第三章第3讲尺寸精度设计的基本方法

尺寸精度设计的基本方法（常用尺寸尺寸公差与配合的选用）郑红霞精度设计•配合制（基准制）的选用•公差等级的选用•配合种类的选用•方法：•类比法•计算法•试验法精度设计内容配合制（基准制）的选用•基孔制和基轴制是两种平行的配合制。基孔制配合能满足要求的，用同一偏差代号按基轴制形成的配合，也能满足使用要求。如：“同名配合”（如H7/k6与K7/h6）的配合性质基本相同。所以，配合制的选择与功能要求无关，主要考虑加工的经济性和结构的合理性。从制造加工方面考虑，两种基准制适用的场合不同；•从加工工艺的角度来看，对应用最广泛的中小直径尺寸的孔，通常采用定尺寸刀具（如钻头、铰刀、拉刀等）加工和定尺寸量具（如塞规、心轴等）检验。而一种规格的定尺寸刀具和量具，只能满足一种孔公差带的需要。对于轴的加工和检验，一种通用的外尺寸量具，也能方便地对多种轴的公差带进行检验。对于中小尺寸的配合，为了减少定值刀具和量具的规格和种类，应优先选用基孔制配合。配合制（基准制）的选用•在下列情况下应选基轴制•采用冷拉光轴作轴时。冷拉圆型材，尺寸公差可达IT7～IT9，能够满足农业机械、纺织机械和建筑机械上的轴颈精度要求，在这种情况下采用基轴制，可免去轴的加工。只需按照不同的配合性能要求加工孔，就能得到不同性质的配合。•加工尺寸小于1mm的精密轴比同级孔要困难，因此在仪器制造、钟表生产、无线电工程中，常使用经过光轧成形的钢丝直接做轴，这时采用基轴制较经济。•多件配合。即：同一基本尺寸的轴与多孔相配合，且配合性质要求不同时。配合制（基准制）的选用•如图所示的活塞部件中，活塞销和活塞与连杆的配合，根据功能要求，活塞销和活塞的配合应为过渡配合，而活塞销与连杆的配合则应为间隙配合。配合制（基准制）的选用•与标准件配合时，配合制的选择由配合的标准件确定。如平键、半圆键等键联接，由于键是标准件，键与键槽的配合应采用基轴制；滚动轴承为标准件，它的内圈与轴颈配合无疑应是基孔制，而外圈与外壳孔的配合应是基轴制。•非基准制的应用：在实际生产中，由于结构或某些特殊的需要，允许采用非基准制配合。即非基准孔和非基准轴配合，如：当机构中出现一个非基准孔（轴）和两个以上的轴（孔）配合时，其中肯定会有一个非配合制配合。如图所示，箱体孔与滚动轴承和轴承端盖的配合。由于滚动轴承是标准件，它与箱体孔的配合选用基轴制配合，箱体孔的公差带代号为J7，箱体孔与端盖的配合可选低精度的间隙配合J7/f9，既便于拆卸又能保证轴承的轴向定位，还有利于降低成本•基孔制、基轴制的优先、常用配合见表3-9、3-10。基准制的选择•配制配合MF：以孔、轴中的一个零件的实际尺寸为基数，来配制另一个零件的工艺措施•例如：3000H6/f6MF或3000F6/h6MF•按照配制配合，既保证配合要求，又降低了孔、轴尺寸加工的精度要求•保证配制配合质量的关键是要达到孔、轴实际尺寸差别的测量精度要求，最好采用孔、轴量具相互比对的比较测量基准制的选择•基孔制要先考虑，减少定值刀量具•冷拉轴用基轴制，轴不加工即可用•一轴多孔用基轴，否则轴将成阶梯•标准件处不加工，它定基准才适宜标准公差等级的选用•公差等级的选择的实质就是尺寸制造精度的确定，尺寸的精度与加工的难易程度、加工的成本和零件的工作质量有关。公差等级越高，合格尺寸的大小越趋一致，配合精度就越高，但加工的成本也越高。•公差等级选择的基本原则是在充分满足使用条件下，考虑工艺的可能性，应尽量选用精度较低的公差等级标准公差等级的选用•选择公差等级时需要考虑的问题：•应遵循工艺等价的原则，即相互结合的零件，其加工的难易程度应基本相当。根据这一原则，对于基本尺寸≤500mm的，当公差等级在IT8以上时，标准推荐孔比轴低一级，如：H8/m7，K7/h6；当公差等级在IT8以下时，标准推荐孔与轴同级，如：H9/h9，D9/h9，IT8属于临界值，IT8级的孔可与同级的轴配合，也可以与高一级的轴配合，如：H8/f8，H8/k7。