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機械裝配就是按照設計的技術要求實現機械零件或部件的連接,把機械零件或部件組合成機器。機械裝配是機器製造和修理的重要環節,特別是對機械修理來說,由於提供裝配的零件有利於機械製造時的情況,更使得裝配工作具有特殊性。裝配工作的好壞對機器的效能、修理的工期、工作的勞力和成本等都起著非常重要的作用。

1 機械裝配 -基本概念

機械裝配機械裝配

根據規定的技術要求,將零件或部件進行配合和連接,使之成為半成品或成品的過程,稱為裝配。機器的裝配是機器製造過程中最後一個環節,它包括裝配、調整、檢驗和試驗等工作。裝配過程使零件、套件、組件和部件間獲得一定的相互位置關係,所以裝配過程也是一種工藝過程。
機械裝配是機械製造中最後決定機械產品質量的重要工藝過程。即使是全部合格的零件,如果裝配不當,往往也不能形成質量合格的產品。簡單的產品可由零件直接裝配而成。複雜的產品則須先將若干零件裝配成部件,稱為部件裝配;然後將若干部件和另外一些零件裝配成完整的產品,稱為總裝配。產品裝配完成後需要進行各種檢驗和試驗,以保證其裝配質量和使用性能;有些重要的部件裝配完成後還要進行測試。

2 機械裝配 -簡史

裝配技術是隨著對產品質量的要求不斷提高和生產批量增大而發展起來的。機械製造業發展初期,裝配多用銼、磨、修刮、錘擊和擰緊螺釘等操作,使零件配合和聯接起來。18世紀末期,產品批量增大,加工質量提高,於是出現了互換性裝配。例如1789年,美國E.惠特尼製造1萬支具有可以互換零件的滑膛槍,依靠專門工夾具使不熟練的童工也能從事裝配工作,工時大為縮短。19世紀初至中葉,互換性裝配逐步推廣到時鐘、小型武器、紡織機械和縫紉機等產品。在互換性裝配發展的同時,還發展了裝配流水作業,至20世紀初出現了較完善的汽車裝配線。以後,進一步發展了自動化裝配(見機械裝配自動化)。

3 機械裝配 -基本內容

機械裝配裝配內容

常用的裝配工藝有:清洗、平衡、刮削、螺紋聯接、過盈配合聯接、膠接、校正等。此外,還可應用其他裝配工藝,如焊接、鉚接、滾邊、壓圈和澆鑄聯接等,以滿足各種不同產品結構的需要。
1、清洗  
應用清洗液和清洗設備對裝配前的零件進行清洗,去除表面殘存油污,使零件達到規定的清潔度。常用的清洗方法有浸洗、噴洗、氣相清洗和超聲波清洗等。浸洗是將零件浸漬於清洗液中晃動或靜置,清洗時間較長。噴洗是靠壓力將清洗液噴淋在零件表面上。氣相清洗則是利用清洗液加熱生成的蒸汽在零件表面冷凝而將油污洗凈。超聲波清洗是利用超聲波清洗裝置使清洗液產生空化效應,以清除零件表面的油污。
2、平衡  
對旋轉零部件應用平衡試驗機或平衡試驗裝置進行靜平衡或動平衡,測量出不平衡量的大小和相位,用去重、加重或調整零件位置的方法,使之達到規定的平衡精度。大型汽輪發電機組和高速柴油機等機組往往要進行整機平衡,以保證機組運轉時的平穩性。
3、刮削  
在裝配前對配合零件的主要配合面常須進行刮削加工,以保證較高的配合精度。部分刮削工藝已逐漸被精磨和精刨等代替。
4、螺紋聯接  
用扳手或電動、氣動、液壓等擰轉工具緊固各種螺紋聯接件,以達到一定的緊固力矩。
過盈配合聯接  應用壓合、熱脹(外聯接件)、冷縮(內聯接件)和液壓錐度套合等方法,使配合面的尺寸公差為過盈配合的聯接件能得到緊密的結合。
5、膠接  
應用工程膠粘劑和膠接工藝聯接金屬零件或非金屬零件,操作簡便,且易於機械化。
6、校正  
裝配過程中應用長度測量工具測量出零部件間各種配合面的形狀精度如直線度和平面度等,以及零部件間的位置精度如垂直度、平行度、同軸度和對稱度等,並通過調整、修配等方法達到規定的裝配精度。校正是保證裝配質量的重要環節。

