07第4章 几何精度设计与检测01

1内容提要:第4章几何精度精度设计与检测1.几何误差与几何公差的关系；2.几何误差的研究对象；3.几何公差19个特征项目及其公差带的特点；4.几何公差在图样上的标注方法；5.公差原则和公差要求；6.几何公差精度设计的内容及其基本方法；7.几何公差（未注公差和注出公差）值的选用；8.形状误差及其评定和最小条件（评定准则）的概念；9.方向误差及其评定和基准的概念；10.位置误差及其评定和基准的概念。2第4章几何精度设计与检测4.1概述几何公差是控制几何误差的：t几何≥f几何。几何误差是指零件加工后的实际形状、方向和相互位置与理想形状、方向和相互位置的差异。在形状上的差异称形状误差，在方向上的差异称方向误差，在相互位置上的差异称位置误差。图4.1零件的形状、方向误差如图4.1所示，加工后的零件存在形状误差和方向误差。34.1.1几何误差的产生及其影响1.几何误差的产生（1）由于零件在加工中，机床、夹具和刀具等工艺系统本身有误差;（2）加工过程中有受力变形、振动和磨损等因素产生误差。2.f几何对零件使用性能的影响①f几何影响零件的功能要求例如机床导轨直线度、平面度有误差，将影响机床刀架的运动精度。4②f几何影响零件的配合性质例如轴承盖上各螺钉孔的位置不正确，在用螺栓固定时，就会影响自由装配。③f几何影响零件的自由装配例如孔、轴结合的间隙配合，孔轴表面有形状误差，将会使间隙分布不均，运动时磨损加快，影响寿命和精度。总之，零件几何误差对其工作性能的影响很大，它是衡量机器、仪器产品质量的重要指标。5图4.2零件的几何要素4.1.2几何误差的研究对象——几何要素构成零件几何特征的点、线、面称为几何要素。如图4.2所示的零件就是由多种几何要素组成的。6几何要素分类：1.按结构特征分（1）组成要素（轮廓要素）组成要素是指零件的表面或表面上的线。例如图4.2中的球面、圆柱面、圆锥面、端平面和圆柱面、圆锥面的素线。图4.2零件的几何要素7组成要素中按存在的状态又可分为：（a）公称组成要素—是指由技术制图或其他方法确定的理论正确组成要素。如图4.3（a)所示。（b）实际（组成）要素—是指由接近实际（组成）要素所限定的工件实际表面的组成要素部分。如图4.3（b)所示。图4.3几何要素定义之间的相互关系8在评定几何误差时，通常以提取组成要素代替实际（组成）要素。提取组成要素是指按规定的方法由实际（组成）要素提取有限数目的点所形成的实际要素的近似替代。如图4.3（c）中的提取组成要素。图4.3几何要素定义之间的相互关系9（2）导出要素（中心要素）导出要素是指由一个或几个组成要素得到的中心点、中心线或中心面。图4.2零件的几何要素如图4.2中球心是由组成要素球面得到的导出要素（中心点）、轴线是由组成要素圆柱面和圆锥面得到的导出要素（中心线）。10（b）提取导出要素—是指由一个或几个提取组成要素得到的中心点、中心线或中心面。如图4.3（c)所示。导出要素中按存在状态又可分为：（a）公称导出要素—是指由一个或几个公称组成要素导出的中心点、轴线或中心面。如图4.3（a)所示。图4.3几何要素定义之间的相互关系112.按检测关系分图样给出了几何公差要求的要素。(1)被测要素：如图4.1中所示。Ⅰ图4.1（a）Ⅱ被测要素按其功能要求又可分为：(a)单一要素—是指对要素本身提出形状公差要求的被测要素。如图4.1（a）中的Ⅰ。(b)关联要素—是指相对基准要素有方向或（和）位置功能要求而给出方向或位置公差要求的被测要素。如图4.1(a)中Φd1的轴线Ⅱ。12（2）基准要素：是指图样上规定用来确定被测要素的方向或位置的要素。如图4.1（a）中Φd2的左端面Ⅲ。基准－理想的基准要素。图4.1（a）Ⅰ图4.1（a）Ⅱ基准要素Ⅲ应当指出，基准要素本身按其功能要求可以是单一要素或关联要素。134.1.3几何公差的几何特征、符号和附加符号1.几何公差的类型、几何特征及其符号如表4.1所示。