第三章尺寸公差圆度结合的精度设计与检测

第三章尺寸公差、圆柱结合的精度设计与检测学习指导本章学习的目的是掌握基础标准《极限与配合》的一般规律，为合理选用尺寸公差与配合、学习其它典型零件的公差与配合，进行尺寸精度设计打下基础。学习要求是对极限与配合标准中的术语定义，要着重搞清其概念与作用，并抓住它们之间的区别与联系进行分析，避免单纯从定义上孤立地去理解；重点要掌握标准公差与基本偏差的结构、特点和基本规律以及尺寸公差与配合的选用原则。3.1、概述1944年：国民党政府制定了“尺寸公差与配合”的国家标准，但实际使用的是日本、德国、美国标准。1955年：参照苏联标准，第一机械工业部颁布“公差与配合”的部颁标准，此标准只是将苏联标准（OCT标准）付与了中文名词。1959年：颁布了“公差与配合”的国家标准GB159～174—1959（简称“旧国标”）（精度等级偏低、配合种类偏少）1979年：参照国际标准制定了“公差与配合”的国家标准GB1800～1804—1979（简称“新国标”）取代GB159～174—19591992～1996年上述新国标进行了部分修订，将《公差与配合》改为《极限与配合》，用《极限与配合基础第一部分：词汇》（GB/T1800.1—1996）替代GB1800-1979中的《公差与配合的术语及定义》，用《一般公差线性尺寸的未注公差》（GB/T1804—1992）替代《未注公差尺寸的极限偏差》（GB1804—1979）。国家标准《极限与配合》中，公差与配合部分的标准主要包括：GB/T1800.1—1997《极限与配合基础第1部分：词汇》GB/T1800.2—1998《极限与配合基础第2部分：公差、偏差和配合的基本规定》GB/T1800.3—1998《极限与配合基础第3部分：标准公差和基本偏差数值表》GB/T1800.4—1999《极限与配合标准公差等级和孔、轴的极限偏差表》GB/T1801—1999《极限与配合公差带和配合的选择》GB/T1804—2000《一般公差未注公差的线性和角度尺寸的公差》一、圆柱结合的使用要求圆柱结合（包括平行平面的结合）在机械产品中应用非常广泛，根据使用要求的不同，可归纳为以下三类。1．用作相对运动副（间隙配合）2．用作固定连接（过盈配合）3．用作定位可拆连接（小过盈配合）此外，有些典型零件的结合，如螺纹、平键、花键等．也不外乎是上述三种类型的连接。二、极限与配合的基本结构在工程实践中，正因为对圆柱结合有上述三种要求，所以在极限与配合的国家标准中，才规定了与此有关的三类配合：间隙配合、过盈配合和过渡配合。为了更好地满足这三类配合的要求，以保证尽件的互换性，并考虑到使于国际间的技术交流，所以我国的极限与配合标准采用了国际公差制，其基本结构如图3.1所示。极限与配合制配合制基本偏差系列基孔制基轴制配合标准公差系列三极限与配合的常用术语与定义有关尺寸的术语及定义（GB/T1800.1—1997）1．尺寸以特定单位表示线性尺寸值的数值。如直径、宽度、高度、中心距等。2、有关孔、轴的定义①孔。通常指圆柱形内表面，也包括非圆柱形内表面（由二平行平面或切面形成的包容面）②轴。通常指圆柱形外表面，也包括非圆柱形外表面（由二平行平面或切面形成的被包容面）。由此定义可知，这里所说的孔、轴并非仅指圆柱体的内、外表面，也包括非圆柱形的内、外表面，如图3．2中的键槽宽D，滑块槽宽D1、D2、D3均为孔；而轴的直径d1、槽底部尺寸d2、滑块槽厚度d1均等为轴。可见．在极限与配合制中，孔、轴的概念是广义的；而且都是由单一尺寸构成的，例如圆柱体的直径、键和键槽宽等。图3.2孔轴3．基本尺寸设计给定的尺寸，即由设计人员根据使用要求，通过强度、刚度计算或按结构位置确定后取标准值的尺寸，在极限配合中，它也是计算偏差的起始尺寸。通过它并应用上、下偏差可算出极限尺寸的尺寸（如图3.3）。它可以是一个整数或一个小数值。4．实际尺寸通过测量获得的某一孔、轴的尺寸。孔和轴的实际尺寸分别用Da和da表示。