公差原则及其应用.ppt

公差原则及其应用 一 基本概念 1 1零件要素及其几何特征机械零件是由构成几何特征的点 线 面构成的 这些点 线 面统称几何要素 简称要素 根据零件的精度要求 对零件要素应分别标注和规定尺寸公差 形状和位置公差 形位公差 以及其他技术要求 以控制零件加工时各要素产生的尺寸偏差 形状和位置误差 形位误差 要素的分类 按照几何特征可分为 1 组成要素 轮廓要素 2 导出要素 中心要素 由一个或几个组成要素得到的中心点 中心线或中心面 即组成要素对称中心所表示的点 线 面各要素 它们是从对应尺寸要素导出的要素 被测要素 给出了公差要求的要素单一要素 按本身功能要求给出形状公差的要素关联要素 对零件上其他要素有功能关系而给出位置公差的要素 其他要素即指基准要素基准 理想的基准要素称为基准单一基准 由一个理想要素建立的基准组合基准 由两个及以上的理想要素建立的一个独立基准基准体系 即三基面体系 要素的几何特征 大小形状方向位置孔的几何特征 在图样上用一组视图和标注尺寸来表示要素的几何特征 控制它们则须注出公差 或者采用一般公差 未注公差 1 大小 直径 半径 长度 厚度 高度或深度等定形尺寸 标注尺寸极限偏差或未注公差控制2 形状 要素本身所具有的形态 如直线 曲线 平面 圆柱面 曲面等 它们用一组视图来表示 标注形状公差或一般公差 或者利用尺寸公差控制3 方向 与其它要素间的角度关系 即呈平行 垂直或倾斜的角度关系 用一组视图加上定向尺寸表示 标注定向公差或规定定向公差的一般公差来控制4 位置 与其它要素间的距离 通常用定位尺寸表示 也用公共中心线表示 标注定位公差或规定定位公差的一般公差来控制 四种几何特征在图样上的表示方法和控制方法 1 2 形位公差带 概念 形位公差指实际被测要素对图样上给定的理想形状 方位的允许变动量 形位公差带是用来限制实际被测要素变动的区域 形状公差 实际单一要素的形状的允许变动量位置公差 实际关联要素的方位对基准所允许的变动量形位公差带要形式 1 3 公差原则的概念和术语 1 公差原则 确定形位公差与尺寸公差之间关系的原则 相关或不相关 分类 独立原则 相关要求 包容要求最大实体要求 最小实体要求等 相关要求应用的前提条件 被测要素或 和 基准要素必须是导出要素 它的形位公差与它对应的尺寸要素的尺寸公差相关 2 局部实际尺寸和作用尺寸 局部实际尺寸 实际要素的任意截面上 两对应点之间测得的距离作用尺寸 不同零件上相配的实际要素的配合性质的判断 需要考虑要素的实际尺寸和形位误差的综合效应 理想孔与轴线弯曲的轴装配 孔20H7 0 021 0 轴20h6 0 0 013 A 体外作用尺寸 对实际孔 轴的装配状态同时起作用的实际尺寸和形状误差的综合效应 可以用假想与实际轴体外相接的最小理想圆柱面 或假想与实际孔体外相接的最大理想圆柱面来表示 该理想圆柱面的直径称为体外作用尺寸 单一要素的体外作用尺寸 a 轴的体外作用尺寸 b 孔的体外作用尺寸1 实际被测轴 2 最小的外接理想孔 3 实际被测孔 4 最大的外接理想轴da 轴的实际尺寸 dfe 轴的体外作用尺寸 Da 孔的实际尺寸 Dfe 孔的体外作用尺寸 B 体内作用尺寸 在考虑对同一零件上相邻的实际内 外表面间的尺寸差值同时起作用的实际尺寸和形位误差的综合效应时 可以用假想与实际外表面体内相接的最大理想面 或假想与实际内表面体内相接的最小理想面来表示 该理想面的直径或宽度称为体内作用尺寸 圆环零件的最小壁厚 外圆柱面 80h9 0 0 074 内孔60H9 0 074 0 设计要求限定最小壁厚理论上的最小壁厚Xmin 79 926 60 074 