第2章 尺寸精度

第二章尺寸精度 第二章尺寸精度 概述公差与配合的基本术语及定义 极限与配合国家标准的构成 尺寸精度设计 孔 轴精度的检测 1概述 机械零件的精度包括 尺寸精度 主要研究线性尺寸的公差 极限与配合 形状和位置精度表面精度 公差 tolerance 是用于协调机器零部件的使用要求与制造经济之间的矛盾零件尺寸的关系 配合 fit 是反映机器零部件之间有关功能要求的相互关系 为了实现互换性 1959年 我国颁布的第一个 公差与配合 标准 GB159 174 59 以后几经修改和修订 现在执行的相关标准系列 是GB T1800 1804 2009标准 下面就这些标准的基本概念和应用 结合尺寸精度设计来学习 2基本术语及其定义 尺寸精度设计 通常指有配合要求的孔和轴的结合 确定它们的尺寸公差和配合种类 孔 轴配合是机器中最广泛采用的一种结合形式 为了使加工后的孔和轴能满足互换性要求 必须在设计中执行 极限与配合标准 2基本术语及定义 GB T1800 1 2009 GB T1800 2 2009中作了如下规定 一 孔和轴的定义二 有关 尺寸 的术语和定义三 有关 偏差和公差 的术语和定义四 有关 配合 的术语及定义五 配合基准制的术语及定义 2基本术语及定义 一 孔和轴的定义孔 hole 主要指圆柱形内表面 也包括其它内表面中的由单一尺寸确定的部分 轴 shaft 主要指圆柱形外表面 也包括其它外表面中的由单一尺寸确定的部分 在公差与配合标准中的孔 轴都是以单一的主要尺寸构成 例 圆柱形的直径 键或键槽的宽度或高度 2基本术语及定义 二 有关 尺寸 的术语和定义1 尺寸 Size 尺寸分为 线性尺寸和角度 其中线性尺寸简称为 尺寸 指的是两点之间的距离 如直径 长度 宽度 中心距等 二 有关 尺寸 的术语和定义 2 基本尺寸 BasicSize 指设计时确定的尺寸 通常用 D 表示 3 实际尺寸 ActualSize 指零件加工后 通过测量得到的尺寸 孔的实际尺寸用 Da 表示 轴的实际尺寸用da表示 二 有关 尺寸 的术语和定义 4 极限尺寸 LimitsofSize 最大极限尺寸 MaximunLimitsofSize 最小极限尺寸 MinimunLimitsofSize 指允许尺寸变化的两个极限值 两个极限值中较大的一个称为最大极限尺寸 用Dmax或dmax表示 较小的一个称为最小极限尺寸 用Dmin或dmin表示 三 有关 偏差和公差 的术语及定义 1 尺寸偏差 Deviation 简称偏差 指某一尺寸 极限尺寸 实际尺寸 减其基本尺寸的代数差 可以是正数 负数和零 尺寸偏差分为极限偏差实际偏差 三 有关 偏差和公差 的术语及定义 极限偏差 极限尺寸减基本尺寸所得的代数差 是上偏差 ES es 与下偏差 EI ei 的统称 上偏差 最大极限尺寸减基本尺寸的代数差 孔 ES Dmax D 轴 es dmax D下偏差 最小极限尺寸减基本尺寸的代数差 孔 EI Dmin D 轴 ei dmin D 三 有关 偏差和公差 的术语及定义 实际偏差 实际尺寸减基本尺寸的代数差 孔 Ea Da D 轴 ea da D同时 对合格的零件 实际偏差应限制在极限偏差的范围内 也可达到极限偏差 孔 轴实际偏差的合格条件 下偏差 实际偏差 上偏差孔 EI Ea ES 轴 ei ea es 三 有关 偏差和公差 的术语及定义 2 尺寸公差 Tolerance 简称 公差 是允许尺寸的变动范围 公差 最大极限尺寸与最小极限尺寸之代数差的绝对值 公差 上偏差与下偏差之代数差的绝对值 三 有关 偏差和公差 的术语及定义 注 公差和偏差是两个不同的概念 不能混淆 二者的区别 公差代表对制造精度的要求 它反映加工的难易程度 在基本尺寸相同的情况下 公差越大 制造精度越低 加工越容易 公差 是允许尺寸的变动范围 是绝对值量 偏差 是表示偏离基本尺寸的数值 是代数量 有 零件加工的难易与公差有关 与偏差无关 例 已知 孔的基本尺寸为 孔的最大极限尺寸 孔的最小极限尺寸 轴的最大极限尺寸 轴的最小极限尺寸 求 孔和轴的极限偏差和公差 解 