学习情境设计方案(2.4零件图上的技术要求)

学习情境设计方案专业：机械制造与自动化（纺机方向）学习领域：机械图样绘制与三维建模学习情境一：机件的图样表达任务2.4零件图上的技术要求参考学时6学时工作情境描述零件图上的技术要求包括零件上各表面的粗糙度；零件的极限与配合要求；零件的几何公差；零件图上技术要求的标注为对零件的装配有重要作用。学习任务在教师引导下学会零件表面粗糙度，几何公差等的标注。学习目标1、能够掌握零件表面粗糙度的标注2、能够掌握零件几何公差的标注学习内容1、零件表面粗糙度的产生原因及标注2、零件的极限与配合要求3、零件的几何公差与其他学习情境的关系本工作任务设置目的是让学生掌握零件的技术要求，为下一情景零件的装配打好基础教学条件1、教学设备：绘图工具、机械零件2、学习资料：学习材料工作页3、教学场地：机械制图一体化教室4、教师安排：两名教师教学方法组织形式1、全班同学分8个小组，每组5～7人。2、以小组学习为主，以课堂教学和学生独立学习为辅，三种方式交替进行，行动导向教学法始终贯穿教学全过程教学流程1、教师引领学生观察不同零件表面特征，并测量装配零件尺寸2、教师设置工作任务，讲述零件各技术要求的定义3、学生小组合作，在工作页的引导下，学习零件技术要求的标注4、教师设置问题，学生小组讨论，派代表阐述讨论结果5、学生小组合作，在工作页的引导下完成标准零件图技术要求的标注6、教师对工作过程进行综合评价学业评价1、阐述零件图的各项技术要求（教师评价）2、能根据工作页提示，正确标注零件技术要求（小组评价、教师评价）任务2.4零件图上的技术要求单元一表面粗糙度无论采用哪种加工方法所获得的零件表面，都不是绝对平整和光滑的，放在显微镜下观察，都可以看到微观的峰谷不平痕迹，如图1-1所示。表面上这种微观不平情况，一般是受刀具与零件间的运动、摩擦，机床的震动及零件的塑性变形等各种因素的影响而形成的。表面上所具有的这种较小间距和峰谷所组成的微观几何形状特征，称为表面粗糙度。表面粗糙度是评定零件表面质量的一项技术指标，它对零件的配合性质、耐磨性、抗腐蚀性、接触刚度、抗疲劳强度、密封性和外观等都有影响。因此，图样上要根据零件的功能要求，对零件的表面粗糙度做出相应的规定。评定表面粗糙度的主要参数是轮廓算术平均偏差Ra，它是指在取样长度l范围内，被测图1-1表面粗糙度概念轮廓线上各点至基准线的距离yi（如图1-2）的算术平均值，可用下式表示：01lRaydxl=ò或近似表示为：11niiRayn==å图1-2轮廓算术平均偏差Ra轮廓算术平均偏差可以用电动轮廓仪来测量，运算过程由仪器自动完成。根据GB/T1031-1995规定，轮廓算术平均偏差Ra的数值，见表1-1。Ra数值愈小，零件表面愈趋平整光滑；Ra数值愈大，零件表面愈粗糙。表1-1轮廓算术平均偏差Ra的数值um有时还使用微观不平度十点高度Rz或轮廓最大高度Ry作为表面粗糙度的评定参数。1.1、表面粗糙度的选用表面粗糙度参数值的选用，应该既要满足零件表面的功能要求，又要考虑经济合理性。具体选用时可参照已有的类似零件图，用类比法确定。在满足零件功能要求前提下，应尽量选用较大的表面粗糙度参数值，以降低加工成本。一般地说，零件的工作表面、配合表面、密封表面、运动速度高和单位压力大的摩擦表面、承受交变载荷的表面、尺寸与表面形状精度要求高的表面、耐腐蚀表面及装饰表面等，对表面平整光滑程度要求高，参数值应取小些。非工作表面、非配合表面、尺寸精度低的表面，参数值应取大些。同一公差等级，小尺寸比大尺寸、轴比孔的参数值要小。表1-2列举了表面粗糙度参数Ra值与加工方法的关系及其应用举例，可供选用时参考。表1-2表面粗糙度参数Ra值应用举例1.2、表面粗糙度符号、代号及其注法GB/T131-1993规定，表面粗糙度代号是由规定的符号和有关参数值组成。零件表面粗糙度符号如表1-3所示。表1-3表面粗糙度的符号及画法表面粗糙度代号是在表面粗糙度符号的基础上，标注表面特征规定后组成的。