机械基础-4章机械零件的精度

电子工业出版社第4章机械零件的精度第4章机械零件的精度图4-1轴的零件图任何机械都必须有精度要求，否则，将不能满足其功能需要。机械零件的精度是保证整机精度的基础。如图4-1所示，代表什么含义？第4章机械零件的精度学习目标1.了解极限与配合的术语、定义和相关标准。2.了解几何公差的基本概念。3.理解几何公差及公差带。4.会选用常用量具并对零件进行测量。能力目标1.识读极限偏差、配合制、公差等级及配合种类的能力。2.使用常用测量工具的能力。第4章机械零件的精度4.1极限与配合4.2几何公差第4章机械零件的精度4.1极限与配合4.1.1极限与配合的基本概念1.孔和轴孔通常指工件的圆柱形内尺寸要素，轴通常指工件的圆柱形外尺寸要素。孔和轴的直径分别用D和d表示。两平行表面相对，其间没有材料形成包容状态，用于内表面，则它们中间由单一尺寸所确定的部分称为孔。如：D1、D2、D3是孔的尺寸。两平行表面相背，其外没有材料形成被包容状态，属于外表面，则它们中间由单一尺寸所确定的部分称为轴。如：d2、d3、d4是轴的尺寸。如果两部分表面同向，既不能形成包容状态，也不能形成被包容状态，既非内表面，亦非外表面，则它们中由单一尺寸所确定的部分即作为长度。如L1、L2、L3是长度尺寸。第4章机械零件的精度图4-2孔和轴第4章机械零件的精度2.尺寸（1）尺寸尺寸是以特定单位表示线性尺寸值的数值，图样上的尺寸都以mm为单位，在标注时可将单位省略。（2）公称尺寸公称尺寸是由图样规范确定的理想形状要素的尺寸。孔用D表示，轴用d表示。第4章机械零件的精度极限尺寸是尺寸要素允许的尺寸的两个极端，它以公称尺寸为基数来确定。尺寸要素允许的最大尺寸称为上极限尺寸，允许的最小尺寸称为下极限尺寸。孔和轴中的上极限尺寸和下极限尺寸分别用Dmax、dmax和Dmin、dmin表示，如图4-3所示。图4-3极限尺寸（3）极限尺寸第4章机械零件的精度3.尺寸偏差与公差（1）尺寸偏差某一尺寸减去其公称尺寸所得的代数差称为尺寸偏差（简称偏差）。偏差可能为正或负，也可为零。（2）极限偏差极限尺寸减去其公称尺寸所得的代数差，称为极限偏差。分为上极限偏差和下极限偏差。上极限偏差是上极限尺寸减去其公称尺寸所得到的代数差。孔的上极限偏差用ES表示，轴的上极限偏差用es表示。下极限偏差是下极限尺寸减去其公称尺寸所得到的代数差。孔的下极限偏差用表示EI，轴的下极限偏差用ei表示。极限偏差可用下列公式表示：DDESmaxddesmaxDDEIminddeimin第4章机械零件的精度表示公称尺寸为40mm，上极限偏差+0.048mm，下极限偏差+0.009mm，上极限尺寸φ40.048mm，下极限尺寸φ40.009mm。除零偏差外，前面必须标有正号或负号，并且公称尺寸的右上角标上极限偏差，右下角标下极限偏差。上极限偏差总是大于下极限偏差。[例1]的含义048.0009.040048.0009.040第4章机械零件的精度（3）公差允许尺寸的变动量称为公差。公差等于上极限尺寸减去下极限尺寸之差，或等于上极限偏差减去下极限偏差之差。孔的公差用Th表示，轴公差用Ts表示。公差、极限尺寸和极限偏差的关系如下：孔公差EIESDDThminmaxeiesddTsminmax轴公差需要注意的是：公差与偏差是有区别的，偏差是代数值，有正负号，也可能为零；而公差是绝对值，没有正负之分，计算时不能加正负号，且不能为零。第4章机械零件的精度（4）尺寸公差带由代表上极限偏差和下极限偏差或上极限尺寸和下极限尺寸的两条直线所限定的一个区域，称为尺寸公差带（简称公差带）。公差带由公差大小和其相对于零线位置的基本偏差来确定。用图表示的公差带称为公差带图，如图4-4所示。图4-4公差带图第4章机械零件的精度零线为确定极限偏差的一条基准线，是偏差的起始线，零线上方表示正偏差，零线下方表示负偏差。