螺纹公差等级ppt课件.ppt

第7部分常用结合件公差与配合 教学任务 1 螺纹的公差与配合2 滚动轴承的公差与配合3 键连接公差与配合 1 知识点一 螺纹的公差与配合 知识目标 教学难点 螺纹几何参数误差对互换性的影响 教学重点 1 普通螺纹的参数2 螺纹的标记3 普通螺纹公差与配合及选用方法 1 螺纹的种类 特点与使用要求2 螺纹几何参数误差对互换性的影响3 普通螺纹公差与配合及选用方法 2 螺纹在机电产品中的应用十分广泛 它是一种最典型的具有互换性的连接结构 一 螺纹概述 螺纹的牙型 3 根据结合性质和使用要求的不同 螺纹通常分为以下三类 1 普通螺纹通常也称紧固螺纹 主要用于联接和紧固各种机械零件 这类螺纹联接的使用要求是可旋合性 便于装配和拆换 和联接的可靠性 1 螺纹的种类和使用要求 4 3 紧密螺纹这类螺纹用于密封联接 螺纹的使用要求是结合紧密 不漏水 不漏气和不漏油 2 传动螺纹这类螺纹通常用于传递运动或动力 螺纹联接的使用要求是传递动力的可靠性或传递位移的准确性 5 2 普通螺纹的基本牙型 米制普通螺纹基本牙型是指在螺纹轴向断面内 将原始正三角形截去顶部和底部所获得的牙型 基本牙型如下图中的粗实线所示 普通螺纹的基本牙型 6 3 普通螺纹的几何参数 1 原始三角形高度H2 大径D或d3 小径D1或d14 中径D2或d25 单一中径D2a或d2a6 螺距P和导程Ph7 牙型角 和牙型半角 28 螺纹旋合长度 7 大径 D或d 与外螺纹牙顶或内螺纹牙底相切的假想圆柱的直径 外螺纹的大径又称顶径 内螺纹的大径又称底径 国标准规定 普通螺纹大径即为公称直径 普通螺纹的公称直径已经系列化 可按GB T192 2003中的有关标准选取 小径 D1或d1 与外螺纹牙底或内螺纹牙顶相切的假想圆柱的直径 外螺纹的小径又称底径 内螺纹的小径又称顶径 8 中径 D2或d2 牙型上沟槽和凸起相等处的假想圆的直径 螺纹中径的大小 直接影响螺纹的旋合性能 它是螺纹公差与配合中一个重要的几何参数 9 单一中径 D2a或d2a 是指螺纹的牙槽宽度等于基本螺距一半处所在的假象圆柱的直径 当螺纹螺距无误差时 单一中径与中径一致 单一中径代表中径的实际尺寸 单一中径和中径 图中 P为基本螺距 P为螺距误差 10 螺距 P 是指相邻两牙在中径线上对应两点间的轴向距离 导程 Ph 同一条螺旋线上的相邻两牙在中径线上对应两点间的轴向距离 螺距与导程的关系 Ph nP 螺距和导程 11 二 螺纹几何参数误差对互换性的影响 1 螺距误差对互换性的影响 螺距误差 1 螺距误差的影响 假设内螺纹具有理想牙型 外螺纹中径及牙型与内螺纹相同 但螺距有误差 在n个螺牙长度上螺距累积误差为 P 显然这对螺纹发生干涉而无法旋合 影响螺纹旋合性和联接强度 2 螺距误差的处理 为使有螺距误差的螺纹旋入标准螺纹内 在实际生产中 可把外螺纹中径减去一个螺距误差的中径补偿值 或把内螺纹中径增大一个螺距误差的中径补偿值 3 螺距误差中径补偿值 12 2 牙型半角误差对互换性的影响 1 牙型半角误差的影响 影响螺纹旋合性和联接强度 13 3 牙型半角误差中径补偿值 f 2 0 073P K1 2 K2 2 式中 P 螺距 2 左右牙型半角误差K1 K2 左右牙型半角误差系数 2 牙型半角误差的处理 当外螺纹牙型半角小于内外螺纹牙型半角 标准结构 图a 或外螺纹牙型半角大于内外螺纹牙型半角 标准结构 图b 两螺纹发生干涉 则需要将外螺纹实际中径减去f 2或内螺纹的实际中径加上f 2 其中 f 2 半角误差的中径补偿值 14 3 中径误差对互换性的影响 3 中径总公差 