上述裝配組件僅涉及尺寸精度問題,在產品和部件的裝配過程中,還會遇到相互位置精度的裝配工藝問題,如平行度、垂直度等。
圖4.2所示是為保證銑床主軸軸心線對工作台台麵平行的有關尺寸精度。與此裝配技術要求有關的零件有升降台1、床鞍2、底座3、工作台4和床身5等。這些零件在加工中都存在一定誤差,裝配時必然會影響主軸軸心線對工作台麵的平行度。要靠提高零件的尺寸精度和形位精度來保證,顯然不經濟,在技術上也是很困難的。在此情況下,較合理的辦法是裝配時通過檢測,對某個零件進行適當的修配來保證裝配精度。
從上述兩例中可看出,產品的裝配精度和零件的加工精度的關係很密切。零件的加工精度是保證裝配精度的基礎,但裝配精度並非完全取決於零件的加工精度。合理地保證裝配精度,應從零部件結構、機械加工和裝配方法等方麵進行綜合考慮。
五、裝配尺寸鏈的應用
不論采用哪種裝配方法,都需要應用尺寸鏈來進行分析,才能得到最經濟的裝配精度、保證機械的性能和正常運行。對裝配尺寸鏈的分析,是保證裝配質量和降低生產成本的有效手段。
裝配尺寸鏈是產品或部件在裝配過程中,由相關零件的有關尺寸或相互位置關係所組成的尺寸鏈。裝配尺寸鏈是解決裝配精度與零件製造精度關聯問題,即封閉環公差與組成環公差的合理分配問題。其基本特征是尺寸或相互位置關係組合的封閉性,即由一個封閉環和若幹組成環所構成的尺寸鏈呈封閉圖形,如圖4-2所示。裝配尺寸鏈各環的定義及特征與工藝尺寸鏈相同。裝配尺寸鏈封閉環不具有獨立變化的特性,它是裝配後才形成的,多數情況下,它是產品或部件的裝配精度指標。裝配尺寸鏈中的組成環是指那些對裝配精度有直接影響的零部件上的尺寸或相互位置關係。如圖4-2b中的A1、A2、A3、A4和A5。顯然,A5是增環;A1、A2、A3、A4是減環。
1.裝配尺寸鏈的計算方法
裝配尺寸鏈的計算方法有極值法、概率法、修配法和調整法四種。按極值法得到各組成環的公差最小,約為IT9,能保證產品100%合格。按概率法得到各組成環的公差較小,約為IT10,能保證99.73%的產品合格;可能有0.27%的產品超出預定要求,裝配後要進行返修。這兩種方法都用於大批量生產中。按修配法得到各組成環的公差較大,約為IT11,裝配時需將作為補償環的零件適當修配,使產品符合要求。這種方法可降低對各組成環零件的加工要求,從而大大降低生產成本,適用於單件或小批量生產中。調整法是將作為補償環的零件製成若幹組不同的尺寸,裝配時選用不同尺寸的補償環達到規定的要求。
以極值法為例介紹裝配尺寸鏈的計算方法。
(1)裝配尺寸鏈的計算公式
1)封閉環的基本尺寸:m
L0=∑ξiIi
i=1式中L0-封閉環基本尺寸;
ξiIi——第i個組成環的傳遞係數及其基本尺寸;
m-組成環環數。
2)封閉環的中間偏差。中間偏差是指上偏差與下偏差的平均值,符號用“△”表示。設ES表示上偏差,EI表示下偏差,則中間偏差為:
△=1/2(ES+EI)
封閉環的中間偏差:m
△0=∑ξi(△i+ei2/Ti)
i=1
式中△0——封閉環中間偏差;
△i——第i個組成環的中間偏差;
ξi——第i個組成環的傳遞係數(一般ξi=1);
Ti-第i組成環的公差;
ei——第i組成環的相對不對稱係數。m
當ei=0時,△0=∑ξ△io
3)封閉環公差。按全部組成環算術相加的封閉環公差,稱為封閉環極限m公差,用“T0L”表示,T0L且=∑|ξi|Tio
i=1
(2)裝配尺寸鏈計算實例圖4-3a所示的齒輪組件,軸固定在箱體上,齒輪在軸上回轉,要求裝配後的軸向間隙為0.10~0.35mm,已知各組成零件的尺寸分別為:L1=300-0.06,L2=50-0.04,L4=30-0.05,L5=50-0.04,求組成環L3,的極限尺寸。
L3=L2+L1+L0+L5+L4因L0為間隙,則L3=5mm+30mm+5mm+3mm=43mm②計算封閉環基本尺寸:L0=L3-L2-LL5-L4=43mm-5mm-30mm
-5mm-3mm=0mm因要求裝配後的軸向間隙為0.10~0.35mm,故:L0=0+0.35+0.10③計算封閉環中間偏差:
△0=2/1(0.35mm+0.10mm)=0.225mm④計算各組成環相應中間偏差:
-0.06mm=-0.03mm
△1=2
-0.04mm=-0.02mm
△2=2
△4=2/0.05mm=-0.025mm
