第3章 尺寸的精度设计(尺寸公差配合与检测)

第三章尺寸精度设计第三章尺寸精度设计•3.1有关尺寸精度设计的基本术语和定义–3.1.1有关孔、轴的定义–3.1.2有关尺寸、偏差和公差的术语和定义–3.1.3有关配合的术语和定义•3.2尺寸的极限与配合国家标准简介–3.2.1配合制(fitsystem)–3.2.2标准公差(standardtolerance)系列–3.2.3基本偏差系列•3.3尺寸精度设计的基本原则和方法–3.3.1配合制的选用–3.3.2确定标准公差等级–3.3.3配合的选用•3.4一般公差(线性尺寸的未注公差)3.1有关尺寸精度设计的基本术语和定义–GB/T1800.1—1997•3.1.1有关孔、轴的定义•3.1.2有关尺寸、偏差和公差的术语和定义•3.1.3有关配合的术语和定义3.1.1有关孔、轴的定义•1)孔(hole)：圆柱形内表面或非圆柱形内表面(如花键)。•2)轴(shaft)：圆柱形外表面或非圆柱形外表面(如方轴)。–从加工角度：切除工件余量后，尺寸→大，孔类尺寸；尺寸→小，轴类尺寸；尺寸→大或小，对称类尺寸。3.1.2有关尺寸、偏差和公差的术语和定义•1)尺寸(size)：以特定单位表示线性尺寸值的数值，如半径、长度、中心距等)。•2)基本尺寸(basicsize)：理论设计尺寸。•3)实际尺寸(actualsize)：加工后实际得到的尺寸，通过测量获得。–由于误差的存在，一批零件的各零件实际尺寸不同，即使是同一零件的不同位置、不同方向的实际尺寸也不同。•4)极限尺寸(limitsofsize)：设计或加工规定的尺寸最大、最小值。3.1.2有关尺寸、偏差和公差的术语和定义•5)尺寸偏差：某一尺寸与基本尺寸的代数差，简称偏差(deviation)。–极限偏差：极限尺寸与基本尺寸的代数差。(limitsofdeviations)–最大值——上偏差(upperdeviation)，用ES(孔)或es(轴)表示；–最小值——下偏差(lowerdeviation)，用EI(孔)或ei(轴)表示。–实际偏差：实际尺寸与基本尺寸的代数差。(actualdeviation)用Ea或ea表示。•6)尺寸公差：允许尺寸的变动范围，简称公差(sizetolerance)，用T表示。–T=D(d)max-D(d)min=ES-EI=es-ei3.1.2有关尺寸、偏差和公差的术语和定义•7)尺寸公差带图：零线(zeroline)+公差带–公差带(tolerancezone)：公差带图中，上下偏差之间的区域。–基本偏差：国家标准中规定用来确定公差带位置的那个极限偏差，通常由绝对值较小的极限偏差担任。–画公差带图的规定：•①孔公差带用斜线填充，轴公差带用网点或空白填充；•②垂直于零线方向：高度值为公差值，孔、轴公差、偏差在图中要成比例画；沿着零线方向：宽度适当取值，美观为主。•③单位：基本尺寸为mm，偏差可用mm或μm；•如标注全部采用mm，图中可不标出，即默认值为mm；•如偏差采用μm标注，图中可不标μm尺寸，但mm(即基本尺寸)应标出单位。3.1.2有关尺寸、偏差和公差的术语和定义•例：已知孔的基本尺寸D和轴的基本尺寸d均为25mm，孔的极限尺寸为Dmax=25.021mm，Dmin=25.000mm，轴的极限尺寸为dmax=24.993mm，dmin=24.980mm。求：孔与轴的极限偏差与公差。•3.1.2有关尺寸、偏差和公差的术语和定义•解：–ES=Dmax–D=25.021–25=+0.021mm–EI=Dmin–D=25.000–25=0–es=dmax–d=24.993–25=–0.007mm–Ei=dmin–d=24.980–25=–0.020mm–TD=|Dmax–Dmin|=|ES–EI|=0.021mm–Td=|dmax–dmin|=|es–ei|=0.013mm3.1.3有关配合的术语和定义•1)配合(fit)：是指基本尺寸相同的，相互结合的孔和轴公差带之间的关系。