互换性第五版课件第一章公差与互换性原.ppt

机械制造技术基础 邓志平 2010年9月,机械制造技术基础,本课程主要内容,本课程将对机械制造技术作一个基础性的介绍。主要内容如下：第一章 公差与互换性原理；第二章 金属切削与刀具设计基础：第三章 机械加工方法与设备；第五章 机械加工工艺规程；第六章 机械产品的装配工艺等。,互换性与技术测量 邓志平 2010年9月,第一章：公差与互换性原理,绪 论,本章的研究对象及任务 本章是机械类及相关专业的一门重要的技术基础课，从“精度”和“误差”两方面去分析研究机械零件及机构的几何参数，学完本章后应达到如下要求： 掌握互换性和标准化的基本概念； 掌握本课程所介绍的各个公差标准和基本内容，掌握其特点和应用原则； 学会根据机器和零件的功能要求，选用合适的公差与配合，并能正确地标注到图样上； 掌握一般几何参数测量的基础知识； 学会查工具书，如手册、标准等。,第一章：公差与互换性原理,1、互换性与优先数 1. 互换性的概念 概念：同一规格的一批零部件，任取其一，不经任何挑选和修配就能装在机器上，并能满足其使用功能要求的特性叫做互换性。 举例：机器上的螺钉、灯泡，自行车、缝纫机、钟表上的零部件。 机械制造业中的互换性通常包括几何参数和机械性能（如强度、刚度）的互换，本章仅讨论几何参数的互换性。,第一章：公差与互换性原理,2. 互换性的分类 分类：互换性按其互换程度分为完全互换和不完全互换。 定义：完全互换装配时不需挑选和修配。 不完全互换装配时允许挑选、调整和修配。 应用：零部件厂际协作应采用完全互换，部件或构件在同一厂制造和装配时，可采用不完全互换。 大数互换：大批大量生产中放宽零件尺寸制造公差，使绝大多数产品成为合格产品。,第一章：公差与互换性原理,3. 互换性的意义 设计方面：可以最大限度地采用标准件、通用件和标准部件，大大简化了绘图和计算工作，缩短了设计周期，并有利于计算机辅助设计和产品的多样化。 制造方面：有利于组织专业化生产，便于采用先进工艺和高效率的专用设备，有利于计算机辅助制造，及实现加工过程和装配过程机械化、自动化。 使用维修方面：减少了机器的使用和维修的时间和费用，提高了机器的使用价值。,第一章：公差与互换性原理,二、标准和标准化的引入 要使具有互换性的产品几何参数完全一致，是不可能，也是不必要的。在此情况下，要使同种产品具有互换性，只能使其几何参数、功能参数充分近似。其近似程度可按产品质量要求的不同而不同。允许零件几何参数的变动量称为公差。现代化生产的特点是品种多、规模大、分工细和协作多。为使社会生产有序地进行，必须通过标准化使产品规格品种简化，使分散的、局部的生产环节相互协调和统一。,第一章：公差与互换性原理,1. 标准的概念 标准是对重复性事物和概念所作的统一规定，它以科学、技术和实践经验的综合成果为基础，经有关方面协商一致，由主管机构批准，以特定形式发布，作为共同遵守的准则和依据。 标准的范围极广，种类繁多，涉及到人类生活的各个方面。 本章研究的公差标准、检测器具和方法标准，大多属于国家基础标准。,第一章：公差与互换性原理,2. 标准的分类 标准按不同的级别颁发。我国标准分为国家标准、行业标准、地方标准和企业标准。 对需要在全国范围内统一的技术要求，应当制定国家标准，代号为GB，对没有国家标准而又需要在全国某个行业范围内统一的技术要求，可制定行业标准，如机械标准（JB）等；对没有国家标准和行业标准而又需要在某个范围内统一的技术要求，可制定地方标准或企业标准，它们的代号分别用DB、QB表示。,第一章：公差与互换性原理,3. 国际标准化组织（ISO） 在国际上，为了促进世界各国在技术上的统一，成立了国际标准化组织（简称ISO）和国际电工委员会（简称IEC），由这两个组织负责制定和颁发国际标准。我国于1978年恢复参加ISO组织后。陆续修订了自己的标准。修订的原则是，在立足我国生产实际的基础上向ISO靠拢，以利于加强我国在国际上的技术交流和产品互换。 我国成立“全国产品尺寸和几何技术规范标准化技术委员会”（SAC/TC 240），制定“产品几何量技术规范与认证”，简称GPS。,第一章：公差与互换性原理,4. 标准化 定义：标准化是指标准的制订、发布和贯彻实施的全部活动过程，包括从调查标准化对象开始，经试验、分析和综合归纳，进而制订和贯彻标准，以后还要修订标准等等。标准化是以标准的形式体现的，也是一个不断循环、不断提高的过程。 意义：标准化是组织现代化生产的重要手段，是实现互换性的必要前提，是国家现代化水平的重要标志之一。它对人类进步和科学技术发展起着巨大的推动作用。,第一章：公差与互换性原理,三、优先数和优先数系的引入 在机械设计中，常常需要确定很多参数，而这些参数往往不是孤立的，一旦选定，这个数值就会按照一定规律，向一切有关的参数传播。例如，螺栓的尺寸一旦确定，将会影响螺母的尺寸、丝锥板牙的尺寸、螺栓孔的尺寸以及加工螺栓孔的钻头的尺寸等。