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裝配精度

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1.什么是裝配精度[1]

裝配精度是指機器裝配以后,各工作面間的相對位置和相對運動等參數(shù)與規(guī)定指標(biāo)的符合程度。

2.裝配精度的意義[1]

裝配精度不僅影響機器或部件的工作性能,而且影響它們的使用壽命。對于機床,裝配精度將直接影響在機床上加工零件的加工精度。裝配精度是制定裝配工藝規(guī)程的主要依據(jù),也是確定零件加工精度的重要依據(jù)。因此正確處理好機器或部件的裝配精度問題,是產(chǎn)品設(shè)計的一個重要環(huán)節(jié)。

3.裝配精度的種類[1]

機器的裝配精度是按照機器的使用性能要求而提出的,可以根據(jù)國際標(biāo)準(zhǔn)國家標(biāo)準(zhǔn)、部頒標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)或其他有關(guān)資料予以確定。機器的裝配精度一般包括以下四項。

①尺寸精度

尺寸精度是指相關(guān)零部件的距離精度和配合精度。例如裝配體中有關(guān)零件間的間隙;齒輪嚙合中非工作齒面間的側(cè)隙;相配合零件間的過盈量等。

②相互位置精度

相互位置精度是指相關(guān)零件間的平行度、垂直度及各種跳動等。例如臥式銑床刀桿軸心線和工作臺面的平行度,車床主軸前后軸承的同軸度等。

③相對運動精度

相對運動精度是指有相對運動的零部件間在運動方向和運動位置上的精度。例如車床溜板移動相對主軸軸心線的平行度;滾齒機滾刀垂直進(jìn)給運動和工作臺旋轉(zhuǎn)軸心線的平行度等。

④接觸精度

接觸精度是指相互接觸、相互配合的表面間接觸面積大小及接觸點的分布情況。例如齒輪側(cè)面接觸精度要控制沿齒高和齒長兩個方向上接觸面積大小及接觸斑點數(shù)。接觸精度影響接觸剛度和配合質(zhì)量的穩(wěn)定性,它取決于接觸表面本身的加工精度和有關(guān)表面的相互位置精度。

不難看出,各裝配精度之間存在著密切關(guān)系,相互位置精度是相對運動精度的基礎(chǔ),尺寸精度和接觸精度對相互位置精度和相對運動精度的實現(xiàn)又有較大影響。

4.裝配精度的影響因素[2]

(1)零件的加工精度

產(chǎn)品的精度最終是在裝配時達(dá)到的,保證零件加工精度,目的在于保證產(chǎn)品裝配精度。一般來說,高精度的零件是獲得高精度機器的基礎(chǔ)。零件加工精度的一致性對裝配精度有很大影響。零件加工精度一致性不好,裝配精度就不易保證,同時增加裝配工作量。

(2)零件之間的配合要求和接觸質(zhì)量

零件之間的配合間隙量或過盈量決定于相配零件的尺寸及其精度。同時,對零件相配表面的粗糙度應(yīng)有相應(yīng)的要求,否則會因接觸變形而影響過盈量和間隙量,從而改變實際的配合性質(zhì)。零件之間的接觸質(zhì)量包括接觸面積的大小和位置,它主要影響接觸剛度,即接觸變形,同時也影響配合性質(zhì)。

提高配合質(zhì)量和接觸質(zhì)量是現(xiàn)代機械裝配中的一個重要問題。特別是提高配合表面的接觸剛度,對提高整個機器的精度、剛度、抗振性和壽命等都有極其重要的作用。提高接觸剛度的主要措施是減少相連的零件數(shù),使接觸面的數(shù)量減少;或者增加接觸面積,減少單位面積上所承受的壓力,從而減少接觸變形。

(3)力、熱、內(nèi)應(yīng)力等所引起的零件變形

零件在機械加工和裝配過程中,因力、熱、內(nèi)應(yīng)力等所產(chǎn)生的變形,會使裝配合格的機器,經(jīng)過一段時間之后精度逐漸失去。

(4)旋轉(zhuǎn)零件的不平衡

旋轉(zhuǎn)零件的平衡在高速運轉(zhuǎn)的機器中受到極大的重視,在裝配工藝中作為必要的工序。如發(fā)動機的曲軸、連桿都要進(jìn)行動平衡,以保證獲得要求的裝配精度,使機器正常工作,降低噪聲。在現(xiàn)代機械裝配中,對于中速旋轉(zhuǎn)的機械部件,也開始重視動平衡問題,這主要是從工作平穩(wěn)性、不產(chǎn)生振動、提高工作質(zhì)量和壽命等來考慮的。

5.保證裝配精度的方法[3]

常用的裝配方法有以下幾種:

