极限配合与技术测量(高教版)课件：极限与配合的选择.ppt

学习要求 掌握极限与配合的基本概念 掌握公差 基本偏差的相关标准内容 掌握公差带图的绘制方法 掌握公差与配合的选用原则 重点 极限与配合的基本概念 公差与配合的选择 难点 公差与配合的选择 第2章孔 轴的极限与配合 选择原则 满足机械产品的使用性能要求前提下 尽量制造经济合理 选择方法 计算法 类比法 试验法 计算法 根据使用要求 通过用理论公式计算来确定 试验法 通过试验或统计分析的方法来确定满足产品工作性能的所需的间隙量和过盈量 从而选取合适的配合 类比法 参考类似或相近的经过实践考验的机器或机构中的配合 再结合产品的使用要求和应用条件的实际情况对其进行适当的修正 从而确定配合的方法 2 4极限与配合的选择 合理选择极限与配合的意义 合理地选择极限与配合 可更好地促进互换性生产 有利于提高产品质量 降低生产成本 选择内容 基准制公差等级配合种类一 基准制的选择应从结构 工艺 经济性综合考虑 权衡利弊 2 4极限与配合的选择 1 工艺性一般地 孔的加工比轴的加工困难 所用刀具 量具尺寸规格也多 采用基孔制可以减少定值刀 量具规格和数量 1 中等尺寸 高精度的孔 用钻头 铰刀 拉刀等定尺寸刀具加工 易保证质量 对机床精度及加工人员水平要求不高 检验时 采用定尺寸量具 如塞规 心轴等 而一种规格的定尺寸刀具和量具 只能满足一种孔公差带的需要 对于轴的加工和检验 一种通用的外尺寸量具能方便地对多种轴的公差带进行检验 故按基孔制可以减少定尺寸刀具 量具数量 2 4极限与配合的选择 极限与配合的选择 基准制的选择 2 对大尺寸 低精度的孔 一般不采用定尺寸刀具 量具来加工 检验 从工艺上讲 采用基孔制 基轴制均一样 但为了统一起见和考虑习惯 一般也采用基孔制 3 对冷拉标准轴 冷拔钢 轴的尺寸 形状很准确 表面很光洁 冷拉圆型材 其尺寸公差可达IT7 IT9 能够满足农业机械 纺织机械上的轴颈精度要求 在这种情况下采用基轴制 可免去轴的加工 只需按照不同的配合性能要求加工孔 就能得到不同性质的配合 外圆表面一般不再加工即可使用 故宜采用基轴制 极限与配合的选择 基准制的选择 2 结构1 与标准件配合基准制依标准件而定 滚动轴承内圈与轴颈的配合 基孔制滚动轴承外圈与机座孔的配合 基轴制轴承外圈与外壳孔处的配合只需注出外壳孔的公差带代号H7 同样 轴承内圈与轴颈处的配合代号 只需注出轴颈的公差带代号k6 键与键槽 轴槽 轮毂槽 基轴制花键联结 基孔制 图2 28轴系部件图 2 同一零件与多件配合 极限与配合的选择 基准制的选择 活塞销和活塞与连杆的配合 根据功能要求 活塞销和活塞的配合应为过渡配合 而活塞销与连杆的配合则应为间隙配合 2 同一基本尺寸的轴与多孔相配合 且配合性质要求不同时 图2 27基孔制与基轴制的选择比较 例如 一台机器上有3对公称尺寸和公差等级相同的孔 轴 要求分别形成间隙 过渡 过盈三种配合 现分别采用基孔制和基轴制来实现配合要求 1 采用基孔制时 假设这三种配合分别为 85H7 f6 间隙配合 85H7 k6 过渡配合 85H7 r6 由于这三种配合的孔公差带均为H7 其极限尺寸相同 所以用同一规格的刀具 例如拉刀 即可加工 同时 检验也可用同一规格的量具 例如塞规 来检验 而加工 85f6 85k6 85r6这三种规格的轴也只需同一刀具即可 2 采用基轴制时 要求采用基轴制和采用基孔制配合时的配合性质完全相同 这三种配合应该为 85F7 h6 间隙配合 85K7 h6 过渡配合 85R7 h6 这三种配合的孔公差带分别为F7 K7 R7 它们的极限尺寸不同 所以需要三种规格的刀具进行加工 也需用三种规格的量具来检验 而加工轴的刀具相同 相比之下 采用基孔制时所需的定值刀具和量具较少 经济上较为合理 2 4极限与配合的选择 滚子链 也称套筒滚子链 由内链板 外链板 销轴 套筒和滚子组成 销轴和外链板用过盈配合形成固定连接的外链节 套筒和内链板用过盈配合构成内链节 这样内外链节间就构成一个铰链 滚子与套筒 套筒与销轴均用间隙配合形成转动关系 套筒与内链板及滚子的配合是一轴和多孔的配合 若采用基孔制配合 为了形成套筒与内链板及滚子之间的配合要求 