互换性与测量技术基础(完整).ppt

第一章绪论 学习指导本章学习目的是了解本课程的性质和任务 学习要求是懂得互换性的含义 了解互换性与标准化的关系及其在现代化生产中的重要意义 了解优先数的基本原理及其应用 第一节互换性概述 一 互换性的定义 互换性 在同一规格的一批零件或部件中 任取其一 不需要任何挑选或附加修配 如钳工修配 就能装在机器上 达到规定的功能要求 这样的一批零件或部件就称为具有互换性的零 部件 由定义可知 具有互换性的零部件在装配过程中 必须满足三个条件 二 互换性的种类 1 按决定的参数或使用要求分为 2 按程度分 3 对标准件 内互换 例如 滚动轴承 外互换 三 互换性的重要性 不仅是使用上的需要 也是设计 制造上的需要 1 使用上 1 军用 2 民用 2 制造上 可采用先进的生产方式 专业化生产 流水线 自动线 产品单一 分工精细 可采用专用设备 提高生产率 进行文明生产 给日常生活带来极大方便 举例 备胎 电子元件等等 军工产品易损件 子弹 炮弹都具有互换性 3 设计上 采用了互换性原则设计和生产的标准零部件 可简化设计 计算 制图工作量 缩短了设计周期 并便于用计算机进行辅助设计 总之 遵循互换性原则进行设计 制造和使用 可大大降低产品成本 提高生产率 降低劳动强度 也为标准化 系列化 通用化奠定了基础 所以 互换性原则是机械工业中的重要原则 是我们设计 制造中必须遵循的 即使是单件 小批生产 零件不具有互换性 此原则也必须遵循 第二节实现互换性的条件 一 公差与检测 1 公差 允许零件尺寸和几何参数的变动范围称为 公差 二 标准和标准化 自学 2 检测 检测包含检验与测量 3 实现互换性的条件 标准化是实现互换性的前提 三 优先数和优先数系 GB T321 1980 优先数就是一种对各种技术参数进行简化 协调和统一的一种科学的数值制度 优先数系的构成 2 优先数的派生系列和复合系列 自学 3 优先数系的应用举例 自学 由一系列十进制等比数列构成 代号Rr r 5 10 20 40 80 每个数都是一个优先数 R80公比q 80 1 03补充系列 第四节本课程的性质 内容和基本要求 本课程是机械类各专业的重要技术基础课它包含几何量精度设计与误差检测两方面的内容 是联系 机械设计 机械制造工艺学 机械制造装备设计 等课程及其课程设计的纽带 是从基础课学习过渡到专业课学习的桥梁 学生学完本课程以后 应达到如下基本要求 1 掌握标准化和互换性的基本概念及有关的基本术语及定义 2 基本掌握几何量公差标准的主要内容 特点和应用原则 3 初步学会根据机器和零件的功能要求 选用公差与配合 4 能够查用本课程讲授的公差表格和正确标注图样 5 建立技术测量的基本概念 了解基本测量原理与方法和初步学会使用常用计量器具 知道分析测量误差与处理测量结果 会设计检验圆柱形零件的量规 总之 本课程的任务在于使学生获得机械工程技术人员所必须具备的几何量公差与检测方面的基本知识和技能 小结 1 互换性的概述互换性简单的说就是同一规格的零件或部件具有能够彼此互相替换的性能 零 部件在装配前不挑 装配时不调整或修配 装配后能满足使用要求的互换性称完全互换 零 部件在装配时要采用分组装配或调整等工艺措施 才能满足装配精度要求的互换性称不完全互换 如装配时 还需要附加修配的零件 则不具有互换性 互换性原则是机械工业生产的基本技术经济原则 是我们在设计 制造中必须遵循的 既便是采用修配法保证装配精度的单件或小批量生产的产品 此时零 部件没有互换性 也必须遵循互换性原则 2 实现互换性的前提标准化是实现互换性的前提 只有按一定的标准进行设计和制造 并按一定的标准进行检验 互换性才能实现 3 优先数系由一系列十进制等比数列构成 代号Rr 优先数系中的每个数都是一个优先数 每个优先数系中 相隔r项的末项与首项相差10倍 每个十进制区间中各有r个优先数 第二章尺寸的极限与圆柱结合的互换性 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 付与了中文名词 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2 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 图2 2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 