公差与技术测量第2章..ppt

第2章光滑圆柱体结合的极限与配合 2 1概述2 2极限与配合的基本术语及定义2 3极限制2 4公差带与配合的标准化2 5极限与配合的选择2 6一般公差 线性尺寸的未注公差 2 1概述 光滑圆柱体结合是机械制造中由孔和轴构成的应用最广泛的一种结合形式 圆柱体结合的极限与配合是机械工程的重要基础标准 2 1概述 极限 为使零件具有互换性 就尺寸而言 并不是要求零件都准确地制成一个指定的尺寸 而只是要求这些零件尺寸处在某一合理的变动范围之内 配合 对于相互结合的零件 这个变动范围既要保证相互结合的尺寸之间形成一定的关系 以满足不同的使用要求 又要在制造上是经济合理的 2 1概述 为适应科学技术的飞速发展 1979年 参照国际标准 ISO 修订为GB1800 1804 1979 进人20世纪90年代以来 为使我国的国家标准与国际标准一致或等同 又进行了全面的修订 包括 2 1概述 GB T1800 1 2009产品几何技术规范 GPS 极限与配合第1部分 公差 偏差和配合的基础GB T1800 2 2009产品几何技术规范 GPS 极限与配合第2部分 标准公差等级和孔 轴极限偏差表GB T1801 2009产品几何技术规范 GPS 极限与配合公差带和配合的选择GB T1803 2009公差与配合尺寸至18mm孔 轴公差带GB T1804 2000一般公差未注出公差的线性和角度尺寸的公差GB T3177 2009光滑工件尺寸的检测本章将主要阐述以上 极限与配合 国家标准的构成规律 特征及应用 2 2极限与配合的基本术语及定义 2 2 1有关孔和轴的定义2 2 2有关尺寸的术语及定义2 2 3有关公差与偏差的术语及定义2 2 4有关配合的术语及定义 2 2 1有关孔和轴的定义 孔和轴是 极限与配合 国家标准的主要应用对象 是获得标准数值的主要尺寸要素 因此它们是最基本的术语 2 2 1有关孔和轴的定义 1 孔 圆柱形内表面 也包括非圆柱形内表面 由二平行平面或切面形成的包容面 2 轴 圆柱形外表面 也包括非圆柱形外表面 由二平行平面或切面形成的被包容面 2 2 1有关孔和轴的定义 2 2 1有关孔和轴的定义 在装配关系中 孔和轴的关系表现为包容和被包容的关系 即孔是包容面 轴是被包容面 在加工过程中 随着加工余量的切除 孔的尺寸由小增大 轴的尺寸由大减小 在测量时 测孔用塞规或内卡尺 测轴用环规或外卡尺 孔和轴的区别 2 2 2有关尺寸的术语及定义 1 尺寸 以特定单位表示线性尺寸的数值 在零件图样上 线性尺寸的特定单位为mm 可省略 角度尺寸常以度 分 秒 弧度 rad 为单位进行标注 且必须标明单位符号 2 公称尺寸 基本尺寸 设计给定的尺寸 是通过计算或直接选用确定的 代号 孔D轴d 2 2 2有关尺寸的术语及定义 3 实际尺寸 通过测量获得的尺寸 代号 孔Da轴da 由于测量过程中存在测量误差 所以实际尺寸往往不是被测尺寸的真实大小 真正尺寸 2 2 2有关尺寸的术语及定义 4 极限尺寸 是允许实际尺寸变化的两个界限值 上 最大 极限尺寸 较大的极限尺寸 代号 孔Dmax轴dmax下 最小 极限尺寸 较小的极限尺寸 代号 孔Dmin轴dmin 2 2 2有关尺寸的术语及定义 极限尺寸是根据精度设计要求而确定的 其目的是为了限制加工零件的实际尺寸变动范围 2 2 2有关尺寸的术语及定义 5 最大实体尺寸 MMS 孔或轴具有允许的材料量为最多状态下的极限尺寸 孔DM Dmin轴dM dmax6 最小实体尺寸 LMS 孔或轴具有允许的材料量为最少状态下的极限尺寸 孔DL Dmax轴dL dmin 2 2 2有关尺寸的术语及定义 例如 孔为 轴为 最大实体尺寸 孔为 60mm 轴为 59 970mm 最小实体尺寸 孔为 60 046mm 轴为 59 951mm 2 2 3有关公差与偏差的术语及定义 1 尺寸偏差 简称偏差 某一尺寸 实际尺寸 极限尺寸等 减去其公称尺寸所得的代数差 2 实际偏差 实际尺寸减去其公称尺寸所得的代数差 孔Ea Da D轴ea da d 2 2 3有关公差与偏差的术语及定义 3 极限偏差 极限尺寸减去其公称尺寸所得的代数差 上极限偏差 上偏差 