即套筒与内链板的过盈配合 与滚子的间隙配合 套筒的外径需做成阶梯状 装配时 滚子要经过套筒的大直径处才能到达工作位置 使装配工艺不太合理 若采用基轴制配合 则可将套筒的外径做成光轴 这样既方便加工 又利于装配 同样 销轴与外链板和滚子的配合也是一轴和多孔的配合 应采用销轴做基准轴的基轴制 另外 键与轴上的键槽孔和轮毂上的键槽配合 也属于一轴与多孔相配合 也应采用基轴制 2 4极限与配合的选择 3 在实际生产中 由于结构或某些特殊的需要 允许采用非配合制配合 即非基准孔和非基准轴配合 极限与配合的选择 基准制的选择 非基准制的应用 如 当机构中出现一个非基准孔 轴 和两个以上的轴 孔 配合时 其中肯定会有一个非配合制配合 如图所示 箱体孔与滚动轴承和轴承端盖的配合 由于滚动轴承是标准件 它与箱体孔的配合选用基轴制配合 箱体孔的公差带代号为J7 箱体孔与端盖的配合可选低精度的间隙配合J7 f9 既便于拆卸又能保证轴承的轴向定位 还有利于降低成本 在图2 28中 用于轴承内圈和齿轮轴向定位的套筒与轴在径向上的配合取间隙配合即可 由于轴颈处 轴与轴承内圈配合处 公差带是k6 因而 与套筒配合的轴的公差带也为k6 套筒与该轴的配合不论采用基孔制或基轴制 均形成过渡配合而不是间隙配合 因此 这时可采用非基准制配合 例如 D11 k6 由于同样的原因 轴承外圈定位的轴承盖与箱体孔的配合选为 DH7 d11 2 4 2公差等级的选择 1 轴 孔的公差等级应相互适应孔 轴公差选取应满足Tf TH Ts 分配孔 轴公差要使孔 轴的公差等级相适应 即考虑所谓的工艺等价性 工艺等价性是指孔和轴加工难易程度应相同 1 在常用尺寸段 较高公差等级 8级或以上 时 一般采用孔比轴低一级的配合 如H7 f6 H7 s6 2 常用尺寸段 较低公差等级 8级 时 推荐孔 轴采用同级配合 如H9 d9 可参见表2 5 基孔制优先 常用配合表 3 在大尺寸段 一般采用孔 轴同级配合 4 在极小尺寸段 公称尺寸 3mm 时 根据工艺的不同 可选孔和轴同级 孔较轴高一级 孔较轴低一级 在钟表业 甚至有孔的公差等级较轴的公差等级高2 3级 2 公差等级与配合种类相关联公差等级的高低将影响配合的稳定性和一致性 对过渡和过盈配合 一般不允许其间隙或过盈的变动太大 如果公差等级过低 可能会使过盈量超过零件材料的极限强度 因此 在过渡或过盈配合中 孔 轴的公差等级应有较高的精度 通常 孔可选标准公差 IT8 轴可选标准公差 IT7 对间隙配合 可允许有较大的间隙变动范围 例如 配合的孔 轴的公差等级可以选至IT12 参见表2 5 表2 6基孔制 基轴制优先 常用配合 但间隙小的配合 公差等级应较高 而在较大的间隙配合中 公差等级可以低些 例如 可选用H7 g6和H11 c11 而选用H7 a6则无实际意义 3 公差等级的高低应与典型零部件的精度匹配齿轮是比较常见的传动件 齿轮孔及与齿轮孔相配合的轴 两者的公差等级取决于齿轮的精度等级 例如 齿轮的精度等级为8级 一般取齿轮孔的公差等级为IT7 与齿轮孔相配合的轴的公差等级为IT6 滚动轴承与轴颈和外壳孔配合的公差等级与滚动轴承的精度等级有关 P0级 普通级 的轴承 要求轴颈的公差等级为IT6 外壳孔为IT7 P6级的轴承 一般要求轴颈的公差等级为IT5 外壳孔为IT6 表2 9各公差等级的应用范围 表2 10各种加工方法的加工精度 三 配合的选用 1 配合选择分析配合性质主要和基本偏差有关 有时候与基本尺寸和公差等级有关 类比法确定配合时 要具体分析 1 首先确定配合类别依据 零件间有无相对运动 有 间隙配合 2 配合松紧程度按使用条件确定 配合种类的选择主要就是根据零件的功能要求 确定配合的类型及非配合制的基本偏差代号 选择的基本方法还是类比法 计算法和试验法三种 类比法是选择配合种类的主要方法 应用类比法选择时 要考虑以下因素 配合件的工作情况 相对运动状态 承受负荷 润滑条件 温度变化 配合重要性 材料性能 各种基本偏差形成配合的特点 配合件的生产情况 3 配合的选择 3 配合的选择 间隙配合 基本偏差绝对值等于最小间隙 按最小间隙确定基本偏差代号 过盈配合 按最小过盈确定基本偏差代号 