机械制造技术基础2-3机械零件的公差与配合

第三节机械零件的公差与配合一、公差与配合的基本概念公差加工误差一、公差与配合的基本概念1.有关“尺寸”的术语和意义（1）尺寸尺寸是用特定单位表示长度的数字。1.有关“尺寸”的术语和意义（2）基本尺寸基本尺寸是由设计者经过计算或按经验确定后，再按标准选取的标注在设计图上的尺寸。1.有关“尺寸”的术语和意义（3）实际尺寸实际尺寸是通过测量所得的尺寸。1.有关“尺寸”的术语和意义（4）极限尺寸极限尺寸是允许尺寸变化的两个界限值。其中：较大的一个称为最大极限尺寸较小的一个称为最小极限尺寸（4）极限尺寸图2-8公差与配合示意图图2-9公差带图2.有关“公差、偏差及误差”的术语和定义（1）尺寸偏差尺寸偏差=某一尺寸-基本尺寸偏差包括：实际偏差=实际尺寸-基本尺寸极限偏差极限偏差上偏差=最大极限尺寸—基本尺寸ES（孔）、es（轴）下偏差=最小极限尺寸—基本尺寸EI（孔）、ei（轴）2.有关“公差、偏差及误差”的术语和定义（2）尺寸公差（公差）尺寸公差是指尺寸允许的变动量。尺寸公差=最大极限尺寸—最小极限尺寸=上偏差—下偏差2.有关“公差、偏差及误差”的术语和定义（3）零线零线是在公差带图中，确定偏差的一条基准直线，也叫零偏差线。2.有关“公差、偏差及误差”的术语和定义（4）公差带上偏差下偏差零线基本尺寸下偏差上偏差2.有关“公差、偏差及误差”的术语和定义（4）公差带在公差带图中，由代表上、下偏差两条直线所限定的一个区域称为公差带。在国家标准中，公差带包括：公差带大小由标准公差确定公差带位置由基本偏差确定2.有关“公差、偏差及误差”的术语和定义（5）标准公差标准公差就是国家标准所确定的公差。2.有关“公差、偏差及误差”的术语和定义（6）基本偏差基本偏差就是用来确定公差带相对于零线位置的上偏差或下偏差，一般指靠近零线的那个偏差。2.有关“公差、偏差及误差”的术语和定义（7）误差误差是指零件的设计值X0与加工后的实测值Xi之差，用△Xi表示。即△Xi=Xi—X0式中，i=1、2、3、…、n，为测量次数。误差△Xi恒不为零！3.有关“配合”的术语和定义（1）配合配合就是基本尺寸相同的、相互结合的孔与轴公差带之间的相配关系。基孔制基轴制基孔制基孔制是基本偏差固定不变的孔公差带，与不同基本偏差的轴公差带形成各种配合的一种制度。基孔制的孔为基准孔，它的下偏差为零。基准孔的代号为“H”。ESEI=00基本尺寸H图2-11基孔制配合与基轴制配合基轴制基轴制是基本偏差固定不变的轴公差带，与不同基本偏差的孔公差带形成各种配合的一种制度。基轴制的轴为基准轴，它的上偏差为零。基准轴的代号为“h”。es=0ei0基本尺寸h图2-11基孔制配合与基轴制配合(2)配合类型间隙配合过渡配合过盈配合(2)配合类型间隙配合：当孔的公差带在轴的公差带之上，形成具有间隙的配合（包括最小间隙等于零的配合）。图2-11基孔制配合与基轴制配合(2)配合类型过盈配合：当孔的公差带在轴的公差带之下，形成具有过盈的配合（包括最小过盈等于零的配合）。图2-11基孔制配合与基轴制配合(2)配合类型过渡配合：当孔与轴的公差带相互交迭，既可能形成间隙配合，也可能形成过盈配合。图2-11基孔制配合与基轴制配合(3)配合公差允许间隙或过盈的变动量称为配合公差。间隙配合：配合公差=最大间隙—最小间隙过盈配合：配合公差=最大过盈—最小过盈过渡配合：配合公差=最大间隙+最大过盈(3)配合公差配合公差=轴公差+孔公差二、标准公差系列与基本偏差系列1.标准公差系列P28表2-71.标准公差系列（1）公差单位（公差因子,单位μm）当尺寸≤500mm时，（mm）D001.0D45.03i反映加工误差反映测量误差1.标准公差系列（2）公差等级标准公差共分20级:IT01、IT0、IT1、IT2、…到IT18。IT—国际标准公差（ISOTolerance）的缩写代号IT7表示标准公差7级。从IT01至IT18，公差等级依次降低，相应的标准公差数值依次增大。