汽车装配工艺理论

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1、子学习情境4:汽车总装工艺学习 一、任务编号：ZP1-4二、学时：3学时三、主要内容及目的（1）熟悉汽车制造过程中装配基本理论。（2）掌握装配工艺流程。（3）了解装配尺寸链。（4）掌握保证装配精度的装配方法。 学习内容:（一）装配的基本概念和装配工艺规程的制定 1 装配的基本概念1.1装配的概念任何机器（含汽车，后同）都是由若干个零件、组件和部件所组成的。按照规定的技术要求，将零件、组件和部件进行配合和连接，使之成为半成品或成品的工艺过程称为装配。把零件、组件装配成部件的过程称为部件装配，而将零件、组件和部件装配成最终产品的过程称为总装配。装配不仅对保证机器的质量十分重要，还是机器生产的最终检

2、验环节。通过装配可以发现产品设计上的错误和零件制造工艺中存在的质量问题。因此，研究装配工艺，选择合适的装配方法，制定合理的装配工艺规程，不仅是保证汽车装配质量的手段，也是提高生产效率与降低制造成本的有力措施。1.2装配精度装配精度是装配工艺的质量指标。正确地规定机器和部件的装配精度是产品设计的重要环节之一，它不仅关系到产品质量，也影响到产品制造的经济性。装配精度是制定装配工艺规程的主要依据，也是选择合理的装配方法和确定零件加工精度的依据。装配精度的内容包括零部件间的配合精度和接触精度、位置尺寸精度和位置精度、相对运动精度等。1）部件间的配合精度和接触精度（1）零部件间的配合精度是指配合面间达到

3、规定的间隙或过盈的要求。它关系到配合性质和配合质量。已由国家标准公差和配合来解决。例如，轴和孔的配合间隙或配合过盈的变化范围。（2）零部件间的接触精度是指配合表面、接触表面达到规定的接触面积与接触点分布的情况。它影响到接触刚度和配合质量。例如：导轨接触面间、锥体配合和齿轮啮合等处，均有接触精度要求。2）零部件间的位置尺寸精度和位置精度（1）零部件间的位置尺寸精度是指零部件间的距离精度，如轴向距离和轴线距离（中心）精度等。（2）零部件间的位置精度包括平行度、垂直度、圆轴度和各种跳动。3）零部件间的相对运动精度这是指有相对运动的零部件间在运动方向和运动位置上的精度。其中运动方向上的精度包括零部件间

4、相对运动时的直线度、平行度和垂直度等；而运动位置上的精度即传动精度是指内联系传动链中，始末两端传动元件间相对运动精度。1.3装配精庋与零件精庋间的关系零件的精度特别是关键零件的加工精度对装配精度有很大影响，而且装配精度是与它相关的若干个零部件的加工精度有关。因此，要合理地规定和控制这些相关零件的加工精度。使得在加工条件允许时，它们的加工误差累计起来仍能满足装配精度的要求。这样做既能保证装配精度要求，又能简化装配工作，这对于大批大量的生产是很有必要的。有时单靠相关零件的加工精度来保证要求较高的装配精度，会使零件的加工精度显著提高并给零件的加工带来较大困难。此时，应根据尺寸链的理论，建立装配尺寸链

5、。从而使按较经济的精度所加工的相关零部件，通过采取一系列的工艺措施（如选择、修配和调整等），以形成不同的装配方法来保证装配精度。2 制定装配工艺规程的原则与步骤装配工艺规程是指导装配生产的主要技术文件，制定装配工艺规程是生产技术准备的一项重要工作。2.1 装配工艺规程的主要内客（1）分析产品图样，划分装配单元，确定装配方法。（2）拟定装配顺序，划分装配工序。（3）计算装配时间定额。 （4）确定各工序装配技术要求，质量检查方法和检查工具（5）确定装配时零部件的输送方法及所需要的设备与工具。（6）选择和设计装配过程中所需的工具、夹具及专用设备。2.2 制定装配王艺规程的基本原则 1）制定装配工艺规