尽可能从国家标准中选用优先配合和常用配合 要考虑配合件的工作情况 选择配合的类型时 应考虑配合件间有无相对运动 定心精度高低 配合件受力情况 装配情况等 配合类型的选择可依据下表来对比选择 3 配合的选择 配合的选择要考虑各种基本偏差形成配合的特点 间隙配合 有A H a h 共11种 其特点是利用间隙贮存润滑油及补偿温度变形 安装误差 弹性变形等所引起的误差 生产中应用广泛 不仅用于运动配合 加紧固件后也可用于传递力矩 不同基本偏差代号与基准孔 或基准轴 分别形成不同间隙的配合 主要依据变形 误差需要补偿间隙的大小 相对运动速度 是否要求定心或拆卸来选定 过渡配合有JS N js n 四种基本偏差 其主要特点是定心精度高且可拆卸 也可加键 销紧固件后用于传递力矩 主要根据机构受力情况 定心精度和要求装拆次数来考虑基本偏差的选择 定心要求高 受冲击负荷 不常拆卸的 可选较紧的基本偏差 如N n 反之应选较松的配合 如 K k 或JS js 过盈配合 P ZC p zc 13种基本偏差 其特点是由于有过盈 装配后孔的尺寸被胀大而轴的尺寸被压小 产生弹性变形 在结合面上产生一定的正压力和摩擦力 用以传递力矩和紧固零件 选择过盈配合时 如不加键 销等紧固件 则最小过盈应能保证传递所需的力矩 最大过盈应不使材料破坏 故配合公差不能太大 所以公差等级一般为IT5 IT7 基本偏差根据最小过盈量及结合件的标准来选取 配合的选择要考虑各种基本偏差形成配合的特点 2 了解各类配合的特性和应用P67 71 表2 11各种基本偏差的应用实例P72 73 表2 12优先配合的应用说明可作为类比法选用配合的依据 配合的选择要考虑配合件的生产情况 按大批大量生产时 加工后所得的尺寸通常呈正态分布 而单件小批量生产时 加工所得的孔的尺寸多偏向最小极限尺寸 轴的尺寸多偏向最大极限尺寸 即呈偏态分布 所以 对于同一使用要求 单件小批生产时采用的配合应比大批大量生产时要松一些 如大批量生产时的 50H7 js6的要求 在单件小批生产时应选择 50H7 h6 同样 受其它工作条件的影响 配合的间隙或过盈也应随之变化 如表1 22 2 确定非基准件的基本偏差当基准制和公差等级确定后 具体的间隙或过盈量的确定问题也就是选择非基准件的基本偏差代号的问题 在基孔制配合中 对于间隙配合 其最小间隙等于轴的基本偏差es的绝对值 对于过盈配合 在确定了基准孔的公差等级后 按要求的最小过盈来确定轴的基本偏差ei 对过渡配合 在确定了基准孔的公差等级后 可由最大间隙量确定轴的基本偏差ei 表2 13基孔 或基轴 制配合时 轴或孔的基本偏差与公差值和极限间隙或过盈的关系 2 4 4在选择配合的时候要注意的问题 1 孔 轴的工作环境温度对配合的影响图样上极限与配合的标注是以标准温度20 时工件的状态为准 检验结果也应以20 的为准 实际工作温度低于或高于20 时 由热变形引起的间隙或过盈变化量可用下式估算 2 19 式中 D为配合件的公称尺寸 单位为mm h s分别为孔 轴材料线膨胀系数 量纲为1 Cth ts分别为孔 轴实际工作温度 单位为 C 例2 12活塞与缸体孔在工作时要求配合间隙在0 12 0 30mm之间 已知活塞与缸体的公称尺寸D 100mm 活塞采用铝合金 线膨胀系数 s 23 10 6 C 工作温度ts 180 缸体采用钢质材料 其线膨胀系数 h 12 10 6 C 工作温度th 110 C 装配温度为20 C 试设计此配合 解 1 根据式 2 19 间隙变动量 100 12 10 6 110 20 23 10 6 180 20 0 26mm 即由于热变形配合间隙将减小0 26mm 2 在装配时应考虑热变形使间隙减少的影响 所以装配间隙应为Xmax 0 30 0 26 0 56mmXmin 0 12 0 26 0 38mm 3 选用基准制 选基孔制 EI 0 2 4 4在选择配合的时候要注意的问题 4 确定孔 轴的公差等级根据式 2 15 有Tf Xmax Xmin 0 56 0 38 0 18mm 因为Tf Th Ts 试取Th Ts 1 2Tf 0 090mm 反查表2 1可知 IT9的公差值与之比较接近 取Th Ts 0 087mm 5 