由于测量误差际尺寸不一定是尺寸的真值。由于形状误差同一表面不同部位的实际尺寸往往不相等，因此要用二点法进行测量。有关尺寸公差和尺寸偏差的术语及定义5．极限尺寸一个孔或轴允许的尺寸的两个极端。实际尺寸应位于其中，也可达到极限尺寸。孔或轴允许的最大尺寸称为最大极限尺寸；孔或轴允许的最小尺寸称为最小极限尺寸孔和轴的最大极限尺寸分别用Dmax和dmax表示，最小极限尺寸分别用Dmin和dmin表示。尺寸合格条件：Dmin≤Da≤Dmaxdmin≤da≤dmax6．最大实体尺寸孔或轴具有允许材料量为最多时状态（最大实体状态，简称MMC）下的极限尺寸。孔和轴的最大实体尺寸分别用DMMS和dMMS表示。7．最小实体尺寸孔或轴具有允许材料量为最少时状态（最小实体状态，简称LMC）下的极限尺寸。孔和轴的最小实体尺寸分别用DLMS和dLMS表示。极限尺寸与实体尺寸有如下关系DMMS＝Dmin，DLMS＝DmaxdMMS＝dmax，dLMS＝dmin8.体外作用尺寸（见下图）•定义：在配合面的全长上与实际孔相内接的最大理想轴的尺寸孔的作用尺寸（Dfe）•在配合面的全长上与实际轴相外接的最小理想孔的尺寸轴的体外作用尺寸（dfe）内接的最大理想轴Dfe图2-2孔和轴的体外作用尺寸实际孔外接的最大理想孔dfe实际轴内接的最大理想轴Dfe图2-2孔和轴的体外作用尺寸实际孔外接的最小理想孔dfe实际轴•体外作用尺寸特点：1）实际存在的，对一批零件而言是一随机变量。2）Dfe≤Da，dfe≥da3)只有Dfe≥dfe，孔、轴才能自由装配（不是Da≥da）内接的最大理想轴Dfe图2-2孔和轴的体外作用尺寸实际孔外接的最大理想孔dfe实际轴9.极限尺寸判断原则（判断合格）•孔或轴的体外作用尺寸不允许超过MMS；•任何部位的实际尺寸不允许超过LMS。•Dfe变小保证配合不要小于Dmin•dfe变大不要大于dmax•有配合要求的零件尺寸合格条件：Dmin≤Dfe≤Da≤Dmaxdmin≤da≤dfe≤dmax有配合要求的零件尺寸合格条件：Dmin≤Dfe≤Da≤Dmaxdmin≤da≤dfe≤dmax有配合要求的零件尺寸合格条件：Dmin≤Dfe≤Dmaxdmin≤dfe≤dmax3.公差带1)公差带图解：基本尺寸孔公差带轴公差带0+-ESEIeseia)零线：b)公差带特性：两个要素大小T标准公差位置极限偏差基本偏差标准化标准化c）画法：(1)零线。(2)确定公差带大小位置。(3)孔、轴(或)或在公差带里写孔、轴。(4)作图比例基本一致，单位µm、mm均可。(5)基本尺寸相同的孔、轴公差带才能画在一张图上。＃公差与偏差的区别：4．极限制公差带有两个参数：一是公差带的大小（即宽度）；二是公差带相对于零线的位置。国标已将它们标准化，形成标准公差和基本偏差两个系列。5．标准公差（IT）指国家标准（GB/T1800.3—1998）极限与配合制中，所规定的任一公差。字母IT为“国际公差”的符号。标准公差确定了公差带的大小。基本尺寸孔公差带轴公差带0+-ESEIesei6．基本偏差eies基本尺寸基本偏差为下偏差基本偏差为上偏差EIES孔轴轴孔0+-基本偏差四、有关“配合”的术语及定义1）间隙配合孔的公差带在轴公差带上方，即具有间隙的配合（包括Xmin＝0的配合）。对一批零件而言，所有孔的尺寸≥轴的尺寸特征参数：Xmax＝Dmax－dmin＝ES－eiXmin＝Dmin－dmax＝EI－es2)过盈配合特征参数：•Ymin＝Dmax－dmin＝ES－ei•Ymax＝Dmin－dmax＝EI－es3)过渡配合:孔、轴公差带相互重叠，即可能具有X或Y的配合过渡配合主要用于孔、轴间的定位联结(既要求装拆方便；又要求对中性好)特征参数：Xmax＝Dmax－dmin＝ES－eiYmax＝Dmin－dmax＝EI－es∣Xmax－Xmin∣∣Xmax－Ymax∣＝|ES－ei－（EI－es）|＝TD＋Td|Ymin－Ymax|若要提高配合精度（即↓Tf）可减小相配合的孔、轴尺寸公差（即提高↑相配合的孔、轴加工精度）。