公差与配合.ppt讲课用.ppt

基础知识及检验 企业内培教材 机械加工 公差配合 目录 第1章绪论1 1互换性的基本概念1 2加工误差和公差1 3标准化与标准的概念1 4优先数和优先数系第2章孔轴的极限与配合2 1概述2 2极限与配合的基本词汇2 3极限与配合国家标准2 4国家标准规定的公差带与配合2 5公差与配合的选择2 6线性尺寸的未注公差 第3章螺纹的公差配合3 1概述3 2普通螺纹几何参数误差对互换性的影响3 3普通螺纹的公差与配合第4章滚动轴承的公差与配合4 1概述4 2滚动轴承内径 外径公差带及其特点4 3滚动轴承与轴和外壳孔的配合及其选择第五章键的公差与配合5 1键联结 第1章绪论 重点 互换性的含义 加工误差与公差的区别授课方式 课堂教学所用教具 课件新课导入 公差是用于协调机器零件的使用要求与制造经济性之间的矛盾 配合是反映机器零件之间有关功能要求的相关关系 公差与配合 的标准化直接影响产品的精度 性能和使用寿命 是评定产品质量的重要技术指标 要求 1 掌握有关公差 测量的基本概念 基本理论 术语 定义 2 培养公差设计及精度检测的基本能力 3 学会查工具书 如手册 标准等 1 1 1什么叫互换性定义 是指在同一规格的若干个零件或部件中任取一件 不需作任何挑选 修配或调整 就能装配到机器或仪器上 并能满足机器或仪器的使用性能的特性 或者说 同一规格的零部件 按规定的要求分别制造 能彼此相互替换并能保证使用要求的特性 1 1 2互换性分类 1 完全互换性特点 不限定互换范围 以零部件装配或更换时不需要挑选或修配为条件 如日常生活中所用电灯泡 1 1互换性的基本概念 1 分组互换法 如机器上某部位精度愈高 相配零件精度要求就愈高 加工困难 制造成本高 为此 生产中往往把零件的精度适当降低 以便于制造 然后再根据实测尺寸的大小 将制成的相配零件分成若干组 使每组内的尺寸差别比较小 最后 再把相应的零件进行装配 2 修配法 修配互换是待零部件加工完毕后 装配时对某一特定的零件按所需要的尺寸进行调整 以满足装配要求和使用要求 当零件的装配精度要求较高时 采用完全互换将使零件的公差很小 加工困难 加工成本很高 甚至无法加工 这时可根据精度要求 结构特点 生产批量等具体条件 各种不同形式的不完全互换法进行加工 2 不完全互换性特点 零件在装配或更换时 需要经过适当的选择 调整或辅助加工 修配 才能具有相互替换的性能 即 指零件在一定范围内互换 2 在制造方面 有利于组织专业化生产 采用先进工艺和高效率的专用设备 提高生产效率 1 在设计方面 有利于最大限度采用标准件 通用件和标准件 大大简化绘图和计算工作 缩短设计周期 便于计算机辅助设计 1 1 3互换性在机械制造中有什么作用 3 在使用 维修方面 可以减少机器的维修时间和费用 保证机器能连续持久的运转 提高了机器的使用寿命 3 调整法 修配互换是待零部件加工完毕后 装配时对某一特定的零件按所需要的尺寸进行调整 以满足装配要求和使用要求 1 2加工误差和公差 1 2 1加工误差和公差的含义允许零件几何参数的变动量就是公差 零件的实际几何参数与理想几何参数之间的差异 称为几何量误差 它包括以下几个方面 1尺寸误差零件加工后的实际尺寸与理想尺寸之差 2几何形状误差 零件的几何形状误差分为三种 宏观几何形状误差 微观几何形状误差 表面波度 1 宏观几何形状误差指零件整个表面范围内的形状与理想形状之间的差异 如理想形状是正圆形 若加工后实际形状为椭圆形或其他非正圆形 则存在形状误差 如图1 1所示 宏观几何形状误差通常称作形状误差 2 微观几何形状误差微观几何形状误差是加工后 刀具在工件表面上留下的许多微小的高低不平的波形 如图1 2所示 微观几何形状误差通常称作表面粗糙度 3 表面波度表面波度是介于宏观和微观几何形状误差之间的一种表面形状误差 主要是由加工过程中的振动引起的 表面成明显的周期波形 如图1 2所示 图1 2 3相互位置误差相互位置误差是指加工后 零件各表面或中心线之间的实际位置与其理想位置之间的差值 如两个平面之间的平行度 垂直度等 1 2 2误差与公差的区别加工误差是在零件加工过程中产生的 是不可避免的 是客在的 它的大小受到加工过程中的各种因素的影响 公差则是允许零件的尺寸 几何形状和相互位置的最大变动量 它是由设计人员根据零件的功能要求给定的 1 3标准化和标淮的概念 1 3 1标准化和标淮含义标准化就是指在经济 技术 科学以及管理等社会实践中 对重复性的事物 如产品 零件 部件 和概 如术语 规则 方法 代号 量值 在一定范围内通过简化 优选和协调 做出统一的规定 经审批后颁布 实施 以获得最佳秩序和社会效益一个活动过程 标准化的主要体现形式是标准 标准就是为在一定的范围内获得最佳秩序 对活动或结果规定的共同的和重复使用的规则 导则或特性文件 1 3 2标准的分类和分级 1标准的分类 技术标准生产组织标准经济管理标准 按性质不同 分为 按适应程度不同 分为 基础标准一般标准 按法律属性不同 分为 强制性标准 其代号为 GB 推荐性标准 其代号为 GB T 2标淮分级 按制定的范围不同 标准分为 国际标准ISOIEC国家标准GB地方标准行业标准如机械 JB 企业标准QB 本课小结 