1.互換裝配法

互換裝配法是在裝配過程中,同種零件互換后仍能達(dá)到裝配精度要求的裝配方法。其實質(zhì)是通過控制零件的加工誤差來保證裝配精度。根據(jù)零件的互換程度不同,分為完全互換法和不完全互換法。

(1)完全互換法

完全互換法就是裝配時各裝配零件不需進(jìn)行任何修理、選擇、調(diào)整或修配即可達(dá)到裝配精度要求的裝配方法。

其特點是裝配質(zhì)量穩(wěn)定可靠、對裝配工人的技術(shù)等級要求低、裝配效率高等,有利于組織流水線裝配和自動化裝配。但對零件的精度要求嚴(yán),因此零件的生產(chǎn)成本高。故這種裝配方法,僅適于大批大量生產(chǎn)方式。

(2)不完全互換法

這種方法的特點與完全互換法相似,但允許零件的公差比完全互換法所規(guī)定的公差大。因此,有利于零件的經(jīng)濟加工,裝配過程與完全互換法一樣簡單、方便。但在裝配時,可能會出現(xiàn)達(dá)不到裝配精度要求的概率為0.27%。

2.選配裝配法

選配裝配法是將相關(guān)零件的相關(guān)尺寸公差放大到經(jīng)濟精度,然后選擇合適的零件進(jìn)行裝配,以保證裝配精度的方法。這種方法常用于裝配精度要求較高,而組成環(huán)又不多的成批或大批生產(chǎn)的情況下,如滾動軸承的裝配等。選配法,按其形式不同分為直接選配法、分組選配法和復(fù)合選配法三種。

(1)直接選配法

即裝配時,從待裝配的零件中直接選擇精度合適的零件進(jìn)行裝配,以保證裝配精度的要求。這種方法不必事先分組,能達(dá)到較高的裝配精度,但需要有經(jīng)驗的工人挑選合適的零件進(jìn)行試配,因此裝配時間不易控制,裝配精度在很大程度上取決于工人的技術(shù)水平。

(2)分組選配法

即將相關(guān)零件的相關(guān)尺寸公差放大若干倍,使其尺寸能按經(jīng)濟精度加工,然后按零件的實際加工尺寸分為若干組,按各對應(yīng)組進(jìn)行裝配,以達(dá)到裝配精度要求。由于同組零件有互換性,故也稱為分組互換法。

分組選配法的關(guān)鍵是,保證零件分組后各對應(yīng)組的配合性質(zhì)和配合公差必須滿足裝配精度要求,同時,對于組內(nèi)的相配件數(shù)量要相配套,配合件的公差應(yīng)相等。

(3)復(fù)合選配法

該種裝配法是分組裝配與直接選擇裝配的復(fù)合形式。它是將組合環(huán)的公差相對互換法所求值增大,零件加工后預(yù)先測量、分組,裝配時工人還在各對應(yīng)組內(nèi)進(jìn)行選擇裝配。這種方法既能提高裝配精度,還可以不必過多地增加分組數(shù)。但裝配精度仍在很大程度上依賴工人技術(shù)水平,工時也不穩(wěn)定。

3.修配裝配法

在單件小批生產(chǎn)中,對于產(chǎn)品中那些裝配精度要求較高且組成環(huán)較多的零件裝配時,如按互換法或選配法裝配,會造成零件精度過高而難以加工,有時甚至無法加工。此時,常用修配法來保證裝配精度要求。

所謂修配法,就是在裝配時修去指定零件上預(yù)留的修配量,以達(dá)到裝配精度的方法。具體地說就是將裝配尺寸鏈中各組成環(huán)按經(jīng)濟精度制造,裝配時按實測結(jié)果,通過修配某一組成環(huán)的尺寸,用來補償其他組成環(huán)因公差放大后產(chǎn)生的累積誤差,使封閉環(huán)達(dá)到規(guī)定精度的一種裝配方法。這種方法的優(yōu)點是,能獲得較高的裝配精度,而零件可按經(jīng)濟精度制造;缺點是增加了一道修配工序。因此,這種方法比較適于模具裝配采用。

采用修配法時,關(guān)鍵是正確地選擇修配環(huán)和確定其尺寸及極限公差。在生產(chǎn)實踐中,修配的方式很多,常用的有以下三種:

(1)單件修配法

在多環(huán)裝配尺寸鏈中,選定某一固定的零件作為修配件(補償環(huán)),裝配時用去除其表面層的方法改變其尺寸,以滿足精度要求。如沖裁模間隙過小,將凸模作為固定修配件進(jìn)行修配,以保證滿足間隙精度要求。

(2)合并加工修配法

這是將兩個或更多零件合并在一起進(jìn)行加工修配,合并后的尺寸可視為一個組成環(huán),這樣就減少了組成環(huán)的環(huán)數(shù),從而減少修配工作量。