孔的上偏差孔的下偏差轴的上偏差轴的下偏差孔的公差轴的公差或 孔的公差轴的公差用基本尺寸和极限偏差可表示为 孔 轴 三 有关 公差与偏差 的术语和定义 3 零线与公差带 ToleranceZone 公差带图 在用图解表示孔 轴的公差与配合及其偏差大小时 可用公差带图来反映这些关系 公差带图中 用一条基准直线代表基本尺寸 称为零线 用两条平行于零线的直线代表上 下偏差 正偏差画在零线上方 负偏差画在零线下方 即构成公差带图 三 有关 公差与偏差 的术语和定义 1 零线 在公差带图中 表示基本尺寸的直线 以其为基准确定公差与偏差 2 公差带 在公差带图中 有代表上偏差和下偏差 或最大极限尺寸和最小极限尺寸的两条直线所界定的区域 公差带图是学习本课程的一个极为重要的概念和工具 必须熟练掌握 三 有关 公差与偏差 的术语和定义 公差带包括了 公差带大小 与 公差带位置 两个参数国标规定 其 大小 由标准公差确定 而 位置 由基本偏差决定 三 有关 公差与偏差 的术语和定义 4 基本偏差 FundamentalDeviation 国标规定的 用以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 5 标准公差 StandardTolerance 国标规定的 用来确定公差带大小的任一公差 国标中规定的公差值 四 有关 配合 的术语及定义 1 间隙或过盈间隙 Clearance 在孔 轴配合中 孔的尺寸减轴的尺寸所得的代数差为正时 是间隙 用X表示 过盈 Interference 在孔 轴配合中 孔的尺寸减轴的尺寸所得的代数差为负时 是过盈 用Y表示 四 有关 配合 的术语及定义 2 配合 Fit 指基本尺寸相同的 相互结合的孔和轴公差带之间的关系 当孔与轴公差带相对位置不同时 就形成不同的配合性质 通常有三种不同的配合性质 它们表示不同的松紧程度 四 有关 配合 的术语及定义 3 配合的分类1 间隙配合 ClearanceFit 孔公差带位于轴公差带之上 一定具有间隙 包括最小间隙为零 的配合 其最大 最小间隙表示如下 注 间隙值之前必须冠以正号 四 有关 配合 的术语及定义 2 过盈配合 interferencefit 孔公差带位于轴公差带之下 一定具有过盈 包括最小过盈为零 的配合 其最大 最小过盈表示如下 注 过盈值之前必须冠以负号 四 有关 配合 的术语及定义 3 过渡配合 transitionfit 是指孔与轴的公差带相互交叠 任取其中一对孔和轴相配 可能具有间隙也可能具有过盈的配合 其配合的极限情况时最大间隙和最大过盈表示如下 四 有关 配合 的术语及定义 4 配合公差指孔 轴配合中 允许间隙 或过盈 的变动量 即间隙或过盈的变动范围 用 Tf 表示 即 在间隙配合中 在过盈配合中 在过渡配合中 四 有关 配合 的术语及定义 例 的孔与的轴配合 试计算该配合的最大间隙 最小间隙 平均间隙和配合公差 并画出该孔 轴配合的公差带图 解 五 配合基准制 1 基准制在孔 轴配合中 将其中之一的公差带位置固定 而靠改变另一个公差带的位置来实现所需的配合要求 这种制度称为基准制 五 配合基准制 国标中规定了两种基准制 2 基孔制指基本偏差为一定的孔的公差带 与不同的基本偏差的轴的公差带形成各种配合性质的配合的一种制度 基孔制的孔为基准孔 基准孔的基本偏差 下偏差 为零 用代号 H 表示 五 配合基准制 3 基轴制指基本偏差为一定的轴的公差带 与不同的基本偏差的孔的公差带形成各种配合性质的配合的一种制度 基轴制的轴为基准轴 基准轴的基本偏差 上偏差 为零 用代号 h 表示 3极限与配合国家标准的构成 一 标准的制定原则与结构特点二 标准公差系列三 基本偏差系列四 公差与配合在图样上的标注五 国标中规定的公差带六 国标中规定的配合 3极限与配合国家标准的构成 一 标准的制定原则与结构特点标准公差IT ISOTolerance 是国标规定的 用以确定公差带大小的任一公差数值 它等于公差等级系数和公差单位的乘积 3极限与配合国家标准的构成 标准的制定原则与结构特点 国家标准 极限与配合 GB