2 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 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2 17 一般 常用和优先轴的公差带 和图2 18 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2 17一般 常用和优先轴的公差带 图2 18一般 常用和优先孔的公差带 二 常用和优先配合 表2 8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 具体值见教材表2 9 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2 10 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2 19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2 20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2 20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P25 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2 11 配合尺寸公差等级的应用见教材表2 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2 13 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 如教材图2 20所示 再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 如图2 20中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2 14给出了配合类别选择的大体方向 表2 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2 15是轴的基本偏差选用说明和应用 教材表2 16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 T2263 1991 夹具标准 为了统一钻套内孔与衬套内孔的公差带 规定了统一的公差带F7 因此钻套1与固定衬套2内孔的配合 应选相当于H7 g6的配合F7 k6 因此 本例中钻套1与固定衬套2内孔的配合应为f18F7 k6 非基准制配合 下图为f18H7 g6与f18F7 k6这两种配合的公差带图解 H7 g6与F7 k6两种公差带的比较 本章小结 1 有关 尺寸 的术语有 基本尺寸 实际尺寸 极限尺寸 实体尺寸 体外作用尺寸 2 尺寸合格条件 实际尺寸在极限尺寸的范围内 3 有关 公差与偏差 的小结见教材表2 1 4 极限与配合图解 简称 公差带图解 其画法见本章相关内容 公差带有大小和位置两个参数 国家标准将这两个参数标准化 得到标准公差系列和基本偏差系列 5 按孔和轴的公差带之间关系的不同 配合分为 间隙配合 过盈配合和过渡配合 国家标准配合制规定有基孔制 基准孔基本偏差代号为H 和基轴制 基准轴基本偏差代号为h 两种基准制配合 6 标准公差系列 标准公差值不分孔 轴 按基本尺寸和公差等级查教材表2 2 1 公差等级是确定尺寸精确程度的等级 国标对基本尺寸 500mm的孔 轴规定了20公差等级 IT01 IT0 IT1 IT18 只要公差等级相同 加工难易程度就相同 孔和孔比 轴和轴比 2 基本尺寸 500mm IT5 IT18时 IT a i a是公差等级系数 从IT6开始 a按优先数系R5取值 即公差等级每增加5级 公差值增加10倍 例 IT12 10IT7 7 基本偏差系列国标分别规定了28个孔 轴基本偏差代号 孔 A ZC 轴 a zc 见教材图2 10 数值可查教材表2 5 2 6 8 同名配合A H与h a h与H组成的基孔制和基轴制的同名配合 基准制同名的间隙配合 配合性质相同 