•孔：包容面轴：被包容面•2)间隙(clearance)：X=D-d＞0•3)过盈(interference):Y=D-d＜03.1.3有关配合的术语和定义•4)配合类别：–①间隙配合(clearancefit)–②过盈配合(interferencefit)–③过渡配合(transitionfit)–④配合公差(variationoffit)3.1.3有关配合的术语和定义–①间隙配合(clearancefit)：Dmin-dmax≥0；•Xmax=Dmax-dmin=ES-ei(+)P26式3-4•Xmin=Dmin-dmax=EI-es(+或0)P26式3-5•Xav=(Xmax+Xmin)/2=(+)P26式3-63.1.3有关配合的术语和定义–②过盈配合(interferencefit)：Dmax-dmin≤0；•Ymax=Dmin-dmax=EI-es(-)P27式3-8•Ymin=Dmax-dmin=ES–ei(-或0)P27式3-7•Yav=(Ymax+Ymin)/2=(-)P27式3-93.1.3有关配合的术语和定义–③过渡配合(transitionfit)：Dmin-dmax＜0﹠Dmax-dmin＞0；•Xmax=Dmax-dmin=ES-ei(+)P27式3-10•Ymax=Dmin-dmax=EI-es(-)P27式3-11•Xav或Yav=(Xmax+Ymax)/2=(+或-)P27式3-123.1.3有关配合的术语和定义•例2-2现有一过盈配合，孔为25~25+0.021，轴为25+0.035~25+0.048。求最大过盈、最小过盈、平均过盈和配合公差。•例2-3现有一间隙配合，孔为25~25+0.021，轴为25-0.020~25-0.007。求最大间隙、最小间隙、平均间隙和配合公差。•例2-4现有一过渡配合，孔为25~25+0.021，轴为25+0.015~25+0.028。求最大间隙、最大过盈、平均间隙或平均过盈和配合公差。3.1.3有关配合的术语和定义•结论：孔轴的尺寸公差相同，则配合公差相同，但由于轴的极限尺寸或极限偏差不同，导致配合性质完全不同。即，孔轴的尺寸精度决定配合精度，孔轴的极限尺寸或极限偏差决定配合性质。3.1.3有关配合的术语和定义–④配合公差(variationoffit)：孔轴尺寸之差的变动范围。•从以上三例可以看出：Tf=TD+Td；•Tf反映了配合精度，属使用要求，即设计要求，我们总是希望Tf越小越好。•TD和Td是孔轴的制造精度，即工艺要求，我们总是希望TD和Td越大越好。•这说明了公差的实质，即反映了机器零件使用与制造要求的矛盾，即设计与工艺的矛盾。3.2尺寸的极限与配合国家标准简介–基本内容：配合制、标准公差系列、基本偏差系列和孔、轴公差带与配合等•3.2.1配合制(fitsystem)•3.2.2标准公差(standardtolerance)系列•3.2.3基本偏差系列3.2.1配合制(fitsystem)•配合制：–相配合的两个零件(孔、轴)，确定一个作为基准件，固定其基本偏差，然后通过改变另一零件的公差带位置来形成各种配合的一种制度。•基孔制配合(hole-basissystemoffit)：–以孔为基准，孔的下偏差为基本偏差，且EI=0，代号为H，通过改变轴的基本偏差来得到各种不同性质的配合。•基轴制配合(shaft-basissystemoffit)：–以轴为基准，轴的上偏差为基本偏差，且es=0，代号为h，通过改变孔的基本偏差来得到各种不同性质的配合。•※两种配合制平等等效，应用场合不同。3.2.2标准公差(standardtolerance)系列–标准公差确定公差带的大小，决定了零件的加工精度和加工成本，同时又直接影响配合。•1)标准公差等级•2)标准公差因子i•3)基本尺寸分段3.2.2标准公差(standardtolerance)系列•1)标准公差等级：–GB/T1800.3—1998规定：•基本尺寸0—500mm：规定了IT01、IT0、IT1、IT2…IT18等20个等级，等级依次降低。