电动工具五金《公差与配合》02.ppt

几何产品公差设计 一 概述 1 设计基本方法不论是尺寸的公差与配合或是形状与位置公差设计都有三种方法 1 经验法 或查表法 2 实验法3 计算法 2 设计原则不论采用什麽方法来确定孔 轴的配合或形状与位置公差 最终都必须使设计结果达到下列基本要求 满足机器设备对该部分的功能要求 满足机器设备的精度 质量要求 满足机器设备制造成本即经济性方面的要求 满足产品的互换性生产和标准化方面的要求 1 精度设计 公差等级的选择 既要考虑质量 又要考虑成本原则 在满足使用性能要求的前提下 尽量选取较低的公差等级去实现 二 尺寸极限与配合设计 参考表格 续表 2 机械结构精度设计的原理与原则在设计机械结构尤其是精密机械结构时 要对其精度进行分配和综合 即按要求的总精度确定各部分的精度 再按各部分已确定的精度进行综合 进行精度分配和综合时 要以充分的科学理论和实验为依据 在机械结构精度设计时 通常遵循以下主要的原理与原则 1 阿贝 Abbe 原则即 若使量仪给出正确的测量结果 必须将仪器的读数线尺安放在被测尺寸的延长线上 例如千分尺万能侧长仪形式游标卡尺不符合阿贝原则 2 补偿原则机械结构设计时 要尽量让产生的误差互相抵消和补偿 以减小总误差 如参考资料中结构 3 运动学设计原理任一物体在空间都有6个自由度 要使它完全定位 需要配置6个约束 要使物体相对于固定的坐标运动 只能配置少于6个约束才能实现 因此 设计物体运动时应遵守下列条件 1 物体相对运动数等于自由度数减去约束数 2 要求约束条件为点接触 但大多做不到 改为采用半运动学设计原理 4 误差配置原则结构设计时不但要考虑零件本身的精度 而且要分析各零件误差对结构的综合影响 例如 前轴承精度比后轴承精度高 有利于减小端部振摆 轴承精度对主轴的影响 a 轴承精度装置对主轴精度的影响 b 轴承安装对主轴精度的影响 5 误差缩放原则在传动机构中误差不仅传递 而且随传动比进行缩放 设计时要特别注意影响误差的主要环节 如多极齿轮传动 6 基准统一原则零件设计时 以下4个基准应注意遵守基准统一原则 以减少制造误差和测量误差 1 设计基准 零件工作图上标注尺寸的基准 2 工艺基准 加工时的定位基准 以此加工其它表面 3 测量基准 以它为测量基准 测量与此有关的被测量要素 4 装配基准 以它为基准 确定零件间的相互位置 这4种基准如统一于同一基准 就可避免因基准不重合而造成的制造误差 测量误差和装配误差 7 变形最小原则精密机械设备的零 部件受到自重 外载 温度变化工艺内应力以及振动等因素的作用 都会产生变形误差 变形最小原则即要求上述各种变形误差最小 减小变形方法 1 提高零 部件的结构刚度 提高零 部件的结构刚度 2 减小温度的影响 3 减小内应力产生的变形 3精度分配精度分配是精度设计的基本任务之一 精度分配是根据产品允许的总公差 将其经济 又合理地分配到零部件上 并制定各零部件的公差和技术要求 1 精度分配依据 产品的使用性能要求 精度指标和总体技术要求 产品的工作原理 产品制造厂的水平 产品的经济性要求 国家 部门 企业的有关公差等技术标准 2 精度分配步骤 整个设计过程都要考虑对精度的影响 如选择机构 总体布局等 并兼顾产品设计 制造和测量检验 3 精度分配方法精度是以误差大小进行量化表达的 因此 进行精度分配就要对误差进行分配总系统误差 有时系统误差仅是某个变量的函数 可用产品的误差方程表示 例如 测长机不同长度范围内可用不同的总系统误差产品设计时 一般要求总系统误差 1 3产品允许的总误差 先以此来制定控制它的公差 最后再来综合平衡 总随机误差 一般将各分项随机误差按均方根法来综合 总随机误差的分配方法是 等作用分配原则和不等作用分配原则 等作用的公差分配原则假设各零 部件误差相等地作用于总随机误差 