4 機械裝配 -配合方法

根據產品的裝配要求和生產批量,零件的裝配有修配、調整、互換和選配4種配合方法。
1、修配法  
裝配中應用銼、磨和刮削等工藝方法改變個別零件的尺寸、形狀和位置,使配合達到規定的精度,裝配效率低,適用於單件小批生產,在大型、重型和精密機械裝配中應用較多。修配法依靠手工操作,要求裝配工人具有較高的技術水平和熟練程度。
2、調整法  
裝配中調整個別零件的位置或加入補償件,以達到裝配精度。常用的調整件有螺紋件、斜面件和偏心件等;補償件有墊片和定位圈等。這種方法適用於單件和中小批生產的結構較複雜的產品,成批生產中也少量應用。
3、互換法  
所裝配的同一種零件能互換裝入,裝配時可以不加選擇,不進行調整和修配。這類零件的加工公差要求嚴格,它與配合件公差之和應符合裝配精度要求。這種配合方法主要適用於生產批量大的產品,如汽車、拖拉機的某些部件的裝配。
4、選配法  
對於成批、大量生產的高精度部件如滾動軸承等,為了提高加工經濟性,通常將精度高的零件的加工公差放寬,然後按照實際尺寸的大小分成若干組,使各對應的組內相互配合的零件仍能按配合要求實現互換裝配。

5 機械裝配 -裝配過程

為保證有效地進行裝配工作,通常將機器劃分為若干能進行獨立裝配的裝配單元。
1、 零件:是組成機器的最小單元,由整塊金屬或其它材料製成的。
2、 套件(合件):是在一個基準零件上,裝上一個或若干個零件構成的。是最小的裝配單元。
3、 組件:是在一個基準零件上,裝上若干套件及零件而構成的。如,主軸組件。
4、 部件:是在一個基準零件上,裝上若干組件、套件和零件而構成的。如,車床的主軸箱。 部件的特徵:是在機器中能完成一定的、完整的功能。

6 機械裝配 -生產組織

按照裝配過程中裝配對象是否移動,分為固定式裝配和移動式裝配兩類。
1、固定式裝配  
在一個工作位置上完成全部裝配工序,往往由一組裝配工完成全部裝配作業,手工操作比重大,要求裝配工的水平高,技術全面。固定式裝配生產率較低,裝配周期較長,大多用於單件、中小批生產的產品以及大型機械的裝配。
2、移動式裝配  
把裝配工作劃分成許多工序,產品的基準件用傳送裝置支承,依次移動到一系列裝配工位上,由各工序的裝配工分別在各工位上完成。按照傳送裝置移動的節奏形式不同,有自由節奏裝配和強制節奏裝配。前者在各個裝配工位上工作的時間不均衡,所以各工位生產節奏不一致,工位間應有一定數量的半成品貯存以資調節;後者的裝配工序劃分較細,各裝配工位上的工作時間一致,能進行均衡生產。移動式裝配生產率高,適用於大批量生產的機械產品。