△5=2/-0.04mm=-0.02mm
⑤計算組成環L3的中間偏差:m
△0=∑ξ△i=△3-△△2-△4-△5
△3=△0+△1+△2+△4+△5
=0.225mm+(-0.03)mm+(-0.02)mm
+(-0.025)mm+(-0.02)mm
-0.13mm
⑥計算組成環L3的極值公差:
L0LΞ|ξi|Ti=T1+T2+T3+T4+T5
i=1
T3=T0L-TT2-T4-T5
-0.25mm-0.06mm-0.04mm-0.05mm-0.04mm
-0.06mm
⑦計算組成環L3的極限偏差:
ES3=△3+2/1T3=0.13mm+2/1×0.06mm=0.16mm
EI3=△3-2/1T3=0.13mm-2/1×0.06mm=0.10mm得L3=43+0.16+0.10mm
2.裝配方法與裝配尺寸鏈的解法
(1)常用的裝配方法產品的裝配過程並非簡單地將有關零件聯接起來的過程,裝配工作中每一步都應滿足預定的裝配要求,達到一定的裝配精度。通過尺寸鏈分析可知,由於封閉環公差等於組成環公差之和;裝配精度取決於零件製造公差,但零件製造精度過高,生產將不經濟。為了正確處理裝配精度與零件製造精度二者的關係,妥善處理生產的經濟性與使用要求的矛盾,形成了一些不同的裝配方法。
1)完全互換裝配法:在同類零件中,任取一個裝配零件,不經任何修配即可裝入部件中,並能達到規定的裝配要求,這種裝配方法稱完全互換裝配法。完全互換法的特點是:裝配操作簡便,生產效率高;容易確定裝配時間,便於組織流水裝配線;零件磨損、損壞後,便於更換;零件加工精度要求高,製造費用隨之增加,因此適用於組成環少、精度要求不高的場合或大批量生產采用。
2)選擇裝配法:選擇裝配法有直接選配法和分組選配法兩種。
①直接選配法是由裝配工人直接從一批零件中選擇“合適”的零件進行裝配。這種方法比較簡單,其裝配質量憑工人的經驗和感覺來確定,但裝配效率不高。
②分組裝配法是將一批零件逐一測量後,按實際尺寸的大小分成若幹組,然後將尺寸大的包容件(如孔)與尺寸大的被包容件(如軸)相配,將尺寸小的包容件與尺寸小的被包容件相配。這種裝配方法的配合精度決定於分組數,即分組數越多,裝配精度越高。
分組選配法的特點是:經分組選配後的零件配合精度高;因零件製造公差放大,所以加工成本降低;增加了對零件測量分組工作量,並需要加強對零件的儲存和運輸管理,可能造成半成品和零件的積壓。
分組選配法常用於大批量生產中,裝配精度要求很高、組成環數較少的場合。
3)修配裝配法:裝配時,修去指定零件上預留修配量以達到裝配精度的裝配方法。
修配裝配法的特點是:通過修配得到裝配精度,可降低零件製造精度;裝配周期長,生產效率低,對工人的技術水平要求較高。
修配裝配法適用於單件和小批量生產以及裝配精度要求高的場合。
4)調整裝配法:裝配時,調整某一零件的位置或尺寸以達到裝配精度的裝配方法。一般采用斜麵、錐麵、螺紋等移動可調整件的位置;采用調換墊片、墊圈、套筒等控製調整件的尺寸。
調整裝配法的特點是:零件可按經濟精度確定加工公差,裝配時通過調整達到裝配精度;使用中還可定期進行調整,以保證配合精度,便於維護與修理;生產率低,對工人的技術水平要求較高。
除必須采用分組裝配的精密配件外,調整裝配法一般可用於各種裝配場合。
(2)裝配尺寸鏈的解法機器的裝配無論采用哪種方法,都需要應用尺寸鏈以正確解決裝配精度與零件製造精度,即封閉環公差與組成環公差的合理分配,裝配方法不同時,二者關係也不同。
根據裝配精度(即封閉環公差)對有關尺寸鏈進行正確分析,並合理分配各組成環公差的過程,叫解尺寸鏈。它是保證裝配精度、降低產品製造成本、正確選擇裝配方法的重要依據。
下麵介紹幾種裝配尺寸鏈的解法。
1)完全互換法解尺寸鏈:即按完全互換裝配法的要求解有關的裝配尺寸鏈。此時,裝配精度由零件製造精度保證。
如圖4-4a所示,齒輪箱部件裝配要求是軸向竄動量為A0=0.2~0.7mm。已知A1=122mm,A2=28mm,A3=A5=5mm,A4=140mm,試用完全互換法解此尺寸鏈。
解①據題意繪出尺寸鏈簡圖,並校驗各環基本尺寸。圖4-4b所示為尺寸鏈簡圖,其中A1、A2為增環,A3、A4、A5為減環,A0為封閉環。
A0=(A1+A2)-(A3+A4+A5)
A0=(122mm+28mm)-(5mm+140mm+5mm)