2 9 926图 b 表示内孔形状正确 60 074 外圆柱为椭圆 长轴80 短轴79 926 内外面还存在同轴度误差 这样最小壁厚Xmin就小于9 926 单一要素的体内作用尺寸 a 外表面的体内作用尺寸 b 内表面的体内作用尺寸1 实际被测外表面 2 最大的内接理想面 3 实际被测内表面 4 最小的内接理想面 dfi dfe 外表面1的体内 体外作用尺寸 Dfi Dfe 内表面3的体内 体外作用尺寸 3 各种状态下的极限尺寸 1 最大实体状态和最大实体尺寸 最大实体状态 MMC 实际要素在给定长度上处处位于尺寸公差带内并具有实体最大 材料量最多 时的状态最大实体尺寸 实际要素在最大实体状态的极限尺寸 外表面 轴 dM dmax 内表面 孔 DM Dmin最大实体状态仅涉及实体为最大时的那个极限尺寸 而不涉及被测要素的形状误差 故在最大实体状态下的实际要素各部位的实际尺寸皆为最大实体尺寸 却不一定具有理想形状 在其横截面和轴向截面都允许存在形状误差2 最小实体状态和最小实体尺寸最小实体状态 LMC 实际要素在给定长度上处处位于尺寸公差带内并具有实体最小 材料量最少 时的状态最小实体尺寸 实际要素在最小实体状态的极限尺寸 外表面 轴 dM dmin 内表面 孔 DM Dmax同样地 最小实体状态仅涉及实体为最小时的那个极限尺寸 而不涉及被测要素的形状误差 故在最小实体状态下的实际要素各部位的实际尺寸皆为最小实体尺寸 却不一定具有理想形状 在其横截面和轴向截面都允许存在形状误差 3 最大实体实效状态和最大实体实效尺寸最大实体实效状态 MMVC 实际要素在给定长度上处于最大实体状态 且其对应的导出要素的形位误差等于图样上标注的形位公差时的极限综合状态 标注符号M 表示某种相关要求 最大实体实效尺寸 在此情况下 假想与实际外要素体外相接的最大理想面 或假想与实际内要素体外相接的最小理想面的直径或宽度 即在该综合极限状态下的实际要素的体外作用尺寸称为最大实体实效尺寸外表面的最大实体实效尺寸 dMV dmax 带M的形位公差t内表面的最大实体实效尺寸 DMV Dmin 带M的形位公差t4 最小实体实效状态和最小实体实效尺寸最小实体实效状态 LMVC 实际要素在给定长度上处于最小实体状态 且其对应的导出要素的形位误差等于图样上标注的形位公差时的极限综合状态 标注符号L 表示某种相关要求 最小实体实效尺寸 在此情况下 假想与实际外要素体内相接的最大理想面 或假想与实际内要素体内相接的最小理想面的直径或宽度 即在该综合极限状态下的实际要素的体内作用尺寸称为最小实体实效尺寸外表面的最小实体实效尺寸 dLV dmin 带L的形位公差t内表面的最小实体实效尺寸 DLV Dmax 带L的形位公差t 二 独立原则RegardlessofFeatureSize 含义 零件图上对某要素给出的尺寸公差和形位公差各自独立 彼此无关 分别满足各自要求的公差原则对于图样上不规定尺寸公差与形位公差相互关系的要素 其形位公差的要求与其尺寸公差的要求无关 这两项要求应作为独立要求来处理 如果需要尺寸公差与形位公差之间有特定的关系 则应在图样上予以明确规定应用独立原则能获得的效果 1 图样要求具有统一的解释2 提高技术经济效益3 消除设计与制造 检测的矛盾 应用独立原则的图样表示法 图样上或技术文件中采用GB T4249 1996 公差原则 规定的独立原则和相关要求时 应注明 公差原则按GB T4249应用范围 1 要素的尺寸公差与形位公差不必相关的场合2 要素的形位精度要求极高的场合3 两要素的定形尺寸公差不可能控制它们之间的位置精度的场合4 零件上未注尺寸公差的场合 三 相关要求 