机械产品的装配精度

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【摘要】：上述装配组件所涉及的只是尺寸精度问题，在产品和部件的装配过程中，还会遇到相互位置精度的装配工艺问题，如平行度、垂直度等。从上述实例可以看出，产品的装配精度和零件的加工精度有很密切的关系。产品采用互换法装配时，其装配精度主要取决于零件的加工精度，实质上就是用控制零件的加工误差来保证产品的装配精度。

9.3　机械产品的装配精度

9.3.1　装配精度的概念

在设计机械产品时，不仅应根据产品的使用要求作出合理的结构设计，而且当该产品有较多部件组成时，还应确定各有关部件的相互位置精度、相对运动的零部件之间的相对运动精度。这些精度都是在产品装配时才能体现出来，故称为装配精度。

1）装配精度的种类

产品的装配精度一般包括：零部件间的距离精度、相互位置精度和相对运动精度等。

（1）距离精度

距离精度是指相关零部件间的距离尺寸精度。如车床主轴箱与尾座轴心线不等高要求，就是主轴箱和尾座两个部件对车床床身部件导轨面间的距离尺寸精度。距离精度还包括轴与轴承的配合间隙、齿轮啮合中的侧隙等，以及装配中应保证的各种间隙。

（2）相互位置精度

装配中的位置精度包括相关零部件之间的平行度、垂直度和各种跳动等。如车床溜板箱部件移动对主轴轴心线的平行度、车床主轴锥孔轴心线的径向圆跳动等。

（3）相对运动精度

相对运动精度是有相对运动的零部件在运动方向和相对速度上的精度。如车床横刀架在横向移动时对主轴轴心线的垂直度、车床车螺纹时主轴与丝杠传动速比等。

装配精度除上述精度外，还包括有齿轮啮合、锥体配合和导轨副之间的接触精度。

2）装配精度与零件精度之间的关系

产品的装配精度主要由零部件的加工精度来确定，但是零部件在加工过程中不可避免地会产生误差，这种加工误差对装配精度的影响很大，所以产品的装配过程并不是简单地将有关零部件联接起来的过程。装配过程中需要进行必要的检测和调整，有时还需进行修配。如图9.1所示的锥齿轮组件，锥齿轮用键固定在阶台轴上，阶台轴两端由一对圆锥滚子轴承支承并装入套内，右端用法兰盖和垫圈靠螺钉固定，并压紧圆锥滚子轴承，否则锥齿轮和阶台轴将会产生轴向窜动，而且还会影响锥齿轮的径向圆跳动。从装配尺寸要求来看尺寸L₀应正好为零，这样才能满足要求，但在实际工作中却很难做到。必须通过检测、调整和修配后才能达到装配要求，在设计该组件时，必须考虑到有补偿件，以便装配时调整并修配。这个补偿件便是厚度为L₂的垫圈，通常称为补偿垫圈，其厚度应加大以便留有补偿量（一般为0.2mm左右）。装配时先不装补偿垫圈，将法兰盖用螺钉均匀压紧圆锥滚子轴承，再用塞尺测量出法兰盖与套端面之间的间隙，此间隙即为补偿垫圈的厚度，按此尺寸配磨（实际工作中应比此尺寸小0.02～0.03mm，以确保压紧轴承）。

图9.1　锥齿轮组件

上述装配组件所涉及的只是尺寸精度问题，在产品和部件的装配过程中，还会遇到相互位置精度的装配工艺问题，如平行度、垂直度等。

图9.2所示是为了保证铣床主轴轴心线对于工作台面平行的有关尺寸精度。与此装配技术要求有关的零件，有升降台1、床鞍2、底座3、工作台4和床身5等。由于这些零件在加工中都存在一定的误差，装配时必然会影响到主轴轴心线对工作台面的平行度，如果靠提高零件的尺寸精度和形位精度来保证，显然是很不经济的，在技术上也是很困难的。在这种情况下，比较合理的办法是装配时通过检测，对某个零件进行适当的修配来保证装配精度。

图9.2　铣床部件平行的有关尺寸

从上述实例可以看出，产品的装配精度和零件的加工精度有很密切的关系。零件精度是保证装配精度的基础，但装配精度并非完全取决于零件的精度。装配精度的合理保证，应从零部件结构、机械加工和装配方法等全面进行综合考虑，而对装配尺寸链的分析，是对保证装配质量和降低生产成本的有效手段。

9.3.2　装配尺寸链的基本概念

装配尺寸链是产品或部件在装配过程中，由相关零部件的有关尺寸或相互位置关系所组成的尺寸链。其基本特征依然是尺寸或相互位置关系组合的封闭性，即由一个封闭环和若干组成环所构成的尺寸链呈封闭图形，如图9.2所示。装配尺寸链各环的定义及特征与第1章中1.9节工艺尺寸链相同。装配尺寸链封闭环的基本特征，仍然不具有独立变化的特性，它是装配后才形成的，多为产品或部件的装配精度指标。装配尺寸链中的组成环是指那些对装配精度有直接影响的零部件上的尺寸或相互位置关系，如图9.2（b）中的A₁、A₂、A₃、A₄和A₅。显然A₅是增环；A₁、A₂、A₃和A₄是减环。