6、程的基本原则 （1）保证产品装配质量，力求提高质量，以延长产品的使用寿命。 （2）合理地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，提高单位面积的生产率。 （4）要尽量减少装配工作所占的成本。2）制定装配工艺规程所依据的原始资料 （1）产品的装配图及验收技术的标准。这包括产品的总装图和部件装配图，并能清楚地表示出：所有零件相互连接的结构视图及必要的剖视图；零件的编号；装配时应保证的尺寸；配合件的配合性质及精度等级；装配的技术要求；零件及总成的明细表等。为了在装配时对某些零件进行补充机械加工和核算装配尺寸链，有时还需要某些零件图。产品的验

7、收技术条件、检验内容和方法也是制定装配工艺规程的重要依据。 （2）产品的生产纲领。生产纲领决定了产品的生产类型。生产类型不同，致使装配的生产组织形式、工艺方法、工艺过程的划分、工艺装备的多少、手工劳动的比例等均有很大不同。 像汽车这样大批大量生产的产品，应尽量选择专用装配设备和工具，采用流水线装配方法。有的装配区段还要采用机器人，组成自动装配线。 （3）生产条件。当在现有条件下制定装配工艺规程时，应了解现有工厂的装配工艺装备、工人技术水平、装配车间面积等。如果是新建厂，则应适当选择先进的装备和工艺方法。 2.3制定装配王艺规程的步骤、方法和内容 1）研究分析产品装配图及验收技术条件 （1）了解

8、产品及部件的具体结构、装配技术要求和检验验收的内容及方法。 （2）审核产品图样的完整性、正确性、分析审查产品的结构工艺性。 （3）研究设计人员所确定的装配方法，进行必要的装配尺寸链分析与计算。 2）确定装配方法与装配组织形式 选择合理的装配方法，是保证装配精度的关键。要结合具体生产条件，从机械加工和装配的全过程着眼应用尺寸链理论，同设计人员一道最终确定装配方法。装配方法与装配组织形式的选择，主要取决于产品结构特点（如质量大小、尺寸及复杂程度）、生产纲领和现有生产条件。装配的组织形式主要分固定式和移动式两种，对于固定式装配，其全部装配工作在一个固定的地点进行，产品在装配过程中不移动，多用于单件小

9、批生产或重型产品的成批生产。移动式装配是将零部件用输送带或移动小车按装配顺序从一个装配地点移动至下一个装配地，各装配点完成一部分工作，全部装配点的工作总和就完成了产品的全部装配工作。根据零部件移动方式的不同又可分为连续移动、间歇移动和变节奏移动装配3种方式。移动式装配常用于大量生产时组成流水作业线或自动线，如汽车、拖拉机、仪器仪表、家用电器等产品的装配。3）划分装配单元和确定装配顺序将产品划分为可进行独立装配的单元是制定装配工艺规程中的最重要的步骤，这对于大批大量生产结构复杂的产品时尤为重要。只有划分好装配单元，才能合理安排装配顺序和划分装配工序。无论哪一级装配单元都要选定某一零件或比它低一级

10、的单元作为装配基准件。通常应选体积或质量较大，有足够支承面能够保证装配时稳定性的零件、部件或组件作为装配基准件，如床身零件是床身组件的装配基准件；床身组件是床身部件的装配基准组件；床身部件是机床产品的装配基准部件。汽车总装配则是以车架部件作为装配主体和装配基准部件。划分好装配单元并确定装配基准零件之后，即可安排装配顺序。确定装配顺序的要求是保证装配精度，以及使装配连接、调整、校正和检验工作能顺利地进行，前面工序不妨碍质量等。为了清晰地表示装配顺序，常用装配单元系统图来表示。它是表示产品零、部件间相互装配关系及装配流程的示意图。具体说来装配顺序一般是先难后易、先内后外、先下后上，预处理工序要安排