T1800 2 1998 GB T1800 3 1998 GB T1800 4 1999 中确定了光滑圆柱体零件或长度单位尺寸的公差与配合的数值 其结构特点是将 公差带大小 和 公差带位置 这两个组成公差带的要素分别进行了标准化 形成标准公差系列和基本偏差系列 3极限与配合国家标准的构成 标准的制定原则与结构特点 标准公差系列和基本偏差系列 二者在原则上是独立的 即 公差带大小 不随 公差带位置 的不同而改变 公差带位置 也不随 公差带大小 的不等而变化 3极限与配合国家标准的构成 标准的制定原则与结构特点 标准公差系列和基本偏差系列两者结合可构成不同的孔 轴公差带 孔与轴不同的公差带位置又可组成多种配合 在此基础上 国标又规定了优先 常用 一般公差带与优先常用配合 以便选择应用 满足互换性的要求 国标公差值的基本结构体系 3极限与配合国家标准的构成 二 标准公差系列 公差带大小的标准化标准公差系列是将决定公差带大小的唯一参数值 公差值 进行了标准化 标准公差数值 p190附表2 2 表中可见 标准公差值是依据基本尺寸和公差等级来确定的 当其它条件相同时 公差值的大小决定了零件的精度高低和加工的难易程度 他是依据下列原则制定的 3极限与配合国家标准的构成 标准公差系列 1 标准公差等级及其代号标准公差等级是公差的分级 即精度要求高低的分级 用 IT 和数字构成其代号 国标规定将标准公差分为20级 即IT01 IT0 IT1 IT2 IT18 按此顺序等级依次降低 相应地公差数值依次增大 即IT01最高 IT18最低 3极限与配合国家标准的构成 标准公差系列 2 公差的计算公式为 其中 公差值 公差等级系数 公差因子 单位 零件的基本尺寸 由此可见 公差值的标准化 就是确定 的关系问题 3极限与配合国家标准的构成 标准公差系列 3 标准公差因子 公差单位 用表示 标准公差因子是计算标准公差的基本单位 也是制定标准公差数值系列的基础 3极限与配合国家标准的构成 标准公差系列 经大量的专门试验及统计分析得知 公差单位与基本尺寸之间的关系 当基本尺寸时 公差单位 当基本尺寸时 公差单位 当基本尺寸时 公差单位 线性关系 3极限与配合国家标准的构成 标准公差系列 4 标准公差数值的计算由式 其中的标准公差等级系数的取值见表2 1 D 500mm 表2 2 500 D 3150mm p17 3极限与配合国家标准的构成 标准公差系列 5 尺寸分段与标准公差表为了简化公差表格 特别是应该适用 国家标准规定 将基本尺寸进行分段 基本尺寸分段后 在每个尺寸段内的所有基本尺寸都规定相同的公差单位I i 计算时 以该段首尾两尺寸的几何平均值作为基本尺寸 然后再乘以不同的等级系数 即得出该尺寸段的各级的标准公差数值 列成标准公差数值表 见P190附表2 2 3极限与配合国家标准的构成 标准公差系列 例 基本尺寸为20mm 求IT6 IT7的公差值 解 由D 20mm 查附表2 2 p190 在18 30尺寸段 即可查得 IT6 13 m IT7 21 m 3极限与配合国家标准的构成 标准公差系列 6 标准公差的特点 IT6可读作 标准公差6级或简称6级公差 同一基本尺寸的孔与轴 其标准公差数值大小应随公差等级的高低而不同 公差等级 公差值 见附表2 2 3极限与配合国家标准的构成 标准公差系列 同一公差等级的孔与轴 随着基本尺寸的不同其标准公差值可能相同 也可能不同 例 IT7的 40和 50轴的公差值是相同的 但IT7的 50和 60轴的公差值则不相同 公差是加工误差的允许值 同一等级的公差具有相同的加工难易程度 总之 标准公差的数值 一与公差等级有关 二为基本尺寸的函数 3极限与配合国家标准的构成 三 基本偏差系列 公差带位置的标准化1 基本偏差如前所述 基本偏差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极限偏差 基本偏差系列是国家标准使公差带位置标准化的唯一指标 3极限与配合国家标准的构成 基本偏差系列 2 基本偏差代号GB T1800 2 1998对孔和轴各规定了28种基本偏差 