互换性与测量技术》第三章尺寸的公差、配合与检测.ppt

第三章尺寸的公差 配合与检测 学习指导本章学习的目的是掌握基础标准 极限与配合 的一般规律 为合理选用尺寸公差与配合 学习其它典型零件的公差与配合 进行尺寸精度设计打下基础 学习要求是对极限与配合标准中的术语定义 要着重搞清其概念与作用 并抓住它们之间的区别与联系进行分析 避免单纯从定义上孤立地去理解 重点要掌握标准公差与基本偏差的结构 特点和基本规律以及尺寸公差与配合的选用原则 第一节概述 1944年 国民党政府制定了 尺寸公差与配合 的国家标准 但实际使用的是日本 德国 美国标准 1955年 参照苏联标准 第一机械工业部颁布 公差与配合 的部颁标准 此标准只是将苏联标准 OCT标准 赋予了中文名词 1959年 颁布了 公差与配合 的国家标准GB159 174 1959 简称 旧国标 精度等级偏低 配合种类偏少 1979年 参照国际标准制定了 公差与配合 的国家标准GB1800 1804 1979 简称 新国标 取代GB159 174 19591992 1996年上述新国标进行了部分修订 将 公差与配合 改为 极限与配合 用 极限与配合基础第一部分 词汇 GB T1800 1 1996 替代GB1800 1979中的 公差与配合的术语及定义 用 一般公差线性尺寸的未注公差 GB T1804 1992 替代 未注公差尺寸的极限偏差 GB1804 1979 国家标准 极限与配合 中 公差与配合部分的标准主要包括 GB T1800 1 1997 极限与配合基础第1部分 词汇 GB T1800 2 1998 极限与配合基础第2部分 公差 偏差和配合的基本规定 GB T1800 3 1998 极限与配合基础第3部分 标准公差和基本偏差数值表 GB T1800 4 1999 极限与配合标准公差等级和孔 轴的极限偏差表 GB T1801 1999 极限与配合公差带和配合的选择 GB T1804 2000 一般公差未注公差的线性和角度尺寸的公差 第二节极限与配合的常用术语与定义 一 有关尺寸的术语及定义 GB T1800 1 1997 1 尺寸以特定单位表示线性尺寸值的数值 如直径 宽度 高度 中心距等 2 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 即由两平行平面或切平面形成的包容面 3 基本尺寸通过它并应用上 下偏差可算出极限尺寸的尺寸 如图3 1 它可以是一个整数或一个小数值 4 实际尺寸通过测量获得的某一孔 轴的尺寸 孔和轴的实际尺寸分别用Da和da表示 由于测量误差际尺寸不一定是尺寸的真值 由于形状误差同一表面不同部位的实际尺寸往往不相等 因此要用二点法进行测量 5 极限尺寸一个孔或轴允许的尺寸的两个极端 实际尺寸应位于其中 也可达到极限尺寸 孔或轴允许的最大尺寸称为最大极限尺寸 孔或轴允许的最小尺寸称为最小极限尺寸孔和轴的最大极限尺寸分别用Dmax和dmax表示 最小极限尺寸分别用Dmin和dmin表示 6 最大实体尺寸孔或轴具有允许材料量为最多时状态 最大实体状态 简称MMC 下的极限尺寸 孔和轴的最大实体尺寸分别用DMMS和dMMS表示 7 最小实体尺寸孔或轴具有允许材料量为最少时状态 最小实体状态 简称LMC 下的极限尺寸 孔和轴的最小实体尺寸分别用DLMS和dLMS表示 极限尺寸与实体尺寸有如下关系 DMMS Dmin DLMS DmaxdMMS dmax dLMS dmin 特点 1 实际存在的 对一批零件而言是一随机变量 2 Dfe Da dfe da3 只有Dfe dfe 孔 轴才能自由装配 不是Da da 8 体外作用尺寸 见下图 定义 在配合面的全长上与实际孔相内接的最大理想轴的尺寸孔的作用尺寸 Dfe 在配合面的全长上与实际轴相外接的最小理想孔的尺寸轴的体外作用尺寸 