基本尺寸相同，则等级越低，公差越大；•基本尺寸500mm—3150mm：规定了IT1、IT2…IT18等18个等级。–标准公差的计算公式：•①IT01-IT1：高精度等级，主要考虑测量误差，标准公差与尺寸呈线性关系；–IT01：0.3+0.008D–IT0：0.5+0.012D–IT1：0.8+0.020D–式中，D是表中每一尺寸分段中首尾两个尺寸的几何平均值，以mm计。•②IT2-IT4：较高精度等级，插入法(IT1-IT5)；•③IT5-IT18：计算法ITn=a•i。其中a是公差等级系数，是R5(7…)数列。i是标准公差因子3.2.2标准公差(standardtolerance)系列•2)标准公差因子i–据生产实际经验和科学统计分析表明：加工尺寸误差与尺寸的立方根成正比，对于大尺寸段，测量误差的影响较大，主要考虑测量误差，而测量误差与零件的基本尺寸是线性关系。–基本尺寸0—500mm：i=0.45D1/3+0.001D•式中：i以µm计；D是基本尺寸段的几何平均值，mm。•公式中的第一项主要反映工件的加工误差；第二项用于补偿与基本尺寸成正比的误差，主要是由于测量时温度不稳定和偏离基准温度所引起的测量误差，以及量规变形误差等。实际上当基本尺寸很小时，第二项所占的比例很小，所以该式近似于立方抛物线关系式。–基本尺寸500mm—3150mm：i=0.004D+2.1•式中：i以µm计；D是基本尺寸段的几何平均值，mm。•对于大尺寸，相对而言，测量误差的影响较大，特别是温度的影响很大，因温度变化引起的误差随基本尺寸的加大呈线性关系，所以对大尺寸的标准公差因子(i)采用线性关系式计算。3.2.2标准公差(standardtolerance)系列•3)基本尺寸分段：–为减少标准公差值数量，国标将3150mm以下的基本尺寸为21个主段，其中0-500mm内的基本尺寸分成13个尺寸段，并以首尾尺寸的几何平均值作为计算尺寸。–精度高低，应取决于其公差等级，基本尺寸较大时，其公差等级虽高，但可能公差值看起来仍大。•例1试计算基本尺寸大于30～50mm尺寸段的IT6的公差数值。–大于30～50mm尺寸段，其几何平均值为D=30×50=38.73mm。–标准公差因子i=0.45338.73+0.001×38.73=1.56μm–IT6=10i=10×1.56μm，修约后，取IT6=16μm。•(对IT6标准给出的公差等级系数a为10)•例2试计算基本尺寸大于800～1000mm尺寸段的IT11的公差数值。–尺寸段的几何平均值D=800×1000=894.4mm–I=0.004×894.4+2.1=5.68μm–IT11=100I=100×5.68=568μm，经修约取IT11=560μm•(对IT11，标准给出的公差等级系数a为100)•按标准规定的计算方法，通过对基本尺寸分段内各个标准公差等级的公差数值的计算，经修约化整，得到了标准中表列的标准公差数值。为了使表列公差数值分布得更好，有的公差数值没有采用标准规定的修约规则。3.2.3基本偏差系列•1)基本偏差及其代号•2)孔、轴的基本偏差数值：•3)孔、轴的另一个极限偏差的计算•4)基孔制与基轴制的换算•5)极限与配合在图样上的表示•6)一般、常用和优先的公差带与配合3.2.3基本偏差系列•1)基本偏差及其代号–28种：26个字母除去I、L、O、Q、W，加上CD、EF、FG、JS、ZA、ZB、ZC等七个。–孔：A-G的基本偏差为下偏差，且为正；H的基本偏差为0，是基准孔，J-ZC的基本偏差为上偏差ES，除J、K外其值为负。JS为对称公差。–轴：与孔相对应。“上下正负”相反。•2)孔、轴的基本偏差数值：–有公式，可直接查表。•3)孔、轴的另一个极限偏差的计算–加或减其公差值即可3.2.3基本偏差系列•4)基孔制与基轴制的换算–通用规则(孔轴公差等级相同)：•ES=