在实际生产中 螺距误差 P 牙型半角误差 2 和中径误差 d2 D2 总是同时存在的 前两项折算成中径补偿值fp和f 2 是中径误差的一部分 国标中仅规定了内 外螺纹中径总公差 4 内 外螺纹中径总公差 TD2或Td2 应满足以下关系式 1 中径偏差 指中径实际尺寸与中径基本尺寸的代数差 2 中径误差的影响 当外螺纹中径比内螺纹中径大时 会影响螺纹的旋合性 反之 则使配合过松而影响连接的可靠性和紧密型 消弱连接强度 TD2 D2 fp f 2 或Td2 d2 fp f 2 15 4 螺纹中径合格性的判定原则 1 作用中径用螺纹中径公差综合控制螺纹实际中径 螺距和牙型半角三项误差 因而真正影响互换性的指标是实际中经 单一中径 螺距误差和牙型半角误差综合所得的尺寸 即作用中径 作用中径 是在规定的旋合长度内 恰好包容实际螺纹的一个假想螺纹的中径 16 外螺纹的作用中径 d2作用 d2a fp f 2 内螺纹的作用中径 D2作用 D2a fp f 2 2 中径合格性判定原则 判断中径的合格性应遵循泰勒原则 实际螺纹的作用中径不允许超出最大实体牙型的中径 任何部位的单一中径不允许超出最小实体牙型的中径 根据中径合格性判断原则 合格的螺纹应满足下列关系式 对于外螺纹 D2作用 d2maxd2a d2min对于内螺纹 D2作用 D2minD2a D2max 17 三 普通螺纹的公差与配合 1 螺纹的公差等级 螺纹配合由内外螺纹公差带组合而成 国家标准 普通螺纹公差 GB T197 2003将普通螺纹公差带的两个要素 公差带的大小即公差等级和公差带位置即基本偏差进行标准化 组成各种螺纹公差带 螺纹公差等级 摘自GB T197 2003 18 2 螺纹的基本偏差 螺纹公差带的位置由基本偏差确定 外螺纹的基本偏差是上偏差es 内螺纹的基本偏差是下偏差EI 在普通螺纹标准中 对内螺纹规定了G H两种基本偏差代号 对外螺纹规定了e f g h四种基本偏差代号 19 3 螺纹的公差带及其选用 公差带代号由表示公差等级的数字和表示基本偏差的字母组成 如6H 5g等 标准中将螺纹规定为精密 中等 粗糙三种配合精度 将螺纹的旋合长度分为三组 即短旋合长度 S 中等旋合长度 N 长旋合长度 L 标准规定的常用的螺纹公差带见普通螺纹的选用公差带 GB T197 2003 20 4 螺纹在图样上的标注 标注示例 顶径公差带代号 21 5 螺纹公差与配合的选用 22 1 课堂讨论与思考 23 查阅相关标准手册 确定螺纹的上下偏差 24 知识点二 滚动轴承与轴 孔的互换性 知识目标 教学难点 滚动轴承与轴和壳体孔的配合及公差等级选择 教学重点 1 滚动轴承内 外径公差带及其特点 2 轴颈和外壳孔的尺寸公差带 几何公差和表面粗糙度的特点 1 滚动轴承结构组成 分类 相关国家标准 2 滚动轴承 键精度等级的分级方法及应用 3 轴颈和外壳孔的尺寸公差带 几何公差和表面粗糙度的特点4 滚动轴承与轴和壳体孔的配合及公差等级选用 25 1 轴承的作用 滚动轴承是一种支承旋转轴的标准组件 2 滚动轴承的组成及分类 滚动轴承一般由外圈 内圈 滚动体及保持架等四个部分组成 按受力情况 滚动轴承分三类 向心轴承 推力轴承 向心推力轴承 一 滚动轴承概述 26 3 滚动轴承的互换性 内互换 滚动体与轴承内 外圈的配合外互换 滚动轴承内圈与轴颈的配合和外圈与孔座的配合 按承受载荷的方向可分为 向心轴承 深沟球轴承 推力轴承 平底推力球轴承 向心推力轴承 角接触球轴承 按滚动体的形状可分为 球轴承 滚子轴承 滚针轴承 4 轴承的分类 27 5 滚动轴承的代号 滚动轴承基本代号 