dfe 孔和轴的体外作用尺寸 9 极限尺寸判断原则孔或轴的体外作用尺寸不允许超过MMS 任何部位的实际尺寸不允许超过LMS Dfe变小保证配合不要小于Dmindfe变大不要大于dmax 有配合要求的零件尺寸合格条件 Dmin Dfe Da Dmaxdmin da dfe dmax 小结 二 有关 公差与偏差 的术语和定义 3 公差带 1 公差带图解 a 零线 c 画法 公差与偏差的区别 4 极限制公差带有两个参数 一是公差带的大小 即宽度 二是公差带相对于零线的位置 国标已将它们标准化 形成标准公差和基本偏差两个系列 5 标准公差 IT 指国家标准 GB T1800 3 1998 极限与配合制中 所规定的任一公差 字母IT为 国际公差 的符号 标准公差确定了公差带的大小 6 基本偏差 三 有关 配合 的术语及定义 1 间隙配合孔的公差带在轴公差带上方 即具有间隙的配合 包括Xmin 0的配合 对一批零件而言 所有孔的尺寸 轴的尺寸 2 过盈配合 特征参数 Ymin Dmax dmin ES eiYmax Dmin dmax EI es 3 过渡配合 孔 轴公差带相互重叠 即可能具有X或Y的配合 过渡配合主要用于孔 轴间的定位联结 既要求装拆方便 又要求对中性好 特征参数 Xmax Dmax dmin ES eiYmax Dmin dmax EI es Xmax Xmin Xmax Ymax ES ei EI es TD Td Ymin Ymax 若要提高配合精度 即 Tf 可减小相配合的孔 轴尺寸公差 即提高 相配合的孔 轴加工精度 设计时 应使Tf TD Td Tf 3 配合公差 4 基孔制 基轴制 第三节标准公差系列 一 标准公差代号及等级 1 代号国家标准 GB T1800 2 1998 2 公差等级在基本尺寸至500mm内 国家标准将标准公差等级规定为20个等级 在基本尺寸大于500至3150mm内规定了IT1至IT18共18个标准公差等级 依次为IT01IT0IT1 IT18等级高低 IT7称为低于IT7级公差值小大 IT7称为高于IT7级即公差等级相同 尺寸的精确程度相同 二 标准公差数值 小结 1 有关 公差与偏差 的小结 2 有关配合的小结 3 有关 标准公差 的小结 IT01IT0IT1 IT18 等级高低 第四节基本偏差系列 一 基本偏差的代号 特点 1 代号 拉丁字母 按英文读音 孔大写 轴小写 a 分布简图如下图 2 特点 b Js完全对称 J基本对称 孔ES 只有J6 J7 J8 轴只有j5 j6 j7 j8 逐步被Js取代 c 基本偏差原则上与公差等级无关 有一些除外 K M N等有两种位置 例 A H a h 与公差等级无关 10f7 10f8 10f9d A ZC a zc 除J j 以外 20个等级齐全 二 基本偏差数值 1 轴的基本偏差数值 间隙配合可根据生产实践或试验得知间隙X的大小 然后以基孔制 计算出a g轴的基本偏差es h 0 不要计算 如图所示 2 孔的基本偏差数值 由于构成基本偏差公式所考虑的因素是一致的 所以 孔的基本偏差不需要另外制定一套计算公式 而是根据相同字母代号轴的基本偏差 在相应的公差等级的基础上按一定的规则换算得来的 换算的原则是 基本偏差字母代号同名的孔和轴 分别构成的基轴制与基孔制的配合 这样的配合称为同名配合 在孔 轴为同一公差等级或孔比轴低一级的条件下 如H9 f9与F9 h9 H7 p6与P7 h6 其配合的性质必须相同 即具有相同的极限间隙或极限过盈 换算过程及换算规则如下 换算原则 基孔制 基轴制同名配合的配合性质相同 1 基本偏差的换算过程 基本偏差A H的换算过程图 Xmin es Xmin EI 1 基本偏差A H的换算过程 2 基本偏差J ZC的换算过程 以K M