由于数值如此不断关联、不断传播，所以，机械产品中的各种技术参数不能随意确定。 为使产品的参数选择能遵守统一的规律，使参数选择一开始就纳入标准化轨道，必须对各种技术参数的数值作出统一规定。优先数和优先数系国家标准（GB3212005）就是其中最重要的一个标准，要求工业产品技术参数尽可能采用它。,第一章：公差与互换性原理,1. 优先数和优先数系 GB3212005中规定以十进制等比数列为优先数系，并规定了五个系列，它们分别用系列符号R5、 R10、 R20、 R40和R80表示，其中前四个系列作为基本系列， R80为补充系列，仅用于分级很细的特殊场合。各系列的公比为： R5的公比： q51.60； R10的公比： q101.25； R20的分比： q201.12； R40的公比： q401.06； R80的公比： q801.03。 公比公式为：,第一章：公差与互换性原理,2. 优先数和优先数系的特点 优先数系的五个系列中任一个项值均为优先数。按公比计算得到的优先数的理论值，除10的整数幂外，都是无理数，工程技术上不能直接应用。实际应用的都是经过圆整后的近似值。根据圆整的精确程度，可分为： （1）计算值：取五位有效数字，供精确计算用。 （2）常用值：即经常使用的通常所称的优先数，取三位有效数字。 国家标准规定的优先数系分档合理，疏密均匀，有广泛的适用性，简单易记，便于使用。常见的量值，如长度、直径、转速及功率等分级，基本上都是按一定的优先数系进行的。本课程所涉及的有关标准里，诸如尺寸分段、公差分级及表面粗糙度的参数系列等，基本上采用优先数系。（见书中表1.1）,第一章：公差与互换性原理,四、几何量的检测 完工后的零件是否满足公差要求，要通过检测加以判断。检测包含检验与测量。 检验：是确定零件的几何参数是否在规定的极限范围内，并作出合格性判断，而不必得出被测量的具体数值； 测量：是将被测量与作为计量单位的标准量进行比较，以确定被测量的具体数值的过程。 意义：检测不仅用来评定产品质量，而且用于分析产生不合格品的原因，及时调整生产，监督工艺过程，预防废品产生。检测是机械制造的“眼睛”。产品质量的提高，除设计和加工精度的提高外，往往更有赖于检测精度的提高。所以，合理地确定公差与正确进行检测，是保证产品质量、实现互换性生产的两个必不可少的条件和手段。,第一章：公差与互换性原理,本章是从“精度”和“误差”两方面去分析研究机械零件及机构的几何参数，学完本章后应达到如下要求： 掌握互换性和标准化的基本概念； 了解本课程所介绍的各个公差标准和基本内容，掌握其特点和应用原则； 学会根据机器和零件的功能要求，选用合适的公差与配合，并能正确地标注到图样上； 掌握一般几何参数测量的基础知识； 了解各种典型零件的测量方法，学会使用常用的计量器具； 学会查工具书，如手册、标准等。,第一章：公差与互换性原理,习 题 1、什么叫互换性？它在机械制造中有何重要意义？是否只适用于大批量生产？ 2、完全互换与不完全互换有何区别？各用于何种场合？ 3、公差、检测、标准化与互换性有什么关系？ 4、按标准颁发的级别分，我国标准有哪几种？ 5、下面数据属于哪种系列？公比q为多少？ 电动机转速有（单位为rmin）： 375，750，1500，3000。,第一章：公差与互换性原理,第2节 孔与轴的极限与配合 教学基本要求： 理解并掌握轴与孔、尺寸、偏差（实际偏差、极限偏差）、公差、配合等术语及定义； 理解并掌握尺寸公差带的术语及定义，熟练掌握尺寸公差带图的画法； 了解配合公差带的定义及配合公差带图的画法； 理解并掌握极限与配合国家标准的构成，掌握基准制的概念及公差与配合的标准化构成规律； 了解公差与配合国家标准的应用。,第一章：公差与互换性原理,基本术语及定义 一、有关“尺寸”的术语及定义 尺寸 用特定单位表示线性值的数字。 孔和轴 孔通常指工件的圆柱形内表面，也包括非圆柱形内表面（由两平行平面或切面形成的包容面）。其尺寸由D表示；轴通常指工件的圆柱形的外表面，也包括非圆柱形外表面（由两平行平面或切面形成的被包容面）。 其尺寸由d 表示。 即：孔为包容面，轴为被包容面。如图所示。,第一章：公差与互换性原理,3. 基本尺寸 由设计给定的尺寸，一般要求符合标准的尺寸系列。孔(D)和轴(d). 4. 实际尺寸 通过测量所得的尺寸。包含测量误差，所以不是尺寸的真值。且同一表面不同部位的实际尺寸往往也不相同。孔和轴的实际尺寸分别用Da、da表示。 5. 极限尺寸 允许尺寸变化的两个极限值。两者中大的称为最大极限尺寸，小的称为最小极限尺寸。孔和轴的最大、最小极限尺寸分别为 Dmax、dmax和Dmin、 dmin表示。,Home,第一章：公差与互换性原理,图1-2 公差与配合示意图,二、有关“偏差与公差” 的术语及定义 1. 尺寸偏差：某一尺寸减去基本尺寸所得的代数差。包括实际偏差和极限偏差。极限偏差又分上偏差（ES、es）和下偏差（EI、ei）。 ES=Dmax-D es=dmax-d EI=Dmin-D ei=dmin-d 2. 