机械零件必须同时满足两个条件才具有互换性 装配时 不需要经过挑选 修配和调整 装配后能满足使用要求 互换性在产品的设计 制造 使用维修等方面都具有积极作用 实际生产中 可根据产品的复杂程度 精度要求 生产规模的大小以及生产设备和技术水平等的不同 采用完全互换 不完全互换 内互换 外互换 互换性是现代化生产的重要原则 但互换性必须通过标准化来实现 制订和贯彻公差标准并采用相应的技术测量措施是实现互换性的必要条件 而优先数系则是标准化在互换性学科中最直接的应用 在加工过程中 零件的实际几何参数不可避免地会与其理想几何参数之间产生差异 即 产生几何量误差 但该误差只要在允许的范围内 零件就具有互换性 因此 设计人员在设计时应根据零件的功能要求给出允许该零件的变动量 即 规定公差 以便生产中以此为依据来判别零件是否合格 作业 1 1 1 2 1 3 1 6 第2章孔轴的极限与配合 公差与测量技术 1 教学基本内容 极限 公差 与配合的基本术语及其定义 极限 公差 与配合国家标准的体系与结构 标准公差 基本偏差 公差带与配合 公差与配合选用的原则 公差与配合的图纸标注方法 公差与测量技术 3 教学基本要求理解公差与配合的基本术语及定义 了解公差与配合国家标准的结构 能正确使用公差配合标准 初步掌握公差与配合使用的原则 2 教学重点难点重点 公差带构成规律及配合代号的选用 难点 公差配合代号的选择 公差与测量技术 2 1概述 在机械制造业中 公差 是用于协调机器零件的使用要求与制造经济性之间的矛盾 配合 是反映机器零件之间有关功能要求的相互关系 公差与配合 的标准化 有利于机器的设计 制造 使用和维修 直接影响产品的精度 性能和使用寿命 是评定产品质量的重要技术指标 极限尺寸公差国家标准现况 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 偏差与配合 GB T1800 3 1998 极限与配合基础第3部分 标准公差和基本偏差 GB T1801 1999 极限与配合公差带与配合的选择 GB T1804 1992 一般公差线性尺寸的未注公差 GB T3177 2006 光滑工件尺寸的检验 GB T15755 1995 圆锥过盈配合的计算和选用 公差与测量技术 孔和轴方面尺寸方面公差与偏差方面配合方面基准制方面 公差与测量技术 2 2极限与配合的基本词汇 2 2 1有关孔和轴的定义 1 孔 通常 指工件的圆柱形内表面 也包括非圆柱形内表面 有两平行平面或切面形成的包容面 2 轴 通常 指工件的圆柱形外表面 也包括非圆柱形外表面 有两平行平面或切面形成的被包容面 2 2 2有关尺寸的术语和定义 1 尺寸尺寸是用特定单位表示长度的数字 2 基本尺寸基本尺寸是由设计者经过计算或按经验确定后 再按标准选取的标注在设计图上的尺寸 3 实际尺寸实际尺寸是通过测量所得的尺寸 4 极限尺寸极限尺寸是允许尺寸变化的两个界限值 其中 较大的一个称为最大极限尺寸 较小的一个称为最小极限尺寸 公差与配合示意图公差带图 例 如果实际尺寸是50 合格吗 例 2 2 3偏差和公差的术语和定义 1 尺寸偏差尺寸偏差 某一尺寸 基本尺寸偏差包括 实际偏差 实际尺寸 基本尺寸极限偏差上偏差 最大极限尺寸 基本尺寸下偏差 最小极限尺寸 基本尺寸 2 尺寸公差 公差 尺寸公差是指尺寸允许的变动量 尺寸公差 最大极限尺寸 最小极限尺寸 上偏差 下偏差 3 零线零线是在公差带图中 确定偏差的一条基准直线 也叫零偏差线 4 公差带在公差带图中 由代表上 下偏差两条直线所限定的一个区域称为公差带 在国家标准中 公差带包括 公差带大小标准公差确定公差带位置由基本偏差确定 5 标准公差标准公差就是国家标准所确定的公差 6 基本偏差基本偏差就是用来确定公差带相对于零线位置的上偏差或下偏差 一般指靠近零线的那个偏差 7 误差误差是指零件的设计值X0与加工后的实测值Xi之差 用 Xi表示 即 Xi Xi X0式中 i 1 2 3 n 为测量次数误差 Xi不恒为零 偏差是一代数值 可以为正 负 零值 实际偏差应在极限偏差限定的范围内 零件才算合格 例 有一轴的尺寸实测轴的尺寸为49 985 问该尺寸是否合格 注意 例 解 dmax 49 975dmin 49 950da 49 985da dmax不合格或 ea 49 985 50 0 015es 0 025ei 0 050ea es不合格 例已知D d 25 Dmax 25 021 Dmin 25 dmax 24 980 dmin 24 967 求孔轴的极限偏差和公差 画出尺寸公差带图的两种画法 并写出极限偏差在图样上的标注 解 ES 0 021EI 0es 0 020ei 0 033 小结 尺寸偏差公差尺寸的合格性判定条件 小结 1 有关 公差与偏差 的小结 2 2 4有关配合的术语和定义 1 配合 基本尺寸相同的 相互结合的孔和轴公差带之间的关系 注意 基本尺寸相同孔与轴 孔轴公差带位置大小之间的关系 对一对孔轴零件装配来说 所产生的效果有三种 孔 轴 轴 孔 孔 轴 所以就有间隙或过盈存在 2 间隙X或过盈Y 孔的尺寸减去相结合的轴的尺寸所得的代数差 此差值为正时是间隙X 为负时时过盈Y 3 间隙配合 