14由表4.1可见几何公差分为形状公差(6项)、方向公差（5项）、位置公差（6项）和跳动公差（2项）共四类（19项）。其中形状公差是对单一要素提出的几何特征，因此，无基准要求。方向公差、位置公差和跳动公差是对关联要素提出的几何特征，因此，在大多数情况下都有基准要求。152.几何公差的附加符号如表4.2所示164.2几何公差的标注及其公差带4.2.1几何公差的标注若无法用符号标注，或用符号标注很繁琐时，可在技术要求中用文字说明或列表注明。在技术图样中一般都应用符号标注。进行几何公差标注时，应绘制公差框格，注明几何公差数值，并使用表4.1和表4.2中的有关符号。1.公差框格用公差框格标注时，公差要求标注在划分成两格或多格的矩形框格内。框格中的内容从左至右顺序填写，如图4.4所示。17图4.4公差框格(1)几何特征符号(2)公差值以线性尺寸单位表示的量值。如果公差带形状为圆形或圆柱形，公差值前应加注符号“Φ”,如图4.4（d)所示；如果公差带形状为球形，公差值前应加注符号“SΦ”如图4.4（e)所示。18（3）基准用一个字母表示单一基准，如图4.4（b）所示。用两个或三个字母表示基准体系，如图4.4（c）、（d）所示。用两个字母中间用连字号“一”隔开，表示公共基准，如图4.4（f）所示。图4.4图4.4图4.4图4.419（4）几何公差补充要求的注写位置①当某项几何公差用于几个相同要素时，应在公差框格的上方被测要素的尺寸之前注明要素的个数，并在两者之间加上符号“×”。如图4.4（g）所示。②如果需要限制被测要素在公差带内的形状，应在公差框格的下方注明。如图4.4（h）所示为被测要素的平面度误差不允许凸起。③如果需要就某个要素给出几种几何特征的公差，可将一个公差框格放在另一个的下面。如图4.4（i）所示。图4.4图4.4图4.420例如若同一要素有直线度要求，又有该要素对下表面的平行度要求时的标注示例。标注方法（重叠）BB212.被测要素的标注方法用带箭头的指引线从框格的任意一侧引出，并且必需垂直该框格，它的箭头与被测要素相连。指引线引向被测要素时，可以弯折，一般只弯折一次。（1）被测要素为组成要素时指引线尺寸线当几何公差涉及轮廓线或轮廓面时，箭头指向该要素的轮廓线或其延长线（箭头必须与尺寸线明显错开）。如图4.5（a）、（b）所示。图4.5(a)图4.5(b)22箭头也可指向引出线的水平线，引出线引自被测面，如图4.5（c）所示。图4.5（c）被测表面（2）被测要素为导出要素的标注当几何公差涉及要素的中心线、中心面或中心点时，箭头应位于相应尺寸线的延长线上，如图4.6所示。如图4.6（a）如图4.6（b）如图4.6（c）23需要指明被测要素的形式（是线而不是面）时，应在公差框格附近用符号“LE”注明，如图4.7所示被测要素为线素。(3)被测要素为线素的标注如图4.7被测要素为线素243.基准要素的标注方法在技术图样中，相对于被测要素的基准采用基准符号标注。基准符号由一个标注在基准方框内的大写字母，用细实线与一个涂黑（或空白）的三角形相连而组成，如图4.8所示。在技术图样中，无论基准要素的方向如何，基准方格中的字母都应水平书写，如图4.8中（c）、（d）所示。表示基准的字母也要标注在相应被测要素的公差框格内。25×该表面为基准表面(1)基准要素为组成要素的标注当基准要素是轮廓线或轮廓面时，基准三角形放置在要素的轮廓线或其延长线上（与尺寸线明显错开）如图4.9（a）所示。图4.9（a）图4.9（b）基准三角形也可放置在该轮廓面引出线的水平线上，如图4.9（b）所示。26(2)基准要素为导出要素的标注当基准要素是尺寸要素确定的轴线、中心平面或中心点时，基准三角形放置在该尺寸线的延长线上，如图4.10所示。图4.10（a）图4.10（b）图4.10（c）如果没有足够的位置标注基准要素尺寸的两个尺寸箭头，则其中一个箭头可用基准三角形代替如图4.10（c）。轴线中心平面27(3)基准种类根据需要，关联要素的方向或位置由基准或基准体系来确定。