各种特征规定的标注位置，如图1-3所示。图1-3表面特征规定标注位置在零件图中，表面粗糙度代号的高度参数，经常标注轮廓算术平均偏差Ra值，因此可省略Ra符号。表面粗糙度高度参数标注示例及其意义，如表1-4所示。表1-4表面粗糙度高度参数标注示例及其意义1.3、表面粗糙度代号在图样上的标注在零件图中，每个表面一般只标注一次表面粗糙度代号，其符号的尖端必须从材料外部指向零件表面，并应注在可见轮廓线、尺寸线、尺寸界线或引出线上，代号中的数字及符号方向应与标注尺寸数字方向相同。表1-5中，列举了表面粗糙度的标注示例。表1-5表面粗糙度标注示例单元二公差与配合某一产品（包括零件、部件、构件等）与另一产品在尺寸、功能上能够彼此互相替换的性能称为互换性。零件具有互换性，可给机器装配、维修带来方便，也为机械工业现代化协作生产提供了重要条件。零件在加工过程中，由于机床精度、刀具磨损、测量误差等多种因素的影响，不可能把零件的尺寸加工得绝对准确。为了保证互换性，必须将零件尺寸的加工误差限制在一定的范围内，规定出尺寸的允许变动量，从而形成了公差与配合的一系列概念。下面先以图2-1（孔）为例，介绍公差的有关术语，（轴类同）。2.1、公差与配合的基本概念图2-1基本术语1、基本术语（1）基本尺寸设计时给定的尺寸。如孔的尺寸Φ50。（2）实际尺寸通过测量所得到的尺寸。（3）极限尺寸允许尺寸变化的两个界限值。它以基本尺寸为基数来确定。两个界限值中较大的一个称为最大极限尺寸；如Φ50.007；较小的一个称为最小极限尺寸，如Φ49.982。（4）尺寸偏差（简称偏差）某一尺寸减其基本尺寸所得的代数差，分别称为上偏差和下偏差。上、下偏差统称为极限偏差，它们可以为正值、负值或零。国标规定了偏差代号：孔的上偏差用ES、下偏差用EI表示；轴的上偏差用ES、下偏差用EI表示。ES=50.007-50=+0.007EI=49.982-50=-0.018（5）尺寸公差（简称公差）允许尺寸的变动量。公差等于最大极限尺寸与最小极限尺寸之代数差；也等于上偏差与下偏差之代数差，即：公差=最大极限尺寸-最小极限尺寸=50.007-49.982=0.025公差=上偏差-下偏差=0.007-（-0.018）=0.025因为最大极限尺寸总是大于最小极限尺寸，所以尺寸公差永远为正值。（6）零线在公差带图中，用以确定偏差的一条基准直线。通常零线表示基本尺寸，零线上方偏差为正；零线下方偏差为负。标准和标准化实现互换性的途径（7）尺寸公差带（简称公差带）在公差带图中，由代表上、下偏差的两条直线所限定的一个区域。公差带的区域宽度和位置是构成公差带的两个要素。一般用斜线表示孔的公差带；用加点表示轴的公差带。（8）标准公差与标准公差等级标准公差是国家标准所列的用以确定公差带大小的任一公差。标准公差等级是确定尺寸精确程度的等级。标准公差分20个等级，即IT01、IT0、IT1IT18。其中IT01公差值最小，精度最高；IT18公差值最大，精度最低。标准公差数值可查表得。（a）基本偏差为下偏差（b）基本偏差为上偏图2-2基本偏差示意图（9）基本偏差用以确定公差带相对于零件位置的上偏差或下偏差，一般是指靠近零线的那个偏差，如图2-2所示。当公差带位于零线上方时，其基本偏差为下偏差；当公差带位于零线下方时，其基本偏差为上偏差。图2-3孔和轴的基本偏差系列根据实际需要，国家标准分别对孔和轴规定了28个不同的基本偏差，组成基本偏差系列，如图2-3所示。基本偏差代号用拉丁字母表示，大写为孔、小写为轴。由于图中用基本偏差只表示公差带的位置而不表示公差带的大小，故公差带的一端画成开口。在基本偏差系列中，AH（ah）的基本偏差用于间隙配合；JZC（jzc）用于过渡配合和过盈配合。基本偏差数值可从国标和有关手册中查得。2、配合在机器装配中，基本尺寸相同的、相互结合的孔和轴公差带之间的关系，称为配合。根据使用要求不同，国标规定配合分三类：即间隙配合、过盈配合和过渡配合。