对于基本尺寸＞500mm的，一般采用孔、轴同级配合。基本尺寸3mm的，由于工艺具有多样性，可使Th=Ts，或ThTs或ThTs都占一定比例，甚至ThTs，如钟表行业•相配合的零、部件的精度应相匹配。如：与齿轮孔相配合的轴的精度就受齿轮精度的制约；与滚动轴承相配合的外壳孔和轴的精度应当与滚动轴承的精度相匹配。标准公差等级的选用方法计算法，类比法和计算查表法。一般采用类比法，应有一定的实践经验和参考有关的资料。（需要了解各公差等级的应用范围，表3.11）应该熟悉各种加工方法的加工精度(表3.12)相关件和相配件的精度：齿轮孔与轴的配合，它们的公差等级决定于相关件齿轮的精度等级，与标准件滚动轴承相配合的外壳孔和轴颈的公差等级决定于相配件滚动轴承的公差等级。加工成本：为了降低成本，对于一些精度要求不高的配合，孔、轴的公差等级可以相差2～3级配合IT5至IT13级的应用（尺寸≤５００mm）（2）计算查表法：根据使用要求确定的极限间隙或过盈→Tf=|Xmax-Xmin|=|ymin-ymax|=|Xmax-ymin|=TD+Td→表3.4→孔和轴的公差等级配合的选用•配合种类的选择主要就是根据零件的功能要求，确定配合的类型及非配合制的基本偏差代号。•配合类型的选用主要是根据使用要求选择间隙配合、过盈配合和过渡配合三种配合类型之一•根据使用要求和相配合的孔轴间有无相对运动：有，选择间隙配合；无，不经常拆卸，而需要传递一定的扭矩，选择过盈配合；无，而需要经常拆卸时，选择过渡配合。•配合性质：基孔制中：a~h用于间隙配合，j~zc用于过渡配合或过盈配合，若eiTh,过盈，否则为过渡。基轴制中，A～H用于间隙配合，J～ZC用于过渡配合或过盈配合，若|ES|Ts，为过盈配合，否则为过渡配合。配合的选用•首先考虑静或动，工作条件定松紧•参考实例再修正，优先配合优先用计算法就是根据理论公式，计算出使用要求的间隙或过盈大小来选定配合的方法。对依靠过盈来传递运动和负载的过盈配合，可根据弹性变形理论公式，计算出能保证传递一定负载所需要的最小过盈和不使工件损坏的最大过盈。由于影响间隙和过盈的因素很多，理论的计算也是近似的，所以在实际应用中还需经过试验来确定，一般情况下，很少使用计算法。试验法就是用试验的方法确定满足产品工作性能的间隙或过盈范围。该方法主要用于对产品性能影响大而又缺乏经验的场合。试验法比较可靠，但周期长、成本高，应用也较少，只应用于特别重要的场合。类比法就是参照同类型机器或机构中经过生产实践验证的配合的实例，再结合所设计产品的使用要求和应用条件来确定配合。该方法应用最广。选定基本偏差（配合）的方法配合种类的选用•选择基本方法：类比法、计算法和试验法。类比法是选择配合种类的主要方法。•用类比法选择配合，首先要掌握各种配合的特征和应用场合，尤其是对国家标准所规定的优先配合要非常熟悉。教材表3-15是轴的基本偏差选用说明和应用。教材表3-16是尺寸至500mm基孔制优先配合的特征及应用。配合的选择应尽可能地选用优先配合，其次是常用配合，再次是一般配合。如果仍不能满足要求，可根据国家标准的规定，用标准公差系列和基本偏差系列组成配合，以满足特殊的要求。选择其他的配合。的方法主要是类比法。•为了便于选择，规定了选用标准，特别是常用尺寸段规定了基孔制与基轴制优先和常用配合（101页、102页），并列出了各个配合的极限间隙或过盈（表3.15、表3.16）配合种类的选择•应用类比法选择时，要考虑以下因素：•配合件的工作情况•各种基本偏差形成配合的特点•配合件的生产情况配合件的工作情况•选择配合的类型时，应考虑配合件间有无相对运动、定心精度高低、配合件受力情况、装配情况等。