在画公差带图时，注上相应的符号“0”、“＋”和“－”，在零线下方画上带单箭头的尺寸线并标上公称尺寸值。上、下极限偏差之间的宽度表示公差带的大小，即公差值。公差带图中，尺寸单位为mm，偏差及公差的单位也可以用m表示，单位省略不写。（5）标准公差国家标准规定的公差数值表中所列的，用以确定公差带大小的任一公差称为标准公差。第4章机械零件的精度（6）基本偏差基本偏差是指用以确定公差带相对于零线位置的上偏差或下偏差，一般是指靠近零线的那个偏差。基本偏差用拉丁字母表示。大写字母代表孔，小写字母代表轴。当公差带在零线上方时，基本偏差为下偏差；当公差带在零线下方时，基本偏差为上偏差。根据实际需要，国家标准分别对孔和轴各规定了28个不同的基本偏差（如图4-5）。第4章机械零件的精度图4-5基本偏差系列示意图第4章机械零件的精度４.配合（1）配合配合是指公称尺寸相同的，相互结合的孔和轴公差带之间的关系。（2）间隙或过盈在轴与孔的配合中，孔的尺寸减去轴的尺寸所得的代数差，当差值为正时称为间隙，用X表示，当差值为负时称为过盈，用Y表示。标准规定：配合分为间隙配合、过盈配合和过渡配合。具有间隙（包括最小间隙等于零）的配合称为间隙配合。在间隙配合中，孔的公差带在轴的公差带之上，如图4-5所示。图4-5间隙配合第4章机械零件的精度由于孔和轴都有公差，所以实际间隙的大小随着孔和轴的实际要素而变化。当孔为上极限尺寸而轴为下极限尺寸时，装配后得到最大间隙，当孔为下极限尺寸而轴为上极限尺寸时，装配后得到最小间隙。最大间隙用表示，最小间隙用表示。最大间隙最小间隙eiESdDXminmaxmaxesEIdDXmaxminmin具有过盈（包括最小过盈等于零）的配合称为过盈配合。在过盈配合中，孔的公差带在轴的公差带之下，如图4-6所示。第4章机械零件的精度图4-6过盈配合当孔为下极限尺寸而轴为上极限尺寸时，装配后得到最大过盈；当孔为上极限尺寸而轴为下极限尺寸时，装配后得到最小过盈。最大过盈用表示，最小过盈用表示。maxYminY最大过盈最小过盈esEIdDYmaxminmaxeiESdDYminmaxmin第4章机械零件的精度过渡配合是可能具有间隙或过盈的配合，此时孔的公差带与轴的公差带相互交叠，它是介于间隙配合与过盈配合之间的一种配合。如图4-7所示。图4-7过渡配合第4章机械零件的精度当孔为上极限尺寸而轴的上极限尺寸时，装配后得到最大间隙，当孔为下极限尺寸而轴为上极限尺寸时，装配后得到最大过盈。最大间隙用表示，最大过盈用表示。maxXmaxY最大间隙最大过盈eiESdDXminmaxmaxesEIdDYmaxminmax（3）配合公差允许间隙或过盈的变动量称为配合公差。它表明配合松紧程度的变化范围。配合公差用表示，是一个没有正负号的绝对值。对间隙配合对过盈配合对过渡配合minmaxXXTfminmaxYYTfmaxmaxYXTf第4章机械零件的精度在上式中，把最大、最小间隙和过盈分别用孔、轴的极限尺寸或极限偏差带入，可得到三种配合的配合公差都为shfTTT[例2]公称尺寸,孔的极限尺寸,轴的极限，，求孔、轴的极限偏差、公差、并画出公差带图mmD50mmD025.50maxmmD50minmmd950.49maxmmd934.49min解：孔的极限偏差：mmDDES025.050025.50max05050minDDEI第4章机械零件的精度轴的极限偏差：mmddes050.050950.49maxmmddei066.050934.49min孔的公差：mmTD025.050025.50DDminmaxmmTd016.0934.49950.49ddminmax轴的公差：第4章机械零件的精度公差带图如图4-8所示图4-8公差带图第4章机械零件的精度4.1.2极限与配合国家标准1.极限制（1）标准公差系列为实现互换性和满足各种使用要求，公差值必需标准化，标准公差就是国标规定的，用以确定公差带大小的任一公差值。