上极限尺寸减去其公称尺寸所得的代数差孔ES Dmax D轴es dmax d下极限偏差 下偏差 下极限尺寸减去其公称尺寸所得的代数差孔EI Dmin D轴ei dmin d 2 2 3有关公差与偏差的术语及定义 注 偏差是代数值 可以为正数 负数或零 但两个极限偏差不能同时为零 2 2 3有关公差与偏差的术语及定义 极限偏差在零件图图纸上的标注 1 单位 mm 不注出 2 极限偏差前有正 负号 0 除外 3 极限偏差首位数字对齐 4 上 下极限偏差绝对值相同 合二为一 5 极限偏差末位数字对齐 不足者补 0 偏差值为 0 时除外 2 2 3有关公差与偏差的术语及定义 4 尺寸公差 简称公差 允许尺寸的变动量 等于上极限尺寸减下极限尺寸之差 或上偏差减下偏差之差 孔TD Dmax Dmin ES EI轴Td dmax dmin es ei 2 2 3有关公差与偏差的术语及定义 5 尺寸公差带含义 表明两个相互结合的孔 轴的公称尺寸 极限尺寸 极限偏差与公差的相互关系 组成 零线和公差带 尺寸公差带图 孔 轴 0 公称尺寸 ES EI es ei TD Td 尺寸公差带图的画法 2 2 3有关公差与偏差的术语及定义 公差与偏差的区别 数值上 偏差可为正 负 零 是指工件尺寸相对于基本尺寸的偏离量 而公差是正值 不能为零 代表加工的精度要求 作用方面 极限偏差用于限制实际偏差 决定公差带的位置 影响配合时的松紧程度 而公差用于限制加工误差 决定公差带的大小 影响配合的精度 工艺上 公差表示制造精度的高低 反映加工的难易程度 偏差取决于加工时机床的调整 如进刀位置等 2 2 3有关公差与偏差的术语及定义 6 基本偏差是用于确定公差带相对零线位置的那个极限偏差 基本偏差的数值已经标准化 它可以是上偏差或下偏差 一般为靠近零线最近的那个偏差 2 2 3有关公差与偏差的术语及定义 7 极限制是指经标准化的公差和偏差制度 例1 公称尺寸 40mmDmax 40 039mmDmin 40 000mmdmax 39 975mmdmin 39 950mm求孔 轴极限偏差 公差 画出尺寸公差带图 例1 解 孔的极限偏差 ES Dmax D 40 039 40 mm 0 039mmEI Dmin D 40 000 40 mm 0mm轴的极限偏差 es dmax d 39 975 40 mm 0 025mmei dmin d 39 950 40 mm 0 050mm孔的公差 TD ES EI 0 039 0 mm 0 039mm轴的公差 Td es ei 0 025 0 050 mm 0 025mm 例1 孔 轴 0 40mm 尺寸公差带图 39 25 50 例2 已知某孔的尺寸为mm 则该孔的最大实体尺寸为mm 最小实体尺寸为mm 2 2 4有关配合的术语及定义 配合含义 公称尺寸相同的 相互结合的孔和轴公差带之间的关系 条件 1 D d2 相互结合国标对配合规定有两种基准制基孔制配合 基本偏差代号为H EI 0基轴制配合 基本偏差代号为h es 0 2 2 4有关配合的术语及定义 2 间隙或过盈孔的尺寸减去相配合的轴的尺寸之差为正时 称为间隙 用代号X表示 孔的尺寸减去相配合的轴的尺寸之差为负时 称为过盈 用代号Y表示 2 2 4有关配合的术语及定义 3 间隙配合定义 孔的公差带完全在轴的公差带之上 具有间隙的配合 包括最小间隙等于零的配合 性质 Xmax Dmax dmin ES eiXmin Dmin dmax EI esXav Xmax Xmin 2特点 EI es 2 2 4有关配合的术语及定义 4 过盈配合定义 孔的公差带完全在轴的公差带之下 具有过盈的配合 包括最小过盈等于零的配合 性质 Ymax Dmin dmax EI esYmin Dmax dmin ES eiYav Ymax Ymin 2特点 ei ES 2 2 4有关配合的术语及定义 5 过渡配合定义 孔的公差带与轴的公差带相互交叠 可能具有间隙或过盈的配合 性质 Xmax Dmax dmin ES eiYmax Dmin dmax EI esXav Yav Xmax Ymax 2 2 2 4有关配合的术语及定义 6 配合公差Tf允许间隙或过盈的变动量 