基孔制和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时 配合性质才能相同 9 尺寸公差 配合的标注以及线性尺寸一般公差的规定和在图样上的表示方法 见本章有关内容 10 公差与配合的选择主要包括确定基准制 公差等级以及配合的种类 第三章测量技术的基础知识及光滑工件尺寸的检测 第一节测量的基本概念 所谓 测量 就是将被测的量与作为单位或标准的量 在量值上进行比较 从而确定二者比值的实验过程 若被测量为L 标准量为E 那么测量就是确定L是E的多少倍 即确定比值q L E 最后获得被测量L的量值 即L qE 一个完整的测量过程应包含 一 长度和角度的计量单位 自学 二 尺寸和角度量值传递系统 自学 第二节长度和角度计量单位与尺寸传递 三 量块 量块的构成 它有两个测量面和四个非测量面 两相互平行的测量面之间的距离为量块的工作长度 称为标称长度 量块上标出的长度 从量块一个测量面上任意点到与这个量块另一个测量面相研合的面的垂直距离称为量块长度Li 从量块一个测量面中心点到与这个量块另一个测量面相研合的面的垂直距离称为量块的中心长度 图3 4量块 量块的用途 量块在机械制造厂和各级计量部门中应用较广 常作为尺寸传递的长度标准和计量仪器示值误差的检定标准 也可作为精密机械零件测量 精密机床和夹具调整时的尺寸基准 量块的精度 级 GB T6093 2001按制造精度将量块分为00 0 1 2 3和K级共6级 其中00级精度最高 3级精度最低 K级为校准级 主要根据量块长度极限偏差 测量面的平面度 粗糙度及量块的研合性等指标来划分的 量块按 级 使用时 以量块的标称长度为工作尺寸 该尺寸包含了量块的制造误差 并将被引入到测量结果中 由于不需要加修正值 故使用较方便 量块的精度 等 国家计量局标JJG146 2003 量块检定规程 按检定精度将量块分为六等 即1 2 3 4 5 6等 其中1等精度最高 6等精度最低 等 主要依据量块中心长度测量的极限偏差和平面平行性允许偏差来划分的 量块的 级 与 等 量块的 级 和 等 是从成批制造和单个检定两种不同的角度出发 对其精度进行划分的两种形式 按 级 使用时 以标记在量块上的标称尺寸作为工作尺寸 该尺寸包含其制造误差 按 等 使用时 必须以检定后的实际尺寸作为工作尺寸 该尺寸不包含制造误差 但包含了检定时的测量误差 就同一量块而言 检定时的测量误差要比制造误差小得多 所以 量块按 等 使用时其精度比按 级 使用要高 并且能在保持量块原有使用精度的基础上延长其使用寿命 量块在使用时 常常用几个量块组合使用 为了能用较少的块数组合成所需要的尺寸 量块应按一定的尺寸系列成套生产供应 国家标准共规定了17种系列的成套量块 组合量块时 为减少量块组合的累积误差 应尽量减少量块的组合块数 一般不超过4块 选用量块时 应从所需组合尺寸的最后一位数开始 每选一块至少应减去所需尺寸的一位尾数 量块的选用 1 量块必须在使用有效期内 否则应及时送专业部门检定 2 使用环境良好 防止各种腐蚀性物质及灰尘对测量面的损伤 影响其粘合性 3 分清量块的 级 与 等 注意使用规则 4 所选量块应用航空汽油清洗 洁净软布擦干 待量块温度与环境温度相同后方可使用 5 轻拿 轻放量块 杜绝磕碰 跌落等情况的发生 6 不得用手直接接触量块 以免造成汗液对量块的腐蚀及手温对测量精确度的影响 7 使用完毕 应用航空汽油清洗所用量块 并擦干后涂上防锈脂存于干燥处 量块使用的注意事情项 第五节测量误差与数据处理 一 测量误差的概述 自学 二 随机误差 1 随机误差的分布规律及其特性 随机误差可用试验方法来确定 实践表明 大多数情况下 随机误差符合正态分布 为便于理解 现举例说明 表3 2测量数据统计表 教材图3 9频率直方图和正态分布曲线 从理论上讲 正态分布中心位置的均值 代表被测量的真值Q 标准偏差 代表测得值的集中与分散程度 不同的 对应不同形状的正态分布曲线 越小 ymax值越大 曲线越陡 随机误差越集中 即测得值分布越集中 测量精密度越高 越大 ymax值越小 曲线越平坦 随机误差越分散 即测得值分布越分散 测量精密度越低 图3 10所示为 1 2 3时三种正态分布曲线 因此 可作为表征各测得值的精度指标 根据误差理论 等精度测量列中单次测量的标准偏差 是各随机误差 平方和的平均值的正平方根 即 3 8 3 随机误差的极限值 由于超出 3 的概率已很小 故在实践中常认为 