N的过渡配合为例 基本偏差J ZC的换算过程图 2 基本偏差的换算规则1 通用规则 同名字母代号的孔和轴的基本偏差的绝对值相等 而符号相反 即从公差带图解看 孔的基本偏差是轴的基本偏差相对于零线的倒影 2 特殊规则 同名代号的孔和轴的基本偏差的符号相反 而绝对值相差一个 值 即用上述公式计算出孔的基本偏差按一定规则化整 编制出孔的基本偏差表 见表2 6 实际使用时 可直接查此表 不必计算 孔的另一个极限偏差可根据下列公式计算ES EI ITEI ES IT 3 基孔制 基轴制同名配合的配合性质间隙配合 只要是同名配合配合性质一定相同 过渡配合 过盈配合 高精度时 孔的基本偏差用特殊规则换算 孔比轴低一级 同名配合的配合性质才相同 低精度时 孔的基本偏差用通用规则换算 孔 轴必须同级 同名配合配合性质才相同 即 同名配合配合性质 必须 三 公差带与配合代号 1 公差带代号 由基本偏差代号及公差等级代号组成 或用数字 mm 表示 或两者结合 例 5g8 5或 5g8 对称偏差表示为 10Js5 0 003 0 004 0 022 0 004 0 022 位置 大小 小结 1 基本偏差一般为靠近零线的那个上偏差或下偏差作为基本偏差 国标分别规定了28个孔 轴基本偏差代号 2 基本偏差数值可由基本偏差代号及基本尺寸 查表确定 应注意 基本尺寸 500mm 公差等级 IT7的P ZC IT8的J K M N查表时 要加 值 3 同名配合基孔或基轴制中 基本偏差代号相当 孔 轴公差等级同级或孔比轴低一级的配合称同名配合 所有基孔或基轴制的同名的间隙配合的配合性质相同 基孔或基轴制的同名的过渡和过盈配合只有公差等级组合符合国标在换算孔的基本偏差时的规定 配合性质才能相同 即D 500mm的 IT8的K M N以及 IT7的P ZC 还有D 500mm D 3mm的所有J ZC形成配合时 必须采用孔 轴同级 D 500mm的 IT8的J K M N以及 IT7的P ZC形成配合时 必须采用孔比轴低一级 第五节一般 常用和优先的公差带与配合 GB T1801 1999规定了基本尺寸 500mm的一般用途轴的公差带116个和孔的公差带105个 再从中选出常用轴的公差带59个和孔的公差带44个 并进一步挑选出孔和轴的优先用途公差带各13个 如教材图3 15 一般 常用和优先轴的公差带 和图3 16 一般 常用和优先孔的公差带 所示 图中方框中的为常用公差带 圆圈中的为优先公差带 选用时 以优先 常用 一般 任一孔 轴公差带为顺序 以优先 常用 任一孔 轴公差带组成配合为顺序 一 一般 常用和优先的孔 轴公差带 GB T1801 1999 g6 js6 m6 n6 s6 t6 e7 h7 d9 h9 h11 g6 js6 m6 n6 s6 t6 e7 h7 d9 h9 b11 h11 图3 15一般 常用和优先轴的公差带 图3 16一般 常用和优先孔的公差带 二 常用和优先配合 表3 6基孔制常用和优先配合 摘自GB T1801 1999 第六节一般公差线性尺寸的未注公差 GB T1804 1992 一 一般公差的定义 线性尺寸的未注公差 一般公差是指在车间一般加工条件下可以保证的公差 它是机床在正常维护和操作下 可达到的经济加工精度 国家标准GB T1804 2000 一般公差未注公差的线性和角度尺寸的公差 等效地采用了国际标准中的有关部分 替代了GB T1804 1992 一般公差线性尺寸的未注公差 简单地说一般公差就是只标注基本尺寸 未标注公差 如 30 100 即通常所说的 自由尺寸 一般公差正常情况下 一般不测量 二 一般公差的规定 一般公差规定四个等级 f 精密级 m 中等级 c 粗糙级 v 最粗级 这4个公差等级相当于ITl2 ITl4 IT16和IT17 在基本尺寸0 5 4000mm范围内分为8个尺寸段 