11、在前。 4）装配工序的划分与设计装配工序确定后，就可将工艺过程划分为若干个工序，并进行具体装配工序的设计装配工序的划分主要是确定工序集中与工序分散的程度。工序的划分通常和工序设计一起进行。工序设计的主要内容有： （1）制定工序的操作规范。例如，过盈配合所需压力、变温装配的温度值、紧固螺栓连接的预紧扭矩、装配环境等。 （2）选择设备与工艺装备。若需要专用装备与工艺装备，则应提出设计任务书。 （3）确定工时定额，并协调各工序内容。在大批大量生产时，要平衡工序的节拍，均衡生产，实施流水装配。 5）编制装配工艺文件单件小批生产时，通常只绘制装配系统图，装配时按产品装配图及装配系统图工作。成批生产时，通

12、常还制定部件、总装的装配工艺卡，写明工序次序，简要工序内容，设备名称，工装夹具名称及编号，工人技术等级和时间定额等项。 6）制定产品检验与试验规范 内容包括： （1）检测和试验的项目及检验质量指标。 （2）检测和试验的方法、条件与环境要求。（3）检测和试验所需工艺装备的选择与设计。（4）质量问题的分析方法和处理措施。3 产品结构的装配工艺性产品结构的装配工艺性和零件结构的机械加工工艺性一样，对汽车及其他机械产品的整个生产过程有较大的影响，也是评价机械产品设计的指标之一。因此，设计人员在产品设计时，必须充分地考虑其装配工艺性。根据机械产品的装配实践和汽车装配工艺的需要对产品结构的装配工艺性提出以

13、下基本要求。3.1 产品应能分成若干个独立装配的装配单元 从装配单元工艺角度来说，汽车和拖拉机等产品都是由若干个装配单元组成的。个产品的装配单元可划分为5级：即零件、合件、组件、部件和产品。它们之间的关系可以用装配单元系统图来表示，如图1所示。其中合件亦称结合件，它是由两个或两个以上零件结合成的不可拆卸的整体件；组件是若干个零件和合件的组合体；部件是由若干个零件、合件和组件组合成的能完成某种功能的组合体，如图1所示，除了零件之外，每一级装配单元在装配时都可以单独进行装配。在装配时，以某一个零件（或合件、部件）为基础，这个零件（或合件、部件）即称为基础件，其余的零件或合件及组件或部件按一定的顺序

14、装配到基础件上，成为下一级的装配单元。由于在总装配之前，可以单独进行部件装配，部件装配后就可以进行部件试验和调整，从而为提高汽车的产品质量和保证其性能打下了良好基础。这样还有利于企业之间的协作和产品的配套，易于组织部件（总成）的专业化生产。3.2 要有正确的装配基准图1 装配单元系统图如同工件在机械加工时的定位一样，零件在装配单元上的正确位置，是靠零件装配基准（基面）间的配合和接触来实现的。因此，为使零件正确定位，就应该有正确的装配基准，而且装配时的零件定位也应符合六点定位原理。图2所示是某农用运输车车桥主动锥齿轮轴承座组件装配图。轴承座装配至后桥壳体1内时，其装配基面为轴承座的两段外圆和法兰

15、端面。轴承座装配基面与后桥壳内孔配合，与端面接触后，限制了5个自由度，绕轴线旋转的自由度不必限制。这样，轴承座在后桥壳体内就有正确定位了。图2 轴承座组件装配基准面及两种设计方案1-后桥壳体 2-轴承座 3-大锥角圆锥滚子轴承 4-主动锥齿轮轴 5-圆锥滚子轴承图3是汽车后桥主减速器装配图。减速器和差速器装入后桥壳体内时，装配基面为支承端面和内、外圆柱面（亦称内、外止口）。由于绕止口轴线旋转的自由度会影响到半轴齿轮的位置，从而影响半轴的装配，增加半轴的附加载荷，所以有些汽车在减速器与后桥壳体的接触面上，还要用圆柱定位销来限制绕轴线旋转的自由度。两个壳体定位销孔的尺寸及位置尺寸、定位销的尺寸均要