Tf TD Td间隙配合Tf Xmax Xmin 过盈配合Tf Ymax Ymin 过渡配合Tf Xmax Ymax 配合公差带图 例2 1 已知孔 轴的公称尺寸D d 80mm 孔的最大极限尺寸Dmax 80 046mm 孔的最小极限尺寸Dmin 80mm 轴的最大极限尺寸dmax 79 970mm 轴的最小极限尺寸dmin 79 940mm 求孔 轴的极限偏差 公差 极限间隙或极限过盈 平均间隙或平均过盈 配合公差 并画出尺寸公差带图解和配合公差带图解 说明该配合属于哪种基准制 例2 1 解 根据式 2 3 2 21 可得 孔的极限偏差 ES Dmax D 80 046 80 mm 0 046mmEI Dmin D 80 80 mm 0轴的极限偏差 es dmax d 79 970 80 mm 0 030mmei dmin d 79 940 80 mm 0 060mm孔的公差 TD ES EI 0 046 0 mm 0 046mm轴的公差 Td es ei 0 030 0 060 mm 0 030mm 例2 1 该配合形成间隙配合 极限间隙 Xmax Dmax dmin ES ei 0 046 0 060 mm 0 106mm Xmin Dmin dmax EI es 0 0 030 mm 0 030mm平均间隙 Xav Xmax Xmin 2 0 106 0 03 2mm 0 068mm配合公差 Tf Xmax Xmin TD Td 0 076mm该配合属于基孔制 例2 1 孔标注为mm 轴标注为mm尺寸公差带图解和配合公差带图解 例题 mm孔与mm轴的配合属于配合 其极限间隙或极限过盈为和mm 2 3极限制 极限制是指经标准化的公差和偏差制度 标准公差系列基本偏差系列 本节主要介绍GB T1800 2009 极限与配合 中涉及的有关该部分内容 包括标准公差 基本偏差的有关取值 计算及规律等 2 3 1标准公差系列 1 标准公差系列 公差带大小的标准化标准公差IT 大小已经标准化的公差值 标准公差数值见表2 12 标准公差等级表示 IT01 IT0 IT1 IT18等级 高低公差值 小大 2 3 1标准公差系列 500 3150mm 1 2 18共18个标准公差等级表示 IT1 IT2 IT3 2 3 1标准公差系列 3 标准公差因子i 公差单位 是用以确定标准公差的基本单位 是制定标准公差系列表格的基础 当尺寸 500mm时 i的计算公式如下 测量误差加工误差当尺寸 500 3150mm时 i的计算公式如下 i 0 004D 2 1 2 3 1标准公差系列 4 标准公差数值的计算基本尺寸 500mm的各公差等级的标准公差计算公式如表2 2所示 对IT5 IT18 IT i m 其中 公差等级系数i 标准公差因子当基本尺寸一定时 标准公差的大小只取决于公差等级系数 基本尺寸 500 3150mm的标准公差计算公式如表2 3所示 2 3 1标准公差系列 5 基本尺寸分段国标对基本尺寸进行分段见表2 4 标准公差因子i计算式中用于计算的基本尺寸D为每一尺寸段中首尾两个尺寸D首 D尾的几何平均值 2 3 2基本偏差系列 基本偏差代号及特点GB T1800 2 2009对孔和轴分别规定了28种基本偏差 形成如下图所示的基本偏差系列 基本偏差的代号用拉丁字母表示 大写表示孔 小写表示轴 2 3 2基本偏差系列 基本偏差系列图 2 3 2基本偏差系列 1 孔基本偏差特点A H的基本偏差为下偏差EI 其绝对值依次减小 H为基准孔 基本偏差为零 J ZC的基本偏差为上偏差ES 其绝对值依次增大 J保留了J6 J7 J8 JS在各个公差等级中完全对称 基本偏差可为上偏差 IT 2 也可为下偏差 IT 2 2 3 2基本偏差系列 2 轴基本偏差特点a h的基本偏差为上偏差es 其绝对值依次减小 h为基准轴 基本偏差为零 j zc的基本偏差为下偏差ei 其绝对值依次增大 j 轴保留了j5 j6 j7 j8 js在各个公差等级中完全对称 基本偏差可为上偏差 IT 2 也可为下偏差 IT 2 2 3 2基本偏差系列 2 轴的基本偏差轴的基本偏差数值是在基孔制的基础上 根据所要求的不同配合性质来计算确定的 