则各部分的公差为 Ti T总 n m 1 2式中 n m 包括未定系统误差和随机误差 且T总 2 3产品允许的总误差 不等作用分配原则考虑各部分对总误差的影响不同 即概率论中的不等权 应加权计算 Pi为权重由经验确定 对难以实现的误差项可适当增大 对容易实现的误差项尽可能缩小 4 公差调整按等作用原则分配误差时 由于没有考虑各零 部件的实际情况 从而造成有的公差偏松 有的偏紧 很不经济 通常 要在企业实际工艺水平和技术水平的基础上 定出以下3个方面的公差评定等级 作为衡量标准 经济公差极限 在通用设备上 采用最经济的加工方法所能达到的精度 生产公差极限 在通用设备上 采用特殊工艺装备 不考虑效率因素进行加工所能达到的精度 技术公差极限 在特殊设备 良好的实验条件下 进行加工和检验时 所能达到的精度 调整公差时 首先要确定调整对象 一般先调整系统误差 误差传递系数较大和容易调整的误差项目 对于随机误差的调整 一般要求是 大多数在经济公差极限内 少数在生产公差极限内 个别的在技术公差极限内 对于极个别的超过技术公差极限 应采取补偿方法解决 要求控制系统误差的公差等级比随机误差高 补偿环节少而经济效果显著 即认为是合格的 通过反复调整仍达不到上述要求 需考虑更改设计方案 5 误差补偿误差补偿是调整公差的一种有效手段 误差补偿的方法很多 如工艺补偿法和设计补偿法 工艺补偿法如轴系回转精度的误差抵消 大件导轨精度的综合修刮 坐标定位精度的综合修正等方法 设计补偿法精度设计时 采取措施减小或消除误差的影响零 部件参数对产品精度影响是 误差值和误差传递系数 可用下列方法 误差值补偿即直接减小误差源 达到预期的精度要求分级补偿 补偿件有多级选择可调补偿 如导轨镶条 可用螺丝连续调整间隙 自动补偿 采用微机自动补偿装置 可自动减小或消除某个或一系列系统误差的影响 误差传递系数补偿这是通过改变或选择误差函数中的传递系数值 减小或消除误差的方法 综合补偿利用机械 电气和光学等技术手段 使其可能产生的误差相互削弱或抵消 或者故意引进新的误差 以减小某些误差的影响 如采用公差相关原则 误差平均效应原理 测量基准件独立原理 栅距或电子细分原理和微机自动补偿原理等进行误差的综合补偿 1 光滑圆柱结合的特点与要求从使用的角度出发可分为 有相对运动的结合 需要间隙量 有相对转动的结合有相对移动的结合无相对运动的结合需要传递力或扭矩的结合 需要过盈量 不传递力或扭矩而只用来定位的结合 不需要 但有少量 三 光滑圆柱结合的配合计算和选择 设计方法 类比法 经验法 查表法 试验法计算法类比法仍然是最为常用的一种方法对于理论和计算方法较为成熟 而且较为重要的结合 亦常用计算法确定结合精度试验法主要用来确定重要的结合 而且往往和计算法或类比法并用 2 过盈配合的设计原理与方法 1 过盈配合的特点所谓过盈是指孔的尺寸减去相配合的轴的尺寸所得的负差值用于固定联结中 过盈配合应用甚广将轴装人孔后 由于材料的弹性或弹一塑性变形 在配合面间产生压力工作时 即靠与此压力相伴的摩擦力传递一定的轴向力 扭矩或两者的复合载荷不需要任何紧固件 螺钉 键 销等 这种配合的定心性好 承载能力高 承受变载和冲击的性能好 但配合面加工精度要求较高 装配不便 零件变形可能有以下几种情况 弹性变形 配合压力产生一种与变形成正比的应力 此应力在配合面处 通常是在孔的内径处最大 而实心轴在整个半径上是保持不变的 如图所示 弹一塑性变形 当应力超过零件材料的屈服极限时 便产生塑性变形 塑性环型区从轴和孔的配合表面向外扩展 在此塑性区内 应力与应变关系不再遵循虎克 Hooke 定律 这种在圆筒上同时存在弹性和塑性区的情况 称为弹一塑性范围在高应力过盈配合中 塑性变形可扩展到包容件外表面或被包容件外表面 即配合件处于全部塑性状态如果塑性变形超过了一个或另一个零件的外表面 