基准分为单一基准、公共基准（组合基准）和三基面体系三类。①单一基准是由单个要素建立的基准，用一个大写字母表示，如图4.11（a）所示。图4.11（a）图4.11（b）图4.11（c）②公共基准是由两个要素建立的一个组合基准，用中间加连字符“－”的两个大写字母表示，如图4.11（b）所示。③多基准是由两个或三个基准建立的基准体系，表示基准的大写字母按基准的优先顺序自左至右填写在公差框格内，如图4.11（c）所示。284.附加规定的标注方法（1）全周符号的标注如果轮廓度特征适用横截面的整周轮廓或由该轮廓所示的整周表面时，应采用全周符号表示，如图4.12（a）、（c）所示。图4.12（a）图4.12（b）图4.12（c）图4.12（d）29图4.12（a）图4.12（b）图4.12（c）图4.12（d）全周符号并不包括整个工件的所有表面，只包括由轮廓和公差标注所表示的各个表面，如图4.12（b）、（d）所示。横截面内整周轮廓线不包括表面a和b的所有表面30（2）螺纹、齿轮和花键轴线的标注否则应加说明，例如用“MD”表示大径，用“LD”表示小径，如图4.13所示。以螺纹轴线为被测要素或基准要素时，默认为螺纹中径。图4.13（a）大径轴线的标注图4.13（a）小径轴线的标注以齿轮、花键轴线为被测要素或基准要素时，需说明所指的要素，例如用“PD”表示节径，用“MD”表示大径，用“LD”表示小径。31（3）限定性规定的标注①如果需要对整个被测要素上任意范围标注同样几何特征的公差时，可在公差值的后面加注限定范围的线性尺寸值，并在两者之间用斜线隔开，如图4.14（a）所示。图4.13（a）②如果标注的是两项或两项以上同样几何特征的公差，可直接在整个要素公差框格的下方放置另一个公差框格，如图4.14（b）所示。32③如果给出的公差仅适用于要素的某一指定局部，应采用粗点画线示出该局部的范围，并加注尺寸，如图4.15（a）、（b）所示。如果只以要素的某一指定局部作基准，应采用粗点画线示出该局部的范围，并加注尺寸，如图4.15（c）所示。图4.15（a）图4.15（b）图4.15（c）33（4）理论正确尺寸（理论正确角度）的标注当给出一个或一组要素的位置、方向或轮廓度公差时，分别用来确定其理论正确位置、方向或轮廓的尺寸（TED），理论正确尺寸没有公差，并标注在一个方框中，如图4.16所示。图4.16（a）理论正确尺寸的标注图4.16理论正确角度的标注实际要素的位置、方向或轮廓由其框格中的公差限制。34（5）延伸公差带延伸公差带是指将被测要素的公差带延伸到工件实体之外，以保证相配件与该零件配合时能顺利装入。延伸公差带用规范的附加符号表示，并注出其延伸的范围，如图4.17所示。P图4.17延伸公差带的标注35（6）简化标注②用一个公共公差框格可以表示若干个分离要素给出的单一公差带，标注时，应在公差框格内公差值后加注公共公差带符号“CZ”,如图4.19所示。图4.19公共公差带的标注①用一个公差框格可以表示具有相同几何特征和公差值的若干个分离要素，如图4.18所示。36（8）最大实体要求、最小实体要求和可逆要求（7）自由状态的标注对于非刚性零件的自由状态下的公差要求，应采用规范的附加符号。此符号标注在相应公差值的后面，如图4.20所示。F图4.20（a）图4.20（b）①最大实体要求用规范的附加符号表示。此符号可根据需要单独或者同时标注在相应公差值和（或）基准字母后面，如图4.21所示。M图4.21（a）图4.21（b）图4.21（c）37②最小实体要求用规范的附加符号表示。此符号可根据需要单独或者同时标注在相应公差值和（或）基准字母后面，如图4.22所示。L图4.22（a）图4.22（b）图4.22（c）③可逆要求用规范的附加符号表示。R当可逆要求用于最大实体要求时，应在被测要素公差框格中的公差值后面标注双重符号，如图4.23(a)所示。MR图4.23（a）可逆要求用于最大实体要求38作业P118