第6章 圆锥结合的互换性及其检测.ppt

6 1概述6 2圆锥几何参数偏差对圆锥互换性的影响6 3圆锥公差6 4锥度与锥角的测量 第6章圆锥结合的互换性及其检测 开始 6 1 1圆锥配合的特点6 1 2圆锥配合的基本参数6 1 3圆锥配合的形成方法6 1 4圆锥配合的种类6 1 5圆锥配合的使用要求 6 1概述 在机械行业中圆锥配合是机械设备常用的典型结构 圆锥配合的特点是 可自动定心 对中性良好 而且装拆简便 配合间隙或过盈的大小可以自由调整 能利用自锁性来传递扭矩以及良好的密封性等优点 但是 圆锥配合在结构上比较复杂 其加工和检测较困难 国家于2001年颁布了GB T157 2001 圆锥的锥度与锥角系列 GB T11334 2005 圆锥公差 GB T12360 2005 圆锥配合 等标准 锥度与锥角的标准化 对保证圆锥配合的互换性具有重要意义 6 1 1圆锥配合的特点 6 1 2圆锥配合的基本参数 图6 1圆锥表面 1 圆锥表面 与轴线成一定角度 且一端相交于轴线的一条线段 母线 围绕着该轴线旋转形成的表面 2 圆锥 由圆锥表面与一定尺寸所限定的几何体 3 圆锥直径 圆锥在垂直于其轴线的截面上的直径 常用的圆锥直径有 最大圆锥直径D 内 外圆锥的最大直径分别用Di De 最小圆锥直径d 内 外圆锥的最小直径分别用di de 给定截面上的圆锥直径Dx dx 见图6 2 4 圆锥长度 最大圆锥直径截面与最小圆锥直径截面之间的轴向距离 内 外圆锥长度分别为Li和Le 见图6 2 5 圆锥的结合长度Lp 内 外圆锥结合部分的轴向距离 6 圆锥角 锥角 在通过圆锥轴线的截面内 两条素线间的夹角 见图6 2 圆锥素线角 2 圆锥素线与轴线间的夹角 并且等于圆锥角的一半 7 锥度C 两个垂直圆锥轴线截面的圆锥直径D和d之差与其两截面间的轴向距离L之比 见图6 2 即锥度C与圆锥角 的关系为锥度一般用比例或分式表示 例如 C 1 20或1 20来表示 图6 2圆锥的几何参数 8 基面距 相互配合的内 外圆锥基准平面之间的距离 用Ea表示 如图6 3所示 基面距用来确定内 外圆锥的轴向相对位置 图6 3圆锥结合的基面距 6 1 3圆锥配合的形成方法调整内 外圆锥轴向的相对位置 可得到不同的配合性质 1 结构型圆锥配合的形成方法1 由内 外圆锥的结构确定装配的最终位置而形成配合 图6 4为由轴肩接触得到间隙配合 2 由内 外圆锥基面之间的尺寸确定装配后的最终位置而形成的配合 图6 5为由结构尺寸Ea 基面距 得到过盈配合 图6 4由结构形成的圆锥间隙配合图6 5由基面距形成的圆锥过盈配合 2 位移型圆锥配合的形成方法1 由内 外圆锥实际初始位置A开始 作一定的相对轴向位移上而形成配合 实际初始位置是指在不施加装配力的情况下相互结合的内 外圆锥表面接触时的轴向位置 这种形成方式可以得到间隙配合或过盈配合 如图6 6所示 2 由内 外圆锥实际初始位置A开始 施加一定装配力产生轴向位移而形成配合 这种方式只能得到过盈配合 如图6 7所示 图6 6由轴向位移形成圆锥间隙配合图6 7由施加装配力形成圆锥过盈配合 6 1 4圆锥配合的种类 1 间隙配合这类配合具有间隙 而且在装配和使用过程中间隙大小可以调整 常用于有相对运动的机构中 如某些车床主轴的圆锥轴颈与圆锥滑动轴承衬套的配合 2 过盈配合这类配合具有过盈 自锁性好 产生较大的摩擦力来传递转矩 折装方便 例如钻头 或铰刀 的圆锥柄与机床主轴圆锥孔的配合 圆锥形摩擦离合器中的配合等 3 过渡配合可能具有间隙或过盈的配合称为 其中要求内 外圆锥紧密接触 间隙为零或稍有过盈的配合称为紧密配合 它用于对中定心或密封 可以防止漏液漏气 如锥形旋塞 发动机中的气阀与阀座的配合等 为了保证良好的密封性 通常将内 外锥面成对研磨 所以这类配合的零件没有互换性 1 相互配合的圆锥面的接触均匀性 因此必须控制内外圆锥的圆锥角偏差和形状误差 2 基面距的变化应控制在允许的范围内 当内 外圆锥长度一定时 基面距太大 会使配合长度减小 影响结合的稳定性和传递转矩 太小的基面距会使间隙配合的圆锥为补偿磨损的轴向调节范围缩小 