则配合的强度迅速降低 甚至使零件破坏 形成这种变形情况是不允许的 弹性变形范围内的应力状态 2 弹性范围内过盈配合计算方法过盈联结可传递轴向力 转矩或轴向力与转矩同时作用的载荷 个别情况下也可承受弯矩计算的目的 是为了保证联结件的结合强度和配合零件的强度 使在外载荷作用下配合零件没有移动a 计算承受和传递外载所必须的最小允许过盈量b 计算最大允许过盈量 使不发生塑性变形计算依据 假设以两个简单厚壁圆筒在弹性范围内的相联结结合压力面产生的变形与应力成线性关系 亦即联结件的应力低于其材料的屈服极限 有效过盈量的计算公式包容件的直径变化量 包容件的直径变化量 结合压力 N mm2 结合直径 mm 包容件 被包容件的直径比 包容件 被包容件的弹性模量 包容件 被包容件的泊松比 传递负荷所需的的最小结合压力 承受轴向力 传递力 其中 传递扭矩 包容件传递负荷所需的最小直径变化量 被包容件传递负荷所需的最小直径变化量 其中 其中 传递负荷所需的最小有效过盈量 考虑平压的最小有效过盈量 可查表 容许的最大有效过盈的计算 包容件不产生塑性变形所容许的最大结合力 塑性材料 脆性材料 其中 其中 被包容件不产生塑性变形所容许的最大结合力 塑性材料 脆性材料 其中 联结件不产生塑性变形的最大结合压力 取 中较小者 联结件不产生塑性变形的传递力 包容件不产生塑性变形所容许的最大直径变化量 联结件不产生塑性变形所容许的最大有效过盈量 被包容件不产生塑性变形所容许的最大直径变化量 可查表 系数Ca和Ci表 系数a b c与qa qi的关系曲线 3 配合的选择选择过盈配合可参考基孔制与基轴制优先 常用配合极限间隙或极限过盈中过盈配合部分要求选出的配合 配合的选择步骤 初选基本过盈量 b基本过盈量是选择过盈配合孔轴基本偏差的依据对基孔制配合 其值等于轴的基本偏差的绝对值对基轴制配合 其值等于孔的基本偏差的绝对值 为保证过盈联结传递给定的负荷 应满足 为保证联结件不产生塑性变形 应满足 一般情况 材料强度足够大 材料强度储备小 按初选的基本过盈 b况和结合直径df 由公差带图 图3 9所示 查出配合的基本偏差代号 按基本偏差代号和 emax min 由基孔制与基轴制优先常用配合表中确定适用的配合 4 校核计算过盈联结的最小传递力Fimin和联结件的最大应力 max 可按表3 4的公式进行校核计算 最小传递力 包容件最大应力 塑性材料 被包容件最大应力 脆性材料 弹性模量 泊松比和线膨胀系数表 各基本偏差代号的df与 b关系曲线 3 过盈配合计算举例 已知条件 见表3 5 已知 计算步骤和结果 1 计算传递负荷所需的的最小结合压力 2 计算包容件和被包容件的直径比 4 计算被包容件传递负荷所需的最小直径变化量 3 计算包容件传递负荷所需的最小直径变化量 6 计算考虑压平量的有效过盈量 5 计算传递负荷所需的最小有效过盈量 7 计算包容件不产生塑性变形所容许的最大结合压力 8 计算被包容件不产生塑性变形所容许的最大结合压力 9 计算联结件不产生塑性变形所容许的最大结合压力 10 计算联结件不产生塑性变形时的可传递力 取上述7 8结果中的较小者 11 计算包容件不产生塑性变形所容许的最大直径变化量 12 计算被包容件不产生塑性变形所容许的最大直径变化量 13 计算联结件不产生塑性变形所容许的最大有效过盈量 1 选定配合的要求 选定配合 2 初选基本过盈量 3 确定基本偏差代号u 最后选定配合代号H7 u6更大过盈允许时可选H7 v6 1 可传递的最小力 传递力和应力校核计算 2 包容件所受最大应力 3 被包容件所受最大应力 4 各类标准过盈配合的特性 H与p构成的配合 孔为H6或H7时是过盈配合 孔为H8时为过渡配合 对非铁类零件 为较轻的压人配合 易于拆卸 对钢 铸铁或铜一钢组件