7 機械裝配 -裝配精度

機械裝配產品裝配

 1、裝配精度:為了使機器具有正常工作性能,必須保證其裝配精度。機器的裝配精度通常包含三個方面的含義
(1) 相互位置精度:指產品中相關零部件之間的距離精度和相互位置精度。如平行度、垂直度和同軸度等。 (2) 相對運動精度:指產品中有相對運動的零部件之間在運動方向和相對運動速度上的精度。如傳動精度、迴轉精度等。
(3) 相互配合精度:指配合表面間的配合質量和接觸質量。
2、裝配尺寸鏈
(1)裝配尺寸鏈的定義:在機器的裝配關係中,由相關零件的尺寸或相互位置關係所組成的一個封閉的尺寸系統,稱為裝配尺寸鏈。
(2)裝配尺寸鏈的分類:
1) 直線尺寸鏈:由長度尺寸組成,且各環尺寸相互平行的裝配尺寸鏈。
2) 角度尺寸鏈:由角度、平行度、垂直度等組成的裝配尺寸鏈。
3) 平面尺寸鏈:由成角度關係布置的長度尺寸構成的裝配尺寸鏈。
(3)裝配尺寸鏈的建立方法
1) 確定裝配結構中的封閉環;
2) 確定組成環: 從封閉環的的一端出發,按順序逐步追蹤有關零件的有關尺寸,直至封閉環的另一端為止,而形成一個封閉的尺寸系統,即構成一個裝配尺寸鏈。
3)裝配尺寸鏈的計算: 主要有兩種計算方法:極值法和統計法。
3、保證裝配精度的四種裝配方法
保證裝配精度的方法可歸納權為:互換裝配法、選擇裝配法、修配裝配法和調整裝配法四大類。
採用互換法裝配時,被裝配的每一個零件不需作任何挑選、修配和調整就能達到規定的裝配精度要求。用互換法裝配,其裝配精度主要取決於零件的製造精度。根據零件的互換程度,互換裝配法可分為完全互換裝配法和不完全互換裝配法,現分述如下:
完全互換裝配法 
(1)定義:在全部產品中,裝配時各組成環不需挑選或不需改變其大小或位置,裝配后即能達到裝配精度要求的裝配方法,稱為完全互換法。
(2)特點: 優點: 裝配質量穩定可靠(裝配質量是靠零件的加工精度來保證);裝配過程簡單,裝配效率高(零件不需挑選,不需修磨);易於實現自動裝配,便於組織流水作業;產品維修方便。 不足之處:當裝配精度要求較高,尤其是在組成環數較多時,組成環的製造公差規定得嚴,零件製造困難,加工成本高。
(3)應用: 完全互換裝配法適用於在成批生產、大量生產中裝配那些組成環數較少或組成環數雖多但裝配精度要求不高的機器結構。
(4) 完全互換法裝配時零件公差的確定:
1) 確定封閉環: 封閉環是產品裝配后的精度,其要滿足產品的技術要求。封閉環的公差T0由產品的精度確定。 2) 查明全部組成環,畫裝配尺寸鏈圖: 根據裝配尺寸鏈的建立方法,由封閉環的一端開始查找全部組成環,然後畫出裝配尺寸鏈圖。
3) 校核各環的基本尺寸: 各環的基本尺寸必須滿足下式要求: Ao=ΣAi-ΣAi 即封閉環的基本尺寸等於所有增環的基本尺寸之和減去所有減環的基本尺寸之和。
4) 決定各組成環的公差: 各組成環的公差必須滿足下式的要求: To≥ΣTi 即各組成環的公差之和不允許大於封閉環的公差。 各組成環的平均公差Tp可按下式確定: Tp=To/m 式中:m----為組成環數。 各組成環公差的分配應考慮以下因素: a) 孔比軸難加工,孔的公差應比軸的公差選擇大一些;例如:孔、軸配合H7/h6。 b) 尺寸大的零件比尺寸小的零件難加工,大尺寸零件的公差取大一些; c) 組成環是標準件尺寸時,其公差值是確定值,可在相關標準中查詢。
5) 決定各組成環的極限偏差: a) 先選定一組成環作為協調環:協調環一般選擇易於加工和測量零件尺寸; b) 包容尺寸(如孔)按基孔制確定其極限偏差:即下偏差為0; c) 被包容尺寸(如軸)按基軸制確定其極限偏差:即上偏差為0。