1 包容要求EnvelopePrincipleA 包容要求的提出 起源于泰勒原则 泰勒原则出自于泰勒 WilliamTaylor 在1905年提出的 螺纹量规的改进 这一专利 英国专利NO 6900 1905 通规 上测头b1 b2和下测头b3组成 止规 下测头b3和测量销组成如果b1 b2 b3三个测头能够自由通过被测螺纹且下测头b3与被测的螺纹小径接触时 测量销C不能进入量规的上部平面P与该螺纹小径之间的间隙 则判定该螺纹合格 当被测的螺纹螺距极小时 它就接近与一个光滑圆柱体 这种检验方法经过改进 很快就推广应用于检验光滑圆柱体该量规中 通规的检验相当于控制被测要素不得超出理想极限包容面 最大实体边界 止规的检验采用两点法 只能控制被测要素的实际尺寸 包含在该专利中的这种概念 被人们称为泰勒原则 B 包容要求的含义 图样表示法及图样解释概念 要求单一尺寸要素的实际轮廓不得超出最大实体边界 且其实际尺寸不得超出最小实体尺寸的一种公差原则含义 1 只适用于圆柱面或两平行平面的单一尺寸要素 轮廓要素 2 在被测要素线性尺寸的极限偏差或公差带代号后标注E 这表示给出了边界尺寸为最大实体尺寸的最大实体边界MMB 以控制被测要素的实际尺寸与形状误差的综合效应 该被测要素的实际轮廓S不得超出该边界 3 实际尺寸与形状误差相互依赖 被测要素的实际轮廓在给定的长度上应处处遵守最大实体边界 即体外作用尺寸不得超出最大实体尺寸 当处于最大实体状态时 它应具有理想形状 此时允许的形状公差为零 当实际尺寸由最大实体尺寸向最小实体尺寸偏离时 允许它具有形状误差 其大小允许达到实际尺寸对最大实体尺寸的偏离量 当处于最小实体尺寸时 形状误差的允许值可以达到尺寸公差值 4 实际尺寸应不超出最小实体尺寸 图样解释 单一要素轴采用包容要求图 a 标注表示 50 0 0 04 E轴的实际轮廓不得超出边界尺寸dB 50的最大实体边界 即轴的体外作用尺寸应不大于最大实体尺寸dm 50图 b 表示轴的实际尺寸d1 d2 d3应不小于最小实体尺寸dL 49 96图 c d 表示 当处于最大实体状态时不允许存在形状误差 当实际尺寸da 最大实体尺寸dM时 就允许存在相应的形状误差图 e 表示当处于最小实体状态时 其轴线直线度误差允许值可达到0 04图 f 表达了上述关系的动态公差图 单一要素孔采用包容要求图 a 标注表示 50 0 05 0 E孔的实际轮廓不得超出边界尺寸DB 50的最大实体边界 即孔的体外作用尺寸应不小于最大实体尺寸Dm 50图 b 表示孔的实际尺寸D1 D2 D3应不大于最小实体尺寸DL 50 05图 c d 表示 当处于最大实体状态时不允许存在形状误差 当实际尺寸Da 最大实体尺寸DM时 就允许存在相应的形状误差图 e 表示当处于最小实体状态时 其轴线直线度误差允许值可达到0 05图 f 表达了上述关系的动态公差图 包容要求的主要应用范围 主要用于保证单一要素孔 轴配合的配合性质 特别是配合公差较小的精密配合要求 用最大实体边界保证所需的最小间隙或最大过盈实例 孔 20 0 021 0 E 轴 20 0 0 013 E 采用包容要求可以保证最小间隙为零的配合如采用独立原则就无法保证配合性质 2 最大实体要求MaximumMaterialCondition MMC 最大实体要求的提出 间隙配合的孔和轴 能否自由装配或保证功能要求 取决于各自的实际尺寸和形状公差的综合效应 此即提出最大实体要求的基础图示杆1的孔与销轴2的配合 当实际尺寸为最大实体尺寸 形状误差分别达到给定的公差值时 装配间隙X为最小值 当实际尺寸偏离最大实体尺寸向最小实体尺寸端移动时即使形状误差超出给定的形状公差值 