当孔的公差带在轴的公差带之上 形成具有间隙的配合 包括最小间隙等于零的配合 Xmax Xmin 基本尺寸 孔公差带 轴公差带 0 ES EI ei es 间隙配合的不同情况 d D 4 过盈配合 当孔的公差带在轴的公差带之下 形成具有过盈的配合 包括最小过盈等于零的配合 Ymin es ei ES EI Ymin Dmax dmin ES eiYmax Dmin dmax EI es 过盈配合的不同情况 孔 5 过渡配合 当孔与轴的公差带相互交迭 既可能形成间隙配合 也可能形成过盈配合 Ymax Xmax es ES ei EI Xmax Dmax dmin ES eiYmax Dmin dmax EI es 过渡配合的不同情况 6 配合公差 允许间隙或过盈的变动量称为配合公差 间隙配合 配合公差 最大间隙 最小间隙过盈配合 配合公差 最大过盈 最小过盈过渡配合 配合公差 最大间隙 最大过盈配合公差 轴公差 孔公差 例2 2已知孔 500 0 039mm 轴mm 求Xmax Xmin Tf 并画出公差带图 Xmax Dmax dmin 50 039 49 950 0 089mmXmin Dmin dmax 50 49 975 0 025mmTf Xmax Xmin 0 089 0 025 0 064mm 2 2 5基准制 配合制 方面 1 基孔制配合 基本偏差固定不变的孔的公差带 与不同基本偏差的轴的公差带形成各种配合的一种制度 2 基轴制配合 基本偏差固定不变的轴的公差带 与不同基本偏差的孔的公差带形成各种配合的一种制度 基孔制 孔公差带H 过渡配合 间隙配合 过渡配合 过盈配合 基本尺寸 基轴制 基本尺寸 轴公差带h 过盈配合 过渡配合 间隙配合 2 有关配合的小结 课堂练习 求其极限间隙与配合公差并画出公差带图 解 0 033 0 020 0 041 30 2 3极限与配合国家标准 尺寸公差带 大小 位置 标准公差 基本偏差 孔 轴 配合 孔 轴 2 3 1标准公差系列 公差数值的标准化 标准公差定义 是国家规定的用以确定公差带大小的任一公差值 它的数值由公差等级和孔轴基本尺寸确定 式中 a 公差等级系数 i 标准公差因子 或称公差单位 m D 基本尺寸的几何平均值 mm 标准公差因子i定义 用以作为计算标准公差的一个基本单位 2 公差单位 公差因子 单位 m 当尺寸 500mm时 反映加工误差 反映测量误差 3 基本尺寸分段例 基本尺寸 45mm 在 30mm 50mm尺寸段 的IT6与IT7的公差值 计算基本尺寸公差单位IT6 10i 10 1 56 16 mm IT7 16i 16 1 56 24 97 25 mm 4 标准公差等级及其代号定义 是确定零件尺寸精度的等级 国标关于公差等级的规定 IT01 IT0 IT1 IT2 IT3 IT12 IT13 IT17 IT18 高精度级 精度级 中 低级 共20级 公差等级精度最高 精度最低IT01IT0IT1IT2IT3IT4IT5IT6IT7IT8IT9 IT18 公差等级系数a的计算 在常用尺寸范围 500mm 内 从IT5 IT18 公差等级系数按R5优先数系递增 IT5TI6IT7IT8IT9IT10IT11IT12IT13IT1471016254064100160250400IT15IT16IT17IT18640100016002500IT01 IT4公差等级较高 主要考虑测量误差的影响 IT01IT0IT10 3 0 008D0 5 0 012D0 8 0 02D 标准公差数值表 注 此表适用于尺寸小于等于500mm 标准公差表 练习题 1 判断题 1 同一基本尺寸范围 公差等级越高 公差数值越小 同一公差等级 基本尺寸越大 公差数值越大 2 公差通常为正 在个别情况下也可以为负 3 配合公差总是大于孔或轴的尺寸公差 4 零件加工的难易程度取决于公差等级的高低 与基本偏差无关 5 孔和轴的加工精度越高 则其配合精度也越高 Y Y Y Y N 7 从制造角度讲 基孔制的特点就是先加工孔 基轴制的特点就是先加工轴 8 过渡配合可能有间隙 也可能有过盈 因此 过渡配合可以算间隙配合 也可以算过盈配合 9 孔的基本偏差即下偏差 轴的基本偏差即上偏差 2 选择题 1 比较两尺寸精度高低的依据是 A 基本偏差B 公差数值C 公差等级 2 国家标准规定的尺寸公差等级为 A 1 12共12级B 1 18共18级C 1 20共20级D 01 18共20级 N N N C D 3 零件尺寸的极限偏差是 A 测量得到的B 设计给定的C 加工后形成的 3 某一配合的配合公差Tf 0 050mm 最大间隙Xmax 0 030mm 问该配合属于什么配合类别 B 2 3 2基本偏差系列 1 基本偏差的代号及特点极限偏差中靠近零线的那个极限偏差 基本偏差代号 在26个拉丁字母的基础上 去掉其中的I L O Q W5个字母 添上CD EF FG JS ZA ZB ZC7个双写字母 排列顺序 2 3 2基本偏差系列 基本偏差的特点 对孔 A H为EI J ZC为ES 对轴 a h为es j zc为ei 对H h 基准孔 轴 H为EI 0 h为es 0JS js 对称 JS js 若n为7 11级 ITn为奇数时 JS