16、求较严格，否则不易保证半轴的装配精度。3.3 应便于装配和拆卸产品设计时，要考虑零件结构便于装配和拆卸，在装配过程中，当发现问题或进行调整时，常需要进行中间拆装。因此，产品结构若能便于拆装和调整，就能节省装配时间，提高生产率。具有正确的装配基准是便于拆装的前提条件。此外，应注意的是组件的几个表面不应该同时装入基准零件（如箱体）的配合孔中，而应该先后依次进入装配。下面举几个便于拆装和调整的实例予以说明。在图（6.2a）中，是轴承座2的两段外圆柱表面（装配基准）同时进人壳体1的两配合孔中，由于不易同时对准两圆柱孔，使装配较为困难。当改为图（6.2b）所示结构后是轴承座2右端外圆柱表面先进人壳体1的

17、配合孔中3mm，并且有良好的导向后，左端外圆柱面再进人配合，所以装配较方便，工艺性也好。为保证左段外圆柱表面容易引人壳体内孔，右段外圆柱面前端应倒角，倒角角度一般为15-30。为减少外圆柱面与内孔配合时的摩擦，轴承座右段的外圆柱直径要略小于左段外圆柱面直径。同样，对于主动锥齿轮轴两段轴颈直径也应按这一原则设计。图3 汽车后桥主减速器装配基面1-圆柱定位销 2-减速器壳体 3-弓后桥壳体 4-半轴 5-半轴齿轮 6-弓行星齿轮 7-差速器壳体图4 两箱体零件用圆柱定位销定位图4是两个箱体零件用圆柱定位销定位的局部结构图，定位销与下箱体定位销孔为过盈配合。如果定位销孔设计成盲孔时，因进入定位销时，

18、孔内空气不能逸出，会阻碍定位销顺利进人。合理的设计应如图4 b）、c）所示那样，将箱体定位销孔钻通，或是在定位销上铣通气平面或钻通气孔。装配工艺性不仅要考虑产品制造与装配的方便性，还要考虑装配中调整、修配和使用中维修拆卸的方便性。图5轴承外圈装于轴承座内和内圈装在轴颈上的3种结构方案。图5 a）所示结构的工艺性不好，因为轴承座台肩内径等于轴承外圈内径，而轴承内圈外径等于轴颈轴肩直径，所以轴承内、外圈均无法拆卸。轴颈轴启直径小于轴承内圈外径，或者在轴承座台肩处做出24个缺口，如图5 b）、c）所示，则轴承内、外圈都便于拆卸。图5轴承座台肩与轴颈轴肩的结构3.4 正确选择装配方法装配精度是靠正确选

19、择装配方法和零件制造精度来保证的。装配方法对部件的装配生产率和经济性有很大影响。设计人员设计结构时，应使结构尽量简单，有可能采用完全互换装配法装配，便可提高生产率。因此在装配精度要求不高，零件的尺寸公差能在加工时经济地保证时，都应采用完全互换法解尺寸链。只有当装配精度要求较高，用完全互换法解算尺寸链使零件尺寸公差过小时，才考虑采用其他装配方法。在采用补偿法（调整装配法和修配装配法）时，应合理地选择补偿环。补偿环的位置应尽可能便于调节，或便于拆卸。3.5 应尽量减少装配时的修配和机械加工为了在装配时尽量减少修配工作量，首先要尽量减少不必要的配合面。因为配合面过大、过多，零件机械加工就困难，同时使