9.3.3　装配尺寸链的计算方法

装配尺寸链的计算方法有：极值法、概率法、修配法和调整法四种。按极值法得到各组成环的公差最小，约为IT9，能保证产品100%合格。按概率法得到各组成环的公差较小，约为IT10，能保证99.73%的产品合格，可能有约0.27%的产品超出预定要求，装配后要进行返修。这两种方法都用于大批量生产中。按修配法得到各组成环的公差较大，约为IT11，装配时需将作为补偿环的零件适当修配，使产品符合要求。这种方法可以降低对各组成环零件的加工要求而大大降低了生产成本，都用于单件或小批量生产中。调整法是将作为补偿环的零件制成若干组不同的尺寸，装配时选用不同尺寸的补偿环使封闭环达到规定的要求。下面以极值法为例介绍装配尺寸链的计算方法。

1）装配尺寸链的计算公式

（1）封闭环基本尺寸

中间偏差是指上偏差与下偏差的平均值，用符号Δ表示。设ES表示上偏差，EI表示下偏差，则中间偏差

封闭环的中间偏差

（3）封闭环公差

计算封闭环公差时，按全部组成环公差算术相加的封闭环公差，称为封闭环极限公差，用T_0L表示。且

2）尺寸链计算示例

图9.3（a）所示的齿轮组件，轴固定在箱体上，齿轮在轴上回转，要求装配后的轴向间隙为0.10～0.35mm，已知各组成零件的尺寸分别为，求组成环L₃的极限偏差。

解：（1）绘出尺寸链图（见图9.3（b））

图9.3　齿轮部件装配尺寸链

（2）计算封闭环基本尺寸

L₀＝＝L₃－L₂－L₁－L₅－L₄＝43－5－30－5－3＝0

因要求装配后的轴向间隙为0.10～0.35mm，故

（3）计算封闭环中间偏差

（4）计算各组成环相应中间偏差

（5）计算组成环L₃的中间偏差

（6）计算组成环L₃的极值公差

（7）计算组成环L₃的极限偏差

9.3.4　装配方法

装配方法一般可分为：互换法、分组法、修配法和调整法。

1）互换法

在采用互换法装配时，尺寸链中各环按规定公差加工后，不需经修配、选择和调整，就能保证其封闭环的预定精度。产品采用互换法装配时，其装配精度主要取决于零件的加工精度，实质上就是用控制零件的加工误差来保证产品的装配精度。

这种方法可以使装配工作简单，生产效率高，可组织专业化生产，而且在设备维修时，零件的更换比较方便。但这种方法要求零件的加工精度较高，因此适用于批量生产中，组成环较多而装配精度较低或组成环少而装配精度较高的装配尺寸链中。

2）分组法

当装配精度要求很高，生产批量较大时，如滚动轴承中内外圈与滚珠的配合、连杆与活塞销的配合等，若采用互换法装配，则因零件的加工精度太高，导致加工困难和增加生产成本。采用分组法装配时，可按零件的实际尺寸分成若干组，按相应组进行装配，这时可将零件的公差适当扩大，便于加工。

例如，有一批直径为φ30mm轴、孔配合件，装配间隙要求为0.005～0.015mm，当采用完全互换法装配时，若孔的直径为，则轴的直径应为，显然零件的加工精度要求很高，加工比较困难。若采用分组装配法时，可将孔和轴的直径公差均向同方向扩大三倍，使孔径为，轴径为，零件加工后，对孔和轴的实际尺寸进行精密测量，并按大小分为三组，涂上不同的颜色，以进行分组装配，分组装配的结果见表9.2。

表9.2　轴、孔的分组偏差及配合间隙mm

利用分组装配法，既可增加零件的制造公差，又能保证装配精度。但增加了零件的检验、分组等工序，在一些组内可能会剩余一些零件。因此，分组法只适用于大批量生产中的高精度配合零件的装配。

3）修配法

在单件或小批生产中，对于产品中那些装配精度较高的多环尺寸链，各组成环先按经济精度加工，并选定其中一个组成环预留修配量，如图9.1和9.3中的补偿垫圈。装配时通过修配某一组成环的尺寸，使封闭环达到规定的精度，这种装配方法称为修配法。

例如，为保证卧式车床前后顶尖等高度的装配尺寸链（见图9.4），要求装配尺寸精度A0为0.04mm（只许尾座高），影响其精度的有关组成环很多，且加工都较复杂。此时，各环可按经济可行的公差制造，并选定较易修配加工的尾座底板尺寸A2作为补偿环。装配时，用刮研法来修配改变A2的实际尺寸，使之达到装配精度的要求。