尺寸公差：允许尺寸的变动量。等于最大极限尺寸与最小极限尺寸之代数差的绝对值。孔、轴的公差分别用Th和Ts表示。 Th= Dmax- Dmin = ES-EI Ts= dmax- dmin = es-ei,|,第一章：公差与互换性原理,公差与极限偏差的比较 两者区别： 从数值上看：极限偏差是代数值，正、负或零值是有意义的；而公差是允许尺寸的变动范围，是没有正负号的绝对值，也不能为零（零值意味着加工误差不存在，是不可能的）。实际计算时由于最大极限尺寸大于最小极限尺寸，故可省略绝对值符号。 从作用上看：极限偏差用于控制实际偏差，是判断完工零件是否合格的根据，而公差则控制一批零件实际尺寸的差异程度。 从工艺上看：对某一具体零件，公差大小反映加工的难易程度，即加工精度的高低，它是制定加工工艺的主要依据，而极限偏差则是调整机床决定切削工具与工件相对位置的依据。 两者联系：公差是上、下偏差之代数差的绝对值，所以确定了两极限偏差也就确定了公差。,|,第一章：公差与互换性原理,图1.2 公差与配合示意图,3. 尺寸公差带图 由于公差与极限尺寸的数值相差较大，不便用同一比例表示， 故采用公差带图。 零线：表示基本尺寸的一条直线，以其为基准确定偏差和公差，零线以上为正，以下为负。 尺寸公差带：由代表上、下偏差的两条直线所限定的一个区域。公差带有两个基本参数，即公差带大小与位置。大小由标准公差确定，位置由基本偏差确定。 基本偏差：标准中表列的，用以确定公差带相对于零线位置的上偏差或下偏差。一般为靠近零线的那个极限偏差。 标准公差：标准中表列的，用于确定公差带大小的任一公差。,孔,轴,0,基本尺寸,ES,EI,es,ei,Th,T s,+,-,第一章：公差与互换性原理,尺寸公差带图（举例） 画出基本尺寸为 50，最大极限尺寸为 50 .025 、最小极限尺寸为 50 mm的孔与最大极限尺寸为 49.975 、最小极限尺寸为 49.959mm的轴的公差带图。,0,+,-,50,孔,轴,+0.025,-0.025,-0.041,第一章：公差与互换性原理,例：已知基本尺寸D = d = 30 mm，孔的极限尺寸Dmax = 30.021mm，Dmin=30.000mm，dmax =29.980mm，dmin =29.967mm。求孔和轴的极限偏差和公差。 解 孔：ES = Dmax D = 30.02130 =+0.021mm EI = Dmin D =30.00030 = 0 Th =DmaxDmin=ES EI=+0.0210= 0.021mm 轴：es = dmax d = 29.98030 = -0.020mm ei = dmin d = 9.96730 = -0.033mm Ts =dmax dmin=es ei=0.020（0.033）=0.013mm 公差带图如图3所示。,第一章：公差与互换性原理,加工误差与公差的关系 工件在加工过程中，由于工艺系统误差的影响，使加工后的零件的几何参数与与理想值不相符合，其差别称为加工误差。其中包括： 尺寸误差：实际尺寸与理想尺寸之差。 几何形状误差：宏观几何形状误差（形状误差，由工艺系统误差所造成）、微观几何形状误差（表面粗糙度，刀具在工件上留下的波峰和波长）、表面波度误差（加工过程中振动引起的）。 位置误差：各要素之间实际相对位置与理想位置的差值。 加工误差是不可避免的，其误差值在一定范围内变化是允许的，加工后的零件的误差只要不超过零件的公差，零件是合格的。所以，公差是设计给定的，用于限制加工误差的；误差则是加工过程中产生的。,第一章：公差与互换性原理,基本内容：了解有关配合的基本概念，掌握光滑圆柱结合的配合基准制。 重点内容：有关配合的基本计算、基准制。 难点内容：基准制。,三、有关“配合” 的术语及定义,第一章：公差与互换性原理,基本尺寸相同，相互结合的孔、轴公差带之间的关系，称为配合。在前面我们学过有关尺寸、偏差和公差的有关术语和定义，为清楚表示各术语间关系，可作公差与配合示意图。简化它们的关系，即可作公差带图。,D（d）,Dmax,Dmin,dmin,dmax,ES,EI,Th,Ts,es,ei,零线,孔,轴,1. 配合的概念,第一章：公差与互换性原理,国家标准对配合规定有两种基准制，即基孔制配合与基轴制配合 基孔制配合：基本偏差为一定的孔公差带与不同基本偏差的轴公差带形成各种配合的一种制度。 基孔制配合的孔称为基准孔，标准规定基准孔的基本偏差（下偏差EI）为零，基准孔的代号为“H”。 基轴制配合：基本偏差为一定的轴公差带与不同基本偏差的孔公差带形成各种配合的一种制度。 基轴制配合的轴称为基准轴，标准规定基准轴的基本偏差（上偏差es）为零，基准轴的代号为“h”。,第一章：公差与互换性原理,配合的类别 通过公差带图，我们能清楚地看到孔、轴公差带之间的关系。根据其公带位置不同，可分为三种类型：间隙配合、过盈配合和过渡配合（参见P9间隙与过盈的定义）。