6) 協調環的極限偏差的確定: 根據中間偏差的計算公式: △0=Σ△i-Σ△j 式中:△0---為封閉環的中間偏差,△0=(ES0+EI0)/2; Σ△i、Σ△j---分別為所有增環的中間偏差之和、所有減環的中間偏差之和。 求出協調環的中間偏差,再由協調環的公差求出上下偏差為: ES=△+T/2 EI=△-T/2 .
選擇裝配法
1、 定義:是將裝配尺寸鏈中組成環的公差放大到經濟可行的程度,然後選擇合適的零件進行裝配,以保證裝配精度要求的裝配方法,稱為選擇裝配法。
適用場合:裝配精度要求高,而組成環較少的成批或大批量生產。
2、 種類
直接選配法:
(1)定義:在裝配時,工人從許多待裝配的零件中,直接選擇合適的零件進行裝配,以保證裝配精度要求的選擇裝配法,稱為直接選配法。
(2)特點: 1)裝配精度較高; 2)裝配時憑經驗和判斷性測量來選擇零件,裝配時間不易準確控制; 3)裝配精度在很大程度上取決於工人的技術水平。
分組選配法:
(1)定義:將各組成環的公差相對完全互換法所求數值放大數倍,使其能按經濟精度加工,再按實際測量尺寸將零件分組,按對應的組分別進行裝配,以達到裝配精度要求的選擇裝配法,稱為分組選配法。
(2)應用:在大批大量生產中,裝配那些精度要求特別高同時又不便於採用調整裝置的部件,若用互換裝配法裝配,組成環的製造公差過小,加工很困難或很不經濟,此時可以採用分組選配法裝配。
(3)一般要求:
1)採用分組法裝配最好能使兩相配件的尺寸分佈曲線具有完全相同的對稱分佈曲線,如果尺寸分佈曲線不相同或不對稱,則將造成各組相配零件數不等而不能完全配套,造成浪費。
2)採用分組法裝配時,零件的分組數不宜太多,否則會因零件測量、分類、保管、運輸工作量的增大而使生產組織工作變得相當複雜。
(4)特點:主要優點是:零件的製造精度不高,但卻可獲得很高的裝配精度;組內零件可以互換,裝配效率高。不足之處是:增加了零件測量、分組、存貯、運輸的工作量。分組裝配法適用於在大批大量生產中裝配那些組成環數少而裝配精度又要求特別高的機器結構。
修配裝配法
1、定義:是將裝配尺寸鏈中各組成環按經濟加工精度製造,裝配時,通過改變尺寸鏈中某一預先確定的組成環尺寸的方法來保證裝配精度的裝配法,稱為修配裝配法。
採用修配法裝配時,各組成環均按該生產條件下經濟可行的精度等級加工,裝配時封閉環所積累的誤差,勢必會超出規定的裝配精度要求;為了達到規定的裝配精度,裝配時須修配裝配尺寸鏈中某一組成環的尺寸(此組成環稱為修配環)。為減少修配工作量,應選擇那些便於進行修配的組成環做修配環。在採用修配法裝配時,要求修配環必須留有足夠但又不是太大的修配量。
2、特點:主要優點是:組成環均可以加工經濟精度製造,但卻可獲得很高的裝配精度。不足之處是:增加了修配工作量,生產效率低;對裝配工人的技術水平要求高。
3、應用: 修配裝配法適用於單件小批生產中裝配那些組成環數較多而裝配精度又要求較高的機器結構。
調整裝配法
1、定義:裝配時用改變調整件在機器結構中的相對位置或選用合適的調整件來達到裝配精度的裝配方法,稱為調整裝配法。
調整裝配法與修配裝配法的原理基本相同。在以裝配精度要求為封閉環建立的裝配尺寸鏈中,除調整環外各組成環均以加工經濟精度製造,由於擴大組成環製造公差累積造成的封閉環過大的誤差,通過調節調整件(或稱補償件)相對位置的方法消除,最後達到裝配精度要求。
調節調整件相對位置的方法有可動調整法、固定調整法和誤差抵消調整法等三種。
2、特點:主要優點是:組成環均可以加工經濟精度製造,但卻可獲得較高的裝配精度;裝配效率比修配裝配法高。不足之之處是要另外增加一套調整裝置。
3、應用:可動調整法和誤差抵消調整法適用於在小批生產中應用,固定調整法則主要適用於大批量生產。