计算公式见表2 5 轴的基本偏差数值见表2 6 2 3 2基本偏差系列 其中 a h用于间隙配合 其中 a b c用于大间隙和热动配合 d e f主要用于在一定转速时能形成油膜支承的结构 为了保证良好的液体摩擦 g主要用于滑动 定心和半液体等配合 cd ef fg适用于小尺寸的旋转运动件 j n主要用于过渡配合 其中 f主要用于和轴承相配的轴 p zc主要用于过盈配合 保证轴和孔有足够的连接强度 例题 查表确定 50f6 30r5 80k6的极限偏差 解题步骤 1 查标准公差表2 1求IT2 查基本偏差表2 6求基本偏差3 由IT es ei求另一极限偏差 例题 2 3 2基本偏差系列 3 孔的基本偏差孔的基本偏差是以基轴制配合为基础制定的 计算公式见表2 5 孔的基本偏差数值见表2 7 孔的基本偏差也可由相同代号的轴的基本偏差换算得到 2 3 2基本偏差系列 换算的前提是 1 在孔和轴为同一公差等级或孔比轴低一级配合的条件下 2 基轴制配合中孔的基本偏差代号与基孔制配合中轴的基本偏差代号相当 例如 40B9 h9中孔的B对应于 40H9 b9中轴的b 3 其基本偏差的对应关系 应保证按基轴制形成的配合 例如 40B9 h9 与按基孔制形成的配合 例如 40H9 b9 相同 2 3 2基本偏差系列 综上所述 孔的基本偏差可按以下两种规则换算 2 3 2基本偏差系列 基本尺寸 500mm的A H EI es 基本尺寸 500mm的IT IT8的K M N及IT IT7的P ZC ES eiIT IT8 基本尺寸 3mm的N例外 其基本偏差ES 0 1 通用规则 同级配合 2 3 2基本偏差系列 2 特殊规则 异级配合 IT IT8的J K M N IT IT7的P ZC ES ei ITn ITn 1 n为某一级孔的公差等级 孔比轴低一个等级 例 已知 求 50G7 50P7极限偏差 解 已知IT7 25 mIT6 16 m 9 m 50G7按通用规则确定 EI es 9 mES EI IT 9 25 34 m 50P7按特殊规则确定 ES ei 26 9 17 mEI ES IT 17 25 42 m 例题 查表确定 60P7 60P8的极限偏差解题步骤 1 查标准公差表2 1求IT2 查基本偏差表2 7求基本偏差3 由IT ES EI求另一极限偏差 例题 2 3 2基本偏差系列 4 公称尺寸 500 3150mm的轴和孔的基本偏差孔和轴的基本偏差数值见表2 8 孔和轴一律采用同级配合 因此孔的基本偏差的计算遵从通用规则 即同代号的轴和孔 其基本偏差的绝对值相等 而符号相反 2 4公差带与配合的标准化 在 极限与配合 国标中 对孔和轴分别规定了20个公差等级和28种基本偏差 孔的公差带总数 28 1 20 3 543轴的公差带总数 28 1 20 4 544 为减少定值刀具 量具和工艺装备的品种及规格 提高制造经济性 国标GB T1801 2009对基本尺寸至500mm的孔 轴分别规定了一般 常用和优先选用公差带 2 4 1常用尺寸段公差与配合 尺寸D 500mm轴一般 常用和优先公差带见图2 15 119 59 13 2 4 1常用尺寸段公差与配合 尺寸D 500mm孔一般 常用和优先公差带见图2 16 105 44 13 2 4 1常用尺寸段公差与配合 基孔制常用 优先配合见表2 9 2 4 1常用尺寸段公差与配合 基轴制优先 常用配合见表2 10 2 4 1常用尺寸段公差与配合 注在表2 9中 当轴的IT IT7时 与低一级的基准孔相配合 当轴的IT IT8时 与同级的基准孔相配合 在表2 10中 当孔的ITIT8时 与同级的基准轴相配合 2 4 2小尺寸段的公差与配合 尺寸至18mm的轴公差带见图2 17 163种 尺寸至18mm的孔公差带见图2 18 145种 主要适用于仪器仪表和钟表工业 标准对这些公差带未指明优先 常用和一般选用的次序 也未推荐配合 各行业 工厂可根据实际情况自行选用公差带并组成配合 2 4 3大尺寸段的公差与配合 尺寸 500 3150mm轴常用公差带见图2 19 41种 尺寸 500 3150mm孔常用公差带见图2 20 31种 国标规定一般采用基孔制的同级配合 