,0,+,-,基本尺寸,孔,轴,孔,轴,孔,轴,第一章：公差与互换性原理,第一章：公差与互换性原理,孔的最小极限尺寸减去轴的最大极限尺寸所得的代数差称为最小间隙，用X min表示。 X min=D min - d max =EI - es,孔,Xmax,Xmin,0,+,-,轴,间隙配合,其特征值是最大间隙X max和最小间隙X min。 孔的最大极限尺寸减去轴的最小极限尺寸所得的代数差称为最大间隙，用X max表示。 X max=D max- dmin=ES ei,具有间隙（包括最小间隙为零）的配合称为间隙配合。此时，孔的公差带在轴的公差带之上。,基本尺寸,第一章：公差与互换性原理,其特征值是最大过盈Y max和最小过盈Y min。 孔的最小极限尺寸减去轴的最大极限尺寸所得的代数差称为最大过盈，用Y max表示。 Y max= D min- d max =EI - es,轴,0,+,-,Ymax,Ymin,孔,过盈配合,基本尺寸,具有过盈（包括最小过盈等于零）的配合称为过盈配合。此时，孔的公差带在轴的公差带之下。,孔的最大极限尺寸减去轴的最小极限尺寸所得的代数差称为最小过盈，用Y min表示。 Y min= D max - dmin=ES - ei,孔的最小极限尺寸减去轴的最大极限尺寸所得的代数差称为最大过盈，用Y max表示。 Y max = D min- d max =EI - es 实际生产中，其平均松紧程度可能表示为平均间隙，也可能表示为平均过盈。,孔,轴,0,+,-,Xmax,Ymax,基本尺寸,过渡配合,可能具有间隙也可能具有过盈的配合称为过渡配合。此时，孔的公差带与轴的公差带相互重叠。,其特征值是最大间隙X max和最大过盈Y max。 孔的最大极限尺寸减去轴的最小极限尺寸所得的代数差称为最大间隙，用X max表示。 X max= D max- dmin=ES - ei,配合公差 配合公差是指允许间隙或过盈的变动量。它是设计人员根据机器配合部位使用性能的要求对配合松紧变动的程度给定的允许值。它反映配合的松紧变化程度，表示配合精度，是评定配合质量的一个重要的综合指标。 在数值上，它是一个没有正、负号，也不能为零的绝对值。它的数值用公式表示为： 对于间隙配合 Tf =XmaxXmin 对于过盈配合 Tf =YminYmax 对于过渡配合 Tf =XmaxYmax 将最大、最小间隙和过盈分别用孔、轴极限尺寸或极限偏差换算后代入上式，则得三类配合的配合公差的共同公式为： Tf = Th +Ts,第一章：公差与互换性原理,第一章：公差与互换性原理,计算 解： (1) 最大间隙 Xmax=ES-ei=+0.025-(-0.041)= +0.066 mm 最小间隙 Xmin=EI-es=0-(-0.025)= +0.025 mm 配合公差 T f =XmaxXmin=+0.066-(+0.025) = 0.041 mm (2) 最大过盈 Ymax=EI-es=0-(+0.059)= -0.059mm 最小过盈 Ymin=ES-ei=+0.025-(+0.043) = -0.018mm 配合公差 T f =YminYmax=-0.018-(-0.059)= 0.041 mm (3) 最大间隙 Xmax=ES-ei=+0.025-(+0.002)= +0.023 mm 最大过盈 Ymax=EI-es=0-(+0.018)= -0.018 mm 配合公差 Tf =XmaxYmax=+0.023-(-0.018)= 0.041 mm,第一章：公差与互换性原理,第三节 极限与配合国家标准,GB/T1800GB/T1804的标准规定了有关线性尺寸精度标准的主要内容： 标准公差 基本偏差 公差代号 优先、常用和一般公差带 基孔制、基轴制常用、优先配合的选用 线性尺寸的一般公差,第一章：公差与互换性原理,i= 0.45 +0.001D,一、标准公差系列 标准公差IT（ISO Tolerance）：是国标规定的，用以确定公差带大小的任一公差值。它等于公差等级系数和公差单位的乘积。 标准公差因子i：计算公差的基本单位。与基本尺寸呈一定的关系：,公差等级系数：确定公差等级的参数。见书表1.2。 公差等级：国标规定标准公差分为20个等级，即IT01、IT0、IT1、IT2、IT18。从IT01到IT18，等级依次降低，而相应的标准公差值依次增大。 基本尺寸分段：为减少标准公差的数目，简化公差表格以利生产，国标对基本尺寸进行了分段，见表1-7。在标准公差和基本偏差的计算公式中，基本尺寸一律以所属尺寸段的几何平均值来计算。 按几何平均值计算出的公差值经尾数化整，即得出标准公差值。见表1-8。,第一章：公差与互换性原理,D= =23.24mm 公差单位i=0.45 +0.001D=1.31m 查表1-4 IT6=10i IT7=16i 即IT6=10 1.31m=13.1m13 m IT7=16 1.31m=20.96 m 21 m,标准公差计算举例 基本尺寸为20mm，求IT6、IT7的公差值。 