极限偏差均对称分布 三 应用 主要用于不重要的 较低精度的非配合尺寸及以工艺方法可保证的尺寸 铸 模锻 简化制图 节约设计 检验时间 突出重要尺寸 四 标注 当采用一般公差时 在图样上只注基本尺寸 不注极限偏差 但应在图样的技术要求或有关技术文件中 用标准号和公差等级代号作出总的说明 例如 当选用中等级m时 则表示为GB T1804 m 如用比一般公差还大的公差 则应在尺寸后标注相应的极限偏差 如 盲孔深度尺寸 第七节尺寸公差与配合的选用 一 基准制的选用 1 一般情况下应优先选用基孔制2 基轴制的选择 1 直接使用有一定公差等级 IT8 IT11 而不再进行机械加工的冷拔钢材 这种钢材是按基准轴的公差带制造 制作轴 若需要各种不同的配合时 可选择不同的孔公差带位置来实现 这种情况主要应用在农业机械和纺织机械中 2 加工尺寸小于1mm的精密轴比同级孔要困难 因此在仪器制造 钟表生产 无线电工程中 常使用经过光轧成形的钢丝直接做轴 这时采用基轴制较经济 3 根据结构上的需要 在同一基本尺寸的轴上装配有不同配合要求的几个孔件时应采用基轴制 如下图所示 教材图3 17基准制选择示例 一 4 与标准件配合的基准制选择若与标准件 零件或部件 配合 应以标准件为基准件 来确定采用基孔制还是基轴制 如平键 半圆键等键联接 由于键是标准件 键与键槽的配合应采用基轴制 滚动轴承外圈与箱体孔的配合应采用基轴制 滚动轴承内圈与轴的配合应采用基孔制 如教材图3 18所示选择箱体孔的公差带为J7 选择轴颈的公差带为k6 3 非基准制配合的采用 图3 18基准制选择示例 二 二 公差等级的选用 1 依据 TD Td Tf2 选择原则 1 在满足使用要求的前提下 尽可能选较低的公差等级或较大的公差值 2 满足GB推荐的公差等级组合规定 工艺等价 对于基本尺寸 500mm有较高公差等级的配合 因孔比同级轴难加工 当标准公差 IT8时 国标推荐孔比轴低一级相配合 使孔 轴的加工难易程度相同 但对 IT8级或基本尺寸 500mm的配合 因孔的测量精度比轴容易保证 推荐采用孔 轴同级配合 3 方法 1 计算 查表 下面将举例说明 2 类比法 参照类似的机构 工作条件和使用要求的经验资料 进行比照 常用方法 类比法应考虑以下几点 1 公差等级的应用范围 见教材表3 11 配合尺寸公差等级的应用见教材表3 12 2 工艺等价3 各种加工方法能够达到的公差等级 见教材表3 10 可供选择时参考 4 相配零件或部件精度要匹配 如与滚动轴承相配合的轴和孔的公差等级与轴承的精度有关 如与齿轮相配合的轴的公差等级直接受齿轮的精度影响 5 配合性质 过盈 过渡配合的公差等级不能太低 一般孔的标准公差 IT8 轴的标准公差 IT7 间隙配合则不受此限制 但间隙小的配合 公差等级应较高 而间隙大的配合 公差等级可以低些 例如 选用H6 g5和H11 a11是可以的 而选用H11 g11和H6 a5则不合适 6 在非基准制配合中 有的零件精度要求不高 可与相配合零件的公差等级差2 3级 如箱体孔与轴承端盖的配合 三 配合的选用 1 根据使用要求确定配合的类别配合的选择首先要确定配合的类别 选择时 应根据具体的使用要求确定是间隙配合还是过渡或过盈配合 例如 孔 轴有相对运动 转动或移动 要求 必须选择间隙配合 若孔 轴间应无相对运动 应根据具体工作条件的不同确定过盈 过渡甚至间隙配合 教材表3 14给出了配合类别选择的大体方向 表3 14配合类别选择的大体方向 2 选定基本偏差 配合 的方法计算法就是根据理论公式 计算出使用要求的间隙或过盈大小来选定配合的方法 对依靠过盈来传递运动和负载的过盈配合 可根据弹性变形理论公式 计算出能保证传递一定负载所需要的最小过盈和不使工件损坏的最大过盈 由于影响间隙和过盈的因素很多 理论的计算也是近似的 