68《互换性与测量技术》第4章：形位公差与检测[26P][528KB]

互换性与测量技术第四章形位公差与检测第四章形位公差与检测本章要点及学习指导本章主要研究零件几何要素在形状和位置上所产生的误差以及如何用公差对这些误差进行相应控制和检测，以确保零件的功能要求和实现互换性。通过本章学习，要求读者理解并掌握有关几何要素的几种名称和定义；掌握形位公差项目的符号和标注方法；理解并掌握形状和位置公差带的特征、形位误差和形位误差值的评定、公差原则和公差要求；初步会选用形位公差。第四章形位公差与检测案例导入在生产加工过程中，机械零件不仅会有尺寸误差，而且还会产生形状和位置误差。如图4.1(a)所示为一理想形状的销轴，它与一已知孔过渡配合。而此轴加工后的尺寸误差与表面粗糙度都合格，但加工后产生了形状弯曲，如图4.1(b)所示，致使此轴装不进已知孔中。又如，如图4.2(a)所示为一要求严格的四棱柱，加工后的实际位置却是左面倾斜了，产生了位置误差，如图4.2(b)所示，致使与配合面接触不均匀。(a)(b)图4.1形状误差(a)(b)图4.2位置误差圆柱表面的形状误差，在间隙配合中，会使间隙大小分布不匀，造成局部磨损加快，从而降低零件的使用寿命；在过盈配合中，则造成各处过盈量不一致而影响连接强度。机床导轨表面的形状误差将影响刀架的运动精度。齿轮箱上各轴承孔的位置误差将影响齿面的接触均匀性和齿侧间隙等。那么，如何来确定机械零件的形状公差和位置公差呢？又如何来检测机械零件的形状误差和位置误差呢？形位公差与尺寸公差之间有没有关系呢？4.1概述4.1.1形位公差的基本概4.1.2几何要素的分类4.1.3形位公差的项目及符号4.1.4形位公差带4.1.5形位公差的标注4.1.1形位公差的基本概念形状误差是指被测实际要素对理想要素的变动量；位置误差是指关联实际要素对理想要素的变动量。形状误差和位置误差简称形位误差。如果零件存在严重的形状和位置误差，将使装配造成困难，影响机器的工作精度和使用寿命。因此，为了保证机械产品质量和零件的互换性，不仅要限制零件的尺寸误差，还必须对零件的形位误差加以控制，规定一个比较经济、合理的许可变动范围，这就是形状和位置公差，简称形位公差。4.1.2几何要素的分类几何要素是指构成零件几何特征的点、线和面，简称要素，如图4.3所示零件的顶点、球心、轴线、素线、球面、圆锥面、圆柱面、端面等。几何要素就是形位公差的研究对象。4.1.3形位公差的项目及符号根据国家标准GB/T1182—1996《形状和位置公差通则、定义、符号和图样表示方法》的规定，形位公差项目分为14种，各项目的名称及符号见表4.1。4.1.4形位公差带形位公差带是用来限制被测要素变动的区域。它是一个几何图形，只要被测要素完全落在给定的公差带内，就表示该要素的形状和位置符合要求。形位公差带具有形状、大小、方向和位置四个要素。形位公差带的形状由被测要素的理想形状和给定的公差特征项目所确定，常见的形位公差带的形状如图4.4所示。4.1.5形位公差的标注国家标准规定形位公差在图样上一般采用代号标注，无法采用代号标注时，允许在技术要求中用文字说明。形位公差的标注结构由公差框格、指引线和基准代号组成。4.2形状公差和位置公差4.2.1形状公差4.2.2位置公差4.2.1形状公差形状公差包括直线度、平面度、圆度、圆柱度、线轮廓度和面轮廓度六个项目。除了有基准要求的线轮廓度和面轮廓度以外，均是限制单一要素形状误差的。形状公差带是限制实际被测要素变动的一个区域，根据形状公差带的特点，形状公差可分为两种类型。1.直线度、平面度、圆度、圆柱度这四个项目是对单一实际要素形状所提出的，不涉及基准问题，它们的公差带没有方向或位置约束，即公差带可以任意浮动，并且构成公差带几何图形的理想要素都不涉及尺寸。2.线轮廓度和面轮廓度轮廓度公差不是单纯的形状公差，具有两重性：当它们用于限制被测要素的形状时，不标注基准，其理想形状由理论正确尺寸确定，公差带的位置是浮动的；当它们用于限制被测要素的形状和位置时，要标注基准，其理想形状由基准和理论正确尺寸确定，公差带位置是确定的。4.2.2位置公差位置公差包括平行度、垂直度、倾斜度、同轴度、对称度、位置度、圆跳动和全跳动八个项目，是限制被测实际要素相对于基准要素方向和位置误差的。按照要求的几何关系不同，位置公差可分为定向公差、定位公差和跳动公差三类。