解：基本尺寸20mm，属于1830mm,第一章：公差与互换性原理,标准公差的特点 IT6可读作：标准公差6级或简称6级公差。 同一基本尺寸的孔与轴，其标准公差数值大小应随公差等级的高低而不同。 公差等级，公差值，见表1.3。 同一公差等级的孔与轴，随着基本尺寸大小的不同应规定不同的标准公差值。 公差是加工误差的允许值，同一等级的公差具有相同的加工难易程度。 总之，标准公差的数值，一是与公差等级有关，二为基本尺寸的函数。,第一章：公差与互换性原理,二、基本偏差系列 基本偏差：确定零件公差带相对于零线位置的极限偏差。它是公差带位置标准化的唯一指标。除JS和js外，均指靠近零线的偏差。与公差等级无关。 基本偏差代号：用拉丁字母表示。大写表示孔，小写表示轴。在26个字母中除去易与其它混淆的I、L、O、Q、W，再加上七个用两个字母表示的代号（CD、EF、FG、JS、ZA、ZB、ZC），共有28个代号，即孔和轴各有28个基本偏差。其中JS和js相对于零线完全对称。 对于轴：ah的基本偏差为上偏差es，其绝对值依次减小，jzc的基本偏差为下偏差ei，其绝对值依次增大。 对于孔：AH的基本偏差为下偏差EI，其绝对值依次减小，JZC的基本偏差为上偏差ES，其绝对值依次增大。 H为基准孔，基本偏差为下偏差，值为零；h为基准轴，基本偏差为上偏差，值为零。,第一章：公差与互换性原理,第一章：公差与互换性原理,基本偏差值 轴的基本偏差：是按基孔制根据科学实验和生产实践的需要确定的，其计算公式见表1.4，其值已经标准化列表1.5。 孔的基本偏差：基本尺寸500mm时，孔的基本偏差是从轴的基本偏差换算而来，见表1.6 。换算规则为： 通用规则：用同一字母表示的孔、轴基本偏差的绝对值相等，符号相反。即： ES=-ei EI=-es 应用：AH，IT IT8的K、M、N和IT IT7的P ZC。 特殊规则：用同一字母表示孔、轴基本偏差时，孔基本偏差和轴的基本偏差符号相反，而绝对值相差一个值。即： ES= -ei + 应用：IT IT8的K、M、N和IT IT7的P ZC。,第一章：公差与互换性原理,尺寸偏差的基本计算 国标列出的孔、轴基本偏差数值见表1.5和表1.6。其另一偏差根据孔、轴的基本偏差和标准公差按以下关系计算： EI=ES-IT ES=EI+IT ei=es-IT es=ei+IT 举例：确定 25H7/p6， 25P7/h6孔与轴的极限偏差。,第一章：公差与互换性原理,尺寸偏差计算举例 确定 25H7/p6， 25P7/h6孔与轴的极限偏差。 解（1）：确定 25H7/p6孔与轴的极限偏差 查表1.3得 IT6=13m IT7=21m 查表1.5，轴的基本偏差为下偏差 轴的下偏差 ei22 m 轴的上偏差 es eiIT635 m 基准孔H7的下偏差为 EI0 孔的上偏差 ES EI IT721 m,第一章：公差与互换性原理,解（2）：确定 25P7/h6孔与轴的极限偏差 查表1.3得 IT6=13m IT7=21m 查表1.5，轴的基本偏差为上偏差， 基准轴的上偏差 es0 轴的下偏差 ei esIT613 m 查表1.6 ，孔的基本偏差为上偏差， 孔的上偏差 ES22 +228 14m 孔的下偏差 EI ES IT7 35m 25H7/p6， 25P7/h6的配合性质不变,第一章：公差与互换性原理,三、公差带代号 公差带的代号由基本偏差代号与公差等级代号组成，如H7、h6、M8、d9等等。在图样上标注尺寸公差时，可以标注极限偏差，（上偏差放在基本尺寸的右上角，下偏差放在基本尺寸的右下角）。,也可以标注尺寸公差带代号，如：50H7、 50f6,第一章：公差与互换性原理,一、优先、常用和一般公差带 标准公差系列中的任一公差与基本偏差系列中任一偏差组合，即可得到不同大小和位置的公差带。在基本尺寸500mm内组成543种孔的公差带和544种轴的公差带。如果将这些孔轴公差带在生产实际中都投入使用，显然是不经济的，而且也不必要的。 为了简化公差带种类，减少与之相适应的定值刀、量具和工艺装备的品种和规格，对基本尺寸至500mm的孔、轴规定了优先、常用和一般用途公差带。书中表1-12和表1-13分别是轴和孔的一般用途公差带（轴119种，孔105种），其中方框内为常用公差带（轴59种，孔44种），带圆圈的为优先公差带（轴孔各有13种）。 设计时应优先使用优先公差带，其次才使用常用公差带，再其次才考虑使用一般用途公差带。,第四节 极限与配合国家标准,第一章：公差与互换性原理,优先、常用和一般公差带,第一章：公差与互换性原理,优先、常用和一般公差带,HOME,第一章：公差与互换性原理,二、配合代号 标准规定，配合代号由相互配合的孔和轴的公差带以分数的形式组成，孔的公差带为分子，轴的公差带为分母。例如：40H8/f7，80K7/h6。 