滚动轴承的代号一般由一组数字组成和字母来表示其结构 尺寸 公差等级和技术性能等特征 完整的代号 滚动轴承 类型 尺寸系列 内径代号 国家标准代号 滚动轴承内径代号 10 12 15 17 00 01 02 0320 480 22 28 32除外 公称内径除以5的商数 商数为个位数则前面加0500以上和22 28 32直接表示 但用 和尺寸系列分开 如230 500 62 22 28 0 双列角接触球轴承1 调心球轴承2 调心球轴承和推力调心球轴承3 圆锥滚子轴承4 双列深沟球轴承5 推力球轴承6 深沟球轴承7 角接触球轴承8 推力圆柱滚子轴承N 圆柱滚子轴承NN 双列或多列圆柱滚子轴承U 外球面球轴承QJ 四点接触球轴承 滚动轴承类型代号 滚动轴承尺寸系列代号 由滚动轴承的宽 高 度系列代号和直径代号组合而成 29 滚动轴承是标准部件 国标规定装配图中可采用通用画法 特征画法或规定画法 同时在明细栏中写出其代号 6 滚动轴承的画法 通用画法是用矩形线框和线框中央的十字形符号表示 十字形符号不能与矩形框接触 都用粗实线 特征画法是能较形象的表达轴承的结构特征 长粗实线表达滚动体的滚动轴线 短粗实线表达滚动体的列数和位置 特征画法 通用画法 30 规定画法指根据内外径 宽度几个主要尺寸 按比例近似画出它的结构特征 规定画法的另一侧一般用通用画法 31 7 滚动轴承的工作性能取决于轴承本身的制造精度 与轴颈和孔的配合性质 以及轴和壳体孔的尺寸精度 形位公差和表面粗糙度等因素 8 滚动轴承是标准件 标准化生产由来已久 相关国家标准 GB T307 1 2005 GB T307 3 2005 GB T275 1993 二 滚动轴承精度等级及应用 1 滚动轴承公差等级 1 滚动轴承的公差等级由轴承的尺寸公差和旋转精度决定 轴承的尺寸公差 轴承内径d 外径D 宽度B等的尺寸公差 旋转精度 成套轴承内 外圈的径向圆跳动 成套轴承内 外圈端面对滚道的跳动 内圈基准端面对孔的跳动 滚动轴承的工作性能取决于轴承本身的制造精度 与轴颈和孔的配合性质 以及轴和壳体孔的尺寸精度 形位公差和表面粗糙度等因素有关 32 2 滚动轴承的公差等级 GB T307 3 84将向心轴承分为G E D C B级 圆锥磙子轴承分为G Ex D C四级 推力轴承分为G E D C四级 精度等级由低到高 GB T307 3 2005将轴承分为2 4 5 6 6x 0级 对应关系见下表 注 1 6x的装配宽度要求较严格2 只有向心轴承有2级 B级 3 圆锥磙子轴承有6x无6级 推力轴承有6级无6x级 33 2 各公差等级的滚动轴承的应用范围 0级为普通级 在机械制造业中应用最广 它用于旋转精度要求不高 中等负荷 中等转速的一般机构中 如普通机床的变速机构 进给机构 汽车和拖拉机的变速机构 普通电动机 水泵 压缩机等旋转机构中所用的轴承 0级轴承代号标注时不予注出 6级为高级5级为精密级 主要应用于旋转精度和转速要求较高的旋转机构中 如6级轴承一般用于普通机床主轴的后轴承 5级轴承一般用于普通机床主轴的前轴承等 4级 2级为超精密级 主要应用于旋转精度和转速要求高的旋转机构中 如4级轴承用于高精度机床 磨床 精密丝杠车床 滚齿机以及高速摄影机等的主轴轴承 2级轴承用于精密坐标镗床主轴 高精度齿轮磨床主轴 航空发动机涡轮轴等的轴承 34 三 滚动轴承内 外径公差带及特点 轴承使用特点 1 要求内圈与轴颈有一定过盈但不能太大 2 两端轴承有一端的轴承外径与壳体孔应稍微松一点 以补偿轴的热胀伸长 3 轴承内外圈是薄壁零件 容易变形 装配后可以得到校正 