1.标准公差系列（2）公差等级公差等级系数a（见表2-6）标准公差的值T=ai表2-6尺寸≤500mm的IT5至IT18级标准公差计算表公差等级IT5IT6IT7IT8IT9IT10IT11IT12公差值7i10i16i25i40i64i100i160i1.标准公差系列（3）基本尺寸分段D001.0D45.03i标准公差的值T=ai1.标准公差系列（3）基本尺寸分段例：基本尺寸φ45mm（在＞30mm～50mm尺寸段）的IT6与IT7的公差值。计算基本尺寸（mm）73.385030D1.标准公差系列例：基本尺寸φ45mm（在＞30mm～50mm尺寸段）的IT6与IT7的公差值。公差单位(mm）IT6=10i=10×1.56≈16(mm)IT7=16i=16×1.56≈24.97≈25(mm)56.173.38001.073.3845.03i2.基本偏差系列图2-15基本偏差系列2.基本偏差系列（1）轴的基本偏差请看P32表2-92.基本偏差系列（1）轴的基本偏差有了基本偏差和标准公差，就不难求出轴的另一个偏差（上偏差或下偏差）：es=ei+ITei=es–IT2.基本偏差系列（1）轴的基本偏差1）a、b、c三种用于大间隙或热动配合；2）d、e、f主要用于旋转运动；3）g主要用于滑动和半液体摩擦，或用于定位配合；4）cd、ef、fg适用于小尺寸的旋转运动件；5）j~h主要用于过渡配合，对中性好；6）p~zc主要用于过盈配合，保证轴和孔有足够的连接强度。2.基本偏差系列（2）孔的基本偏差请看P34表2-102.基本偏差系列（2）孔的基本偏差当基本尺寸≤500mm时，孔的基本偏差是从轴的基本偏差换算得来的。孔与轴基本偏差换算的前提是：“基本偏差代号相当时，应保持配合相同”。换算规则：1）通用规则a）全部间隙配合A~H；b）标准公差IT8的K、M、N；c）标准公差IT7的P~ZC；孔的基本偏差与轴的基本偏差数值相等，但符号相反。但有个别例外，对公差等级IT8，基本尺寸3mm的N，其基本偏差ES=0。换算规则：2）特殊规则a）标准公差≤IT8的K、M、N；b）标准公差≤IT7的P~ZC；孔的基本偏差要在上述基础上增加一个Δ值。三、公差与配合的基准制与公差等级1.国家标准规定的公差与配合图2-17尺寸≤500mm轴的（方框内的）一般常用和（圆圈内的）优先公差图2-18尺寸≤500mm孔的（方框内的）一般常用和（圆圈内的）优先公差图2-19基孔制优先配合公差带图2-20基轴制优先配合公差带三、公差与配合的基准制与公差等级2.基准制的选用一般情况下，应优先选用基孔制。三、公差与配合的基准制与公差等级3.公差与配合的选用选择公差与配合的主要内容有：1）确定基准制；2）确定公差等级；3）确定配合种类。选择公差与配合的原则是在保证机械产品基本性能的前提下，充分考虑制造的可行性，并应使制造成本最低。三、公差与配合的基准制与公差等级4.公差等级的选用选用的原则如下：(1)对于基本尺寸≤500mm的轴孔配合，当标准公差≤IT8时，国家标准推荐孔比轴低一级相配合；但当标准公差＞IT8级或基本尺寸＞500mm的配合，推荐采用同级孔、轴配合。(2)选择公差等级，既要满足设计要求，又要考虑加工的可能性与经济性。4.公差等级的选用1）IT01、IT0、IT1级公差一般用于高精度量块和其它精密标准量块的尺寸。2）IT2~IT5级公差用于特别精密的零件尺寸。3）IT5（孔到IT6）级公差用于高精度和重要表面的配合尺寸；4）IT6（孔到IT7）级公差用于零件较精密的配合尺寸；5）IT7~IT8级用于一般精度要求的配合尺寸；6）IT9~IT10级常用于一般要求的配合尺寸，或精度要求较高的与键配合的槽宽尺寸。7）IT11~IT12级公差用于不重要的配合尺寸。8）IT12~IT18级公差用于未注公差的尺寸。三、公差与配合的基准制与公差等级5.配合的选用应尽可能选用优先配合和常用配合。