精密机械设计基础-15零件的精度设计与互换性1

第十五章零件的精度设计与互换性第一节概论一、几何量公差与互换性1、零件的加工误差（1）尺寸误差加工后零件的实际尺寸与理想尺寸之差。（2）形状位置误差零件的实际形状（一般指点、线、面）与理想形状、位置的差别。它包括以下三种情况：表面粗糙度微观几何形状误差表面波度中间几何形状误差宏观几何形状误差第十五章零件的几何精度第一节概论一、几何量公差与互换性1、零件的加工误差（2）不完全互换性分组装配法修配法第一节概论一、几何量公差与互换性1、零件的加工误差2、公差3、互换性二、互换性的种类和标准化1、互换性的种类（1）完全互换性第十五章零件的几何精度国家标准GB321—1980《优先数和优先数系》规定：优先数系项值中含有10的整数幂的理论等比数列导出的一组近似等比数列。各数列分别用R5、R10、R20、R40和R80表示第十五章零件的几何精度第二节尺寸精度设计一、配合的基本术语与定义1、孔与轴由单一尺寸确定的圆柱形内表面，也包括其它非圆柱形内表面，叫做孔。由单一尺寸确定的圆柱形外表面，也包括其它非圆柱形外表面，叫做轴。dD和dD和第十五章零件的几何精度第二节尺寸精度设计一、配合的基本术语与定义1、孔与轴2、尺寸尺寸是指两点之间的线性距离，它由数字和长度单位组成。根据使用要求，通过强度、刚度计算和结构等方面考虑，所设计确定的尺寸叫做基本尺寸。通过测量获得的某一孔、轴的尺寸，叫做实际尺寸。一个孔或轴允许的尺寸的两个极端称为极限尺寸。第十五章零件的几何精度第二节尺寸精度设计一、配合的基本术语与定义1、孔与轴2、尺寸3、尺寸偏差和公差某一尺寸减其基本尺寸所得的代数差，叫做尺寸偏差，简称偏差。最大极限尺寸减去基本尺寸得到最大极限偏差，简称上偏差。最小极限尺寸减去基本尺寸得到最小极限偏差，简称下偏差。最大极限尺寸减去最小极限尺寸或上偏差减去下偏差，即允许尺寸的变动量，叫做尺寸公差，简称公差。公差是一个不为零的正数。用极限尺寸表示孔、轴配合用偏差表示孔、轴配合用公差带图表达孔、轴配合用公差带表示孔、轴配合1.以基本尺寸作为零线2.零线上方代表正偏差、下方代表负偏差3.根据孔的上、下偏差画出孔的公差带4.根据轴的上、下偏差画出轴的公差带1.公差带图第十五章零件的几何精度第二节尺寸精度设计一、配合的基本术语与定义二、标准公差、基本偏差系列及其应用标准公差等级为20级标准公差数值按基本尺寸分段给出标准公差等级为7级(IT7)基本尺寸在大于30mm至50mm范围内的标准公差数值为0.025mm轴的基本偏差代号由小写字母a~zc分别代表28种轴的基本偏差轴的基本偏差由a到cz其数值由负变正基准轴的代号为h,基本偏差为上偏差且数值为0轴的基本偏差孔的基本偏差代号由大写字母A~ZC分别代表28种孔的基本偏差孔的基本偏差由A~ZC其数值由正变负基准孔的代号为H,基本偏差为下偏差且数值为0孔的基本偏差基本尺寸为50mm,基本偏差为f，公差等级为6级，轴的公差带标注基本尺寸为50mm,基本偏差为H，公差等级为7级，孔的公差带标注基本尺寸为50mm孔和轴相互配合,孔的基本偏差为H，公差等级为7级，轴的基本偏差为f，公差等级为6级基准孔与各种基本偏差的轴相互配合——基孔制孔的公差带在轴的公差带的上方形成间隙配合孔的公差带在轴的公差带的下方形成过盈配合孔的公差带在轴的公差带相交形成过渡配合基准轴与各种基本偏差的孔相互配合——基轴制孔的公差带在轴的公差带之上，形成间隙配合孔的公差带在轴的公差带之下，形成过盈配合孔的公差带在轴的公差带相交形成过渡配合-25基本尺寸在40～50mm范围内，基本偏差代号为f的轴的基本偏差为上偏差，所有公差等级的基本偏差数值均为负0.025mm基本偏差代号为js,所有公差等级和基本尺寸，其基本偏差为上偏差或下偏差，数值均为2ITn基本偏差为j的轴的公差等级只有4个级别基本偏差为k的轴，根据其公差等级和基本尺寸分段，其数值不同+144基本偏差为u,基本尺寸在100～120范围内所有公差等级轴的基本偏差数值为+144+36基本尺寸在80～120mm，基本偏差为F的孔的基本偏差是下偏差，数值为+0.036mm基本偏差为Js的所以公差等级孔的基本偏差为：2ITn基本偏差代号为J的孔只有3个公差等级：IT6、IT7、IT8基本偏差代号为：K、M、N的孔，其基本偏差数值与公差等级和基本尺寸分段有关基本偏差为K，公差等级为IT6，基本尺寸为70mm孔的基本偏差？