第7章_圆锥结合的互换性与.ppt

第7章圆锥结合的互换性与检测 本章主要内容 7 1概述 1 7 2圆锥公差 2 7 3圆锥配合 3 7 4锥度的测量 4 7 1概述 7 1 1圆锥结合的特点圆锥配合是机器结构中常用的典型结构 它具有较高的同轴度 配合自锁性好 密封性好 可以自由调整间隙和过盈等特点 因而在工业生产中得到了广泛的应用 与光滑圆柱体结合相比较 圆锥结合具有以下特点 1 保证结合件相互自动对准中心 2 配合性质可以调整 即可以调整配合间隙和过盈的大小来满足不同的工作要求 且可补偿表面的磨损 延长圆锥的使用寿命 3 配合紧密且便于装拆 结合的密封性很好 常被用在防止漏气 漏水等方面 4 圆锥结合的结构较为复杂 加工和检测也较为困难 故不如圆柱配合应用广泛 7 1 2圆锥配合的种类1 间隙配合这类配合有间隙 零件易拆开 相互配合的内 外圆锥能相对运动 如机床顶尖 车床主轴的圆锥轴颈与滑动轴承的配合 2 过渡配合这类配合具有间隙 也可能具有过盈 要求内 外圆锥紧密配合 它用于对中定心和密封 当用于密封时 可以防止漏水和漏气 例如内燃机中气门与气门座的配合 为了使配合的圆锥面有良好的密封性 内 外圆锥要成对研磨 因而通常这类圆锥不具有互换性 3 过盈配合这类配合具有自锁性 用以传递扭矩 内 外锥体没有相对运动 过盈大小也可以调整 而且装卸方便 如机床上的刀具 钻头 立铣刀等 的锥柄与机床主轴锥孔的配合 7 1 3常用术语及定义1 圆锥与轴线成一定角度 且一端相交于轴线的一条直线 母线 围绕着该轴线旋转形成的圆锥表面与一定尺寸所限定的几何体 称为圆锥 外圆锥是外部表面为圆锥表面的几何体 内圆锥是内部表面为圆锥表面的几何体 圆锥表面外圆锥内圆锥 2 圆锥角 在与圆锥平行并通过轴线的截面内 两条素线 圆锥表面与轴向截面的交线 间的夹角称为圆锥角 斜角 锥角之半 的代号为 2 3 圆锥直径圆锥上垂直于轴线截面的直径 常用的圆锥直径有 最大圆锥直径D 最小圆锥直径d和给定截面圆锥直径dx 4 圆锥长度L最大圆锥直径与最小圆锥直径之间的轴向距离称为圆锥长度 5 锥度C两个垂直圆锥轴线截面的圆锥直径差与该两截面间的轴向距离之比称为锥度 如果最大圆锥直径为D 最小圆锥直径为d 圆锥长度为L 则锥度C为锥度C与圆锥角 的关系为 锥度关系式反映了圆锥直径 圆锥长度 圆锥角和锥度之间关系 这一关系式是圆锥的基本公式 锥度一般用比例或分式形式表示 7 1 4锥度与锥角系列GB T157 2001 产品几何量技术规范 GPS 圆锥的锥度与锥角系列 标准中规定了一般用途和特殊用途两种圆锥的锥度与锥角 适用于光滑圆锥 1 一般用途圆锥的锥度与锥角上述标准中对一般用途圆锥的锥度与锥角规定了21个基本值系列 锥角从120 到小于1 或锥度从1 0 289到1 500 选用时 应优先选用表中第一系列 当不能满足需要时 选第二系列 2 特殊用途圆锥的锥度与锥角GB T157一2001标准中对特殊用途圆锥的锥度与锥角规定了24个基本值系列 仅适用于表中所说明的特殊行业和用途 莫氏锥度在工具行业中应用极广 有关参数 尺寸及公差已标准化 见P258表 莫氏工具圆锥 7 2圆锥公差圆锥公差国家标准 锥度与锥角系列 GB T157 2001是等效采用国际标准ISO1119 1998 产量几何是技术规范 GPS 锥度与锥角系列 制订 适用于锥度C从1 3 1 500 圆锥长度L从6 630mm的光滑圆锥工件 圆锥公差的项目有圆锥直径公差 圆锥角公差 圆锥的形状公差和给定截面圆锥直径公差 7 2 1圆锥公差的术语及定义1 基本圆锥基本圆锥是设计时给定的圆锥 基本圆锥可以用两种形式确定 一种是以一个基本圆锥直径 最大圆锥直径D或最小圆锥直径d或给定截面圆锥直径dx 基本圆锥长度L和基本圆锥角 或基本锥度C 来确定 另一种是以两个基本圆锥直径 D和d 和基本圆锥长度L来确定 2 极限圆锥极限圆锥是实际圆锥允许变动的界限 直径为最大极限尺寸的称为最大极限圆锥 直径为最小极限尺寸的称为最小极限圆锥 合格的实际圆锥必须在两极限圆锥限定的空间区域之内 极限圆锥 3 圆锥直径公差TD允许圆锥直径的变动量称为圆锥直径公差 