四、形状公差与位置公差（一）形状公差和形状误差1.形状公差构成机械零件形状的几何要素所允许的变动量称为形状公差。四、形状公差与位置公差（一）形状公差和形状误差2.形状误差：形状误差是指被测实际要素对理想要素的变动量。四、形状公差与位置公差形状误差的评定原则最小条件：是指被测实际要素对其理想要素的最大变动量为最小。例：四、形状公差与位置公差（二）形状公差的项目（二）形状公差的项目1.直线度公差实际被测要素对理想直线的允许变动量。1.直线度公差1）在给定平面内的直线度公差带图2-21给定平面内的直线度公差带1.直线度公差2）在给定一个方向上的直线度公差带图2-22给定一个方向上的直线度公差带1.直线度公差3）在给定相互垂直的两个方向上的直线度公差带图2-23给定两个方向上的直线度公差带2.平面度公差平面度公差是实际被测要素对理想平面的允许变动量，其公差带是距离为公差值t的两平行平面之间的区域。图2-24平面度公差带3.圆度公差实际被测要素对理想圆的允许变动量，其公差带是垂直于轴线的任一截面上半径差为公差值t的两个同心圆间的区域。图2-25圆度公差带4.圆柱度公差实际被测要素对理想圆柱的允许变动量，其公差带是半径差为公差值t的两同轴圆柱面之间的区域。图2-26圆柱度公差带5.线轮廓度公差实际被测要素对理想轮廓线的允许变动量，其公差带是距离为公差值t，对理想轮廓线对称分布的两等距曲线之间的区域。图2-27线轮廓度公差带6.面轮廓度公差实际被测要素对理想轮廓面的允许变动量，其公差带是距离为公差值t，对理想轮廓面对称分布的两等距曲面之间的区域，理想轮廓面由理论正确尺寸标出。图2-28面轮廓度公差带四、形状公差与位置公差（三）位置公差和位置误差几何要素→关联要素→基准要素→基准四、形状公差与位置公差（三）位置公差和位置误差位置公差是关联实际要素的位置对基准的变动全量。位置公差带是限制关联实际要素变动的区域，被测实际要素要在此区域内才合格。四、形状公差与位置公差（三）位置公差和位置误差位置公差包括：定位位置公差定向位置公差跳动位置公差1.定向位置公差—平行度被测实际要素相对于基准要素的方向成0º的要求。图2-29以平面为基准的平行度公差带1.定向位置公差—垂直度被测实际要素相对于基准要素的方向成90º的要求。图2-30以轴线为基准的垂直度公差带1.定向位置公差—倾斜度被测实际要素相对于基准要素的方向成一定角度的要求。图2-31倾斜度公差带2.定位位置公差—同轴度要求被测实际要素与基准要素同轴。图2-32同轴度公差带2.定位位置公差—对称度要求被测实际要素与基准要素共面。图2-33对称度公差带2.定位位置公差—位置度要求被测实际要素与基准要素有一定的位置关系。图2-34孔轴线的位置度公差带3.跳动位置公差圆跳动全跳动3.跳动位置公差—圆跳动单个被测实际要素在任一截面上相对于基准要素的允许跳动量。根据允许变动的方向的不同，圆跳动可分为：径向圆跳动端面圆跳动斜向圆跳动径向圆跳动径向圆跳动用于控制圆柱表面任一横截面上的跳动量。图2-35径向圆跳动公差带端面圆跳动端面圆跳动用于控制端面任一测量直径处，在轴向方向的跳动量。图2-36端面圆跳动公差带斜面圆跳动斜面圆跳动用于控制圆锥面在法线方向的跳动量。3.跳动位置公差—全跳动整个被测实际要素相对于基准要素的允许跳动总量。根据允许变动的方向的不同，全跳动可分为：径向全跳动端面全跳动斜向全跳动径向全跳动径向全跳动用于控制整个圆柱表面上的跳动总量。图2-37径向全跳动公差带端面全跳动端面圆跳动用于控制整个端面在轴向方向的跳动总量。图2-38端面全跳动公差带四、形状公差与位置公差（四）形位公差的选用（四）形位公差的选用(1)形状公差应比尺寸公差小：例如：圆柱形零件的形状公差（轴线直线度除外），一般情况下应小于其尺寸公差值，平行度公差值应小于相应的距离尺寸公差值。圆度、圆柱度公差值约为同级的尺寸公差值的50%，故一般可按同级选取。比如，尺寸公差为IT6，则圆度、圆柱度公差也选6级。但