但不超出一定限度 仍然有一定间隙 当实际尺寸等于最小实体尺寸 且形状误差为零时 装配间隙X为最大值 最大实体要求应用于被测要素 最大实体要求概念 尺寸要素的实际轮廓应遵守最大实体实效边界且其实际尺寸不得超出极限尺寸的一种公差原则含义和规定 1 适用于轴线 中心平面等导出要素 2 在被测要素形位公差框格中的公差值后标注符号M 表示图样上标注的形位公差值是被测要素的实际轮廓处于最大实体状态时的形位公差值 以最大实体实效边界 MMVB 来控制被测要素的实际尺寸与形位误差的综合效应 3 在一定条件下 允许尺寸公差补偿形位公差 当实际要素处于最大实体状态时 它的形位误差不得大于图样上标注的形位公差值 当实际尺寸由最大实体尺寸向最小实体尺寸偏离时 它的形位误差允许大于图样上标注的形位公差值 即允许用尺寸公差补偿形位公差 1 1的补偿 当实际要素处于最小实体状态时 所允许形位误差数值可达到图样上标注的形位公差与尺寸公差的数值之和 4 实际尺寸应在极限尺寸范围内 dmax da dmin 或Dmax Da Dmin图样解释 最大实体要求应用于单一要素轴 a 标注 b 处于最大实体状态da dmax 20时 轴线直线度误差允许值为直线度公差值0 01 最大实体实效尺寸为20 01 c 处于最小实体状态da dmin 19 979时 轴线直线度误差允许值为直线度公差值0 01 尺寸公差值0 021 0 031 最大实体实效尺寸仍为20 01 d 动态公差图 最大实体要求应用于关联要素孔 a 图标注表示孔的轴线对基准平面A的垂直度公差与孔尺寸公差的关系采用最大实体原则 孔的最大实体实效尺寸DMV 50 0 08 49 92 b 当被测要素处于最大实体状态即Da Dmin 50时轴线垂直度误差允许值为0 08 c 当被测要素处于最小实体状态即Da Dmax 50 13时轴线垂直度误差允许值可以达到垂直度公差值0 08 孔尺寸公差值0 13 0 21 d 轴线垂直度误差允许值t随孔的实际尺寸Da变化的动态公差图 关联要素采用最大实体要求并限制最大误差值 上框格表示孔的轴线垂直度公差与孔的尺寸公差为最大实体原则 当处于最小实体尺寸50时 垂直度公差允许值可达0 08 0 13 0 21 但下框格追加的垂直度公差要求表明最大的垂直度公差允许值仅为0 12 最大实体要求应用于成组关联要素 两圆柱销与两个孔装配 形成间隙配合 要求能自由互换位置度与尺寸公差关系采用最大实体原则标注给出了销和孔的最大实体实效边界 两者的轴线应垂直于A面且位于理想位置上 距离为50 装配时 边界表示最不利的状态 在此情况下间隙最小 圆柱销的最大实体实效边界 圆柱销的实际尺寸应为9 9 da 9 8在处于最大实体状态时 它们的位置度公差的最大允许值为0 1 故销的中心距在49 9 50 1之间变动 两销的内侧距离最小为40 外侧距离最大为60在遵守最大实体实效边界MMVB的条件下 当实际尺寸小于9 9时 轴线位置度误差可以大于公差值0 1 仍然能保证内侧距离最小为40 外侧距离最大为60当实际尺寸等于最小实体尺寸9 8时 位置度误差允许值可以达到0 1 0 1 0 2 孔的最大实体实效边界 孔的实际尺寸应为10 2 da 10 1在处于最大实体状态时 10 1 它们的位置度公差的最大允许值为0 1 故销的中心距在49 9 50 1之间变动 两孔的内侧距离最不利的情况为40 外侧距离最不利情况为60 与销配合间隙为零为最不利 在遵守最大实体实效边界MMVB的条件下 当实际尺寸大于10 1时 轴线位置度误差可以大于公差值0 1 仍然能保证内侧距离最小为40 