其数值为允许的最大极限圆锥直径与最小圆锥直径之差 用公差表示为 4 圆锥角公差AT允许圆锥角的变动量称为圆锥角公差 其数值为允许的最大与最小圆锥角之差 用公式表示为 圆锥角公差有两种表示形式 1 AT 以角度单位微弧度 或以度 分 秒 表示圆锥角公差值 2 ATD 以长度单位微米 表示公差值 它是用与圆锥轴线垂直且距离为L的两端直径变动量之差所表示的圆锥角公差 AT 与ATD的关系如下 式中ATD的单位为 AT 的单位为 L单位为mm 5 圆锥的形状公差TF圆锥形状公差包括两种 1 圆锥素线直线度公差在圆锥轴向平面内 允许实际素线形状的最大变动量 其公差带 是在给定截面上 距离为公差值TF的两平行直线间的区域 2 截面圆度公差在圆锥轴线法向截面上 允许截面形状的最大变动量 它的公差带是半径差为公差值TF的两同心圆间区域 7 2 2圆锥公差值和给定方法1 圆锥公差项目为了满足圆锥联结功能和使用要求 圆锥公差国标规定了下述四项公差 1 圆锥直径公差TD圆锥直径公差是以基本圆锥直径为基本尺寸 按圆柱公差与配合国标GB 800 1998 规定的标准公差选取 对于有配合要求的圆锥 其内 外圆锥直径公差带位置 按圆锥配合国标 GB12360 90 中有关规定选取 2 圆锥角公差AT按加工精度的高低分为12个公差等级 其中AT1级精度最高 ATl2级精度最低 由于同一加工方法不同 圆锥长度L的角度误差不同 L越大角度误差可以越小 所以在同一公差等级中 按基本圆锥长度L的不同 规定了不同的角度公差值 基本长度L在6 630mm范围内 划分10个尺寸分段 其角度公差见表7 4 圆锥角的极限偏差 可以按单向或双向取值 双向取值时 可以是对称的 也可以是不对称的 3 圆锥的形状公差TF形状公差包括素线直线度公差和截面圆度公差 在一般情况下 不单独给出 而是由对应的两极限圆锥公差带限制 当对形状精度有更高要求时 应单独给出相应的形状公差 其数值可用 形状和位置公差未注公差 国标 GB T1184 1996 附录中选取 但应不大于圆锥直径公差值的一半 4 给定截面圆锥直径公差TDS是以给定截面直径为基本尺寸 按圆柱公差与配合国标 GBl800 1998 规定的标准公差选取 选取的公差值仅适用于该给定截面 其公差带位置按功能要求确定 2 圆锥公差给定方法对一个具体的圆锥零件来说 并不都需要给定上述四项公差 而是按圆锥零件的功能要求和工艺特点选取公差项目 我国国家标准规定了两种圆锥公差的给定方法 第一种方法是 给出圆锥的理论正确圆锥角 或锥度C 和圆锥直径公差TD 由TD确定两个极限圆锥 其圆锥直径误差 圆锥角误差和圆锥形状误差都应限制在圆锥直径公差带内 第二种方法是 同时给出给定截面圆锥直径公差TDS和圆锥角公差AT 此时 给出的TDS仅控制该给定截面圆锥直径误差 而给出的圆锥角公差不包括在给定截面圆锥直径公差带内 TDS和AT两种公差分别规定 分别满足要求 7 3圆锥配合 7 3 1圆锥配合的特征圆锥配合是由基本圆锥直径和基本圆锥角或基本锥度相同的内 外圆锥形成的 圆锥尺寸公差带的数值是按直径给定的 所指的间隙或过盈是指垂直于圆锥轴线方向即直径上的 而与圆锥角大小无关 本标准的适用范围内 锥度1 3至1 500 最大差值不超过2 可忽略不计 圆锥配合区别于圆柱配合的主要特点是内 外圆锥的相对轴向位置的不同 可以获得间隙配合 过渡配合或过盈配合 因此 圆锥配合按内 外圆锥相对位置的确定方法分为两类 结构型圆锥配合和位移型圆锥配合 1 结构型圆锥配合用适当的结构 使内 外圆锥保持固定的相对轴向位置 配合性质完全取决于内 外圆锥直径公差带的相对位置的圆锥配合称为结构型圆锥配合 实现轴向位置固定的方法可以是内 外圆锥基准平面之间直接接触 图a 也可以采用其它附加的结构 保持内 外圆锥基准平面之间的距离 图b 结构型圆锥配合 2 位移型圆锥配合用调整内 外圆锥相对轴向位置的方法 获得要求的配合性质的圆锥配合称为位移型圆锥配合 图a表示由内圆锥与外圆锥相接触的实际初始位置Pa起 向左移动距离Ea到达终止位置Pf 则形成间隙配合 图b表示内圆锥由实际初始位置Pa起 在一定的轴向装配力的作用下 向右移动Ea到达终止位置Pf 