滚动轴承配合的基准制由于滚动轴承是标准部件 所以轴承内圈与轴颈的配合采用基孔制 轴承外圈与外壳孔的配合采用基轴制 35 36 公差带及特点 轴承内 外径公差带的特点是采用单向制 所有公差等级的公差都单向偏置在零线下侧 即上偏差为零 下偏差为负 原因 若内孔公差带和一般基准孔公差带一样在零线之上 采用 公差与配合 中优先的过盈配合则过盈量偏大 采用 公差与配合 中优先的过渡配合则担心轴孔结合不可靠 采用非标准配合给设计带来麻烦 为了控制轴承的变形程度以及轴承与轴 轴承与壳体孔的尺寸精度 滚动轴承公差的国家标准规定了2种尺寸公差和2种形状公差 37 示例 例 有两个C级精度的中系列向心轴承 公称内径d 40mm 若两个轴承的测量内径尺寸如下表 判断轴承是否合格 解 查表 C级精度 公称内径d 40mm 中系列向心轴承的尺寸公差和形状公差 极限尺寸情况如下 ds 0 006dsmax 40dsmin 40 0 006 39 994 dmp 0 006dmpmax 40dmpmin 40 0 006 39 994Vdp 0 005Vdmp 0 003 38 39 计算和判断 40 四 滚动轴承与轴和壳体孔的配合及公差等级选择 1 滚动轴承的配合是指成套轴承的内孔与轴 外径与外壳孔的配合 2 轴承配合选择任务 确定与轴承内孔结合的轴公差带 确定与轴承外径结合的外壳孔的公差带 3 滚动轴承与轴径 外壳孔的配合性质必须满足下列要求 1 必要的旋转精度 避免因跳动引起运动不平稳 2 滚动体与套圈之间有合适的径向和轴向游隙 游隙过大引起燥声和转轴径向和轴向窜动 游隙过小引起大的接触应力 发热 降低使用寿命 1 滚动轴承与轴和壳体孔的配合选择 41 4 轴颈和外壳孔的公差带GB T307 1 2005 滚动轴承向心轴承公差 对与0级和6 6x 级轴承配合的轴颈规定了17种公差带 外壳孔规定了16种公差带 它们分别选自GB T1801 2009中的轴 孔公差带 图中为标准推荐的外壳孔 轴颈的尺寸公差带 42 5 滚动轴承配合选择的考虑因素 轴承设计时主要考虑 滚动轴承套圈相对于负荷的状况 负荷的类型和大小 轴承的尺寸大小 轴承的游隙等因素 1 负荷类型 43 2 负荷大小 承受重负荷或冲击负荷时应选用较大的过盈配合 滚动轴承的选择一般用类比法见书表 44 3 轴承游隙 具有0组游隙的轴承在常温下工作 它与轴颈 外壳孔配合的过盈适中 对于游隙比0组大的轴承 配合的过盈应增大 对于游隙比0组小的轴承 配合的过盈应减小 轴承的游隙由小到大分为 1组 2组 0组 3组 4组 5组 共六个组别 游隙由小变大 其中0组为基本组 GB T4604 1993规定 指轴承在未安装于轴或轴承箱时 将其内圈或外圈的一方固定 然后未被固定的一方做径向或轴向移动时的移动量 径向游隙 轴向游隙 轴承游隙大小的选择应适中 45 随着轴承尺寸的增大 选择的过盈配合的过盈量越大 间隙配合的间隙量越大 但是对于重型机械上所使用的特别大尺寸的轴承 应采用较松的配合 5 旋转精度和旋转速度 4 轴承尺寸大小 对于承受较大负荷且旋转精度要求较高的轴承 为了消除弹性变形和振动的影响 应避免采用间隙配合 但也不宜太紧 轴承的旋转速度越高 应选用越紧的配合 6 工作温度的影响 当轴承工作温度高于100 C时 应对所选择的配合进行修正 减小外圈与外壳孔的配合过盈 增加内圈与轴颈的配合过盈 46 7 其他因素的影响 轴颈和外壳孔的结构与材料 轴颈和外壳孔的公差等级应与轴承的公差等级相协调 安装条件 与0级和6级轴承配合的轴一般取IT6 外壳孔一般取IT7 对旋转精度和运转平稳有较高要求的场合 