每种基本偏差用1或2个字母表示 孔用大写字母 轴用小写字母 如孔的基本偏差 A B C CD D E EF F FG X Y Z ZA ZB ZC 轴的基本偏差 a b c cd d e ef f fg x y z za zb zc 3极限与配合国家标准的构成 基本偏差系列 3 轴的基本偏差 是根据科学实验和生产实践的需要 由一系列经验公式确定的 其值已经标准化列表 见附表2 3 p191 192 分析如下 3极限与配合国家标准的构成 基本偏差系列 4 孔的基本偏差 基本尺寸 500mm时 孔的基本偏差是从轴的基本偏差换算而来 见附表2 4 p193 194 分析如下 3极限与配合国家标准的构成 基本偏差系列 5 各种基本偏差所形成配合的特征1 间隙配合对轴 a h的11种基本偏差与基孔制中基准孔配合 都形成间隙配合 基轴制的情况相同 2 过渡配合对轴 js j k m n等5种基本偏差与基孔制中基准孔配合 都形成过渡配合 基轴制的情况相同 3 过盁配合对轴 p zc等12种基本偏差与基孔制中基准孔配合 都形成过盁配合 基轴制的情况相同 3极限与配合国家标准的构成 基本偏差系列 6 轴的基本偏差的确定将孔或轴的基本偏差代号 字母 和标准公差等级代号 数字 组合 公差带代号 如 F6 H7 k6 h7 s8 例 利用附表2 2 2 3确定 60f6 50h7轴的极限偏差并标注 得 国标规定 将孔的公差带代号与轴的公差带代号组合 即得到配合的公差带代号 以分数的形式表示 如 H8 g7 H7 u6 基孔制配合代号 F8 h7 K8 h7 基轴制配合代号 3极限与配合国家标准的构成 基本偏差系列 7 孔的基本偏差的确定孔的基本偏差国标规定 孔的基本偏差分为通用规则特殊规则 3极限与配合国家标准的构成 基本偏差系列 1 通用规则 一般情况下 同一字母的孔的基本偏差与轴的基本偏差相对于零线是完全对称的 即 孔与轴的基本偏差对应时 A对应a 二者的基本偏差绝对值相等 符号相反 应用 A H IT IT8的K M N和IT IT7的P ZC 2 特殊规则 特殊情况下 用同一字母表示孔 轴基本偏差时 孔基本偏差和轴的基本偏差符号相反 而绝对值相差一个 值 即 为尺寸分段内给定的某一标准公差等级的孔的标准公差与高一级的轴的标准公差的差值 即 应用 IT IT8的K M N和IT IT7的P ZC 关于值得推导 孔的基本偏差是由同名轴的基本偏差变换来的 变换原则 同名配合的孔 轴配合性质不变 其中 同名配合 基孔制下孔 轴配合代号和基轴制下的孔 轴配合代号相同 配合性质不变 基孔制下孔轴配合极限与基轴制下孔轴配合极限一样 满足 基准制变换前后孔 轴的公差等级不变 3极限与配合国家标准的构成 基本偏差系列 国标列出的孔 轴基本偏差数值见附表2 2和附表2 3 其另一偏差根据孔 轴的基本偏差和标准公差按以下关系计算 EI ES ITES EI ITei es ITes ei IT举例 确定 25H7 p6 25P7 h6孔与轴的极限偏差 尺寸偏差计算举例 例 确定 25H7 p6 25P7 h6孔与轴的极限偏差 解 25H7 p6 查附表2 2得IT6 13 mIT7 21 m查附表2 3 轴的基本偏差为下偏差 ei 22 m轴的上偏差es ei IT6 35 m基准孔H7的基本偏差为下偏差 且为EI 0则孔的上偏差为ES EI IT7 21 m可得 25P7 h6 查附表2 3 基准轴的基本偏差为上偏差 且es 0则ei 13 m孔的基本偏差为上偏差ES ei 0 022 0 008 14 m孔P7的下偏差为EI ES IT7 14 21 35 m可得 3极限与配合国家标准的构成 四 公差与配合在图样上的标注1 公差带代号公差带的代号由基本偏差代号与公差等级代号组成 如H7 h6 M8 d9等等 在图样上标注尺寸公差时 可以标注极限偏差 上偏差放在基本尺寸的右上角 下偏差放在基本尺寸的右下角 例如 也可以标注尺寸公差带代号 如 50H7 50f6或者两者都标注 3极限与配合国家标准的构成 公差与配合在图样上的标注 2 配合代号将孔的公差带写在分子的位置 