8 機械裝配 -工藝規程

機械裝配裝配工藝

一、 制定裝配工藝過程的基本原則
1、 保證產品的裝配質量,以延長產品的使用壽命;
2、 合理安排裝配順序和工序,盡量減少鉗工手工勞動量,縮短裝配周期,提高裝配效率;
3、 盡量減少裝配佔地面積;
4、 盡量減少裝配工作的成本。

二、 制訂裝配工藝規程的步驟
1、 研究產品的裝配圖及驗收技術條件:
(1) 審核產品圖樣的完整性、正確性;
(2) 分析產品的結構工藝性;
(3) 審核產品裝配的技術要求和驗收標準;
(4) 分析和計算產品裝配尺寸鏈。
2、 確定裝配方法與組織形式
(1) 裝配方法的確定:主要取決於產品結構的尺寸大小和重量,以及產品的生產綱領。
(2) 裝配組織形式:
1) 固定式裝配:全部裝配工作在一固定的地點完成。適用於單件小批生產和體積、重量大的設備的裝配。
2) 移動式裝配:是將零部件按裝配順序從一個裝配地點移動到下一個裝配地點,分別完成一部分裝配工作,各裝配點工作的總和就是整個產品的全部裝配工作。適用於大批量生產。
3、 劃分裝配單元,確定裝配順序:
(1) 將產品劃分為套件、組件和部件等裝配單元,進行分級裝配;
(2) 確定裝配單元的基準零件;
(3) 根據基準零件確定裝配單元的裝配順序。
4、 劃分裝配工序:
(1) 劃分裝配工序,確定工序內容(如清洗、刮削、平衡、過盈連接、螺紋連接、校正、檢驗、試運轉、油漆、包裝等);
(2) 確定各工序所需的設備和工具;
(3) 制定各工序裝配操作規範:如過盈配合的壓入力等;
(4) 制定各工序裝配質量要求與檢驗方法;
(5) 確定各工序的時間定額,平衡各工序的工作節拍。
5、 編製裝配工藝文件。

9 機械裝配 -環境條件

機械裝配裝配車間

為保證機械產品的裝配質量,有時要求裝配場所具備一定的環境條件,如裝配高精度軸承或高精度機床(如坐標鏜床、螺紋磨床等)的環境溫度必須保持20±1℃恆溫;對於裝配精度要求稍低的產品,裝配環境溫度要求可相應降低,如按季節變化規定為:夏季23±1℃,冬季17±1℃,既可保證裝配精度,又可節約能源。裝配環境濕度一般要求為45~65%。有些特別精密產品的裝配對空氣凈化程度有特殊要求,如超精微型軸承的裝配,要求每升空氣中含大於0.5微米塵埃的平均數不得多於3個。
裝配場所的採光應滿足裝配中識別最小尺寸的需要。還應按照不同情況採取防振、防雜訊和電磁屏蔽等特殊措施。對於重型精密機器,要求裝配基座有堅固的地基,以防止裝配過程中出現變形。裝配重型或大型零部件時,為了精確吊裝就位,應設置有超慢速的起重設備。

10 機械裝配 -發展趨勢

機械裝配的一般發展方向是:
①根據生產批量改進產品的結構設計,以改善產品的裝配工藝性;
②應用大功率超聲波清洗技術和裝置有效地清洗大型零件,以提高產品的清潔度;
③推廣和提高膠接技術,發展光孔上絲(螺釘直接擰入光孔)、無孔上絲(不另加工孔,螺釘直接擰入聯接件)等加工與裝配相結合的新工藝;
④在檢測和校正工作中,推廣應用光學、激光等先進技術,以提高產品質量及其穩定性;⑤提高裝配工作的機械化自動化程度。
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