则形成过盈配合 位移型圆锥配合 7 3 2圆锥配合的术语及定义由于结构型圆锥配合的性质与圆柱配合一样 是由内 外圆锥直径公差带相对位置决定的 所以 圆锥配合国家标准主要对位移型圆锥配合的有关术语作了如下规定 1 实际初始位置Pa在不施加轴向力的情况下 相互结合的内 外实际圆锥的表面接触时的轴向位置 称为实际初始位置 实际初始位置可以以内圆锥相对于外圆锥的位置表示 也可以以外圆锥相对于内圆锥的位置表示 2 极限初始位置 P1 P2 实际初始位置允许变动的两个界限 内 外圆锥以最大实体圆锥相接触时的轴向位置 称为极限初始位置P1 内 外圆锥以最小实体圆锥相接触时的轴向位置 称为极限初始位置P2 合格的内 外圆锥相接触时 其实际初始位置Pa一定位于极限初始位置P1和P2之间 极限初始位置和初始位置公差 3 初始位置公差Tp实际初始位置允许的变动量 它等于两极限初始位置之间的距离 初始位置公差与相互结合的内 外圆锥直径公差 TDi TDe 的关系为式中C 锥度 TDi 内圆锥直径公差 TDe 外圆锥直径公差 4 终止位置Pf相互结合的内 外圆锥 为得到要求的配合性质 间隙或过盈 所规定的相对轴向位置 称为终止位置 终止位置由给定的轴向位移值或轴向装配力来达到 5 轴向位移Ea内圆锥或外圆锥从实际初始位置Pa到终止位置Pf移动的距离 称为轴向位移Ea 相互结合的内 外圆锥 向相互脱离的方向位移 即产生间隙 反之则产生过盈 其位移大小将决定间隙或过盈量的大小 6 极限轴向位移 Eamax Eamin 轴向位移允许变动的界限称为极限轴向位移 最大 极限 轴向位移Eamax是使圆锥配合得到最大间隙 smax 或最大过盈 max 时 内圆锥或外圆锥的轴向位移 最小 极限 轴向位移Eamin是使圆锥配合得到最小间隙 smin 或最小过盈 min 时 内圆锥或外圆锥的轴向位移 7 轴向位移公差TE轴向位移时允许变动量称为轴向位移公差 它等于最大 最小轴向位移之差 轴向位移公差反映了配合松紧变动的大小 它的给定取决于对配合精度的要求 其数值与允许的最大过盈 或间隙 最小过盈 或间隙 有关 它们之间的关系为式中Eamax Eamin 最大 最小轴向位移 max min 最大 最小过盈 smax smin 最大 最小间隙 TE 轴向位移公差 C 锥度 7 3 3圆锥配合的确定1 结构型圆锥配合圆锥体配合与圆柱体配合一样 也有基孔制与基轴制 圆锥配合国标推荐优先采用基孔制配合 即内圆锥直径基本偏差用H表示 1 圆锥公差带的确定圆锥配合的圆锥直径公差带的代号和数值 采用极限与配合国标 GBl800 1998 规定的标准公差系列与基本偏差系列 由圆锥角或锥度和圆锥直径公差带 即可确定极限圆锥的大小和位置 标准公差系列由IT01 IT0 IT1 ITl8共20个公差等级组成 IT01级公差等级最高 公差值最小 ITl8级公差等级最低 其公差值最大 标准公差IT可确定圆锥直径公差带的大小 即确定两个极限圆锥之间的距离 基本偏差系列由A a ZC zc 顺序排列的28个拉丁字母表示 大写代表孔 指内圆锥 小写代表轴 指外圆锥 基本偏差是上 下偏差中的一个 除J和j外 均指靠近零线的那个偏差 由基本偏差可确定圆锥直径公差带相对于基本圆锥直径的位置 2 圆锥配合的确定圆锥结合内 外圆锥直径公差带 国标规定按极限与配合国标选取 配合的基本偏差 通常在D d 至ZC zc 中选择 若从国标 GB1801 1998 中给出的常用配合不能满足要求 可按国标 GB1800 1998 的规定 组成所需的配合 对于高精度的配合 允许按由功能要求计算得到的极限间隙或极限过盈确定配合 结构型圆锥配合的圆锥直径配合公差 等于两结合圆锥内 外直径公差之和 其公差值的大小 直接影响配合精度 因此 对这类配合 推荐内 外圆锥直径公差不低于IT9级 2 位移型圆锥配合1 圆锥直径公差带的确定由于位移型圆锥配合的配合性质是由初始位置开始的轴向位移决定的 内 外圆锥直径公差带仅影响配合的接触精度和装配的初始位置 而与配合性质无关 因此 内 外圆锥直径公差带的基本偏差并不反映配合的松紧 圆锥直径公差带的基本偏差 根据加工条件 国标推荐选用H h或JS j