轴颈取IT5 外壳孔取IT6 与5级轴承配合的轴颈和外壳孔均取IT6 要求高的场合取IT5 与4级轴承配合的轴颈取IT5 外壳孔取IT6 要求更高的场合轴颈取IT4 外壳孔取IT5 采用薄壁 轻合金外壳孔或薄壁空心轴颈时 为保证轴承有足够的支承刚度和强度 应采用较紧配合 采用剖分式外壳体结构时 为避免外圈产生椭圆变形 宜采用较松配合 对高于K7包括K7的配合或壳体孔的标准公差小于IT6级时 应选用整体式外壳体 如果要求拆卸 而又需较紧配合时 可采用分离型轴承或内圈带锥孔和紧定套或退卸套的轴承 为了便于安装 拆卸 特别对于重型机械 宜采用较松的配合 47 轴颈和外壳孔形位公差值见书表轴颈和外壳孔表面粗糙度参数值见书表 2 轴和壳体孔的公差等级选择和表面粗糙度选择 1 轴承精度等级高 所选用的轴颈和壳体孔的公差等级高2 同一公差等级的轴承 轴颈公差等级比壳体孔公差等级高一级 例如 0级轴承 轴颈公差选IT6 壳体孔选IT7 对旋转精度高的 一般轴选IT5 壳体孔选IT6 3 轴颈和壳体的表面粗糙度和形位公差 48 示例 在C616车床主轴后支承上 装有两个单列向心球轴承 其外形尺寸为d D B 50mm 90mm 20mm 试选定轴承的精度等级 轴承和轴 壳体孔的配合 解 分析确定精度等级1 C616车床属轻载卧式车床 主轴承受轻载荷2 主轴旋转精度和转速较高 查表选择E 6 级精度 49 分析确定与轴和壳体孔的配合 公差等级 表面粗糙度1 轴承内圈与主轴配合一起转动 外圈在壳体中不转动 2 主轴承受齿轮传递力 内圈受循环载荷 外圈承受局部载荷 故内圈配合应紧 外圈配合略松 3 查表初步选择轴的公差为 50j5 壳体孔公差为 90J64 机床主轴前轴承已经轴向定位 若后轴承外圈与壳体配合无间隙 则不能补偿温度变化引起的伸缩性 若后轴承外圈与壳体配合有间隙 会引起主轴跳动 影响加工精度 为满足要求 将壳体孔公差确定为 90K6 5 查表 E级轴承内径 50上偏差0 下偏差 0 01 查表E级轴承外径 90上偏差0 下偏差 0 013查孔 轴极限偏差表 轴 50j5的上偏差 0 006 下偏差 0 005孔 90K6上偏差 0 004 下偏差 0 0186 绘制轴与轴承的公差与配合图解7 查表8 13 8 14确定轴和孔的表面粗糙度 并标注 50 51 由图可知 轴承与轴的配合比轴承与壳体孔的配合要紧一些 52 53 课堂思考 已知减速器的功率为5KW 从动轴转速为83r min 其两端的轴承为211深沟球轴承 d 55mm D 100mm 轴上齿轮的模数3mm 齿数79 试选定轴承的精度等级 轴承和轴 壳体孔的配合 解 分析确定精度等级1 减速器属一般机械 P 0 01C 轴承属于轻负荷2 转速不高 查表选择G 0 级精度 54 分析确定与轴和壳体孔的配合 公差等级 表面粗糙度1 轴承内圈与主轴配合一起转动 外圈在壳体中不转动 2 主轴承受齿轮传递力 内圈受循环载荷 外圈承受局部载荷 故内圈配合应紧 外圈配合略松 3 查表8 9 8 10 图8 17 18 初步选择轴的公差为 55j6 壳体孔公差为 100H74 查表 G级轴承内径 55上偏差0 下偏差 0 009查表 G级轴承外径 100上偏差0 下偏差 0 011查孔 轴极限偏差表 轴 55j6的上偏差 0 007 下偏差 0 012孔 100H7上偏差 0 035 下偏差05 绘制轴与轴承的公差与配合图解6 查表8 13 8 14确定轴和孔的表面粗糙度 并标注 55 56 57 知识点三 键的公差与配合 知识目标 教学难点 平键公差和配合的合理选用 教学重