Tf＝3.配合公差4．基孔制、基轴制小结有关“公差与偏差”的术语和定义3.2标准公差系列一、标准公差代号及等级1．代号国家标准（GB/T1800.2—1998）2．公差等级在基本尺寸至500mm内，国家标准将标准公差等级规定为20个等级，在基本尺寸大于500至3150mm内规定了IT1至IT18共18个标准公差等级。依次为IT01IT0IT1……IT18等级高低＞IT7称为低于IT7级公差值小大＜IT7称为高于IT7级即公差等级相同，尺寸的精确程度相同二、标准公差数值小结1.有关“公差与偏差”的小结：2.有关配合的小结：3.有关“标准公差”的小结：IT01IT0IT1……IT18等级高低3.3基本偏差系列一、基本偏差的代号、特点1）代号：拉丁字母（按英文读音），孔大写、轴小写。轴+0-eseiabccddeefffgghjjskmnprstuvxyzzazbzc基本尺寸孔基本尺寸+0-EIESABCCDDEEFFFGGHJJSKMNPRSTUVXYZZAZBZCa)分布简图如下图孔轴a零线hAZCzc图aH孔零线轴aAZCzceiESEI图bHhes2）特点b)Js完全对称，J基本对称（孔ES＋，只有J6、J7、J8；轴只有j5、j6、j7、j8，逐步被Js取代）c)基本偏差原则上与公差等级无关，有一些除外（K、M、N等有两种位置）。例：A～H(a～h)与公差等级无关。Ф10f7、Ф10f8、Ф10f9d)“A～ZC”（a～zc）除J（j）以外，20个等级齐全。二、基本偏差数值1．轴的基本偏差数值间隙配合可根据生产实践或试验得知间隙X的大小，然后以基孔制，计算出a～g轴的基本偏差es(h=0，不要计算),如图所示。孔轴2．孔的基本偏差数值由于构成基本偏差公式所考虑的因素是一致的，所以，孔的基本偏差不需要另外制定一套计算公式，而是根据相同字母代号轴的基本偏差，在相应的公差等级的基础上按一定的规则换算得来的。换算的原则是：基本偏差字母代号同名的孔和轴，分别构成的基轴制与基孔制的配合（这样的配合称为同名配合），在孔、轴为同一公差等级或孔比轴低一级的条件下（如H9/f9与F9/h9、H7/p6与P7/h6），其配合的性质必须相同（即具有相同的极限间隙或极限过盈）。换算过程及换算规则如下：（换算原则：基孔制、基轴制同名配合的配合性质相同）（1）基本偏差的换算过程基本偏差A～H的换算过程图Xmin＝－es基本尺寸＋0－基轴制＋0－a～h基孔制基本尺寸Xmin＇＝+EI1）基本偏差A～H的换算过程eiES基本尺寸＋0－基孔制2）基本偏差J～ZC的换算过程（以K、M、N的过渡配合为例）基本偏差J～ZC的换算过程图基轴制基本尺寸＋0－（2）基本偏差的换算规则1）通用规则：同名字母代号的孔和轴的基本偏差的绝对值相等，而符号相反，即从公差带图解看，孔的基本偏差是轴的基本偏差相对于零线的倒影。2）特殊规则：同名代号的孔和轴的基本偏差的符号相反，而绝对值相差一个△值。即用上述公式计算出孔的基本偏差按一定规则化整，编制出孔的基本偏差表，见表2-6。实际使用时，可直接查此表，不必计算。孔的另一个极限偏差可根据下列公式计算ES=EI+ITEI=ES–IT（3）基孔制、基轴制同名配合的配合性质间隙配合：只要是同名配合配合性质一定相同。过渡配合、过盈配合：高精度时，孔的基本偏差用特殊规则换算，孔比轴低一级，同名配合的配合性质才相同。低精度时，孔的基本偏差用通用规则换算，孔、轴必须同级，同名配合配合性质才相同。即：同名配合配合性质，必须：三、公差带与配合代号（1）差带代号：由基本偏差代号及公差等级代号组成。或用数字(mm)表示（或两者结合）•例：Ф5g8、Ф5或Ф5g8()•对称偏差表示为：Ф10Js5(±0.003)－0.004－0.022－0.004－0.022位置大小小结1.基本偏差一般为靠近零线的那个上偏差或下偏差作为基本偏差。国标分别规定了28个