3 的概率P 1 从而将 3 看作是单次测量的随机误差的极限值 将此值称为极限误差 记作 lim 3 3 13 即单次测量的测量结果为 x xi lim xi 3 3 14 4 测量列中随机误差的处理 1 测量列的算术平均值 在评定有限测量次数测量列的随机误差时 必须获得真值 但真值是不知道的 因此只能从测量列中找到一个接近真值的数值加以代替 这就是测量列的算术平均值 若测量列为x1 x2 xn 则算术平均值为 3 15 2 残差 剩余误差 及其应用 xi 3 16 由符合正态分布曲线分布规律的随机误差的分布特性可知残差具有下述两个特性 1 当测量次数n足够多时 残差的代数和趋近于零 即 0 2 残差的平方和为最小即 实际应用中 常用 0来验证数据处理中求得的与是否正确 单次测量的标准偏差 的估计值 用S表示 S可用下式表示为 S 3 17 由式 3 17 算出S后 便可取 3S代替作为单次测量的极限误差 即 lim 3S 3 18 3 测量列算术平均值的标准偏差相同条件下 对同一被测量 将测量列分为若干组 每组进行n次的测量称为多次测量 标准偏差 代表一组测得值中任一测得值的精密程度 但在多次重复测量中是以算术平均值作为测量结果的 因此 更重要的是要知道算术平均值的精密程度 可用算术平均值的标准偏差表示 根据误差理论 测量列算术平均值的标准偏差用下式计算 3 19 由上式可知 多次测量的总体算术平均值的标准偏差为单次测量值的标准差的 这说明随着测量次数的增多 越小 测量的精密度就越高 但当S一定时 n 20以后 减小缓慢 即用增加测量次数的方法来提高测量精密度 收效不大 故在生产中 一般取n 5 20 通常取 10次为宜 故测量列的算术平均值的测量极限误差为 3 20 这样 测量列的测量结果可表示为 Q 3 21 这时的置信概率P 99 73 三 系统误差 自学 四 粗大误差 判断粗大误差常用拉依达 Pa Ta 准则 又称3 准则 该准则的依据主要来自随机误差的正态分布规律 从随机误差的特性中可知 测量误差越大 出现的概率越小 误差的绝对值超过 3 的概率仅为0 27 即在连续370次测量中只有一次测量的残差超出 3 370 0 0027 1次 而连续测量的次数决不会超过370次 测量列中就不应该有超出 3 的残差 因此 凡绝对值大于3 的残差 就看作为粗大误差而予以剔除 在有限次测量时 其判断式为 vi 3S 3 22 剔除具有粗大误差的测量值后 应根据剩下的测量值重新计算S 然后再根据3 准则去判断剩下的测量值中是否还存在粗大误差 每次只能剔除一个 直到剔除完为止 在测量次数较少 小于10次 的情况下 最好不用3 准则 而用其他准则 小结 本节课主要内容包括测量的基本概念 量块基本知识 随机误差的分布规律及其特性 测量列中随机误差的处理 测量结果的数据处理 第六节光滑工件尺寸的检测 国家标准 极限与配合 中测量与检验部分规定了这两种检测方法的国家标准 光滑工件尺寸的检验 GB T3177 1997 光滑极限量规 GB T1957 1981 一 通用计量器具测量工件 表3 4计量器具的极限误差 验收极限的适用性 图3 16Cp 1采用包容要求时的验收极限 3 17偏态分布时的验收极限 计量器具的选择 表3 5安全裕度 A 与计量器具的测量不确定度允许值 u1 注 u1分 档 一般情况下应优先选用 档 其次选用 档 档 二 用光滑极限量规检验工件 轴用卡规或环规 孔用塞规 偏离泰勒原则量规的影响 量规形式及应用范围 量规工作图 图3 23工作量规工作尺寸的标注 本章小结 1 测量技术的基础知识主要内容包括量值传递系统 量块基本知识 测量器具的分类及其主要技术指标 测量误差的特点及分类 测量误差的处理方法 测量结果的数据处理 2 光滑工件尺寸的检测 1 用通用计量器具测量工件 GB T3177 1997 通常车间使用的普通计量器具在选用时 应使所选择的计量器具不确定度u计不大于且接近于计量器具不确定度的允许值u1 验收极限可采用内缩和不内缩两种方式来确定 见下表 验收极限的确定 2 用光滑极限量规检验工件 GB1597 1981 光滑极限量规是一种无刻度的专用检验量具 较通用计量器具方便快捷 一般用于大批量生产有配合要求的零件 它分为工作量规 验收量规和校对量规三种 孔用量规称为塞规 轴用量规称为卡规或环规 轴用量规才有校对量规 光滑极限量规的设计应遵循泰勒原则 