基准孔和基准轴与各种非基准件配合时，得到各种不同性质的配合，如：AH和ah与基准件配合，形成间隙配合；JN和jn与基准件配合，基本上形成过渡配合，PZC和pzc与基准件配合，基本上形成过盈配合。 原则上，任意一对孔、轴公差带都可以构成配合，为了简化公差配合的种类，减少定值刀、量具和工艺装备的品种及规格，国家标准在尺寸500mm的范围内，规定了基孔制和基轴制的优先配合（基孔制、基轴制各13种）和常用配合（基孔制59种，基轴制47种）。,第一章：公差与互换性原理,表1.7 基孔制常用、优先配合,第一章：公差与互换性原理,表1.8 基轴制常用、优先配合,第一章：公差与互换性原理,常用尺寸段配合特点 公差设计时，尺寸500mm的常用尺寸段配合，应按优先、常用和一般公差带和配合的顺序，选用合适的公差带和配合。 标准推荐的优先、常用配合满足工艺等价原则：当孔的标准公差大于IT8时，与同级基准轴相配合，如：H9/h9，H10/d10；当孔的标准公差小于IT8时，与高一级的基准轴相配合，如：H7/m6，H6/k5；当孔的标准公差等于IT8，可与同级配合也可与高一级轴配合。如：H8/m7，H8/h8。,第一章：公差与互换性原理,其它尺寸段配合特点 大尺寸段（基本尺寸5003150mm）：标准规定了常用轴公差带41种，孔公差带31种，没有推荐配合，规定一般采用基孔制的同级配合。根据零件制造特点和生产实际情况，可采用配制配合。先按互换性生产选取配合；再选取较难加工的那个零件作为先加工件（多数情况下是孔），给它一个容易达到的公差；最后再根据所选的配合公差确定配制件（多数情况下是轴）的公差。 “配制公差”的代号为MF。 小尺寸段（尺寸至18mm）：主要适用于仪器仪表和钟表工业，国标规定了163种轴公差带和145种孔公差带，标准未指明选用次序，也未推荐配合。由于小尺寸段轴比孔难加工，所以基轴制用的较多。配合公差等级也更为复杂。,第一章：公差与互换性原理,练习,下列配合属于哪种基准制的哪种配合，确定其配合的极限间隙（过盈）和配合公差。并画出其公差带图。 50H8/f7， 30K7/h6， 30H7/p6,0,0,0,+,+,+,-,-,-,50,30,30,孔,轴,+0.039,-0.025,-0.050,孔,+0.006,轴,孔,+0.021,轴,+0.035,+0.022,-0.015,-0.013,第一章：公差与互换性原理,第五节 公差配合的选用,公差与配合的选用，它是机械设计与制造中至关重要的一环，公差与配合的选用是否恰当，对机械的使用性能和制造成本有着很大的影响。公差与配合的选用主要包括： 基准制的选用 公差等级的选用 配合种类的选用,第一章：公差与互换性原理,一、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：H7/k6与K7/h6的配合性质基本相同，称为“同名配合”。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。由此可见：对于中小尺寸的配合，应尽量采用基孔制配合。,第一章：公差与互换性原理,基轴制的应用,用冷拉光轴作轴时。冷拉圆型材，其尺寸公差可达IT7IT9，能够满足农业机械、纺织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。 采用标准件时。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。 同一基本尺寸的轴与多孔相配合，且配合性质要求不同时。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。,第一章：公差与互换性原理,基轴制的应用,第一章：公差与互换性原理,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，允许采用非配合制配合。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。,第一章：公差与互换性原理,非基准制的应用,第一章：公差与互换性原理,基孔制、基轴制的优先、常用配合见表1-14、1-15。,第一章：公差与互换性原理,二、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。公差与成本的关系如图所示。,第一章：公差与互换性原理,第一章：公差与互换性原理,公差等级选择的基本原则是：在满足使用性能的前提下，尽量选择较低的精度等级。,公差等级的选择方法 公差等级的选择的方法一般采用类比法，对于已知配合要求的也可以用计算法确定其公差等级。下页表列出公差等级的应用，表1-20列出各种加工方法所能达到的精度等级。一般配合尺寸的公差等级范围为IT5IT13。,第一章：公差与互换性原理,公差等级的应用,下页表列出配合IT5IT13级的应用，供采用类比法时对比选用。