形位公差基本概念 (NXPowerLite)

形位公差、配合基本概念,公差,尺寸公差、配合,形状和位置公差,尺寸公差、配合,公差：根据零件实际功能的要求，对加工后零件要素尺寸变动的范围加以限制，允许尺寸的变动量。基本术语及定义：（1）基本尺寸：设计给定尺寸。（2）实际尺寸：通过测量所得的尺寸，由于存在测量误差，所以实际尺寸并非尺寸的真值。（3）极限尺寸：允许尺寸变化的两个界限值，它以基本尺寸为基数来确定。两个界限值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。（4）尺寸偏差（简称偏差）：某一尺寸减其基本尺寸所得的代数差。最大极限尺寸减其基本尺寸所得的代数差称为上偏差（孔用代号ES，轴用代号es表示）；最小极限尺寸减其基本尺寸所得的代数差称为下偏差（孔用代号EI，轴用代号ei表示）。上下偏差统称为极限偏差，实际尺寸减其基本尺寸所得的代数差称为实际偏差。偏差可以为正、负、零。,尺寸公差、配合,基本术语及定义：（5）尺寸公差（简称公差）：允许尺寸的变动量。公差等于最大极限尺寸与最小极限尺寸的代数差的绝对值，也等于上偏差与下偏差之代数差的绝对值，即公差=|ES-EI|=|es-ei|。（6）零线：在公差与配合图解（简称公差带图）中，确定偏差的一条线即零偏差线，零线表示基本尺寸。（7）尺寸公差带（简称公差带）：在公差带图中，有代表上、下偏差的两条直线所限定的一个区域。,基本术语及定义：（8）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。（9）间隙或过盈：孔的尺寸减去相配合的轴的尺寸所得的代数差，此差值为正时是间隙，为负时是过盈。（10）间隙配合：具有间隙（最小间隙等于零）的配合，此时孔的公差带在轴的公差带之上。,尺寸公差、配合,尺寸公差、配合,基本术语及定义：（11）过盈配合：具有过盈（包括最小过盈等于零）的配合，此时孔的公差带在轴的公差带之下。,尺寸公差、配合,基本术语及定义：（12）过渡配合：可能具有间隙或过盈的配合。此时孔的公差带与轴的公差带相互交叠。,基本术语及定义：（13）配合公差：允许间隙或过盈的变动量。对间隙配合，等于最大间隙与最小间隙之代数差的绝对值（间隙公差）；对过盈配合，等于最小过盈与最大过盈之代数差的绝对值（即过盈公差）；对过渡配合等于最大间隙于最大过盈之代数差的绝对值。配合公差又等于相互配合的孔公差与轴公差之和。,尺寸公差、配合,公差、偏差区别,公差和偏差是两个不同的概念，不能混淆。公差代表制造精度的要求，反映加工的难易程度，基本尺寸相同时，公差值越大，加工越容易。而偏差表示某一尺寸偏离基本尺寸的多少，与加工的难易程度无关，公差值是不为零的绝对值，而偏差值为代数值，可为正、负或零，公差用于控制尺寸的变动范围，极限偏差用于控制实际偏差。,形状和位置公差,基本术语及定义：要素：构成零件几何特征的点、线、面。1、要素按结构特征分类轮廓要素：指构成零件外形的点、线、面各要素，例如球面、圆锥面、圆柱面、环状平面和圆锥面、圆柱面的素线以及圆锥顶点。中心要素：指轮廓要素对称中心所表示的点、线、面各要素，例如圆柱面的轴线、球面的球心。2、要素按存在状态分类理想要素：指具有几何学意义的要素，即几何的点、线、面。它们不存在任何误差。实际要素：零件上实际存在的要素。在评定形位误差时，通常一侧的要素代替实际要素。3、要素按检测关系分类被测要素：指图样上给出了形状公差或（和）位置公差的要素，是检测的对象。,基本术语及定义：基准要素：用来确定被测要素方向或（和）位置的要素。