轴的公差带写在分母的位置 就构成孔轴配合的公差带 如 或 作业 P7 3 9 3 10 3 11 按教材后面的附表2 2 2 3 2 4确定 3 12 3 13 3极限与配合国家标准的构成 五 国标中规定的公差带标准公差系列 20个 中的任一公差与基本偏差系列 轴 孔各28个 中任一偏差组合 即可得到不同大小和位置的公差带 为了简化公差带种类 减少与之相适应的定值刀具 量具和工艺装备的品种和规格 对基本尺寸至500mm的孔 轴规定了优先 常用和一般用途公差带 3极限与配合国家标准的构成 六 国标中规定的配合原则上 任意一对孔 轴公差带都可以构成配合 同样 为了简化公差配合的种类 减少定值刀具 量具和工艺装备的品种及规格 国家标准在尺寸 500mm的范围内 规定了基孔制和基轴制的优先 基孔制 基轴制各13种 和常用配合 基孔制59种 基轴制47种 基轴制常用 优先配合 3极限与配合国家标准的构成 国标中规定的配合 公差设计时 尺寸 500mm的常用尺寸段配合 应按优先 常用和一般公差带和配合的顺序 选用合适的公差带和配合 标准推荐的优先 常用配合满足工艺等价原则 在基孔制时 当轴的标准公差小于或等于IT7时 与低一级的基准孔相配合 如 H8 g7 H7 f6 当轴的标准公差大于或等于IT8时与同级基准孔相配合 在基轴制时 当孔的标准公差小于IT8级或少数等于IT8级时 与高一级的基准轴相配合 如 K7 h6 G6 h5 其余是孔 轴同级相配 如 F9 h9 H8 h8 3极限与配合国家标准的构成 国标中规定的配合 七 线性尺寸的未注公差国标中对于在一般加工车间易于保证的非配合线性尺寸的公差和基本偏差可以不标注 规定了 一般公差线性尺寸的未注公差 的标准 见附表2 6 2 7 p196 八 大尺寸孔 轴的配制配合对于尺寸 500mm的孔 轴 除采用互换性原则 还可采用配制配合方式加工 配制配合 MF 以有配合要求的孔和轴中的孔或轴的实际尺寸为基数 来配制加工轴或孔的工艺措施 4尺寸精度设计 一 基准制的选择 二 标准公差等级的选择 三 配合种类及其偏差的选择 选择方法有 1 计算法2 实验法3 类比法 4尺寸精度设计 圆柱体结合的精度设计 即基准制 公差等级 基本偏差 配合种类 的选择 当机械设计方案确定以后 公差带和配合的选用 对力学性能 成本 生产率和使用寿命都起着极为重要的作用 4尺寸精度设计 一 基准制的选用基孔制和基轴制可以满足同样的使用要求 基准制的选用主要考虑 工艺的经济性和结构的合理性 1 优先选用基孔制一般情况 优先采用基孔制 这样可以减少备用的定值孔用刀具 量具的种类 经济效益比较好 一 基准制的选用 2 特殊情况采用基轴制1 直接用冷拉钢材做轴 不再加工 如农用机械 纺织机械中 使用具有一定精度的冷拉拔的钢材直接作轴 不需要切削加工 因此 选用基轴制 2 与标准件配合 如标准部件滚动轴承 其外圈外径与外壳孔 标准件圆柱销外径与销孔的配合 是以标准件外径为基准 采用不同的孔的公差带来得到不同的配合松紧 3 仪器 仪表和钟表工业在小尺寸段的公差与配合中 由于轴的尺寸不好控制 基轴制应用较多 4 同一基本尺寸 一轴多孔且配合性质不同时 可采用基轴制 有标准件时 也可能采用无基准件的配合 例1 叉杆 摆杆组件 L1 L3 过渡配合 L2 间隙配合 内燃机中的活塞与活塞孔 连杆套的配合也是基轴制的典型例子 p28 例2 无基准件配合的应用 箱体孔与轴承外圈和轴承盖止口外径的配合 1 根据要求 轴承外圈应过渡配合 2 而轴承盖止口外径应间隙配合 P28图2 17 4尺寸精度设计 二 标准公差等级的选择1 选择公差等级的目的 选择公差等级就是为了具体解决机器零件使用要求与制造工艺及成本之间的矛盾 公差等级选用得是否合理 直接影响加工精度 装配精度 制造成本 使用寿命等 4尺寸精度设计 2 选择公差等级的基本原则 经济地满足使用要求 即在首先满足使用要求的前提下 尽量降低精度要求 使综合经济效果为最好 4尺寸精度设计 3 选择公差等级的方法 目前选择公差等级主要采用类比法 即经验法 这种方法就是找一些生产中