外侧距离最大为60当实际尺寸等于最小实体尺寸10 2时 位置度误差允许值可以达到0 1 0 1 0 2 圆柱销与孔动态配合图 0 0 4 同时采用最大实体要求和包容要求 销轴实际尺寸应在19 98 20范围内实际轮廓不得超出最大实体实效边界 dMV 20 03 该边界为两平行平面 间距20 03 且平行于基准平面A实际轮廓还不得超出最大实体边界 dM 20 该边界为圆柱形 最大实体要求的零形位公差 最大实体要求应用于被测要素的一个特例在最大实体状态时的形位误差允许值为零在最小实体状态时的形位误差允许值为尺寸公差值0 13 最大实体要求应用于基准要素 最大实体要求应用于基准要素是指基准要素尺寸公差与被测要素的位置公差的关系采用最大实体要求 基准要素的尺寸公差与被测要素的位置公差相关含义和规定 在被测要素位置公差框格中的基准字母后面标注符号M 在一定条件下允许基准要素的尺寸公差补偿被测要素的位置公差 基准要素实际轮廓处于应遵守的边界上时 它的体外作用尺寸就等于边界尺寸在边界范围内 当其体外作用尺寸偏离边界尺寸时 允许该基准要素在这边界内浮动 当体外作用尺寸等于其最小实体尺寸时 浮动范围可达其尺寸公差值在基准和被测要素都遵守边界的条件下 这种浮动允许被测要素相对于基准的位置度公差值增大 但允许的浮动范围与允许增大的位置公差不一定成1 1的关系 基准要素的实际尺寸应在其极限范围内 基准要素应遵守的边界 基准要素采用最大实体要求时边界为最大实体实效边界 基准外要素 边界尺寸dB dMV 10 0 02 10 02 基准内要素边界尺寸DB DMV 12 0 01 11 99 当基准要素本身不采用最大实体要求时 基准要素应遵守的边界为最大实体边界 基准要素采用独立原则 图 a 边界尺寸DB DM 12基准要素采用包容要求 图 b 边界尺寸DB DM 12 如果被测要素也是基准要素 则基准要素应遵守的边界就是被测要素的边界 基准要素应遵守的边界就是被测要素的最大实体实效边界 DB DMV 10 0 03 9 97 最大实体要求应用于基准要素的图样解释 应用于单一基准要素被测要素采用最大实体要求 处于最大实体状态时的同轴度公差为 0 04应遵守的边界为最大实体实效边界B2 dB2 dMV 10 04 实际尺寸在9 97 10范围内基准要素采用包容要求 它的尺寸公差与被测轴线同轴度公差关系采用最大实体要求 应遵守的边界为最大实体边界B1 边界尺寸为最大实体尺寸dB1 dM1 20 实际尺寸在19 95 20范围内 当实际基准要素的体外作用尺寸为最大实体尺寸 20时 它的轴线b不能浮动 与最大实体边界B1的轴线a重合 被测要素遵守最大实体实效边界B2的条件下 在实际尺寸偏离最大实体尺寸直到最小实体尺寸9 97 同轴度误差允许值可增大到同轴度公差与尺寸公差之和 即0 04 0 03 0 07图 b 基准要素体外作用尺寸dfe1偏离边界尺 dfe1 20 其轴线b可在直径为dfe1与20的差值 的圆柱范围内相对与轴线a浮动 同时允许增大被测轴线C相对于基准轴线b的同轴度公差图 C 当基准要素与被测要素都为各自最小实体尺寸时 基准轴线的浮动可达 0 05 假设基准要素长度L1等于被测要素长度L2的两倍 则此时被测轴线C的同轴度误差允许值tmax 2 t T2 2 T1 2 T1 L2 L1 2 0 04 0 03 2 0 05 2 0 05 2 0 17 最大实体要求的应用范围 最大实体要求主要应用于只要求装配互换的要素 也用于保证指定的配合性质 最大实体要求应用于被测要素时 被测要素的实际轮廓是否超出最大实体实效边界 应该使用功能量规的检验部分 模拟最大实体实效边界 检验 其实际尺寸是否超出极限尺寸 