确定非基准件 轴 的基本偏差代号和孔 轴的极限偏差值es Xmin 0 380mm 基本偏差a的es 0 280mm 与之最为接近 因此 选用轴的公差带为 100a9 ei es Ts 0 380 0 087 0 467mm因为是采用基孔制 所以EI 0 根据式 2 3 得ES EI Th 0 087mm 6 校对该孔 轴配合代号 Xmax ES ei 0 087 0 467 0 554mm Xmin EI es 0 0 380 0 380mm 满足要求 2 4 4在选择配合的时候要注意的问题 2 装配变形 轴在轴套中转动 两者为间隙配合 套筒与箱体孔的配合取过渡配合 有较小过盈的过渡配合 由于套筒是薄壁件 将其装入箱体孔后 套筒内径会收缩 使间隙配合减小 在选用配合时要考虑装配变形对配合的影响 对此 可以采用先将套筒装入箱体孔内 再加工套筒内孔 也可以适当加大套筒内径来消除装配变形使尺寸减小而对配合的松紧程度造成的影响 2 4 4在选择配合的时候要注意的问题 3 加工方式与尺寸分布特性的影响在大批量生产时 多用 调整法 加工 即按加工件的上 下极限尺寸的平均值调刀 加工出的尺寸变动范围接近正态分布 在单件小批生产时 多用 试切法 加工 孔的尺寸通常靠近下极限尺寸 轴的尺寸通常靠近上极限尺寸 即孔的尺寸偏小 轴的尺寸偏大 按 试切法 加工的零件的配合往往比用 调整法 加工的配合紧些 2 4 4在选择配合的时候要注意的问题 4 按类比法选择配合时 要结合实际情况对类比对象进行修正各种机器的应用场合 加工批量 材料的许用应力 负荷的大小和特性 装配条件及温度都会有或多或少的差异 因此 在对照实例选取配合时 应根据所设计的机器的具体情况对间隙或过盈量进行适当的修正 2 4 4在选择配合的时候要注意的问题 例2 13有一公称尺寸为 35mm的孔 轴配合 要求配合最大间隙为 0 010 最大过盈 0 035mm 试确定孔轴的公差等级和配合种类 解 1 选择基准制 因没有特殊情况和要求 选用基孔制配合 2 公差等级的确定 根据公式 2 16 配合公差Tf Xmax Ymax 0 010 0 035 0 045mm 又因为Tf Th Ts 0 045mm 孔 轴在公差等级较高时 取孔比轴低一级 查表2 1 初取 IT6 0 016mm IT7 0 025mm 两者之和小于并接近配合公差Tf 所以取孔的公差等级为IT7 轴为IT6 2 4 4在选择配合的时候要注意的问题 3 确定配合 该配合是过渡配合 采用基孔制时 轴的基本偏差是下极限偏差 由表2 13可知在过渡配合时 ei Th Xmax 0 025 0 010 0 015mm 查表2 3 轴的基本偏差代号为n 其偏差值ei 0 017mm 与上面所需的轴的基本偏差最为接近 则取轴的公差带为 35n6 根据式 2 4 轴的另一极限偏差es ei Ts 0 017 0 016 0 033mm 注意 式中es不能代0 015mm 因为它不是国际标准规定的偏差值 孔的公差带为H7 EI 0 基准孔 根据式 2 3 可得ES EI Th 0 025mm 孔 轴的配合为 35H7 n6 根据公式 2 11 2 12 可计算出该配合的最大间隙 最大过盈 Xmax ES ei 0 025 0 017 0 008mm Ymax EI es 0 0 033 0 033mm 2 4 4在选择配合的时候要注意的问题 2 5一般公差线性尺寸的未注公差 GB T1804 2000一般公差未注公差的线性和角度尺寸的公差一 适用范围本标准适用于金属切削加工的尺寸也适用于一般的冲压加工的尺寸非金属材料和其他工艺方法加工的尺寸可参照采用 1 线性尺寸如外尺寸 内尺寸 阶梯尺寸 直径 半径 距离 倒圆半径 倒角高度 2 角度尺寸包括通常不注出角度值的角度尺寸 如直角90 GB T1184提到的或等多边形的角度除外 3 机加工组装件的线性和角度尺寸 不适用于 其他一般公差标准涉及的线性和角度尺寸 括号内的参考尺寸 矩形方格内的理论正确尺寸 二 定义及优点 1 一般公差的定义在车间通常加工条件下可保证的公差 即车间普通工艺条件下 机床设备可保证的公差 采用一般公差的尺寸 在该尺寸后不需要注出其极限偏差数值 在正常