js J j 近似对称 对J仅保留J6 J7 J8 对j仅保留j5 j6 j7 j8 J j 将由JS js 代替 基本偏差原则上与标准公差无关 2 轴的基本偏差系列 形成规律 1 轴的基本偏差有了基本偏差和标准公差 就不难求出轴的另一个偏差 上偏差或下偏差 es ei ITei es IT a h H es Xmin 1 a b c三种用于大间隙或热动配合 2 d e f主要用于旋转运动 3 g主要用于滑动和半液体摩擦 或用于定位配合 4 cd ef fg适用于小尺寸的旋转运动件 5 j h主要用于过渡配合 对中性好 6 p zc主要用于过盈配合 保证轴和孔有足够的连接强度 轴的基本偏差数值 3 孔的基本偏差系列 当基本尺寸 500mm时 孔的基本偏差是从轴的基本偏差换算得来的 孔与轴基本偏差换算的前提是 基本偏差代号相当时 应保持配合相同 孔的基本偏差数值表 4 孔 轴基本偏差计算公式 孔轴基本偏差计算公式是由实验和统计分析得到的 其计算公式表1 9 5 孔 轴另一个极限偏差的计算对孔 A H ES EI TDJ ZC EI ES TD对轴 a h ei es Tdj zc es ei Td 例1 查表确定 30F8的极限偏差 解 1 查表由表1 11EI 20 m由表1 8得IT8 33 m 2 ES EI IT8 53 m 3 标注 例2 查表确定 25P7的极限偏差解 1 查表由表1 11得由表1 8得IT7 21 m 2 EI ES IT7 35 m 3 标注 2 4国家标准规定的公差带与配合 根据生产实际情况 国家标准GB T1801 1999对尺寸至500mm推荐了孔 轴的一般 常用和优先公差带 国家标准规定了一般 常用和优先用途孔的公差带共l05种 轴公差带119种 其中方框内孔的常用公差带为44种 轴为59种 圆圈内的优先公差带孔轴都为13种 一般 常用和优先的孔 轴公差带 GB T1801 1999 一般 常用和优先轴的公差带 轴的一般 常用 优先公差带共119种 常用59种 优先13种 一般 常用和优先孔的公差带 孔的一般 常用 优先公差带共105种 常用44种 优先13种 二 常用和优先配合 基孔制常用配合59种 其中优先配合13种 基轴制优先和常用配合 摘自GB T1801 1999 基轴制常用配合47种 优先配合13种 基孔制配合中常用配合59种 如表2 9所示 其中注有黑 符号的13种为优先配合 基轴制配合中常用配合44种 其中注有黑 符号的13种为优先配合 在表中 当轴的公差小于或等于IT7时 是与低一级的基准孔相配合 大于或等于IT8时 与同级基准孔相配合 当孔的标准公差小于IT8或少数等于IT8时是与高一级的基准轴相配合 其余是与同级基准轴相配合 零件图的标注 装配图标注 例3 确定 25H7 p6 25P7 h6的极限偏差 解 由表1 8得IT6 13 m IT7 21 mh6的上极限偏差 es 0h6的下极限偏差 ei es IT6 13 mH7的下极限偏差 EI 0H7的上极限偏差 ES EI IT7 21 m轴p6的基本偏差为下极限偏差ei 由表1 10得 ei 22 m轴p6的上极限偏差 es ei IT6 22 13 35 m孔P7基本偏差为上极限偏差ES 查表1 11得 孔P7的下极限偏差EI EI ES IT7 14 21 35 m 由此可得 2 5公差与配合的选用 选择公差与配合的原则 是在保证机械产品基本性能的前提下 充分考虑制造的可行性 并应使制造成本最低 选择公差与配合的主要内容有 1 确定基准制 一般情况下 应优先选用基孔制 2 确定公差等级 3 确定配合种类 应尽可能选用优先配合和常用配合 2 5 1基准制的选择 1 优先选用基孔制对较高精度的中小尺寸孔 一般采用定值刀具 如钻头 铰刀 拉刀 和定值量具 塞规 进行加工和检验 采用基孔制可以减少定值刀 量具的规格和数量 故经济性好 2 在下列情况下可选择基轴制 尺寸小于1mm 冷拔成型轴 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 2 5 1基准制的选择 3 与标准件配合时 基准制的选择通常依标准件而定 与滚动轴承内圈配合的轴应按基孔制 与滚动轴承外圈配合应按基轴制 C616车床床头箱 4 必要时可采用非基准制的配合 国家标准规定 为了满足配合的特殊需要 允许采用非基准制配合 即采用任一孔 轴公差带 基本偏差代号非H的孔或非h的轴 组成的配合 2 5 2公差等级的选择 1 应满足工艺等价原则基本尺寸 500mm 标准公差 IT8时 孔比轴低一级配合 当标准公差 IT8级或基本尺寸 500mm时 推荐采用同级孔 轴配合 选用原则 在充分满足使用条件下 考虑工艺的可能性 应尽量选用精度较低的公差等级 2 5 2公差等级的选择 2 选择公差等级既要满足设计要求 又要考虑工艺的可能性和经济性 IT01 IT0 IT1用于高精度量块和其他精密尺寸标准块的公差 IT2 IT5用于特别精密零件的配合 IT5 IT12用于配合尺寸公差 IT6 孔到IT7 用于要求精密配合的情况 IT7 IT8用于一般精度要求的配合 IT9 IT10用于一般要求的地方 或精度要求较高的槽宽的配合 IT11 