用两点法测量最大实体要求应用于基准要素时 可以使用统一功能量规的定位部分 模拟基准要素应遵守的边界 来检验基准要素的实际轮廓是否超出这边界 或者使用光滑极限量规的通规或另一功能量规 来检验基准要素的实际轮廓是否超出边界 最小实体要求 LMC LeastMaterialCondition 最小实体要求的提出基于产品和零件设计中获得最佳技术经济效益的要求在设计保证同一零件上相邻内外尺寸要素间的最小壁厚和控制零件上特定表面到理想导出要素的最大距离等功能要求时可使用最小实体要求 应用最小实体要要求保证最小壁厚 小孔最不利状态为 直径等于最小实体尺寸 4 12 轴线位置偏移0 125到D2孔的一端 同时D2孔两端面距离最小 此时孔的最小壁厚 min 50 0 15 36 0 08 4 12 0 25 2 4 7当直径偏离最小实体尺寸4 12向4 0移动 位置度误差即使大于标注的公差值 仍然能保证最小壁厚当小孔实际尺寸减小到最大实体尺寸4 0时 位置度误差值可增大到 0 25 0 12 0 37 此时的最小壁厚仍为 min 50 0 15 36 0 08 4 0 37 2 4 7 应用于被测要素 尺寸要素的实际轮廓应遵守最小实体实效边界 且其实际尺寸不得超出极限尺寸的一种公差原则含义和规定 适用于轴线 中心平面等导出要素 在被测要素形位公差框格中的公差值后标注符号L这表示图样上标注的形位公差值是被测实际轮廓处于最小实体状态时的形位公差值 以最小实体实效边界控制实际尺寸与形位误差的综合效应 在一定条件下 允许尺寸公差补偿形位公差处于最小实体状态时 形位误差不得大于图样标注的形位公差由最小实体向最大实体偏离时 形位误差允许大于标注的形位公差值 即允许用尺寸公差补偿形位公差在最大实体状态时 允许形位误差值可达到形位公差与尺寸公差之和 实际尺寸应在极限范围内 最小实体实效边界 图样解释 应用于关联要素孔和外圆柱面 保证它们之间的壁厚不小于某个极限值标注表示 孔的轴线位置度公差与尺寸公差采用最小实体要求 应遵守的边界为最小实体实效边界 边界尺寸DB DLV Dmax T 20 52 0 25 20 77 处于最小实体状态时 轴线位置度公差值0 25 实际尺寸应在20 20 52之间外圆柱面的轴线位置度公差与尺寸公差采用最小实体要求 应遵守的边界为最小实体实效边界 边界尺寸dB dLV dmin T 29 16 0 5 28 66 处于最小实体状态时 轴线位置度公差值0 5 实际尺寸应在29 16 30之间在都处于最小实体状态时 若轴线向相反方向从理想位置各偏离0 125 0 25到极限位置时 最不利位置 最小壁厚 min dLV DLV 2 28 66 20 77 2 3 945在向最大实体尺寸偏移时 允许增大位置度公差 仍能保证最小壁厚在最大实体状态时 位置度公差允许增大到 0 77和 1 34 它们处于相反方向的极限位置上的最小壁厚为 min 30 1 34 20 0 77 2 3 945 动态公差图 最小实体要求的主要应用范围 主要用于控制同一零件上相邻要素间的极限位置没有如体现最大实体要求般的量规形位误差用普通计量器具测量 实际尺寸用两点法测量 位置度公差 坐标尺寸公差注法存在重大缺陷 1 加工时产生累计误差 2 用两点法测量各个中心距时不能保证坐标方向 位置度公差注法原理 公差带皆按各自独立的理想位置确定 以该理想位置为中心来限制实际被测要素的位置变动量能避免加工时的中心距的误差累计 因而可以增大位置度公差提高经济效益 按图样上规定的位置度公差要求检测合格的零件具有互换性 能够自由装配位置度公差注法建立在由理论正确尺寸和几何图框给出的理想