确定尺寸精确程度的等级称为公差等级。极限与配合在公称尺寸至500mm内规定了IT0l、IT0、IT1、……、IT18共20个标准公差等级，公称尺寸大于500mm—3150mm内规定了IT1—IT18共18个标准公差等级。标准公差数值见表4-1。第4章机械零件的精度表4-1标准公差数值（摘自GB/T1800.2-2009）第4章机械零件的精度2.配合制国家标准规定了两种配合制：基孔制和基轴制。（1）基孔制基孔制是指基本偏差为一定的孔的公差带，与不同的基本偏差的轴的公差带所形成的各种配合的一种制度。如图4-9（a）所示。基孔制中的孔称为基准孔，用H表示。基准孔的基本偏差为下极限偏差EI，且数值为零，即EI=0。上极限偏差为正值，其公差带偏置在零线上侧。基孔制配合中由于轴的基本偏差不同，使它们的公差带和基准孔公差带形成以下不同的配合情况。H/a～h——间隙配合H/js～m——过渡配合H/n、p——过渡或过盈配合H/r～zc——过盈配合第4章机械零件的精度（2）基轴制基轴制是指基本偏差为一定的轴的公差带，与不同基本偏差的孔的公差带形成的各种配合的一种制度。如图4-9（b）所示。图4-9基准制第4章机械零件的精度基轴制中的轴称为基准轴，用h表示，基准轴的基本偏差为上极限偏差es，且数值为零，即es=0。上极限偏差为负值，其公差带偏置在零线的下侧。基轴制配合中由于孔的基本偏差不同，形成以下的配合。A～H/h——间隙配合JS～M/h——过渡配合N、P/h——过渡或过盈配合R～ZC/h——过盈配合不难发现，由于基本偏差的对称性，配合H7/m6和M7/h6，H8/f7和F8/h7具有相同的极限盈、隙指标。基准制可以转换，亦称为同名配合。第4章机械零件的精度3.常用和优先的公差带与配合国标规定了一般、常用和优先轴用公差带共116种，如图4-10所示。图中方框内的59种为常用公差带，圆圈内的13种为优先公差带。图4-10一般、常用和优先的轴公差第4章机械零件的精度国标规定了一般、常用和优先孔用公差带共105种，如图4-11所示。图中方框内的44种为常用公差，圆圈内的13种为优先公差带。图4-11一般、常用和优先的孔公差带第4章机械零件的精度选用公差带时，应按优先、常用、一般、任意公差带的顺序选用，应尽量选用优先和常用公差带。对于配合，国标规定基孔制常用配合59种，优先配合13种（表4-2），基轴制常用配合47种，优先配合13种（表4-3）。第4章机械零件的精度注：标注◤的配合为优先配合表4-2基孔制优先、常用配合（GB/T1801—2009）第4章机械零件的精度表4-3基轴制优先、常用配合（GB/T1801—2009）注：①，在公称尺寸小于或等于3mm和在公称尺寸小于或等于100mm时，为过渡配合；②标注◤的配合为优先配合。第4章机械零件的精度4.1.3配合制、公差等级及配合种类的选用1.基准制的选择基孔制和基轴制是公差与配合国家标准中确定的两种基准制度。可采用其中任意—种，为国家标准中规定的基本偏差，可在一定条件下，保证同名配合并使其性质相同。基准制的选择应根据配合件结构的合理性，主要应从零件的结构、工业、经济等方面来综合考虑。（1）优先选用基孔制由于选择基孔制配合的零、部件生产成本低，经济效益好，因而该配合被广泛使用。由于同等精度的内孔加工比外圆加工困难、成本高，往往采用按基准孔设计与加工的钻头、扩孔钻、铰刀、拉刀等定尺寸刀具，以减低加工难度和生产成本。而加工轴则不同，一把刀具可加工不同尺寸的轴。所以从经济方面考虑优先选用基孔制。第4章机械零件的精度（2）特殊场合选用基轴制配合在有些情况下，采用基轴制配合更为合理。①直接采用冷拉棒料做轴。其表面不需要再进行切削加工，同样可以获得明显的经济效益，在农业、建筑、纺织机械中常应用。②有些零件由于结构上的需要，采用基轴制更合理。柴油机的活塞销同时与连杆孔和支承孔相配合，连