IT12用于不重要的配合 IT12 IT18用于末注尺寸公差的尺寸精度 表1 20各种加工方法的合理加工精度 2 5 3配合种类的选择 1 原则 根据使用要求 配合公差 间隙或过盈 的大小 确定与基准件相配的孔 轴的基本偏差代号 同时确定基准件及配合件的公差等级 尽可能选用国标推荐的优先配合 2 3 3配合种类的选择 2 根据使用要求确定配合的类别 2 5 3配合种类的选择 3 选定基本偏差的方法计算法 根据一定的理论和公式 计算出所需的间隙或过盈 试验法 对产品性能影响很大的一些配合 往往需用试验法来确定机器工作性能的最佳间隙或过盈 类比法 按同类机器或机构中 经过生产实践验证的已用配合的实用情况 再考虑所设计机器的使用条件确定需要的配合 常用 计算查表法 根据使用要求确定极限间隙或过盈 Tf Xmax Xmin Ymax Ymin Xmax Ymax TD Td 查表1 9 孔和轴的公差等级 标准公差表 例有一基本尺寸为 40的孔 轴相配合 经分析计算要求配合间隙为 X 20 90 m 试确定基孔制孔 轴的公差等级和配合种类 解 1 确定基准值 已知基孔制 孔的基本偏差代号H 2 确定孔 轴公差等级Tf Xmax Xmin 70 m ITn IT n 1 查表1 9得TD IT8 39 m Td IT7 25 mIT8 IT7 39 25 64 70 3 确定轴的基本偏差代号Xmax ES ei Xmax 90 m 1 Xmin EI es Xmin 20 m 2 Td es ei 25 m 3 由式 2 解得es 20由式 1 和式 3 解得es 26即 26 es 20查P23表1 10轴的基本偏差数值 得该轴的基本偏差代号f 其基本偏差数值es 25 m 4 确定孔 轴公差带和配合代号孔 H8 轴 f7配合 40H8 f7 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 2 6 1线性尺寸一般公差 线性尺寸的未注公差 定义 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 2 6一般公差未注公差的线性尺寸的公差 应用 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 一般不检验 2 6 2一般公差的公差等级和极限偏差数值 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 具体值见教材表1 24 标准同时也对倒圆半径与倒角高度尺寸的极限偏差的数值作了规定 见教材表1 25 未注公差数值 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 且采用该公差比一般公差更经济时 则应在尺寸后标注相应的极限偏差 如 装配时盲孔深度尺寸 小结 本章是本课程的基础 极限与配合的基本术语及定义 不仅是光滑圆柱体零件尺寸极限制的基础部分 也是精度设计的基础部分 对于极限与配合的基本术语及定义 必须牢固掌握 不仅要明确定义 还要能熟练计算 标准公差系列和基本偏差系列是极限与配合标准的核心 也是本章的重点 标准公差决定了公差带的大小 基本偏差决定了公差带的位置 标准公差与尺寸大小和加工难易程度有关 基本偏差则由尺寸大小和配合性质决定 一般与公差等级无关 极限与配合的选用主要包括基准制 公差等级和配合种类的选用 需结合实例来理解和掌握 第二章螺纹的公差配合 2 1概述 重点 普通螺纹的主要几何参数 难点 螺纹中径的概念授课方式 新授新课导入 螺纹在机械中应用很广 螺纹的互换程度也很高 螺纹的几何参数较多 国家标准对螺纹的牙型 公差与配合等都作了规定 以保证其几何精度 2 1 1螺纹分类及使用要求 螺纹的种类繁多 按用途可分为联结螺纹和传动螺纹两类 按牙型可分为三角形螺纹 梯形螺纹 矩形螺纹和锯齿形螺纹等 1 联结螺纹 联结螺纹又称紧固螺纹 其作用是使零件相互连接或紧固成一体 并可拆卸 对这类螺纹的要求主要是可旋合性和联接可靠性 有些还要求有密封性 旋合性是指相同规格的螺纹易于旋入或拧出 以便装配或拆卸 联接可靠性是指有足够的连接强度 接触均匀 螺纹不易松脱 2 传动螺纹 传动螺纹有传力螺杆和传位移丝杠两种 它们与螺母结合 通过相对运动传递力矩和位移 传力螺杆如千斤顶的起重螺杆 摩擦压力机的传动螺杆 主要用来传递载荷 也使被传物体产生位移 但对所移位置没有严格要求 这类螺纹结合需有足够的强度 传位移丝杠如机床进给机构中的微调丝杠 计量器具中的测微丝杠 主要用来传递位移 故要求传动准确 传动螺纹的牙型常用梯形 锯齿形 矩形和三角形 2 1 2普通螺纹的主要几何参数 1 普通螺纹的基本牙型按GB192 1981规定 基本牙型定义在轴向剖面上 如图7 1所示 内 外螺纹的大径 中径 小径的基本尺寸都在基本牙型上定义 图7 1普通螺纹的基本牙型 2 普通螺纹的几何参数 1 原始三角形高度H原始三角形高度为原始三角形的顶点到底边的距离 如图7 1所示 H与螺纹螺距P的几何关系为 2 大径D d 螺纹的大径是指在基本牙型上 外螺纹的牙顶 或内螺纹的牙底 所在的假想圆柱的直径 内 外螺纹的大径分别用D