其影响基面距的主要因素是内外圆锥的直径偏差和圆锥素线角偏差 6 1 5圆锥配合的使用要求 6 2圆锥几何参数偏差对圆锥互换性的影响 6 2 1直径偏差对基面距的影响6 2 2圆锥角偏差对基面距的影响6 2 3圆锥的形状误差对圆锥配合的影响 6 2 1直径偏差对基面距的影响 图6 8圆锥直径误差对基面距的影响 假设基面距在大端 为了便于分析 内 外圆锥角均无偏差 仅圆锥直径存在偏差 如图6 8所示 内圆锥直径偏差 Di为正 外圆锥直径偏差 De为负 则基面距将减少 即基面距偏差 1Ea为负值 得 式中 1Ea 由直径偏差引起的基面距偏差 C 基本圆锥的锥度 Di De 分别为内 外圆锥直径偏差 计算 1Ea时应注意 Di De的正负号 6 2 2圆锥角偏差对基面距的影响 假设以内锥大端直径为基本直径 内 外锥大端直径均无误差 仅斜角有误差 1 当外锥角 e 内锥角 i时 如图6 9a所示 则内 外锥在大端接触 基面距的变化可忽略不计 但是因接触面积小 易磨损 可能使内 外锥相对倾斜 2 当外锥角 e 内锥角 i时 如图6 9b所示 则内 外锥将在小端接触 由半角偏差所引起的基面距变动量为 2Ea 对常用工具锥 圆锥角很小 则 实际上 圆锥直径偏差和斜角偏差同时存在 当 i e和圆锥角较小时 基面距的最大可能变动量为 上式为基面距变动量的一般关系式 若已确定了两个参数的公差 利用上式可求另一参数的公差 i e均以 为单位 图6 9圆锥斜角偏差对基面距的影响 圆锥的形状误差主要指圆锥素线的直线度和圆锥的圆度误差 圆锥的形状误差主要影响圆锥结合面的接触精度 而对基面距的影响很小 综上所述 对上述圆锥几何参数都必须规定公差 以限止其误差对其配合性能的影响 从而满足配合的需要 6 2 3圆锥的形状误差对圆锥配合的影响 6 3 1锥度与锥角系列 GB T157 2001 6 3 2圆锥公差 6 3圆锥公差 6 3 1锥度与锥角系列 GB T157 2001 圆锥标准包括锥度和锥角系列 圆锥公差与配合 圆锥尺寸和公差标准 圆锥的检验等 为了便于生产和控制圆锥 在设计时 应选用标准锥度或标准圆锥角 一般用途圆锥的锥度与锥角系列见表6 1 表中给出了圆锥角或锥度的推算值 优先选用第一系列 特殊用途圆锥的锥度与锥角系列见表6 2 它仅适用于某些特殊行业 在机床 工具制造中 广泛使用莫氏锥度 常用的莫氏锥度共有7种 从0号至6号 使用时只有相同号的莫氏内 外锥才能配合 表6 1一般用途圆锥的锥度与锥角系列 摘自GB T157 2001 注 系列1中120 1 3的数值近似按R10 2优先数系列 1 5 1 500按R10 3优先数系列 见GB T321 表6 2特殊用途圆锥的锥度与锥角 摘自GB T157 2001 圆锥公差包括圆锥直径公差TD 圆锥角公差AT和圆锥形状公差TF三个方面 1 圆锥直径公差TD圆锥直径公差是指圆锥实际直径允许的变动量 用TD表示 它适用于圆锥全长上 圆锥直径公差带是在圆锥的轴剖面内 两锥极限圆所限定的区域 见图6 10 一般以最大圆锥直径为基础 6 3 2圆锥公差 图6 10圆锥直径公差带 图6 11极限圆锥角和圆锥角公差带 2 圆锥角公差AT ATD AT 圆锥角公差是指圆锥角的允许变动量 圆锥角公差带是两个极限圆锥角所限定的区域 如图6 11所示 锥角公差共分12个公差等级 用ATl ATl2表示 其中ATl最高 ATl2最低 例如AT6表示6级圆锥角公差 各公差等级的圆锥角公差见表6 3所示 圆锥角公差值按圆锥长度分尺寸段 其表示方法有以下两种 1 AT 以角度单位 微弧度 度 分 秒 表示锥角公差值 1 rad等于半径为l弧长为1 m所产生的角度 5 rad 1 300 rad 1 2 ATD以线值单位 m 表示圆锥角公差值 在同一圆锥长度分段内 ATD值有两个 分别对应于L的最大值和最小值 AT 和ATD的关系如下 ATD AT L 10 2式中 ATD的单位为 m AT 的单位为 rad L的单位为mm例如 当L 100 AT 为9级时 查表6 3得AT 630 rad或2 10 ATD 63 m 若L 80 AT 仍为9级 