,规,第一章：公差与互换性原理,配合IT5至IT13级的应用（尺寸500mm）,第一章：公差与互换性原理,采用类比法选择公差等级时应考虑的问题 （1）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。 （2）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。,第一章：公差与互换性原理,（3）过盈、过渡和较紧的间隙配合，精度等级不能太低。一般孔的公差等级应不低于IT8级，轴的不低于IT7级。这是因为公差等级过低，使过盈配合的最大过盈过大，材料容易受到损坏；使过渡配合不能保证相配的孔、轴既装卸方便又能实现定心的要求；使间隙配合产生较大的间隙，不能满足较紧配合的要求。 （4）在非配合制的配合中，当配合精度要求不高，为降低成本，允许相配合零件的公差等级相差23级，如图所示的箱体孔与端盖的配合。,第一章：公差与互换性原理,第一章：公差与互换性原理,三、配合种类的选择 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。选择的基本方法还是类比法、计算法和试验法三种。类比法是选择配合种类的主要方法。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,第一章：公差与互换性原理,（一）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。配合类型的选择可依据下表来对比选择。,第一章：公差与互换性原理,（二）各种基本偏差形成配合的特点 间隙配合有AH（ah）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JSN（jsn）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）。,第一章：公差与互换性原理,过盈配合有PZC（pzc）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IT5IT7。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时，可参考表1-22，并按表1-23所推荐的，尽量选用优先配合。,第一章：公差与互换性原理,（三）配合件的生产情况 按大批大量生产时，加工后所得的尺寸通常呈正态分布；而单件小批量生产时，加工所得的孔的尺寸多偏向最小极限尺寸，轴的尺寸多偏向最大极限尺寸，即呈偏态分布。所以，对于同一使用要求，单件小批生产时采用的配合应比大批大量生产时要松一些。如大批量生产时的50H7/js6的要求，在单件小批生产时应选择50H7/h6。 同样，受其它工作条件的影响，配合的间隙或过盈也应随之变化。如下表（表1-21）。,第一章：公差与互换性原理,第一章：公差与互换性原理,一般公差与线性尺寸的未注公差 一般公差，就是图样上不单独标注出公差（极限偏差）或公差带代号，而是在图样上、技术文件或标准（企业标准或行业标准）中，做出总的说明的公差要求。它是在车间一般加工条件下、机床设备一般加工能力可保证的公差。它代表经济加工精度。 一般公差主要用于较低精度的非配合尺寸，可不检验。能简化制图，节省图样设计时间。,第一章：公差与互换性原理,线性尺寸的一般公差的国标规定 GBT1804-2000规定了未注公差的线性和角度尺寸的一般公差的公差等级和极限偏差数值。 线性尺寸的一般公差规定了四个公差等级：精密级(f)、中等级(m)、和粗糙级(c)和最粗级(v)。线性尺寸的极限偏差数值、倒圆半径和倒角高度尺寸的极限偏差数值见表124和125（注意单位）。 在图样上标注线性尺寸的一般公差，只需要在图样或技术文件中用国标号和公差等级代号标注即可。例如按产品精密程度和车间普通加工经济精度选用标准中规定的m（中等）级时，可表示为：GB/T 18042000m。这表明图样上凡是未注公差的线性尺寸（包括倒圆半径尺寸及倒角尺寸）均按m（中等）级加工和验收。,第一章：公差与互换性原理,1.3 形位和位置公差及检测 教学基本要求： 1.理解并掌握有关几何要素的定义；重点掌握形位公差项目的符号及其标注方法； 2.理解并掌握形状和位置公差带的特征；形位误差及评定原则和方法； 3.理解公差原则含义、应用于被测要素的情况及形位公差值的选择。 零件加工过程中，离不开由工件、刀具、机床组成的工艺系统，工件与刀具相对运动关系、定位不准确等原因，都可能使零件的几何要素形状和相互位置产生误差。形位误差影响零件的工作性能，主要为三个方面：工作精度、工作寿命与可装配性。因此，为了保证零件的互换性，除了给出尺寸公差、表面粗糙度要求外，还要提出形位公差要求（GB/T118296）。,第一章：公差与互换性原理,概述 一、几何要素及分类：从不同的角度进行分类 （一）按结构特征分： 轮廓要素、中心要素； （二）按存在状态分： 实际要素、理想要素； （三）按所处地位分： 被测要素、基准要素； （四）按功能关系分： 单一要素、关联要素。