钢结构件的装配原理及方法

出处：按学科分类—工业技术 江苏科学技术出版社《铆工实用技术手册》第598页（3443字）

1．钢结构件的装配原理

(1)装配的基本条件

结构件的装配，不论采用什么方法，都应具有三个要素：支承、定位和夹紧。

①支承。在装配工件中支持工作物，以确定结构件在空间的位置。通常可以用平台、平整的水泥基础或专门制造的装配用工装(胎具)，来实现对结构件或零部件的支承。

②定位。在装配工作中约束零件的自由度，把零件控制在一个确定的位置上。通常可以用挡块、定位销等定位元件或专用工装，来实现对零件的定位。

③夹紧。零件定位后还不能固定其位置，为此必须进行夹紧。夹紧就是通过外力促使零件获得正确定位的一种方式。装配中使用的各种夹具可以完成在不同情况下对零件的夹紧。

(2)定位原理

任何空间的刚体对于3个互相垂直的坐标来说，都有6个自由度，即沿3个互相垂直的轴向移动和绕这3个轴的转动，通常把这种运动的可能性称为自由度。要使工件在装配时保持固定不变的确定位置，实现准确的定位，就应当限制工件的6个自由度。通常使用定位元件实现零件的定位。为了限制工件的1个自由度，就需要定位元件上的1个点与工件相接触。以定位原件的6点限制工件6个自由度的方法，一般称为“6点定位规则”。

图9－7为矩形零件定位的原理。在xoz平面上的3个点，限制了零件的3个自由度，零件不能绕ox、oz轴转动和沿oy轴移动，在zoy平面上的两个点，限制了零件的两个自由度，零件不能沿ox轴移动和绕oy轴转动。在yox平面上的1个点限制了工件沿oz方向移动的最后1个自由度。

图9－7 矩形零件的定位

必须说明，上述6点定位规则是对单个零件来说的，由于钢结构产品是由许多零件装配而成的，所以定位元件的定位点就不能受6点限制。当若干个零件组合在一起的时候，零件A的某一个面可以作为零件B的定位基准面，零件B的某一个面又可以作为零件C的定位基准面。这是装配钢结构产品时零件定位的必然规律。6点定位规则在装配钢结构产品时的应用，要根据实际情况灵活掌握。

2．钢结构件的装配方法

(1)钢结构的装配特点

钢结构产品的装配有以下一些特点。

①由于钢结构产品的零件精度低，互换性差，所以装配时多数零件需选配或修整。

②钢结构产品的连接大多数采用焊接等不可拆连接，所以返修困难，易导致零件的报废，对装配程序应有严格的要求。

③装配过程中常伴有大量的焊接工作，应根据焊接应力和变形的规律，在装配时适当采取措施，以防止或减少焊接应力与变形，减少焊后的矫正工作量。

④钢结构产品一般体积较大，刚性较差，易变形，为便于吊运，装配时应对刚性差的部位采取加固措施。

⑤某些特别庞大的钢结构，需分成若干部分出厂至安装工地总装。为了保证总装进度和质量，应在制造厂内进行试装，必要时应将结构中部分部位的不可拆连接改为临时的可拆连接。

⑥钢结构的生产大部分为小批量或单件，但可根据生产批量的大小，产品结构的相似情况，以及产品本身零部件的批量大小等特点，配备适当专用或通用的工夹具装置，采用机械化、自动化的装配技术，以提高装配质量和生产效率。

(2)装配基准的选择

钢结构在装配时，工件和装配平台或装配胎具相接触的面称为装配基准面。一般情况下，装配基准面按下列原则选择。

①当钢结构的外形有平面和非平面时，应以平面作为装配基准面，如图9－8所示。

图9－8 组装基准面的选择

(a)正装；(b)倒装；(c)反装

②在工件上有若干个平面的情况下，应选择尺寸较大的平面作为装配基准面。

③根据钢结构的用途，选择最重要的工作面作为装配基准面。例如钢结构上某些技术要求较高的面需要机械加工，一般就以该加工面为装配基准面。

④选择的装配基准面，应使装配过程中能够容易对零件施行定位和夹紧。

(3)部件装配法

1)部件装配法对复杂结构件的必要性

任何一个复杂的、大型的钢结构产品都是由一系列零件和部件组成的。零件是组成钢结构的基本元件，是钢材通过下料、矫正成形或机械加工等工序制造出来的。部件是由若干个零件组合起来的能独立存在的构件，它是按照结构内在的规律来划分的，在总体上一般都具有一定的完整性和独立性。

简单的钢结构可以一次装配完成，然而对于复杂的钢结构，采用一次装配法往往存在许多困难，难以保证装配质量。因此，通常都将较大的钢结构按照一定的方法划分成若干部分，将各个部分分别装配焊接完成后，再进行总装配。这种“部件装配法”在复杂结构的制造中显示出许多优越之处，因此，复杂结构件的装配往往采用部件装配法。

2)部件装配法的优点

①把集中作业改为分散作业，使总装配的工序和时间减少，缩短了生产周期，提高了装配效率。

②由于部件体积较小，便于翻转，所以焊接时可将很多的立焊、仰焊变成为平焊，扩大了自动焊、机械化焊接的应用范围，减少了高空作业的工作量，提高了焊接效率。

③部件的体积小，重量轻，焊接变形小，焊后的矫正工作简单，工作量小。

④进行部件装配，既便于零件准确定位，又便于采取反变形等减少焊接变形的措施，还能使一些焊缝在自由收缩状态下进行焊接，减少了钢结构内部的焊接残余应力，有利于提高钢结构的质量。

⑤采用部件装配，把复杂的工作分散进行，有利于实现装配工作的机械化、流水线化。

3)划分部件的原则

①要尽量使划分成的部件具有一个比较规则的、完整的轮廓形状。

②部件与部件相连接处不宜太复杂，以便于总装配时进行操作和尺寸校验。

③部件装配之后，能有效地保证总装配的质量，使制成的总体结构符合设计要求。

3．钢结构的装配工装

装配所用工艺装备的基本类型大致可分为两类；一类是用于夹紧的装配夹具；一类是复杂件的装配胎具。与装配工装相适应的装配方法也分为两种：一种为自由装配法，即不用装配工装或仅用装配夹具进行装配；另一种为胎具装配法，即利用装配胎具或同时利用装配夹具进行的装配。两种装配方法的特点和适用范围见表9－17。

表9－17 不同装配方法的比较