4.3形位误差的评定及检测4.3.1形状误差的评定4.3.2位置误差的评定4.3.3形位误差的检测原则4.3.1形状误差的评定1.形状误差的评定准则形状误差是被测实际要素形状对其理想要素的变动量，只要形状误差值不大于相应的公差值，则认为合格。2.最小包容区域为了方便，同时又与公差带相联系，在评定形状误差时，根据“最小条件”的要求，一般用最小包容区域的宽度或直径表示形状误差的大小。最小包容区域是指与公差带形状相同、包容被测实际要素，且具有最小宽度或直径的区域，简称最小区域.4.3.2位置误差的评定1.定向误差的评定4.3.2位置误差的评定2.定位误差的评定评定定位误差时，理想要素相对于基准的位置由理论正确尺寸确定。在理想要素位置确定的前提下，应该使被测实际要素对其理想要素的最大距离为最小，来确定定位最小包容区域。定位最小包容区域的宽度或直径表示定位误差的大小，其形状与定位公差带的形状相同。3.跳动误差的评定由于跳动误差是根据检测方法定义的，所以跳动误差的评定分别按照它们的测量方法，由测量仪器指示表的最大值与最小值之差反映出来。4.3.3形位误差的检测原则1.与理想要素比较的原则2.测量坐标值原则3.测量特征参数的原则4.测量跳动的原则5.控制实效边界的原则4.4公差原则零件几何参数是否准确，取决于尺寸误差和形位误差的综合影响。所以在设计零件时，对同一被测要素除了应给定尺寸公差外，还应该根据需要给定形状和位置公差。确定尺寸公差和形位公差关系的原则称为公差原则，它分为独立原则和相关要求两类。相关要求是指图样上给出的尺寸公差与形位公差相互关联，用理想边界控制实际要素作用尺寸的设计要求。它分别为包容要求、最大实体要求、最小实体要求和可逆要求。4.4.1有关术语和定义1.局部实际尺寸2.作用尺寸3.实体状态和实体尺寸4.实效状态和实效尺寸5.理想边界4.4.2独立原则独立原则是指图样上给出的尺寸公差与形位公差相互无关，被测要素应分别满足要求的公差原则。采用独立原则标注时，不需要附加任何表示互相关系的符号。如图4.30所示为独立原则标注示例，图中销轴外圆柱面的实际尺寸和实际轴线必须位于各自的公差范围内，才为合格。根据φ10mm标注所确定的尺寸公差带，限制圆柱面的实际尺寸必须在φ9.97mm～φ10mm之间，而不受轴线的直线度误差的影响。同理，不管销轴外圆柱面的实际尺寸为何值，轴线的直线度误差都不允许大于φ0.015mm。4.4.3包容要求包容要求主要适用于单一要素，在图样上标注时，尺寸极限偏差或公差带代号后面加注有符号时，则表示该单一要素遵守包容要求，如图4.31(a)所示。4.4.4最大实体要求1.最大实体要求用于被测要素当被测要素采用最大实体要求时，被测要素的形位公差值是在该要素处于最大实体状态时给定的。当被测要素的实际尺寸偏离其最大实体状态时，允许形位公差值可以相应地增加。在图样上标注时，应在形位公差值后加注符号，如图4.33(a)所示。2.最大实体要求用于基准要素在图样上公差框格中基准字母后面标注符号时，表示最大实体要求用于基准要素，允许基准要素在一定范围内浮动，其浮动范围等于基准要素的体外作用尺寸与其相应边界尺寸之差。此时，基准应遵守相应的边界。4.4.5最小实体要求当被测要素采用最小实体要求时，被测要素形位公差值是在该要素处于最小实体状态时给定的。当被测要素实际尺寸偏离其最小实体状态时，允许的形位公差值可以相应地增加。在图样上标注时，应在形位公差值后加注符号，如图4.35(a)所示。4.4.6可逆要求可逆要求不能单独采用，只能与最大实体要求或最小实体要求联合使用。4.5形位公差的选择4.5.1形位公差项目的选择4.5.2形位公差原则和公差要求的选择4.5.3形位公差值的选择4.5.4基准要素的选择4.6本章实训1.实训内容用水平测量仪测量导轨的直线度误差，并用最小包容区域法评定直线度误差值。2.实训目的(1)掌握用水平测量仪测量导轨直线度误差的方法及数据处理。(2)加深对直线度误差的理解。3.实训过程(1)量出导轨总长，确定相邻两测量点之间的距离。(2)将水平仪放在平板上，然后依次测量出至少10个点的数值。(3)根据各测点的数值，在坐标纸上取点，然后连接各点，作出误差折线。(4)用两条平行直线包容误差折线，其中一条直线必须与误差折线两个最高(最低)点相切，在两切点之间，应有一个最低(最高)点与另一条平行直线相切。在这两条平行直线之间的区域就是最小包容区域，该两直线之间的距离就是直线度误差。