4、要素按功能关系分类单一要素：作为单一基准使用的单个要素。关联要素：指对基准要素有功能关系而给出位置公差的要素。5、基准目标：为构成基准体系的各基准平面而在要素上指定的点、线、面。(不同于卡特的基准目标）当基准目标为点时，用“X”表示。当基准目标为线时，用双点划线表示，并在棱边上加“X”。当基准目标为局部表面时,用双点划线绘出该局部表面的图形,并画上与水平成45度的细实线。,形状和位置公差,形状和位置公差,卡特的基准目标（1）在图纸上，基准点常用字母“X”、“Y”、“Z”来表示，一般地，“X”基准点是三个，“Y”基准点是两个，“Z”基准点是一个。在视图上可以看得见的基准点是用一个上半部分有网状线的圆圈来表示，在圆的下半部分标有一个代表此基准点的字母和其编号。(2)若基准点处在视图上不可见的位置上时,就用斜虚线或虚圆来表示。,形状和位置公差,形状公差:直线度平面度圆度圆柱度线轮廓度面轮廓度,定位公差,定向,定位,跳动,平行度垂直度倾斜度,同轴度对称度位置度,圆跳动全跳动,公差原则的基本术语及定义：（1）作用尺寸和关联作用尺寸由于实际要素存在形状误差，还可能存在位置误差，因此不能单从实际尺寸来判断实际要素与实际要素之间的配合性质或装配状态。例如，孔、轴配合20H7(0+0.021)h6(-0.0130)属于最小间隙为零的间隙配合，但实际孔与实际轴的装配是否间隙配合，不能单从它们的实际尺寸的大小来判断。如下图：加工后孔具有正确的形状，且实际尺寸处处皆为20mm，,形状和位置公差,而轴的实际尺寸虽然处处也为20mm，且横截面的形状正确，但是存在轴线直线度误差（这相当于轴的轮廓尺寸增大，若孔存在轴线直线度误差，则相当于孔的轮廓尺寸减小）。因此，上述实际孔和实际轴的装配，不是“零碰零”的间隙配合，而是有过盈的配合。为了保证指定的孔和轴配合性质，就应同时考虑其实际尺寸和形状误差的影响，他们的综合结果用某种包容实际孔或实际轴的理想面的直径（或宽度）来表示，该直径（或宽度）称为作用尺寸（对于实际尺寸和位置误差的综合结果，则称为关联作用尺寸）。作用尺寸：单一要素的作用尺寸简称作用尺寸MS。如下图，轴的作用尺寸MSs是指假想在配合面的全长，与实际轴1外接的最小理想孔2的尺寸；孔的作用尺寸MSh是指假想在配合面的全长上，与实际孔3内接的最大理想轴4的尺寸。,形状和位置公差,关联作用尺寸：关联要素的作用尺寸简称关联作用尺寸MSr。轴的关联作用尺寸MSrs是指假想在配合面的全长上，与实际轴外接的最小理想孔的尺寸，而该理想孔必须与基准保持图样上给定的几何关系（下图所示最小理想孔K必须垂直于基准平面G）。孔的关联作用尺寸MSrh是指假想在配合面的全长上，与实际孔内接的最大理想轴的尺寸，而该理想轴必须与基准保持图样上给定的几何关系。,形状和位置公差,（2）、最大实体状态(MMC)和最大实体尺寸（MMS)：最大实体状态是指实际要素在尺寸公差范围内，具有材料量最多的状态。如:最大的孔径，最小的轴径。实际要素在最大实体状态下的极限尺寸称为最大实体尺寸。轴（包括凸台等外表面）的最大实体尺寸MMSs为最大极限尺寸dmax，孔（包括槽等内表面）的最大实体尺寸MMSh为最小极限尺寸Dmin。,形状和位置公差,（3）、最小实体状态（LMC）和最小实体尺寸(LMS)：尺寸要素包含了在其给定尺寸限值之内得最少材料量时的状态,如:最大的孔径，最小的轴径。实际要素在最小实体状态下的极限尺寸称为最小实体尺寸。轴（包括凸台等外表面）的最小实体尺寸LMSs为最小极限尺寸dmin，孔（包括槽等内表面）的最小实体尺寸LMSh为最大极限尺寸Dmax。