26基本偏差为上偏差，数值为：4当公差等级高于等于IT8时，基本偏差的数值要加上一个与公差等级相关的修正值轴的一般公差带（116种）轴的常用公差带（59种）轴的优先公差带（13种）孔的一般公差带（105种）孔的常用公差带（44种）C11D9U7S7P7N7K7G7H11H9H8H7F8孔的优先公差带（13种）基孔制优先、常用配合间隙配合过渡配合76Hg76Hh76Hk76Hn76Hp76Hs76Hu87Hf87Hh97Hd97Hh1111Hc1111Hh过盈配合过盈配合过渡配合1111Ch99Dh87Fh76Gh87Hh76Hh99Hh1111Hh76Kh76Nh76Ph76Sh76Uh间隙配合机械零件生产制造中将尺寸小于500mm的尺寸叫做常用尺寸。公差配合的选择内容主要包括：基准制的选择、公差等级的选择和配合种类的选择。选择的原则是在满足使用要求的前提下，追求最佳的技术经济效益。公差等级和配合种类的选择方法有计算法、实验法和类比法。第十五章零件的几何精度第二节尺寸精度设计一、配合的基本术语与定义二、标准公差、基本偏差系列及其应用三、常用尺寸孔、轴公差与配合的选用原则1.基准制的选择原则在进行零件的精度设计时，应首先选用基孔制,以减少孔公差带的数量，进而减少孔用定值刀具和光滑极限塞规的规格种类。在下列情况下，采用基轴制比较合理:1）与孔配合的轴是具有一定精度并因此不需要加工就能满足配合要求的型材（冷拉型材等）；2）与孔配合的轴是标准件且已经达到配合要求的精度（如滚动轴承外圈、平键宽度等）；3）考虑装配顺序或装配工艺时，采用基轴制更为有利的情况。第十五章零件的几何精度第二节尺寸精度设计三、常用尺寸孔、轴公差与配合的选用原则基准制的选择实例选择基孔制，销轴将会加工成里小外大的阶梯轴，对工艺和保证装配质量都不利选择基轴制，销轴可以加工成光轴，有利于加工和装配工艺2.公差等级的选择原则选择公差等级的基本原则是：在满足使用要求的前提下，尽量选用低的公差等级。选择公差等级，要正确处理好使用要求、制造工艺和成本之间的关系。一般采用类比法选择，即参考从生产实践中总结出来的经验资料进行对比选择。第十五章零件的几何精度第二节尺寸精度设计三、常用尺寸孔、轴公差与配合的选用原则1.基准制的选择原则参考从生产实践中总结出来的经验资料进行对比选择工艺等价性！同一配合中孔与轴的加工难度应基本一致相配件或相关件的结构或精度应相互一致选择配合种类实际上就是选择非基准轴或非基准孔公差带的位置，即选择非基准轴或非基准孔的基本偏差代号。设计时，可用类比法选择配合种类，且应按照国标规定的优先配合、常用配合、一般配合的顺序来选择。应用类比法时，首先要了解工作配合的应用实例，然后考虑所设计的产品的具体工作条件和使用要求来选择配合种类。第十五章零件的几何精度第二节尺寸精度设计三、常用尺寸孔、轴公差与配合的选用原则1.基准制的选择原则2.公差等级的选择原则3.配合种类的选择原则孔、轴配合要求适用的配合种类孔轴是否有相对运动有相对运动，必须选用间隙配合。无相对运动且传递载荷则选取过盈配合，也可选取过渡配合，但必须加键、销等连接件孔轴传递扭矩孔轴传递的扭矩越大，选取过盈配合的过盈量也越大。孔轴定心精度要求孔和轴定心精度要求高时，不宜采取间隙配合，通常采用过渡配合或小过盈量的过盈配合孔轴是否经常拆卸经常拆卸的孔和轴的配合，要比不常拆卸的孔和轴的配合松些，不经常拆卸但拆卸困难的孔和轴也要选取较松的配合孔轴工作与装配时温度变化较大根据孔轴材料的热膨胀系数及其工作与装配时的温度差，计算装配时应有的间隙或过盈孔轴配合的生产类型大批量生产时，加工后尺寸通常遵循正态分布。