则按上式计算得ATD 630 80 10 2 m 50 4 m 50 m 给定截面圆锥直径公差是指在垂直于圆锥轴线的给定截面内圆锥直径的允许变动量 它仅适用于该给定截面的圆锥直径 其公差带是给定的截面内两同心圆所限定的区域 如图6 12所示 TDS公差带所限定的是平面区域 而TD公差带所限定的是空间区域 两者是不同的 图6 12给定截面圆锥直径公差带 3 给定截面圆锥直径公差TDS 4 圆锥形状公差TF圆锥形状公差包括素线直线度公差和横截面圆度公差 圆锥直径公差TD控制圆锥形状误差 当圆锥的形状公差有更高的要求时 可另外给出形状公差 5 圆锥公差的标注方法由GB T15754 1995 技术制图圆锥的尺寸和公差标注 标准中规定 如果锥角和圆锥的形状公差都被控制在直径公差带内 标注时应在圆锥直径的尺寸公差后面加注圆圈的符号T 如图6 13所示 图6 13圆锥配合的标注示例 给定圆锥直径公差 锥角为理论正确值 时 其标注见图6 14所示 此时圆锥直径公差带不仅限制各截面的直径 而且限制锥角偏差和圆锥形状误差 此方法适用于有配合性质要求的内 外锥体 例如圆锥滑动轴承 图6 14圆锥公差标注方法1 同时给出圆锥直径公差和锥角公差时 其标注见图6 15 此时圆锥直径公差仅适用于图样上标注的那个横截面 而其他横截面的公差带宽度还应满足圆锥角公差的要求 此种标注方法适用于对给定截面有较高精度要求的内 外锥体 图6 15圆锥公差标注方法2 一般圆锥公差按面轮廓度法标注 如图6 16 a 和图6 17 a 所示 它们的公差带分别如图6 16 b 和图6 17 b 所示 必要时还可以给出附加的形位公差要求 但只占面轮廓度公差的一部分 形位误差在面轮廓度公差带内浮动 a b 图6 16给定圆锥角标注示例 a b 图6 17给定锥度标注示例 6 4锥度与锥角的测量6 4 1比较测量法6 4 2直接测量法6 4 3间接测量法 比较测量法又称相对测量法 它是将角度量具与被测角度比较 用光隙法或涂色检验的方法估计被测锥度及角度的误差测量 其常用的量具有圆锥量规和锥度样板等 圆锥量规的测量方法 圆锥量规的结构形式如图6 18所示 圆锥量规可以检验零件的锥度及基面距误差 检验时 先检验锥度 检验锥度常用涂层法 在量规表面沿着素线方向涂上3 4条均布的红丹线 与零件研合转动1 3 1 2转 取出量规 根据接触面的位置和大小判断锥角误差 然后用圆锥量规检验零件的基面距误差 在量规的大端或小端处有距离为m的两条刻线或台阶 m为零件圆锥的基面距公差 测量时 被测圆锥的端面只要介于两条刻线之间 即为合格 6 4 1比较测量法 图6 18锥度量规 6 4 2直接测量法 直接测量法是用测量角度的量具和量仪直接测量 被测的锥度或角度的数值可在量具和量仪上直接读出 对于精度不高的工件 常用万能角度尺进行测量 对精度高的工件 则需用光学分度头和测角仪进行测量 在生产车间游标万能角度尺是常用的可直接测量被测工件角度的量具 其游标读数值有2 和5 的游标万能角度尺 示值误差分别不大于土2 和土5 常见的万能角度尺如图6 19所示 在主尺1上刻有90个分度和30个辅助分度 扇形板4上刻有游标 用卡块7可以把直角尺5及直角尺6固定在扇形板4上 主尺1能沿着扇形板4的圆弧面和制动头3的圆弧面移动 用制动头3可以把主尺1紧固在所需的位置上 这种游标万能角度尺的游标读数值为2 测量范围为0 320 幻灯片39 图6 19万能角度尺1 主尺2 基尺3 制动头4 扇形板5 6 直角尺7 卡块 常用角度尺 6 4 3间接测量法间接测量法是测量与被测角度有关的尺寸 再经过计算得到被测角度值 常用的有正弦规 圆柱 圆球 平板等工具和量具 图6 20用正弦规测量圆锥量规锥角偏差正弦规是圆锥测量中常用的计量器具 适用于测量圆锥角小于30o的锥度 测量前 首先按公式h Lsina计算量块组的高度h 式中 为公称圆锥角 L为正弦尺两圆柱中心距 完成上述工作后 可按图6 20所示进行测量 如果被测量角度有偏差 则a b两点示值必有一差值 h 此时 锥度偏差为 rad C h ll为a b两点间距离 如换算成锥角偏差 时 可按下式近似计