（4）、实效状态和实效尺寸：时效状态VC是指实际要素处于最大实体状态（具有最大实体尺寸），且其对应中心要素的形状误差或位置误差等于给出的形位公差时的状态（图样上该形位公差的数值后面标注了符号）。此状态下的作用尺寸（或关联作用尺寸）称为是小尺寸。单一和关联要素的是小尺寸分别用VS和VSr表示。单一要素的实效尺寸是最大实体尺寸与形状公差的综合结果，公式如下：对于轴（包括凸台等外表面）：实效尺寸VSs=最大极限尺寸dmax+带的形状公差值t（1）,形状和位置公差,M,M,对于孔(包括槽等内表面)：实效尺寸VSh=最小极限尺寸Dmin-带的形状公差值t（2）关联要素的实效尺寸是最大实体尺寸与位置公差的综合结果，公式如下：对于轴（包括凸台等外表面）：实效尺寸VSrs=最大极限尺寸dmax+带的形状公差值t（3）对于孔(包括槽等内表面)：实效尺寸VSrh=最小极限尺寸Dmin-带的形状公差值t（4）（5）、理想边界：设计时，为了控制被测要素的实际尺寸和形位误差的综合结果，需要对该综合结果规定允许的极限。这极限用理想边界的形式表示。理想边界是设计给定的具有理想形状的极限圆柱面或两平行平面。单一要素的理想边界没有方向或位置的约束，而关联要素的理想边界应与基准保持图样上给定的几何关系。对于被测内表面（孔）来说，它的边界相当于一个具有理想形状的外表面（轴）；对于被测外表面（轴）来说，,形状和位置公差,M,M,M,它的边界相当于一个具有理想形状的内表面（孔）。该极限圆柱面的直径或两平行平面的宽度称为边界尺寸。根据设计要求，可以给出两种不同的边界，即最大实体边界和实效边界。当要求被测要素遵守某种理想边界时，该被测要素的实际轮廓不得超出这理想边界，作用尺寸或关联作用尺寸不得超出这理想边界的边界尺寸。最大实体边界：指边界尺寸为最大实体尺寸的理想边界。下图是孔和轴的最大实体边界示例，其中关联要素的最大实体边界垂直与基准平面A。,形状和位置公差,单一要素的最大实体边界,形状和位置公差,关联要素的最大实体边界,S被测要素的实际轮廓；Bm最大实体边界；MMShMMSs孔、轴最大实体边界,形状和位置公差,实效边界：指边界尺寸为实效尺寸的理想边界。下图是孔和轴的实效边界示例，其中关联要素的实效边界垂直于基准平面A。,单一要素的实效边界,S被测要素的实际轮廓；Bv实效边界；MMShMMSs和VShVSs孔、轴最大实体尺寸和实效尺寸,形状和位置公差,关联要素的实效边界,S被测要素的实际轮廓；Bv实效边界；MMShMMSs和VShVSs孔、轴最大实体尺寸和实效尺寸,形状和位置公差,独立原则是指图样上无论注出的或未注的尺寸公差与形位公差各自独立，彼此无关，分别满足各自要求的公差原则。图样上凡是要素的尺寸公差和形位公差没有用特定的关系符号或文字说明它们有联系者，就表示它们遵守独立原则。采用独立原则时尺寸公差和形位公差的职能（1）尺寸公差的职能：尺寸公差仅控制被测要素的实际尺寸的变动量（把实际尺寸控制在给定的极限尺寸范围内），不控制该要素本身的形状误差。（2）形位公差的职能：形位公差控制实际被测要素对其理想形状、方向或位置的变动量，而与该要素的实际尺寸无关。因此，不论要素的实际尺寸大小如何，该要素的实际轮廓应不超出给出的形位公差带的区域，形位误差值不得大于给出的形位公差值。,形状和位置公差,独立原则的主要应用范围（1）对于尺寸公差与形位公差需要分别满足要求，两者不发生联系的要素，不论两者数值的大小，均采用独立原则。（2）对于除配合要求外，还有极高形位精度要求的要素，应采用独立原则。