公差过小，加工很困难或很不经济，此时可以采用分组选配法装配。

（3）一般要求：

1）采用分组法装配最好能使两相配件的尺寸分布曲线具有完全相同的对称分布曲线，如果尺寸分布曲线不相同或不对称，则将造成各组相配零件数不等而不能完全配套，造成浪费。

2）采用分组法装配时，零件的分组数不宜太多，否则会因零件测量、分类、保管、运输工作量的增大而使生产组织工作变得相当复杂。

（4）特点：主要优点是：零件的制造精度不高，但却可获得很高的装配精度；组内零件可以互换，装配效率高。不足之处是：增加了零件测量、分组、存贮、运输的工作量。分组装配法适用于在大批大量生产中装配那些组成环数少而装配精度又要求特别高的机器结构。

修配装配法

1、定义：是将装配尺寸链中各组成环按经济加工精度制造，装配时，通过改变尺寸链中某一预先确定的组成环尺寸的方法来保证装配精度的装配法，称为修配装配法。

采用修配法装配时，各组成环均按该生产条件下经济可行的精度等级加工，装配时封闭环所积累的误差，势必会超出规定的装配精度要求；为了达到规定的装配精度，装配时须修配装配尺寸链中某一组成环的尺寸(此组成环称为修配环)。为减少修配工作量，应选择那些便于进行修配的组成环做修配环。在采用修配法装配时，要求修配环必须留有足够但又不是太大的修配量。

2、特点：主要优点是：组成环均可以加工经济精度制造，但却可获得很高的装配精度。不足之处是：增加了修配工作量，生产效率低；对装配工人的技术水平要求高。

3、应用：修配装配法适用于单件小批生产中装配那些组成环数较多而装配精度又要求较高的机器结构。

调整装配法

1、定义：装配时用改变调整件在机器结构中的相对位置或选用合适的调整件来达到装配精度的装配方法，称为调整装配法。

调整装配法与修配装配法的原理基本相同。在以装配精度要求为封闭环建立的装配尺寸链中，除调整环外各组成环均以加工经济精度制造，由于扩大组成环制造公差累积造成的封闭环过大的误差，通过调节调整件（或称补偿件）相对位置的方法消除，最后达到装配精度要求。

调节调整件相对位置的方法有可动调整法、固定调整法和误差抵消调整法等三种。

2、特点：主要优点是：组成环均可以加工经济精度制造，但却可获得较高的装配精度；装配效率比修配装配法高。不足之之处是要另外增加一套调整装置。

3、应用：可动调整法和误差抵消调整法适用于在小批生产中应用，固定调整法则主要适用于大批量生产。

工艺规程

一、制定装配工艺过程的基本原则

1、保证产品的装配质量，以延长产品的使用寿命；

2、合理安排装配顺序和工序，尽量减少钳工手工劳动量，缩短装配周期，提高装配效率；

3、尽量减少装配占地面积；

4、尽量减少装配工作的成本。

二、制订装配工艺规程的步骤

1、研究产品的装配图及验收技术条件

（1）审核产品图样的完整性、正确性；

（2）分析产品的结构工艺性；

（3）审核产品装配的技术要求和验收标准；

（4）分析和计算产品装配尺寸链。

2、确定装配方法与组织形式

（1）装配方法的确定：主要取决于产品结构的尺寸大小和重量，以及产品的生产纲领。

（2）装配组织形式：

1）固定式装配：全部装配工作在一固定的地点完成。适用于单件小批生产和体积、重量大的设备的装配。

2）移动式装配：是将零部件按装配顺序从一个装配地点移动到下一个装配地点，分别完成一部分装配工作，各装配点工作的总和就是整个产品的全部装配工作。适用于大批量生产。

3、划分装配单元，确定装配顺序：

（1）将产品划分为套件、组件和部件等装配单元，进行分级装配；

（2）确定装配单元的基准零件；

（3）根据基准零件确定装配单元的装配顺序。

4、划分装配工序：

（1）划分装配工序，确定工序内容（如清洗、刮削、平衡、过盈连接、螺纹连接、校正、检验、试运转、油漆、包装等）；

（2）确定各工序所需的设备和工具；

（3）制定各工序装配操作规范：如过盈配合的压入力等；

（4）制定各工序装配质量要求与检验方法；

（5）确定各工序的时间定额，平衡各工序的工作节拍。

5、编制装配工艺文件。

环境条件

为保证机械产品的装配质量，有时要求装配场所具备一定的环境条件，如装配高精度轴承或高精度机床（如坐标镗床、螺纹磨床等）的环境温度必须保持20±1℃恒温;对于装配精度要求稍低的产品，装配环境温度要求可相应降低,如按季节变化规定为:夏季23±1℃，冬季17±1℃，既可保证装配精度，又可节约能源。装配环境湿度一般要求为45～65%。有些特别精密产品的装配对空气净化程度有特殊要求，如超精微型轴承的装配,要求每升空气中含大于0.5微米尘埃的平均数不得多于3个。

装配场所的采光应满足装配中识别最小尺寸的需要。还应按照不同情况采取防振、防噪声和电磁屏蔽等特殊措施。对于重型精密机器，要求装配基座有坚固的地基，以防止装配过程中出现变形。装配重型或大型零部件时，为了精确吊装就位，应设置有超慢速的起重设备。

发展趋势

机械装配的一般发展方向是：

①根据生产批量改进产品的结构设计，以改善产品的装配工艺性；

②应用大功率超声波清洗技术和装置有效地清洗大型零件，以提高产品的清洁度；

③推广和提高胶接技术，发展光孔上丝（螺钉直接拧入光孔）、无孔上丝（不另加工孔，螺钉直接拧入联接件）等加工与装配相结合的新工艺；

④在检测和校正工作中，推广应用光学、激光等先进技术，以提高产品质量及其稳定性；⑤提高装配工作的机械化自动化程度。

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