•有相对运动，必须用间隙配合；无相对运动，而有键、销或螺钉等外加紧固件使之固紧，也可用间隙配合；•不产生相对运动，可用过盈配合或较紧的过渡配合配合件的工作情况无相对运动要传递转矩永久结合较大过盈的过盈配合可拆结合要精确同轴轻型过盈配合、过渡配合或基本偏差为H(h)的间隙配合加紧固件不要精确同轴间隙配合加紧固件不需要传递转矩，要精确同轴过渡配合或轻的过盈配合有相对运动只有移动基本偏差为H(h)、G(g)等间隙配合转动或转动和移动的复合运动基本偏差A～F(a～f)等间隙配合配合类别选择的大体方向配合种类的选择•配合类别确定后，配合松紧则按工作条件考虑，对照实例选择。•间隙配合：考虑运动特性、运动条件、运动精度•过盈配合：考虑负荷特性、负荷大小、材料许用应力、装配条件及工作温度等•过渡配合：考虑对中性要求及拆卸要求等•对照实例选择配合时，根据具体条件的不同，增大或减小过盈量或间隙，参考表3.14各种基本偏差形成配合的特点•间隙配合有A～H（a～h）共十一种，其特点是利用间隙贮存润滑油及补偿温度变形、安装误差、弹性变形等所引起的误差。生产中应用广泛，不仅用于运动配合，加紧固件后也可用于传递力矩。不同基本偏差代号与基准孔（或基准轴）分别形成不同间隙的配合。主要依据变形、误差需要补偿间隙的大小、相对运动速度、是否要求定心或拆卸来选定。•过渡配合有JS～N（js～n）四种基本偏差，其主要特点是定心精度高且可拆卸。也可加键、销紧固件后用于传递力矩，主要根据机构受力情况、定心精度和要求装拆次数来考虑基本偏差的选择。定心要求高、受冲击负荷、不常拆卸的，可选较紧的基本偏差，如N（n），反之应选较松的配合，如：K（k）或JS（js）。各种基本偏差形成配合的特点（续）•过盈配合有P～ZC（p～zc）13种基本偏差，其特点是由于有过盈，装配后孔的尺寸被胀大而轴的尺寸被压小，产生弹性变形，在结合面上产生一定的正压力和摩擦力，用以传递力矩和紧固零件。选择过盈配合时，如不加键、销等紧固件，则最小过盈应能保证传递所需的力矩，最大过盈应不使材料破坏，故配合公差不能太大，所以公差等级一般为IT5～IT7。基本偏差根据最小过盈量及结合件的标准来选取。•轴的基本偏差在具体选用，可参考表3.7，并按表3.9所推荐的，尽量选用优先配合。4.已知配合的极限盈、隙时，基本偏差的确定方法间隙配合可按Xmin来选择基本偏差代号对基孔制间隙配合有es≤-Xmin对基轴制间隙配合有EI≥+Xmin过渡配合可按Xmax来选择基本偏差代号对基孔制过渡配合有TD-ei≤Xmax对基轴制过渡配合有ES-(-Td)≤Xmax过盈配合可分别按Ymin来选择基本偏差代号基孔制过渡配合有TD-ei≤Ymin对基轴制过渡配合有ES-(-Td)≤Ymin计算—查表法确定基本偏差代号的计算公式例1、某一基本尺寸为φ95mm的滑动轴承机构，根据使用要求，其允许的的最大间隙[Xmax]=55μm，允许的的最小间隙[Xmin]=10μm，试确定此配合的孔轴公差带和配合代号。解：（1）计算允许的配合公差[Tf]。由配合公差计算公式得：[Tf]=|[Xmax]-[Xmin]|=55-10=45μm。（2）计算查表确定孔、轴的公差等级。按要求有:[Tf]≥[TD]+[Td]式中：[TD]、[Td]分别为配合的孔、轴的允许公差。由表3-2查得：IT5=15μm，IT6=22μm，IT7=35μmA、若孔轴公差等级都选IT6级，则配合公差Tf=2IT6=44μm＜[Tf]；B、若孔选IT7级，轴选IT6级，则配合公差Tf=IT6+IT7=57μm＞[Tf]，肯定不符合要求。C、若孔选IT6级，轴选IT5级，则配合公差Tf=IT5+IT6=37μm＜[Tf]经过比较分析，虽然A符合上述公式要求，但不符合此时孔必须比轴低一级的标准要求，C是合适的。（3）、确定孔、轴公差带假设采用基孔制，则有,因采用基孔制间隙配合，所以轴的基本偏差应从中选取，且其基本偏差为上偏差es.根据题意有：Xmin=EI-es≥[Xmin]Xmax=ES-ei≤[Xmax]es-ei=IT5=15解此不等式得：-18μm≤es≤-10μm查表3-7可知：轴的基本偏差代号为g时，es=-12μm∴公差代号为g5，且ei=-27μm配合代