（3）对于未注尺寸公差的要素，由于它们仅为了满足从装配方便、减轻重量等方面提出的要求，而没有配合性质等特殊要求，因此它们的尺寸公差与形位公差应遵守独立原则，不需要它们的尺寸公差与形位公差相互有关。通常这样的形位公差是不标注的。,形状和位置公差,包容原则1、包容原则的含义和在图样上的标注方法包容原则是指设计时应用最大实体边界来控制被测要素的实际尺寸和形位误差的综合结果，要求该要素的实际轮廓不得超出该边界（即作用尺寸或关联作用尺寸应不超出最大实体尺寸），并且实际尺寸不得超出最小实体尺寸。包容原则对于单一要素，适用于圆柱面和两平行平面；对于关联要素，主要适用于与圆柱面对应的轴线及与两平行平面对应的中心平面。当按包容原则给出公差时，对于单一要素，需要在尺寸的上下偏差后面或尺寸公差带代号后面标注符号，40H7(+0.002+0.018)100H740k6。对于关联要素，则需要在形位公差框格的第二格中，把位置公差值用“0”的形式注出。图样上对孔或轴标注了符号或0，就应该满足下列要求：对于轴:MSs(或MSrs)dmax且dadmin,E,E,E,E,M,E,M,形状和位置公差,对于孔:MSh(或MSrh)Dmin且DaDmaxda和Da-轴和孔的实际尺寸2、按包容原则标注的图样解释单一要素或关联要素采用包容原则时，在最大实体边界范围内，该要素的实际尺寸和形位误差相互依赖，所允许的形位误差值完全取决于实际尺寸的大小。因此，若孔或轴的实际尺寸处处皆为最大实体尺寸，则其形位误差必须为零，才能合格。例如下图：,形状和位置公差,da,单一要素包容原则的解释,单一要素的实际轮廓不得超出边界尺寸为20mm的最大实体边界，即轴的作用尺寸应不大于20mm的最大实体尺寸（轴最大极限尺寸）；轴的实际尺寸应不小于19.979mm的最小实体尺寸（轴的最小极限尺寸）。由于轴受到最大实体边界Bm的限制，当轴处于最大实体状态时，不允许存在形状误差；当轴处于最小实体状态时，其轴线直线度误差允许值可达到,形状和位置公差,0.021mm。上图动态公差带图表示轴线直线度误差允许值t随轴实际尺寸da变化的规律。再看下图关联要素包容原则的解释：,关联要素包容原则的解释,Da(mm),形状和位置公差,其中关联要素孔的实际轮廓不得超出边界尺寸为50mm且垂直于基准平面A的最大实体边界，即孔的关联作用尺寸应不小于50mm的最大实体尺寸（孔最小极限尺寸）；孔的实际尺寸应不大于50.13mm的最小实体尺寸（孔最大极限尺寸）。由于孔受到最大实体边界的限制，当孔处于最大实体状态时，垂直度误差允许值为零；当孔处于最小实体状态时，垂直度误差允许值可达到0.13mm。上图的动态公差图表示垂直度误差允许值t随孔实际尺寸Da变化的规律。3、包容原则的主要应用范围包容原则常用于保证配合性质，特别是配合公差较小的精密配合要求，用最大实体边界保证所需要的最小间隙或最大过盈。,形状和位置公差,最大实体原则对于中心要素（如与圆柱面对应的轴线，与两平行平面对应的中心平面），要求其形位公差与其对应轮廓要素的尺寸公差相关时，或同时与其基准轮廓要素的尺寸公差相关时，可以采用最大实体原则。1、最大实体原则应用于被测要素的含义和在图样上的标注方法最大实体原则应用于被测要素时，应在被测要素形位公差框格中的公差值后面标注符号，图示及含义如下：,M,形状和位置公差,上图表示：A、图样上标注的行为公差值是被测要素处于最大实体状态时给出的公差值，并且给出控制该要素实际尺寸和形位误差的综合结果（即实际轮廓）的实效边界。B、被测要素的实际轮廓不得超出实效边界，即其作用尺寸或关联作用尺寸应不超出实效尺寸，且其实际尺寸不得超出极限尺寸。