基于聯接約束的裝配定位判別方法

徐盛學,曹玉華

（廣東白云學院，廣州 510450）

0 引言

裝配圖是表示各組成零件的相互位置和聯接、裝配關系的圖樣。在對已有機器進行測繪或整理新設計機器技術文件時，多需要根據已有零件圖“拼畫”裝配圖。大多《機械制圖》教材結合典型裝配實例，介紹了繪制裝配圖的步驟和方法。當確定了視圖表達方案后，清楚表達每條裝配線上零件的裝配關系是繪制裝配圖的關鍵一步。劉朝儒[1]歸納出裝配圖的繪圖步驟和方法為：先主后次，先內后外，先定位后畫結構形狀，先畫主體機構形狀輪廓后畫細節，畫每一條裝配線時原則上按裝配次序畫。

李春玲[2]和徐亞娥[3]分別介紹了使用二維CAD軟件繪制裝配圖的方法與技巧：首先繪出各零件的零件圖，然后把零件看作是一個個功能圖塊，以圖塊的形式插入到裝配圖中，拼裝在一起構成裝配圖。

但在教學實踐中，繪制裝配圖的方法，不易被學生理

解和接受，繪制裝配圖時，學生往往忽視裝配工藝次序，直接把零件圖堆砌在裝配圖上，圖樣不能正確表達零件間的裝配關系。實際上，機械裝配的核心是確定零件在機器中的位置或運動。繪制裝配圖的關鍵是讓零件視圖在裝配圖中準確定位，然后把零件視圖看作功能圖塊繪制或插入在裝配圖中，進而正確表達裝配關系。學生把繪制裝配圖看作是零件圖的簡單堆砌，問題出在忽視裝配次序，沒有找到零件在裝配體上的定位位置。

零件裝配的過程實際上就是使被裝配零件逐步滿足約束而在裝配體中定位的過程[4]，零件之間的約束是通過幾何元素的不同聯接方式來實現的。本文提出基于聯接約束的裝配定位判別方法，指導學生在繪制裝配圖時，分析零件間聯接面的約束方式，使零件在裝配體中實現定位，找到零件視圖（圖塊）在裝配體視圖內的定位點，再以此點為基準，把零件視圖繪制（插入）在裝配體的視圖中，即劉朝儒[1]所說的先定位后畫結構形狀。

1 典型聯接約束方式

裝配體中各零部件通過點、線和面與其他零部件相互聯接，這種聯接稱為裝配副，構成裝配副的聯接點、線和面稱為裝配副元素[5]。由于零件之間大多都是通過面來聯接的，裝配關系通過分解，可以得到若干對面的聯接約束[6]。本文列舉常見的面面聯接的4種約束方式。

1.1 配合

相同尺寸的孔與軸公差帶的關系，即包容面與被包容面的聯接，如圖1、圖2所示。圖1孔與軸的配合約束，體現為孔與軸同軸線，是徑向定位；圖2鍵與鍵槽的配合約束，體現為鍵與鍵槽的面對稱。

圖1 孔與軸的配合

圖2 鍵與鍵槽的配合

這里列舉的幾種常用的約束方式，直接體現為裝配副聯結面的相互關系，在分析裝配定位時，要把具體的零件表面轉化為中心線、基準面、基點等幾何要素，比如圖1中，孔與軸是圓柱面的關系，但配合約束體現為孔與軸同軸線，是徑向定位。

1.2 貼合

2個平面之間的聯接，表現為兩平面之間的接觸、對齊、平行等約束[7]。圖1中孔端面與軸肩貼合，也是軸向定位；圖2中鍵與鍵槽底面的貼合。

當2個零件的孔與軸配合約束之后，再受到端面與臺肩貼合約束，這時兩零件既實現了徑向定位，又實現了軸向定位，被裝配零件在裝配體中實現裝配定位。2個約束方式裝配副元素相交于A，稱為定位基點，如圖3所示。

在投影視圖的二維圖樣平面內，基點就是繪制或插入被裝配零件視圖的定位點。繪制裝配圖時，在一條裝配線上，以基點為定位參考，把零件視圖繪制在裝配圖的準確位置上，從而正確表達零件間裝配關系。

1.3 旋合

兩螺紋面的聯接，如圖4所示。

旋合約束，體現為螺紋軸與螺紋孔同軸線，也是徑向定位。裝配中，若增添螺紋旋合長度限制、或者與被裝配零件貼合約束后，就實現了軸向定位，如圖5所示。

圖4 螺紋旋合

1.4 嚙合

滿足齒廓嚙合定律的共軛齒面之間的聯接，如圖6所示。2個齒輪建立嚙合關系后，它們的軸間距就有尺寸約束，廣義上講，也是2個零件的徑向定位，若再附加對中或端面對齊，就是軸向定位了。

2 教學實例——齒輪油泵裝配圖的繪制

以圖7所示的齒輪油泵裝配圖為例，介紹基于聯接約束的裝配定位判別方法在繪制裝配圖中的應用。著重分析聯接約束方式的組合，尋找定位基點，使被裝配零件以基點定位，進而在裝配圖準確位置上繪制或插入零件視圖。

1)確定表達方案，選取適當比例，安排各視圖的位置，選定圖幅，繪圖框、標題欄和明細欄。

2)畫出主動齒輪6，其軸線是裝配線1。主動齒輪6與泵座9配合約束φ16H7/h6，實現徑向定位；其右端面與泵座9左側面貼合約束，實現軸向定位，2個約束的交點在A點，以A點為基點繪制泵座視圖。

圖5 螺柱聯接

圖6 齒輪嚙合

圖7 齒輪油泵裝配圖

泵座9與壓緊螺塞11是螺紋聯接，旋合約束而徑向定位；若設定旋合長度實現軸向定位，約束的交點在B點，以B點為基點繪制壓緊螺塞視圖。在空隙處填毛氈填料以密封。

同樣地，主動齒輪6與從動齒輪4的嚙合約束，決定了裝配線2與裝配線1的間距為29，兩齒輪端面貼合/平齊而軸向定位，約束交點在C點。

從動齒輪4與傳動軸5配合約束φ14H7/g6，并且軸端貼合/對齊，約束交點也在C點；從動軸5與泵座9有配合與貼合2個約束，D點是定位基點。

使被裝配零件以基點定位，進而在裝配圖準確位置上繪制或插入零件視圖。

3 結語

機械裝配過程，就是被裝配零件逐步滿足約束而在裝配體中定位的過程，零件之間的約束是通過裝配副幾何元素的不同聯接來實現的。本文提出了基于聯接約束的裝配定位判別方法，指導學生在繪制裝配圖時，分析零件間聯接面的約束方式，快速找到繪制或插入零件視圖的定位基點，從而把零件視圖繪制在裝配圖的準確位置上。

基于聯接約束的裝配定位判別方法，引導學生遵循裝配工藝次序，主動分析裝配關系，把繪圖過程與機械裝配過程相統一，有效避免堆砌零件視圖的錯誤畫法，保證裝配圖樣正確表達零件間裝配關系。