這種方法由于零件合并后再加工和裝配,需對號入座,給生產(chǎn)帶來一些不便,也僅適于單件小批生產(chǎn),如沖裁模凸、凹(中間)模的裝配等。

4.調(diào)整裝配法

調(diào)整裝配法的實質(zhì)與修配法相同,也是將尺寸鏈中各組成環(huán)的公差值放大,使其按經(jīng)濟精度制造。裝配時,選定尺寸鏈中的某一環(huán)作為調(diào)整環(huán),采用調(diào)整的方法改變其實際尺寸或位置,使封閉環(huán)達(dá)到規(guī)定的公差要求。預(yù)先選定的環(huán)稱為“調(diào)整環(huán)”,它是用來補償其他各組成環(huán)因公差放大而產(chǎn)生的累積誤差。

根據(jù)調(diào)整方法的不同,調(diào)整法可分為可動調(diào)整法和固定調(diào)整法兩種。

(1)可動調(diào)整法

這是在裝配時,通過改變調(diào)整件的位置達(dá)到裝配精度的方法。這種方法在模具裝配中也經(jīng)常應(yīng)用。例如,在沖裁模的裝配中,為使沖裁間隙保持均勻,可先裝好凹模后再進(jìn)行凸模裝配,并以凹模型孔為基準(zhǔn)調(diào)整凸模的相對位置,使間隙均勻后用固定銷釘將凸模固定板定位在模座上?;蛘吲c上述情況相反,先裝配好凸模,然后再以其為基準(zhǔn)調(diào)整凹模的相對位置,使間隙均勻后固定凹模即可。

這種方法在調(diào)整過程中不需拆卸零件,比較方便,在模具裝配中應(yīng)用較廣。

(2)固定調(diào)整法

這是一種在裝配過程中,選用合適的調(diào)整件達(dá)到裝配精度的方法。與修配裝配法比較,兩者都能用精度較低的組成零件達(dá)到較高的裝配精度。所不同的是,調(diào)整裝配法是通過更換零件或調(diào)整零件位置的方法達(dá)到裝配精度,而修配法是通過去除表面層一定修配量來達(dá)到裝配精度。

不同的裝配方法,不僅裝配工作效率不同,對零件的加工精度、裝配技術(shù)水平等的要求也不同。因此,在選擇裝配方法時,應(yīng)從裝配的技術(shù)要求出發(fā),根據(jù)生產(chǎn)類型和實際生產(chǎn)條件合理地進(jìn)行選擇。各種不同裝配方法的特性比較見表1。

表1 各種不同裝配方法特性的比較

序號裝配方法工藝措施被裝件精度互換性裝配技術(shù)水平要求裝配組織工作生產(chǎn)效率生產(chǎn)類型對環(huán)數(shù)要求裝配精度
1互換裝配法完全按極值法確定零件公差較高或一般完全互換-各種類型環(huán)數(shù)少較高
環(huán)數(shù)多
不完全利用概率論原理確定零件公差較低多數(shù)互換-大批大量較多較高
2分組裝配法零件測量分組按經(jīng)濟精度組內(nèi)互換較高復(fù)雜較高大批大量
3修配裝配法按件加工修配一個零件按經(jīng)濟精度-單件成批-
合并加工
4調(diào)整裝配法可動調(diào)整一個零件位置按經(jīng)濟精度-較低各種類型-
固定增加一個定尺寸零件較復(fù)雜較高大批大量
說明:表中“-”表示無明顯性特征或無明顯要求。

6.裝配精度與零件精度的關(guān)系[1]

各種機器或部件都是許多零件有條件地裝配在一起的,各個相關(guān)零件的誤差累積起來,就反映到裝配精度上。因此,機器的裝配精度受零件特別是關(guān)鍵零件加工精度的影響很大。一般來說,零件的精度越高,裝配精度則越容易得到保證。

但是,零件的加工精度受工藝條件、經(jīng)濟性的限制,特別當(dāng)裝配精度要求較高時,不能簡單按裝配精度要求來加工。在適當(dāng)控制零件加工精度的前提下,常常通過裝配過程中的選配、調(diào)整或修配等手段,來達(dá)到較高的裝配精度要求。當(dāng)然,裝配過程中能否進(jìn)行有關(guān)零件的選配、調(diào)整或修配工作,還要看裝配體結(jié)構(gòu)設(shè)計的是否合理。

為了合理地確定零件的加工精度,必須對零件精度和裝配精度的關(guān)系進(jìn)行綜合分析。而進(jìn)行綜合分析的有效手段就是建立和分析產(chǎn)品的裝配尺寸鏈。

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