可用下式表示：对于轴MSs(或MSrs)VSs(或VSrs)且dmaxdadmin对于孔:MSh(或MSrh)VSh(或VSrh)且DmaxDaDmin式中MSs、MSrs和MSh、MSrh-轴和孔的作用尺寸、关联作用尺寸da和Da-轴和孔的实际尺寸C、当被测要素的实际轮廓偏离其最大实体状态时，即其实际尺寸偏离最大实际尺寸时（DaDmin时，dadmax时），在被测要素的实际轮廓不超出实际边界的条件下，允许形位误差值大于被测要素处于最大实体状态时给出的形位公差值。,形状和位置公差,2、被测要素按最大实体原则标注的图样解释,上图是最大实体原则应用于单一要素的示例，图a的标注表示50(-0.0250)mm轴的轴线直线度公差与轴尺寸公差的关系采用最大实体原则。,da,形状和位置公差,当轴处于最大实体状态时，其轴线直线度公差值为0.01mm。实际尺寸应在49.97550mm范围内。按公式轴的实效尺寸为VSs=最大极限尺寸dmax+带的形状公差值t=50+0.01=50.01mm在遵守实效边界Bv的条件下，当轴处于最大实体状态即轴的实际尺寸处处皆为最大实体尺寸50mm时，轴线直线度误差允许值为0.01mm图(b)；轴处于最小实体状态即轴的实际尺寸处处皆为最小实体尺寸49.975mm时，轴线直线度误差允许值可以增大到0.035mm图(c)；它等于图样上标注的轴线直线度公差值0.01mm与轴尺寸公差值0.025mm之和。图(d)给出了轴线直线度误差允许值t随轴实际尺寸da变化规律的动态公差带图。,M,形状和位置公差,上图是最大实体原则应用于关联要素的示例，图a的标注表示50(0+0.13)mm孔的轴线对基准平面A的垂直度公差与孔尺寸公差的关系采用最大实体原则，当孔处于最大实体状态时，其轴线垂直度公差为0.08mm。,Da,形状和位置公差,实际尺寸应在5050.13mm范围内。孔的实效尺寸按下式计算：实效尺寸VSrh=最小极限尺寸Dmin-带的轴线垂直度公差值t=50-0.08=49.92在遵守实效边界Bv的条件下，当孔的实际尺寸处处皆为最大实体尺寸50mm时，轴线垂直度误差允许值为0.08mm图(b)；当孔的实际尺寸处处皆为最小实体尺寸50.13mm时，轴线垂直度误差允许值可以增大到0.21mm图(c)；它等于图样上标注的轴线垂直度公差值0.08mm与孔尺寸公差值0.13mm之和。图(d)给出了轴线垂直度误差允许值t随孔实际尺寸Da变化规律的动态公差带图。下图是关联要素应用最大实体原则并限制最大位置误差值的示例。图a的标注表示，上公差框格按最大实体原则标注轴线垂直度公差值0.08mm；下公差框格规定轴线垂直度误差允许值应不大于0.12mm。因此，无论孔的实际尺寸偏离其最大尺寸到什么程度，即使孔处于最小实体状态，轴线垂直度误差值也不得大于0.12mm。图(b)给出了轴线直线度误差允许值t随孔实际尺寸Da变化规律的动态公差带图。,M,形状和位置公差,采用最大实体原则并限制最大位置误差值的示例图,形状和位置公差,轮廓度偏差：偏离图样上由基本尺寸所表示的理想轮廓的最大轮廓偏差。形位误差及其评定：形位误差是指实际被测要素对其理想要素的变动量，是形位公差的控制对象。评定形状误差时，按最小条件的要求，用最小包容区域（简称最小区域）的宽度或直径来表示形状误差值。所谓最小区域，是指包容实际被测要素是具有最小宽度或止境的包容区域。形状误差对使用性能的影响：（1）、影响配合性质（2）、影响零件的功能要求（3）、影响自由装配,形状和位置公差,典型跳动公差带的定义、标注示例和说明（1）、圆跳动a、径向圆跳动：公差带是在垂直于基准轴线的任一测量平面内半径差为公差值t，且圆心在基准轴线上的两个同心圆之间的区域。