d表示 见图7 1 外螺纹的大径又称外螺纹的顶径 螺纹大径的基本尺寸为螺纹的公称直径 3 小径D1 d1 螺纹的小径是指在螺纹的基本牙型上 外螺纹的牙底 或内螺纹的牙顶 所在的假想圆柱的直径 内 外螺纹的小径分别用D1和d1表示 内螺纹的小径又称内螺纹的顶径 4 中径D2 d2 螺纹牙型的沟槽和凸起宽度相等处假想圆柱的直径称为螺纹中径 内 外螺纹中径分别用D2和d2表示 5 螺距P 在螺纹中径线 中径所在圆柱面的母线 上 相邻两牙对应点间的一段轴向距离称为螺距 用P表示 见图7 1 螺距有粗牙和细牙两种 国家标准规定了普通螺纹公称直径与螺距系列 如表7 1所示 螺距与导程不同 导程是指同一条螺旋线在中径线上相邻两牙对应点之间的轴向距离 用L表示 对单线螺纹 导程L和螺距P相等 对多线螺纹 导程L等于螺距P与螺纹线数n的积 即L nP 表5 1普通螺纹的公称直径和螺距系列 摘自GB193 1981 6 牙型角 和牙型半角a 2 牙型角是指在螺纹牙型上相邻两个牙侧面的夹角 如图7 1所示 普通螺纹的牙型角为60 牙型半角是指在螺纹牙型上 某一牙侧与螺纹轴线的垂线间的夹角 见图7 1 普通螺纹的牙型半角为30 相互旋合的内 外螺纹 它们的上述六个基本参数相同 已知螺纹的公称直径 大径 和螺距 用下列公式可计算出螺纹的小径和中径 D1 D 2 5 8H D 1 0825Pd1 d 2 5 8H d 1 0825PD2 D 2 3 8H D 0 6495Pd2 d 2 3 8H d 0 6495P如有资料 则不必计算 可直接查螺纹表格得出 7 螺纹的旋合长度 螺纹的旋合长度是指两个相互旋合的内 外螺纹 沿螺纹轴线方向相互旋合部分的长度 图7 2螺纹的旋合长度 本课小结 螺纹按用途分为联接螺纹和传动螺纹 对联接螺纹的要求主要是可旋合性和联接可靠性 有时还有密封性 对传动螺纹的要求主要是有足够的强度 普通螺纹的主要几何参数有牙型 直径 螺距 线数及旋向等 相互旋合的内 外螺纹 它们的基本参数相同 螺纹的公称直径是指螺纹的大径 螺纹的中径是螺纹牙型的沟槽和凸起宽度相等处假想圆柱的直径 外螺纹的直径用小写字母表示 内螺纹的直径用相应的大写字母表示 2 2普通螺纹的几何参数误差对互换性的影响 重点 泰勒原则 难点 作用中径的的概念授课方式 新授新课导入 螺纹几何参数较多 加工过程中都会产生误差 都将不同程度地影响螺纹的互换性 其中 中径误差 螺距误差和牙型半角误差是影响互换性的主要因素 2 2 1螺距误差对螺纹互换性的影响 普通螺纹的螺距误差有两种 一种是单个螺距误差 另一种是螺距累积误差 影响螺纹旋合性的主要是螺距累积误差 螺距累积误差是指在指定的螺纹长度内 包含若干个螺距的任意两牙 在中径线上对应的两点之间的实际轴向距离与其理论值 两牙间所有理论螺距之和 之差 与旋合长度有关 用P 表示 为了使有螺距累积误差的外螺纹仍能与具有基本牙型的内螺纹自由旋合 必须将外螺纹中径减小一个fp值 或将内螺纹中径加大一个fp值 fp值称为螺距误差的中径当量 图2 1螺距误差对旋合性的影响 同理 当内螺纹有螺距误差时 为了保证内 外螺纹自由旋合 应将内螺纹的中径加大一个fp值 或将外螺纹中径减小一个fp值 2 2 2牙型半角误差对互换性的影响 螺纹牙型半角误差是指实际牙型半角与理论牙型半角之差 用 表示 图2 2螺纹的牙型半角误差 图2 3半角误差对螺纹旋合性的影响 牙型半角误差的中径当量 为了让一个有半角误差的外螺纹仍能与内螺纹自由旋合 必须将外螺纹的中径减小f 2 该减小量称为半角误差的中径当量 式中 P 螺距 K1 K2 选取系数 不论是外螺纹还是内螺纹 当其半角误差导致干涉区在牙型的上半部 3H 8处 时 K1 K2取3 当半角误差导致干涉区在牙型的下半部 2H 8处 时 K1 K2取2 2 2 3中径误差对螺纹互换性的影响 由于螺纹在牙侧面接触 因此中径的大小直接影响牙侧相对轴线的径向位置 外螺纹中径大于内螺纹中径 影响旋合性 外螺纹中径过小 影响联接强度 因此必须对内 外螺纹中径误差加以控制 2 2 4保证普通螺纹互换性的条件 1 普通螺纹作用中径的的概念 螺纹牙型的沟槽和凸起宽度相等处假想圆柱的直径称为中径 D2 d2 螺纹的牙槽宽度等于螺距一半处假想圆柱的直径称为单一中径 D2单一 d2单一 显然 为使外螺纹与内螺纹能自由旋合 必须满足下列条件 内 外螺纹旋合时实际起作用的中径称为作用中径 D2作用 d2作用 2 保证普通螺纹互换性的条件 泰勒原则 实际螺纹的作用中径不能超出其最大实体牙型中径 而实际螺纹上任何部位的单一中径不能超出其最小实体牙型中径 作用中径 外螺纹最大实体牙型中径单一中径 外螺纹最小实体牙型中径作用中径 内螺纹最小实体牙型中径单一中径 内螺纹最大实体牙型中径 对于外螺纹 对于内螺纹 本课小结 中径误差 螺距误差和牙型半角误差是影响螺纹互换性的主要因素 普通螺纹的螺距误差有单个螺距误差和螺距累积误差两种 影响旋合性的主要是螺距累积误差 螺距累积误差可以转化为螺距误差中径当量fp 牙型半角误差也可以转化为半角误差的中径当量 泰勒原则 实际螺纹的作用中径不能超出最大实体牙型中径 而实际螺纹上任何部位的单一中径不能超出最小实体牙型中径 对外螺纹 作用中径 