但实际生产中 由于制造和使用上的原因 往往偏离泰勒原则 符合泰勒原则的量规 通规应是全形的 止规应是不全形 两点式 工作量规小结见下表 工作量规小结 第四章形状和位置公差及检测 学习指导本章学习目的是掌握形位公差和形位误差的基本概念 熟悉形位公差国家标准的基本内容 为合理选择形位公差打下基础 学习要求是掌握形位公差带的特征 形状 大小 方向和位置 以及形位公差在图样上的标注 掌握形位误差的确定方法 掌握形位公差的选用原则 掌握公差原则 独立原则 相关要求 的特点和应用 了解形位误差的检测原则 第一节概述 加工后的零件不仅有尺寸误差 构成零件几何特征的点 线 面的实际形状或相互位置 与理想几何体规定的形状和相互位置还不可避免地存在差异 这种形状上的差异就是形状误差 而相互位置的差异就是位置误差 统称为形位误差 轴套的外圆可能产生以下误差 外圆在垂直于轴线的正截面上不圆 即圆度误差 外圆柱面上任一素线 是外圆柱面与圆柱轴向截面的交线 不直 即直线度误差 外圆柱面的轴心线与孔的轴心线不重合 即同轴度误差 轴套 加工后外圆的形状和位置误差 形位误差对零件使用性能的影响如下 1 影响零件的功能要求2 影响零件的配合性质3 影响零件的互换性现行国家标准主要有 GB T1182 1996 形状和位置公差通则 定义 符号和图样表示法 GB T1184 1996 形状和位置公差未注公差值 GB T4249 1996 公差原则 GB T16671 1996 形状和位置公差最大实体要求 最小实体要求和可逆要求 GB13319 1991 形状和位置公差位置度公差 一 形位公差的研究对象 形位公差的研究对象 几何要素 构成零件几何特征的点 线 面统称为几何要素 简称要素 1 理想要素与实际要素 按存在的状态分 理想要素 具有几何意义的要素 2 实际要素 零件上实际存在的要素 即加工后得到的要素 2 轮廓要素与中心要素 按结构特征分 轮廓要素 组成轮廓的点 线 面 2 中心要素 与轮廓要素有对称关系的点 线 面 3 被测要素与基准要素 按检测关系分 1 被测要素 给出了形状或 和 位置公差的要素 即需要研究和测量的要素 2 基准要素 用来确定被测要素方向或 和 位置的要素 理想的基准要素称为基准 4 单一要素和关联要素 按功能要求分 1 单一要素 仅对要素本身给出形状公差要求的要素 2 关联要素 对其它要素有功能关系的要素 二 形位公差的特征和符号 三 形位公差和形位公差带的特征 1 形位公差 是指实际被测要素对图样上给定的理想形状 理想位置的允许变动量 2 形位公差带 是用来限制被测实际要素变动的区域 它是形位误差的最大允许值 形位公差带具有的四个特征 形状 大小 方向和位置 1 形状2 大小3 方向4 位置 第二节形状公差 形状公差是指单一实际要素的形状所允许的变动全量 形状公差带是限制单一实际被测要素变动的区域 零件实际要素在该区域内为合格 一 形状公差与公差带 被测要素 为直线 平面 圆和圆柱面 形状公差带的特点 不涉及基准 它的方向和位置均是浮动的 只能控制被测要素形状误差的大小 1 直线度其被测要素是直线要素 1 在给定平面内 0 1 2 在给定方向上公差带定义 其公差带是距离为公差值t的两平行平面之间的区域 棱线必须位于箭头所指方向距离为公差值0 02mm的两平行平面内 公差带 标注 3 在任意方向上公差带定义 任意方向上的直线度在公差值前加注 公差带是直径为公差值t的圆柱面内的区域 被测圆柱体 d的轴线必须位于直径为公差值0 04mm的圆柱面内 标注 2 平面度其被测要素是平面要素 公差带定义 平面度公差带是距离为公差值t的两平行平面之间的区域 图b 被测表面必须位于距离为公差值0 1的两平行平面内 图c 被测表面上任意100 100的范围 必须位于距离为公差值0 1的两平行平面内 标注 3 圆度公差带 在垂直于轴线的任一正截面上 该圆必须位于半径差为公差值0 02mm的两同心圆之间 标注1 标注2 4 圆柱度公差带 被测圆柱面必须位于半径差为公差值0 02的两同轴圆柱面之间 公差带 标注 二 轮廓度公差与公差带 理论正确尺寸 是用以确定被测要素的理想形状 方向 位置的尺寸 它仅表达设计时对被测要素的理想要求 故该尺寸不附带公差 标注时应围以框格 而该要素的形状 方向和位置误差则由给定的形位公差来控制 公差带定义 线轮廓度公差带是包络一系列直径为公差值t的圆的两包络线之间的区域 