,d被测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0.05mm公差值。,b、端面圆跳动：公差带是在与基准轴线同轴的任一直径位置的测量圆柱面上，沿母线方向的宽度为公差值t的圆柱面区域。,形状和位置公差,当零件绕基准轴线A作无轴向移动回转时，在被测端面上任一测量直径处的轴向跳动量均不得大于0.05mm公差值。,c、斜向圆跳动：公差带是在与基准轴线同轴的任一测量圆锥面上，沿母线方向的宽度为公差值t的圆锥面区域，除特殊规定外，其测量方向是被测面的法线方向。,被测圆锥面绕基准轴线A作无轴向移动回转时，在任一测量圆锥面上的跳动量均不得大于0.05mm公差值。,形状和位置公差,典型跳动公差带的定义、标注示例和说明（2）、全跳动a、径向全跳动：公差带是半径差为公差值t，且与基准轴线同轴的两圆柱面之间的区域。,形状和位置公差,d被测圆柱面绕基准轴线作无轴向移动地连续回转，同时，指示表作平行于基准轴线的直线移动。在d的整个表面上的跳动量不得大于0.2mm公差值。,形状和位置公差,b、端面全跳动：公差带是距离为公差值t，且与基准轴线垂直的两平行平面之间的区域。,被测端面绕基准轴线A作无轴向移动地连续回转，同时，指示表作垂直于基准轴线A的直线移动。此时，在整个断面上的跳动量均不得大于0.05mm公差值。,形状和位置公差,卡特彼勒图纸中的修正符号（RFS）:指图样给定的形位公差和尺寸相互无关，并分别满足要求的公差原则。尺寸公差仅控制要素局部实际尺寸的变动量，任一位置的实际尺寸只能在最大实体尺寸和最小实体尺寸之间变化；形位公差仅限制形位误差，形位误差不得大于形位公差。（RFS）符号的作用，当形位公差在RFS原则的基础上采用时，所规定的公差与被测要素的尺寸相互无关，该公差被限制到规定的数值内而不考虑被测要素的实际尺寸，同样，在RFS原则基础上参照一个基准要素即意味着不用考虑该基准要素实际尺寸而只需定位其轴线或中心平面即可。当修正符号加到基准代号上时，该基准要素尺寸偏差不允许有补偿的公差。见下图：,S,S,S,形状和位置公差,卡特彼勒图纸中的修正符号当修正符号加到给定公差上时，被控要素的尺寸偏差不允许有补偿的公差。见下图：,S,当修正符号既加在基准代号又加在给定公差上时，则所规定的公差应使用无补偿的公差。见下图：,S,M,卡特彼勒图纸中的修正符号（MMC）:符号的作用，当一个形位公差在MMC原则基础上采用时，所给定的公差与被测要素是相互有关的。如果被测要素处在某MMC尺寸限值上，则该公差值是被限制在所给定的公差值上。在被测要素的实际尺寸已偏离MMC时，则允许在给定的公差上加上一个等于偏离值的增量。当被测要素处在LMC时，则所规定的形位公差中的总的许用偏差达到最大值。同样在MMC的原则基础上参照基准要素即意味着该基准为在MMC限值上时的该基准要素的中心平面或轴线。当基准要素的实际尺寸已偏离MMC时，则在基准要素的轴线或中心平面与该基准的轴线或中心平面之间允许有一个偏差存在。当符号与基准代号规定在一起时见下图A，被控要素相对于其基准的位置可以在位于基准轴线或中心平面处的公差带内变动。该公差带的尺寸等于下面的量：,形状和位置公差,M,形状和位置公差,卡特彼勒图纸中的修正符号1、一个外部要素从其最大尺寸（MMC）上减去，减去的量在其尺寸公差内。2、一个内部要素从其最小尺寸（MMC）上增加，增加的量在其尺寸公差内。当