外螺纹最大实体牙型中径单一中径 外螺纹最小实体牙型中径对内螺纹 作用中径 内螺纹最小实体牙型中径单一中径 内螺纹最大实体牙型中径 作业 习题77 1 7 2 2 3普通螺纹的公差与配合 重点 螺纹的公差和标记 难点 普通螺纹的公差带授课方式 新授新课导入 要保证螺纹的互换性 必须对螺纹的几何精度提出要求 国家标准GB197 81 普通螺纹公差与配合 中 对普通螺纹规定了供选用的螺纹公差 螺纹配合 旋合长度及精度等级 2 3 1普通螺纹的公差带 1 公差带的形状和位置螺纹公差带以基本牙型为零线 沿着螺纹牙型的牙侧 牙顶和牙底布置 在垂直于螺纹轴线的方向上计量 普通螺纹的公差带由基本偏差决定其位置 公差值决定其大小 2 公差带的大小和公差等级 普通螺纹公差带的大小由公差等级决定 图2 6普通螺纹的公差带 图2 7普通螺纹的基本偏差 2 3 2螺纹精度和旋合长度 摘自GB197 2003 螺纹精度由螺纹公差带和旋合长度构成 螺纹的旋合长度分短旋合长度 以S表示 中等旋合长度 以N表示 长旋合长度 以L表示 三种 螺纹精度分为精密 中等和粗糙三个级别 图5 8螺纹公差 旋合长度与螺纹精度的关系 2 3 3普通螺纹的选用公差带和配合选用 1 螺纹公差带的选用 表2 6普通螺纹的选用公差带 2 配合的选用 国家标准要求 完工后的螺纹配合最好是H g H h或G h的配合 为了保证螺纹旋合后有良好的同轴度和足够的联结强度 可选用H h配合 要装拆方便 一般选用H g配合 2 3 4螺纹的标记 1 单个螺纹的标记 螺纹的完整标记由螺纹代号 公称直径 螺距 旋向 螺纹公差带代号和旋合长度代号 或数值 组成 当螺纹是粗牙螺纹时 粗牙螺距省略标注 可查表2 1得螺距数值 当螺纹为右旋螺纹时 不注旋向 当螺纹为左旋螺纹时 在相应位置写 LH 字样 当螺纹中径 顶径公差带相同时 合写为一个 当螺纹旋合长度为中等时 省略标注旋合长度 例2 1解释螺纹标记M20 2 7g6g 24 LH的含义 解 M 普通螺纹的代号 20 螺纹公称直径 2 细牙螺纹螺距 粗牙螺距不注 LH 左旋 右旋不注 7g 螺纹中径公差带代号 字母小写表示外螺纹 6g 螺纹顶径公差带代号 字母小写表示外螺纹 24 旋合长度数值 例5 2解释螺纹标记M10 5H6H L的含义 解 M10 普通螺纹代号及公称直径 粗牙 5H6H 螺纹中径 顶径公差带代号 大写字母表示内螺纹 L 长旋合长度代号 中等旋合长度可不注 例2 3解释螺纹标记M10 1 6g的含义 解 M10 1 普通螺纹代号 公称直径及细牙螺距 6g 外螺纹中径和顶径公差带代号 2 螺纹配合在图样上的标注 标注螺纹配合时 内 外螺纹的公差带代号用斜线分开 左边为内螺纹公差带代号 右边为外螺纹公差带代号 例如 M20 2 6H 6gM20 2 6H 5g6g LH 2 3 5螺纹的表面粗糙度要求 螺纹牙型表面粗糙度主要根据中径公差等级来确定 表5 7列出了螺纹牙侧表面粗糙度参数Ra的推荐值 表5 7螺纹牙侧表面粗糙度参数Ra值单位 m 2 3 5应用举例 例7 4一螺纹配合为M20 2 6H 5g6g 试查表求出内 外螺纹的中径 小径和大径的极限偏差 并计算内 外螺纹的中径 小径和大径的极限尺寸 解 1 确定内 外螺纹中径 小径和大径和基本尺寸已知标记中的公称直径为螺纹大径的基本尺寸 即D d 20mm从普通螺纹各参数的关系可知D1 d1 d 1 0825P 17 835mmD2 d2 d 0 6495P 18 701mm实际工作中 可直接查有关手册 2 确定内 外螺纹的极限偏差 内螺纹中径 顶径 小径 的基本偏差代号为H 公差等级为6级 外螺纹中径 顶径 大径 的基本偏差代号为g 公差等级分别为5级 6级 由表2 2 2 4 2 5可查算出内 外螺纹的极限偏差 EI D2 0 ES D2 0 212mm EI D 0 EI D1 0 ES D1 0 375mm es d2 0 038mm ei d2 0 163mm es d1 0 038mmes d 0 038mm ei d 0 318mm 3 计算内 外螺纹的极限尺寸 由内 外螺纹的各基本尺寸及各极限偏差算出极限尺寸 D2max 18 913mm D2min 18 701mmD1max 18 210mm D1min 17 835mmDmin 20mmd2max 18 663mm d2min 18 538mmdmax 19 962mm dmin 19 682mm 例2 5测得M24 5g6g实际螺铨的单一中径d2作用 21 940mm 螺距误差P 50 m 牙型半角误差 左 32 右 20 试判断该螺栓中径合格性 解 1 根据M24 5g6g 并查表7 1 7 2 7 5得d 24mm P 3mm 中径基本偏差为es 48 m Td2 160 m 计算得d2 22 051mm d2Max 22 003mm d2Min 21 843mm 2 螺距偏差中径当量fp 1 732 P 86 6 m牙型半角偏差中径当量f 2 0 073P K1 左 K2 右 29 78 m 3 螺纹作用中径d2作用 d2单一 fp f 2 22 0546mm 4 根据泰勒原则 由于d2作用 d2Max 故此螺纹不合格 本课小结 