单件小批量生产时，轴的加工尺寸多偏向最大极限尺寸，而孔的加工尺寸多偏向最小极限尺寸。因此，对于同一种配合，大批量生产时，应选用较紧的配合；小批量生产时，应选用较松的配合。第三节形状与位置精度设计一、形位公差的含义和形位公差带的特性组成机械零件的点、线、面称为几何要素，简称要素要素可以从不同角度加以分类按结构特征，要素可分为轮廓要素和中心要素按存在状态，要素可分为理想要素和实际要素按检测关系，要素可分为被测要素和基准要素按功能关系，要素可分为单一要素和关联要素第十五章零件的几何精度形状公差的项目6项位置公差的项目8项其中：定向公差3项、定位公差3项、跳动公差项目2项实际要素（平面点）必须包容在圆形区域内，公差值是圆的直径实际要素（圆）必须在两同心圆半径差所确定的环形区域内，公差值是两半径之差实际要素（空间点）必须包容在球形区域内，公差值是球的直径在设计规定的长度内，实际要素（空间线）必须包容在圆柱形区域内，公差值是圆柱的直径实际要素（圆柱面）必须包容在两同心圆柱面半径差所确定的环形区域内，公差值是两同心圆柱的半径之差实际要素（面）必须包容在两平行平面之间的区域内，公差值是两平行平面的距离实际要素（曲面）必须包容在两等距曲面之间的区域内，公差值是两等距曲面之间的距离在设计规定的长度内，实际要素（直线）必须被两条平行线包容，公差值为两平行直线间的距离在设计规定的范围内，实际要素（曲线）必须被两条等距曲线包容，公差值为两等距曲线的距离形位公差带特点：形状公差带是浮动的，即其位置和方向是不确定的；定向公差带相对于基准的方向是确定的，但是离开其基准的距离是浮动的；定位公差带相对于基准的位置和方向都是确定的；跳动公差带两个同心圆的位置和半径差确定，但两圆半径的大小并不确定；定向公差带能够自然地把同一要素的形状误差控制在其定向公差范围内；定位公差带能够自然地把同一要素的形状误差和定向误差控制在其定位公差范围内。对某一被测要素给出定位公差后，仅在对其定向精度或（和）形状精度有进一步要求时，才另行给出定向公差或（和）形状公差，且定向公差值必须小于定位公差值，形状公差值必须小于定向公差值。二、公差原则零件上的某个几何要素，往往是既给出尺寸公差的要求，又给出形状、位置公差的要求。确定形位公差与尺寸公差之间关系的原则称为公差原则。公差原则分为:独立原则;包容要求;相关要求独立原则包容要求最大实体要求最小实体要求相关原则公差原则三、有关定义、符号局部实际尺寸（Da、da）：实际要素的任意正截面上，两对应点间的距离。体外（体内）作用尺寸最大（小）实体状态（MMC、LMC）最大（小）实体尺寸（MMS、LMS）边界、最大（小）实体边界最大（小）实体实效状态（MMVC、LMVC）最大（小）实体实效边界最大（小）实体实效尺寸（MMVS、LMVS）体外体内体内Dada体外体外作用尺寸在被测要素的给定长度上，与实际内表面（孔）体外相接的最大理想面，或与实际外表面（轴）体外相接的最小理想面的直径或宽度，称为体外作用尺寸，即通常所称作用尺寸。BG基准平面90°-0.028-0.013GΦ0.01G关联体外作用尺寸是局部实际尺寸与位置误差综合的结果。是指结合面全长上，与实际孔内接（或与实际轴外接）的最大（或最小）的理想轴（或孔）的尺寸。而该理想轴（或孔）必须与基准要素保持图样上给定的功能关系。体内作用尺寸在被测要素的给定长度上，与实际内表面（孔）体内相接的最小理想面，或与实际外表面（轴）体内相接的最大理想面的直径或宽度，称为体内作用尺寸。最大实体状态（尺寸、边界）最大实体状态（MMC）：实际要素在给定长度上具有最大实体时的状态。最大实体尺寸（MMS）：实际要素在最大实体状态下的极限尺寸。（轴的最大极限尺寸dmax，孔的最小极限尺寸Dmin）边界：由设计给定的具有理想形状的