没有推荐配合 2 5极限与配合的选择 内容 基准制选择 公差等级确定和配合选择 原则 能保证机械 机电产品的性能优良并且制造经济可行 即极限与配合的正确选择应能使产品的使用价值和制造成本的综合经济效益达到最佳 方法 类比法 试验法和计算法 2 5 1基准制的选择 应综合考虑机械零部件的结构 功能 工艺性 经济性 1 一般情况下优先选用基孔制 2 5 1基准制的选择 2 下列情况选用基轴制 具有明显经济效益 在农业机械 纺织机械 仪器仪表 钟表 无线电和电子行业中 对于同一根轴在不同部位与公称尺寸相同的几个孔配合 并且配合性质各不相同的情况 2 5 1基准制的选择 例 发动机活塞连杆机构 2 5 1基准制的选择 3 与标准件 零件或部件 相配 以标准件为准确定配合制 例 滚动轴承内圈与轴颈的配合应采用基孔制配合 滚动轴承外圈与机座孔的配合则采用基轴制配合 4 特殊情况 可以采用任一孔 轴公差带组成配合 即非基准件配合 2 5 1基准制的选择 例 主轴箱中齿轮轴套和隔套的配合 2 5 2标准公差等级的选择 原则 在充分满足使用要求的前提下 尽可能为所设计的零部件选用较低的公差等级 方法 常用类比法选择 2 5 2标准公差等级的选择 在选择过程中应注意以下几个问题 1 相配合的孔 轴工艺等价性公称尺寸 500mm的配合 IT IT8时 孔的公差等级比轴的公差等级低一级相配合 IT IT8或公称尺寸 500mm的孔和轴推荐采用同级配合 公称尺寸 3mm的配合 孔的加工精度可以高出轴的加工精度1 2级或者更高 对于非基准件配合 则相配件的公差等级可差2 3级 2 5 2标准公差等级的选择 2 配合性质过渡配合和过盈配合推荐孔 IT8 轴 IT7 间隙配合允许间隙量小时 公差等级应高 允许间隙量大时 公差等级可以低些 3 与相配合零部件的精度协调例 与齿轮孔相配合的轴的公差等级应与齿轮的公差等级相当 2 5 2标准公差等级的选择 4 根据零件的功能要求和工作条件考虑主次配合表面主要配合表面的孔和轴选IT5 IT8 次要配合表面的孔和轴选IT9 IT12 非配合表面的孔和轴一般选IT12以下 5 联系实际应用并参考加工成本公差等级的应用范围见表2 11 各种加工方法可达到的公差等级见表2 12 2 5 3配合的选用 选择配合主要是决定相配零件在工作时孔 轴结合的相互关系能保证机器和仪器正常使用 一方面 应遵循设计原则 即在设计中根据使用要求 应尽可能地选用优先配合和常用配合 另一方面 应遵循配合选择的基本步骤 在基准制 公差等级和配合类别选定后 主要确定非基准轴或非基准孔公差带的位置 2 5 3配合的选用 根据使用要求确定配合类别1 相对运动副 采用基本偏差代号为a h 或A H 的间隙配合 2 固定联结 采用基本偏差代号为p zc 或P ZC 的过盈配合 3 定心可拆卸联结 采用基本偏差代号为j n 或J N 的过渡配合 2 5 3配合的选用 2 选定基本偏差1 使用类比法的步骤如下 首先 必须要了解原有机器和机构的使用情况 分析要设计的机器或机构的功用 工作条件及技术要求 进而研究待定配合的结合件的结构 材料工艺 工作条件及使用要求 其次 要了解各种配合的特性 应用场合及国标的有关推荐 2 5 3配合的选用 2 计算法当已知配合的极限间隙或极限过盈时 可通过计算确定配合 例2 7 某基孔制配合 公称尺寸为 40mm 允许配合过盈量为 0 076 0 035mm 试确定配合代号 解 求允许的配合公差 由已知条件Ymax 0 076mmYmin 0 035mm则允许的配合公差 Tf Ymax Ymin 0 076 0 035 mm 0 041mm 例2 7 确定孔 轴公差 查表2 1 基本尺寸为 40mm 孔 轴公差之和小于并接近41 m的标准公差为IT6 16 m IT7 25 m故孔选IT7级 轴选IT6级 确定孔的基本偏差代号孔的公差带代号为H7 优先选用基孔制 EI 0ES 0 025mm标注 例2 7 确定轴的基本偏差代号在基孔制过盈配合中 轴的基本偏差为下偏差 由Ymin ES ei 可得 ei ES Ymin IT7 Ymin 0 025 0 035 mm 0 060mm 查表2