所以在实际应用中还需经过试验来确定 一般情况下 很少使用计算法 试验法就是用试验的方法确定满足产品工作性能的间隙或过盈范围 该方法主要用于对产品性能影响大而又缺乏经验的场合 试验法比较可靠 但周期长 成本高 应用也较少 类比法就是参照同类型机器或机构中经过生产实践验证的配合的实例 再结合所设计产品的使用要求和应用条件来确定配合 该方法应用最广 3 用类比法选择配合时应考虑的因素用类比法选择配合 首先要掌握各种配合的特征和应用场合 尤其是对国家标准所规定的优先配合要非常熟悉 教材表3 4是轴的基本偏差选用说明和应用 教材表3 13是尺寸至500mm基孔制优先配合的特征及应用 配合的选择应尽可能地选用优先配合 其次是常用配合 再次是一般配合 如果仍不能满足要求 可以选择其他的配合 选择方法主要是类比法 各类基本偏差在形成基孔制 或基轴制 配合时的应用场合大致总结如下 间隙配合按相对运动速度选择 各种过盈配合基本偏差的比较与选择 各种过渡配合基本偏差的比较与选择 用类比法选择配合时还必须考虑如下一些因素 受载情况拆装情况配合件的结合长度和形位误差配合件的材料温度的影响装配变形的影响生产类型 4 已知配合的极限盈 隙时 基本偏差的确定方法 计算 查表法确定基本偏差代号的计算公式 小结 本次课讲授了国家标准规定的一般 常用和优先的公差带与配合 一般公差的规定以及公差与配合的选择 其中配合的选择包括基准制的选择 公差等级的选择 配合 即与基准件相配合的非基准件的基本偏差代号 的选择 选择方法主要是类比法 应优先选用基孔制 确定公差等级的基本原则是 在满足使用要求的前提下 尽量选取较低的公差等级 确定方法主要是类比法 配合的选择应尽可能地选用优先配合 其次是常用配合 再次是一般配合 如果仍不能满足要求 可以选择其他的配合 选择方法主要是类比法 要非常熟悉各类基本偏差在形成基孔制 或基轴制 配合时的应用场合 习题课 定配合 例2 10图所示为钻模的一部分 钻模板4上装有固定衬套2 快换钻套1与固定衬套配合 在工作中要求快换钻套1能迅速更换 在压紧螺钉3松开 不必取下 的情况下 当快换钻套1以其铣成的缺边A对正压紧螺钉3时 可以直接进行装卸 当快换钻套1的台阶面B旋至螺钉3的下端面时 拧紧螺钉3 快换钻套1就被固定 防止了它的轴向窜动和周向转动 若用如图a 所示钻模来加工工件上的 12mm孔 试选择固定衬套2与钻模板4 快换钻套1与固定衬套2以及快换钻套1的内孔与钻头之间的配合 基本尺寸见图 解 1 基准制的选择对固定衬套2与钻模板4的配合以及快换钻套1与固定衬套2的配合 因结构无特殊要求 按国标规定 应优先选用基孔制 2 公差等级的选择参看表2 11 钻模夹具各元件的连接 可按用于配合尺寸的IT5 IT12级选用 参看表2 12 重要的配合尺寸 对轴可选IT6 对孔可选IT7 本例中钻模板4的孔 固定衬套2的孔 钻套的孔统一按IT7选用 而固定衬套2的外圆 钻套1的外圆则按IT6选用 对钻头与钻套1内孔的配合 因钻头属标准刀具 应采用基轴制配合 3 配合种类的选择固定衬套2与钻模板4的配合 要求联接牢靠 在轻微冲击和负荷下不能发生松动 即使固定衬套内孔磨损了 需更换拆卸的次数也不多 因此参看表2 15可选平均过盈率大的过渡配合n 本例配合选为f25H7 n6 钻套1与固定衬套2的配合 要求经常用手更换 故需一定间隙保证更换迅速 但因又要求有准确的定心 间隙不能过大 为此参看表2 15可选精密滑动的配合g 本例选为f18H7 g6 至于钻套1内孔 因要引导旋转着的刀具进给 既要保证一定的导向精度 又要防止间隙过小而被卡住 根据钻孔切削速度多为中速 参看表2 15应选中等转速的基本偏差F 本例选为f12F7 必须指出 钻套1与固定衬套2的内孔的配合 根据上面分析本应选f18H7 g6 考虑到GB