20、装配时的手工修制量增加。装配时要尽量减少机械加工，否则不仅会影响装配工作的连续性，延长装配周期，而且会在装配车间增加机械加工设备。这些设备既占面积，又易引起装配工作的杂乱。此外，机械加工所产生的切屑若不消除干净，残留在装配的总成中，极易增加机件的磨损，甚至会产生严重的事故而损坏整台机械产品。对于某些需要装配时进行机械加工的结构，设计人员可以考虑修改设计，以避免装配时的机械加工。图5 所示为齿轮轴组件，图6 a）中间齿轮1与花键轴3是用两个锁紧螺钉2固定的。装配时需按已加工好的齿轮1的螺孔位置配钻花键轴上装锁紧螺钉的孔。如将图6 a）结构改成图6 b）结构，用对开环4作轴向定位，就可以避免装配时

21、的机械加工，因此，图6 b）结构的工艺性较好。图6 齿轮轴向定位的两种方案1-齿轮 2-锁紧螺钉 3-弓花键轴 4-对开环4 装配尺寸链原理与应用4.1 有关装配尺寸链的概念机器或汽车的装配精度是由相关零件的加工精度和合理的装配方法共同保证的。因此，如何查找哪些零件对某装配精度有影响，进而选择合理的装配方法和确定这些零件的加工精度，就成了机械制造和机械设计工作中的一个重要课题。为了正确地和定量地解决上述问题，就需将尺寸链基本理论应用到装配中，即建立装配尺寸链和计算求解尺寸链。4.2 建立装配尺寸链的方法在装配尺寸链的研究分析中，建立装配尺寸链是十分关键的内容。只有建立的装配尺寸链是正确的，解装

22、配尺寸链才有意义。建立装配尺寸链是在完整的装配图或示意图上进行的。装配精度和相关零件精度之间的关系构成装配尺寸链。显然，最后形成的封闭环是装配精度，相关零件的设计尺寸是组成环。建立装配尺寸链就是根据封闭环装配精度，查找组成环相关零件设计尺寸，并画出尺寸链图，判别组成环的性质（判别增、减环）。在装配关系中，对装配精度有直接影响的零部件的尺寸和位置关系，都是装配尺寸链的组成环。如同工艺尺寸链一样，装配尺寸链的组成环也分为增环和减环。例如，图7所示轴与孔配合的装配关系，装配后要求轴孔有一定的间隙。轴孔间的间隙A6就是该尺寸链的封闭环，它是由孔尺寸A1和轴尺寸A2装配后形成的尺寸。此时，孔尺寸A1增大

23、，间隙A0（封闭环）亦随之增大，故A1为增环，反之，轴尺寸A2为减环。其尺寸链方程为：A0A1A2装配尺寸链的分类：装配尺寸链一般可分为4类：（1）直线尺寸链 系由长度尺寸组成，且各环尺寸彼此平行，如图7所示。（2）角度尺寸链 由角度、平行度、垂直度等构成。例如：卧式车床精度标准G13项横刀架横向移动对主轴轴线的垂直度，公差为0.02mm300mm（偏差方向90o）。该项要求可简化为如图8所示的角度装配尺寸链。本尺寸链只有组成环a1和a2。a1为主轴箱部件装配后主轴回转轴线与机床身前形导轨在水平面的平行度。a2为床鞍的上燕尾形导轨对下形导轨的垂直度。图7 轴孔配合的装配尺寸链 图8 车床横刀架

24、横向移动对主轴轴线的垂直度的角度装配尺寸链（3）平面尺寸链 由成角度关系布置的长度尺寸构成，且各环处于同一或彼此平行的平面内。例如，车床溜板箱装配在溜板下面时，溜板箱齿轮O2与溜板横进给齿轮O1应保持适当的啮合间隙。该装配关系构成了尺寸链，如图9所示。其中，X1、Y1为溜板上齿轮O1的坐标尺寸，X2、Y2为溜板箱上齿轮O2的坐标尺寸，d1、d2分别为两齿轮的分度圆半径，P0为两齿轮的啮合侧隙，是封闭环。（4）空间尺寸链 由位于三维空间的尺寸构成的尺寸链。由于在一般机器装配中较为少见，故此处不予介绍。4.3 装配尺寸链的查找方法正确地查明装配尺寸链的组成，并建立尺寸链是进行尺寸链计算的基础。1）