能查表 计算确定螺纹的公差 螺纹精度由螺纹公差带和旋合长度构成 螺纹精度影响螺纹的配合 螺纹配合尽量选用国标中的优先系列 国标对螺纹的标记作了专门规定 第三章滚动轴承的公差与配合 重点 滚动轴承配合采用的基准制及滚动轴承内径 外径的公差带特点 难点 滚动轴承配合的选用 授课方式 新授教具 课件新课导入 滚动轴承是支撑轴系的重要部件 其功用是避免轴与支撑面的直接接触 保证轴的旋转精度 它是一种标准化部件 由专业生产厂生产 国家标准对其公差配合作了相应的规定 3 1 1滚动轴承的结构及分类 滚动轴承的结构如图3 1所示 由内圈 外圈 滚动体和保持架组成 其内圈内径d与轴颈配合 外圈外径D与外壳孔配合 图3 1 3 1概述 滚动轴承的分类 按可承受负荷的方向分 向心轴承推力轴承向心推力轴承 按滚动体的形状分 球轴承滚子轴承滚针轴承 滚动轴承的工作性能和使用寿命不仅取决于轴承本身的制造精度 还与滚动轴承相配合的轴颈和外壳孔的尺寸公差 形位公差和表面粗糙度以及安装正确与否等因素有关 3 1 2滚动轴承的精度等级 向心轴承的公差等级 分为0 6 5 4 2级五个等级 圆锥滚子轴承的公差等级 分为0 6X 5 4级四个等级 推力轴承的公差等级 分为0 6 5 4级四个等级 0级轴承称为普通级 在机械制造业中应用最广 用于旋转精度要求不高 中等负荷 中等转速的一般机构中 6级轴承应用于旋转精度和转速要求较高的旋转机构中 5 4级轴承应用于旋转精度和转速要求高的旋转机构中 2级应用于旋转精度和转速要求特别高的旋转机构中 3 2滚动轴承内径 外径的公差带及其特点 3 2 1滚动轴承配合的基准制 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 3 2 2滚动轴承内 外径公差带特点 1 滚动轴承内圈内径公差带 滚动轴承内圈与轴颈的配合应具有一定的过盈但过盈量不宜过大 因此 国标规定轴承基准孔公差带位于零线的下方 如图3 2所示 2 滚动轴承外圈外径公差带 滚动轴承外圈与外壳孔之间一般不作相对运动 国标规定轴承基准轴公差带位于零线的下方 如图3 2所示 图3 2 3 3滚动轴承与轴和外壳孔的配合及其选择 3 3 1轴颈和壳体孔的公差带 由于轴承内径 基准孔 和外径 基准轴 的公差带在轴承制造时已确定 因此轴承内圈和轴颈 外圈和壳体孔的配合面间的配合性质 主要由轴颈和外壳孔的公差带决定 即 轴承配合的选择就是确定轴颈和外壳孔的公差带 国家标准GB T275 1993 滚动轴承与轴和外壳的配合 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 如图3 3所示 图3 3 3 3 2滚动轴承配合的选择 3 3 2 1配合选择的主要依据 1 轴承承受负荷的类型 根据轴承所承受的负荷对于套圈作用的不同 可分为三类 1 固定负荷合成径向负荷始终不变地作用在套圈滚道的某一局部区域上 图3 4 定向负荷内圈旋转 定向负荷外圈旋转 旋转负荷内圈旋转 旋转负荷外圈旋转 2 旋转负荷作用在轴承上的合成径向负荷与套圈相对旋转 依次作用在套圈的整个轨道上 3 摆动负荷作用在轴承上的合成径向负荷在套圈滚道的一定区域内相对摆动 当Fr Fc时 图3 5 合成负荷在轴承下方AB区域内摆动 不旋转的套圈承受摆动负荷 旋转的套圈承受旋转负荷 当Fr Fc时 合成负荷沿整个圆周变动 不旋转的套圈承受旋转负荷 而旋转的套圈承受摆动负荷 图3 5 受固定负荷的套圈配合应选松一些 一般应选用过渡配合或具有极小间隙的间隙配合 受旋转负荷的套圈配合应选较紧的配合 一般应选用过盈量较小的过盈配合或过盈概率大的过渡配合 受摆动负荷的套圈配合松紧程度应介于前两种负荷之间 2 轴承负荷的大小 向心轴承负荷的大小可用当量动负荷Pr与额定动负荷Cr的比值区分 Pr 0 07Cr时为轻负荷 0 07Cr Pr 0 15Cr时为正常负荷 Pr 0 15Cr时为重负荷 负荷越大配合过盈量应越大 3 轴承尺寸大小 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 4 轴承游隙 游隙过大 会引起转轴较大的径向跳动和轴向窜动 轴承产生较大的振动和噪声 游隙过小 尤其是轴承与轴颈或外壳孔采用过盈配合时 则会使轴承滚动体与套圈产生较大的接触应力 引起轴承的摩擦发热 以致降低寿命 因此轴承游隙的大小应适度 5 工作温度 轴承工作时 由于摩擦发热和其他热源的影响 使轴承套圈的温度经常高于与它相配合轴颈和外壳孔的温度 由此 内圈因热膨胀与轴颈的配合变松 外圈因热膨胀与外壳孔的配合变紧 所以轴承工作温度高于100 C时 应对选择的配合进行修正 6 轴颈和外壳孔的公差等级应与轴承的公差等级相协调 与0级 6级配合的轴颈一般为IT6 外壳孔一般为IT7 7 旋转精度和旋转速度 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 3 3 2 2公差等级的选择 与滚动轴承相配合的轴 孔的公差等级和轴承的精度有关 对旋转精度和运转平稳性有较高要求的场合 在提高轴承公差等级的同时 轴承配合部位也应按相应精度提高 3 3 2 3公差带的选择 与轴承