,第一章：公差与互换性原理,几何要素新分类 GB/T18780 -2003 = ISO14660-1,公称组成要素,公称导出要素,实际 要素,设计 制造 检验 评定 公称要素 实际要素 提取要素 拟合要素,第一章：公差与互换性原理,二、形位公差的特征项目及其图样标注 14种形位公差特征项目，GB/T118296规定，当对零件的状或位置公差有特殊要求时，应在图样上用以公差框格的形式标注（两格或多格），无法用代号标注时也可在技术条件中用文字说明。 1. 形位公差特征项目符号,第一章：公差与互换性原理,第一章：公差与互换性原理,形位公差的标注 以公差框格的形式标注（两格或多格） 公差项目符号 公差值 基准 指引线(指向被测要素) (从表3-1中选) (以mm为单位) (由基准字母表示) 注意: 公差值 如果公差带为圆形或圆柱形，公差值前加注，如果是球形，加注。 基准 单一基准用大写表示；公共基准由横线隔开的两个大写字母表示；如果是多基准，则按基准的优先次序从左到右分别置于各格。 指引线 用细实线表示。从框格的左端或右端垂直引出，指向被测要素。指引线的方向必须是公差带的宽度方向。,第一章：公差与互换性原理,形位公差标注,重要提示： 指引线指向被测要素时，要注意区分轮廓要素和中心要素。 基准符号用带小圆的大写字母以细实线与粗的短实线相连，基准要素也要注意区分轮廓要素和中心要素。 简化标注法（P76）,第一章：公差与互换性原理,形位公差标注举例,试将下列技术要求标注在右图中 （1）左端面的平面度为0.01mm，右端面对左端面的平行度为0.04mm。 （2）70H7的孔的轴线对左端面的垂直度公差为0.02mm。 （3）210h7对70H7的同轴度为0.03mm。 （4）4- 20H8孔对左端面（第一基准）和70H7的轴线的位置度公差为0.15mm。,210h7,70H7,4- 20H8,0.01,0.04,A,A, 0.02,A,0.03,B,B,0.15,A,B,第一章：公差与互换性原理,基准轮廓要素的标注（新国标）,第一章：公差与互换性原理,基准中心要素的标注（新国标）,第一章：公差与互换性原理,GB/T1182-2008与GB/T 1182-1996对比(公差框格),基本一致； 取消了1996版中的表3: 在公差带内进一步限制被测要素的形状，在公差值后附加符号，如不凸起（-）改为NC等； 当一项公差的对象是一个以上要素时，应在公差框格的上方注明要素的个数，并在后面加上符号 “” 。,第一章：公差与互换性原理,GB/T1182-2008与GB/T 1182-1996 对比(公差带),1996版： 除另有规定，公差带的宽度方向就是给定的方向或垂直于被测要素的方向。 2008版： 公差带的宽度方向为被测要素的法向。另有说明除外。 注：公差带的宽度方向与指引线的方向无关，指引线箭头的方向不影响公差带的宽度方向。,第一章：公差与互换性原理,公差带的宽度方向为被测要素的法向,公差带的宽度方向与指引线的方向无关，指引线箭头的方向不影响公差带的宽度方向。 一般指引线箭头指向是公差带的宽度方向。,第一章：公差与互换性原理,除另有规定,公差带方向为与基准轴线A成角的方向。 角应注出（即使它等于90）,第一章：公差与互换性原理,形状公差 一、形状公差：允许单一实际被测要素对其理想要素的变动量，可用形状公差带表示。形状公差带：限制单一实际被测要素变动的区域。形状公差带有形状、大小、方向、位置四个特征。 实际被测要素在形状公差带内可以有任何形状。形状公差带的形状有圆、圆柱面、球面、两等距曲线（平行直线、同心圆）、两等距曲面（平行平面、同轴圆柱面），设计和制造、检验人员要根据零件的功能要求，正确理解零件的公差带形状。 形状公差带的方向和位置一般是浮动的。即可随实际被测要素的方向和位置的变动而变动,一般指公差带的宽度方向。 形状公差大小用公差带的宽度或直径表示。,第一章：公差与互换性原理,直线度：用于控制直线和轴线的形状误差，根据零件的功能要求，直线度可以分为在给定平面内，在给定方向上和在任意方向上三种情况。 1.在给定平面内，其公差带是距离为公差值t的两平行直线之间的区域。,第一章：公差与互换性原理,如图所示，圆柱表面上任一素线必须位于轴向平面内，且距离为公差值0.02mm的两平行直线之间。,第一章：公差与互换性原理,2.在给定方向上 （1）当给定一个方向时，公差带是距离为公差值t的两平行平面之间的区域。,（2）当给定互相垂直的两个方向时，公差带是两对给定方向上距离分别为公差值t1和t2的两平行平面之间的区域。,第一章：公差与互换性原理,如图是两个方向的示例，棱线必须位于水平方向距离为公差值0.02mm，垂直方向距离为公差值0.1mm的两对平行平面之内。,（3）给定任意方向时，公差带是直径为公差值t的圆柱面内的区域。 形位公差值前加注“”，表示其公差带为一圆柱体。,第一