（1）间隙配合如图2-4a所示，孔与轴配合时，孔的公差带在轴的公差带之上，具有间隙（包括最小间隙等于零）的配合。（2）过盈配合如图2-4b所示，孔与轴配合时，孔的公差带在轴的公差带之下，具有过盈（包括最小过盈等于零）的配合。（4）过渡配合如图2-4c所示，孔与轴配合时，孔的公差带与轴的公差带相互交叠，任取其中一对孔和轴相配，可能是具有间隙或过盈的配合。（a）间隙配合（b）过盈配合（c）过渡配合图2-4三类配合为了便于选择配合，减少零件加工的专用刀具和量具，国标对配合规定了两种基准制。（1）基孔制基本偏差为一定的孔的公差带，与不同基本偏差的轴的公差带形成各种配合的一种制度，如图2-5a所示。基孔制的孔称为基准孔，国标规定基准孔的下偏差为零，并用代号H表示。（2）基轴制基本偏差为一定的轴的公差带，与不同基本偏差的孔的公差带形成各种配合的一种制度，如图2-5b所示。基轴制的轴称为基准轴，国标规定基准轴的上偏差为零，并用代号h表示（a）基孔制（b）基轴制图2-5基孔制和基轴制2.2、公差与配合的选用公差配合的选用包括基准制、配合类别和公差等级三项内容。1.基准制的选择国家标准中规定优先选用基孔制，因为一般地说加工孔比加工轴难，采用基孔制可以限制和减少加工孔所需用的定值刀具、量具的规格数量，从而获得较好的经济效益。基轴制通常仅用于结构设计要求不适宜采用基孔制，或者采用基轴制具有明显经济效果的场合。例如，同一轴与几个具有不同公差带的孔配合（如图2-6），或冷拔制成不再进行切削加工的轴在与孔配合时，采用基轴制。在零件与标准件配合时，应按标准件所用的基准制来确定。如滚动轴承的轴圈与轴的配合则为基孔制；而座圈与机体孔的配合则为基轴制。图2-6基轴制应用示例2.配合的选择国家标准规定了优先选用、常用和一般用途的孔、轴公差带。应根据配合特性表2-1优先配合的特性及应用和使用功能，尽量选用优先和常用配合。当零件之间具有相对转动或移动时，必须选择间隙配合；当零件之间无键、销等紧固件，只依靠结合面之间的过盈来实现传动时，必须选择过盈配合；当零件之间不要求有相对运动，同轴度要求较高，而不是依靠该配合传递动力时，通常选择过渡配合。表2-1列举了优先配合的特性及应用说明，可供选择时参考。3.标准公差等级的选择在保证零件使用要求的条件下，应尽量选择比较低的标准公差等级，以减少零件的制造成本。由于加工孔比较难，故当标准公差等级高于IT8时，在基本尺寸至500mm的配合中，应选择孔的标准公差等级比轴低一级（如孔为8级，轴为7级）来加工孔。因为公差等级愈高，公差数值愈小，加工愈困难。标准公差等级低时，轴、孔的配合可选相同的标准公差等级。通常IT01IT4用于块规和量规；IT5IT12用于配合尺寸；IT12IT18用于非配合尺寸。表2-2列举了IT5IT12公差等级的应用说明，可供选择时参考。表2-2公差等级的应用2.3、公差与配合的标注1、配合在装图中的注法配合代号由相配的孔和轴的公差带代号组成，用分数形式表示，分子为孔的公差带代号；分母为轴的公差带代号（用斜分数线时，其斜分数线应与分子、分母中的代号高度平齐）。如：H8/r7或78rH，F7/h6或67hF，代号左边加基本尺寸后，其含义解释如下：由上述分析可知，在配合代号中，如果分子含有H的，则为基孔制配合；如果分母含有h的，则为基轴制配合；如果分子含有H，同时分母又含有h时，则是基准孔与基准轴相配合，即最小间隙为零的间隙配合，一般可视为基准件配合。配合在装配图中的注法，主要有以下两种形式：（1）标注孔、轴的配合代号，如图2-7a所示。这种注法应用最多。（2）零件与标准件或外购件配合时，装配图中可仅标注该零件的公差带代号。如图2-7b中轴颈与滚动轴承轴圈的配合，只注出轴颈Φ30k6；机座孔与滚动轴承座圈的配合，只注出机座孔Φ62J7。（a）（b）图2-7装配图中配合的注法2、公差在零件图中的注法公差在零件图中的注法，有以下三种形式：（1）标注公差带代号如2-8a所示，这种注法常用于大批量