25、装配尺寸链的查找方法首先根据装配精度要求确定封闭环。再取封闭环两端的任一个零件为起点，沿装配精度要求的位置方向，以装配基准面为查找的线索，分别找出影响装配精度要求的相关零件（组成环），直至找到同一基准零件，甚至是同一基准表面为止。图9 平面装配尺寸链2）查找装配尺寸链应注意的问题（1）装配尺寸链应进行必要的简化 机械产品的结构通常都比较复杂，对装配精度有影响的因素很多，在查找尺寸链时，可不考虑那些影响较小的因素，使装配尺寸链适当简化。例如：图10所示车床主轴与尾座中心线等高性问题。影响该项装配精度的因素有（e1 、e2、e3、e4、见图11）：图10 主轴箱主轴与尾座套筒中心线等高结构示意图1

26、-主轴箱 2-尾座 3-尾座底板 4-床身A1主轴锥孔中心线至尾座底板距离；A2尾座底板厚度；A3尾座顶尖套锥孔中心线至尾座底板距离；e1 主轴滚动轴承外圆与内孔的同轴度误差；e2 尾座顶尖套锥孔与外圈的同轴度误差；e3 尾座顶尖套与尾座孔配合间隙引起的向下偏移量；e4 床身上安装主轴箱和尾座的平导轨面的高度差。从以上分析知：车床主轴与尾座中心线等高性的装配尺寸链如图11所示。但由于e1 、e2、e3、e4的数值相对A1 、A2 、A3 、A0的误差而言是较小的，其对装配精度影响也较小，故装配尺寸链可以简化。但在精度装配中，应当计人所有对装配精度有影响的因素，不可随意简化。（2）装配尺寸链组成

27、的“一件一环”原则 由尺寸链的基本理论可知！在装配精度既定的条件下，组成环数越少，则各组成环分配到的公差值就越大，零件加工越容易、越经济。这样，在产品结构设计时，在满足产品工作性能的条件下，应尽量简化产品结构，使影响产品装配精度的零件数尽量减少。在查找装配尺寸链时，每个相关的零、部件只应有亠个尺寸作为组成环列入装配尺寸链，即将连接两个装配基准面间的位置尺寸直接标注在零件图上。这样组成环的数目就等于有关零、部件的数目，即“一件一环”，这就是装配尺寸链的最短路线（环数最少）原则。图12所示齿轮装配后轴向间隙尺寸链就体现了“一件一环”的原则。如果把图中的轴向尺寸标注成图13所示的两个尺寸，则违反了“

28、一件一环”的原则，其装配尺寸链的构成显然不合理。图11车床主轴与尾座中心线等高装配尺寸链 图12 装配尺寸链的“一件一环”原则（3）装配尺寸链的“方向性”在同一装配结构中，在不同位置方向都有装配精度要求时，应按不同方向分别建立装配尺寸链。例如，蜗杆副传动结构，为保证正常啮合，要同时保证蜗杆副两轴线间的距离精度、垂直度精度、蜗杆轴线与蜗轮中间平面的重合精度，这是3个不同位置方向的装配精度，因而需要在3个不同方向分别建立尺寸链。图13 组成环尺寸的不合理算法4.4 装配尺寸链的计算方法装配方法与装配尺寸链的解算方法密切相关。同一项装配精度，采用不同的装配方法时，其装配尺寸链的解算方法也不相同。装配尺寸链的计算可分为正计算和反计算两种。已知与装配精度有关的相关零部件的基本尺寸及其偏差，求解装配精度要求（封闭环）的基本尺寸及偏差的计算过程称为正计算，它用于对已设计的图样进行校核验算。当已知装配精度要求（封闭环）的基本尺寸及偏差，求解与该项装配精度有关的各零部件基本尺寸及偏差的计算过程称为反计算，它主要用于产品设计过程之中，以确定各零部件的尺寸和加工精度。