诸圆圆心应位于理想轮廓线上 如下图 无基准要求 有基准要求 轮廓度公差带 第三节位置公差 位置公差 是指关联实际要素的位置对基准所允许的变动全量 位置公差带 是限制关联实际要素变动的区域 被测实际要素位于此区域内为合格 区域的大小由公差值决定 一 基准 基准是确定被测要素的方向 位置的参考对象 单一基准 由一个要素建立的基准称为单一基准 组合基准 公共基准 由两个或两个以上的要素所建立的一个独立基准称为组合基准或公共基准 图4 2单一基准 图4 3组合基准 3 基准体系 三基面体系 由三个相互垂直的平面所构成的基准体系 二 定向公差与公差带 定向公差 是指关联实际要素对基准在方向上允许的变动全量 定向公差包括平行度 垂直度和倾斜度三项 被测要素相对基准要素都有面对面 线对面 面对线和线对线等四种情况 定向公差中被测要素相对基准要素为线对线或线对面时 可分为给定一个方向 给定相互垂直的两个方向和任意方向上的三种 1 平行度1 面对面 的平行度 a 标注 b 公差带 被测要素 上平面 基准要素 底面 2 线对线 的平行度 1 一个方向被测要素 D孔轴心 基准要素 另一个孔轴心线 a 标注 b 公差带 2 相互垂直的两个方向 a b 3 任意方向 a 标注 b 公差带 2 垂直度1 一个方向 a 标注 b 公差带 2 任意方向 b 公差带 3 倾斜度1 面对线 倾斜度 b 公差带 2 线对面 倾斜度 任意方向 自学 定向公差具有如下特点 1 定向公差带相对基准有确定的方向 而其位置往往是浮动的 2 定向公差带具有综合控制被测要素的方向和形状的功能 因此在保证功能要求的前提下 规定了定向公差的要素 一般不再规定形状公差 只有需要对该要素的形状有进一步要求时 则可同时给出形状公差 但其公差数值应小于定向公差值 三 定位公差与公差带 定位公差 是关联实际要素对基准在位置上允许的变动全量 1 同轴度 b 公差带 a 标注 2 对称度 b 标注 a 标注 3 位置度1 线的位置度 任意方向 a 标注 c 2 面的位置度 定位公差带的特点如下 1 定位公差相对于基准具有确定位置 其中 位置度公差带的位置由理论正确尺寸确定 同轴度和对称度的理论正确尺寸为零 图上可省略不注 2 定位公差带具有综合控制被测要素位置 方向和形状的功能 在满足使用要求的前提下 对被测要素给出定位公差后 通常对该要素不再给出定向公差和形状公差 如果需要对方向和形状有进一步要求时 则可另行给出定向或形状公差 但其数值应小于定位公差值 四 跳动公差与公差带 跳动公差 是关联实际要素绕基准轴线回转一周或连续回转时所允许的最大跳动量 被测要素为圆柱面 端平面和圆锥面等轮廓要素 基准要素为轴线跳动 是指实际被测要素在无轴向移动的条件下绕基准轴线回转的过程中 回转一周或连续回转 由指示计在给定的测量方向上对该实际被测要素测得的最大与最小示值之差 1 圆跳动 是指被测要素在某个测量截面内相对于基准轴线的变动量 圆跳动分为径向圆跳动 端面圆跳动和斜向圆跳动 1 径向圆跳动公差带定义 公差带是在垂直于基准轴线的任一测量平面内 半径为公差值t 且圆心在基准轴线上的两个同心圆之间的区域 d圆柱面绕基准轴线作无轴向移动回转时 在任一测量平面内的径向跳动量均不得大于公差值0 05mm 2 端面圆跳动公差带定义 公差带是在与基准轴线同轴的任一半径位置的测量圆柱面上沿母线方向距离为公差值t的两圆之间的区域 当被测件绕基准轴线无轴向移动旋转一周时 在被测面上任一测量直径处的轴向跳动量均不得大于公差值0 05mm a 3 斜向圆跳动公差带定义 公差带是在与基准轴线同轴 且母线垂直于被测表面的任一测量圆锥面上 沿母线方向距离为公差值t的两圆之间的区域 除特殊规定外 其测量方向是被测面的法线方向 a标注 2 全跳动全跳动 是指整个被测要素相对于基准轴线的变动量 全跳动分为径向全跳动和端面全跳动 1 径向全跳动 2 端面全跳动端面全跳动的公差带与该端面对轴线的垂直度公差带是相同的 因而两者控制位置误差的效果也是相同的 但检测方法更方便 另外 端面全跳动还是该端面 整个端面 的形状误差 f形状 及其对基准轴线的垂直度 f位置 的综合反映 采用跳动公差时 若综合控制被测要素能够满足功能要求 一般不再标注相应的位置公差和形状公差 若不能够满足功能要求 则可进一步给出相应的位置公差和形状公差 但其数值应小于跳动公差值 第四节形位公差与尺寸公差的关系 定义 机械零件