互换性与技术测量第一章.ppt

第一章孔与轴的极限与配合,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GB1591741959（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GB180018041979（简称“新国标”）取代GB159174195919921996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/T1800.11996）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/T18041992）替代未注公差尺寸的极限偏差（GB18041979）。,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/T1800.11997极限与配合基础第1部分：词汇GB/T1800.21998极限与配合基础第2部分：公差、偏差和配合的基本规定GB/T1800.31998极限与配合基础第3部分：标准公差和基本偏差数值表GB/T1800.41999极限与配合标准公差等级和孔、轴的极限偏差表GB/T18011999极限与配合公差带和配合的选择GB/T18042000一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基本词汇,孔和轴尺寸：尺寸、基本尺寸、实际尺寸、作用尺寸、极限尺寸、实体尺寸偏差与公差尺寸公差带图加工误差与公差的关系合格性判定原则,GO,孔和轴,孔指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轴指圆柱形的外表面也包括非圆柱形外表面，即由两平行平面或切平面形成的被包容面即：孔为包容面，轴为被包容面。如图所示。,d1,D1,D2,Home,一、有关尺寸的术语和定义,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。基本尺寸：由设计给定的尺寸，一般要求符合标准的尺寸系列。实际尺寸：通过测量所得的尺寸。由于测量误差:实际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。极限尺寸：允许尺寸变化的两个极限值。两者中大的称为最大极限尺寸，小的称为最小极限尺寸。孔和轴的最大、最小极限尺寸分别为Dmax、dmax和Dmin、dmin表示,最大实体状态（MMC）和最大实体尺寸（MMS）：最大实体状态是指孔或轴在尺寸公差范围内，具有材料量最多时的状态。在此状态下的尺寸，称为最大实体尺寸。即：轴的最大极限尺寸dmax；孔的最小极限尺寸Dmin。最小实体状态（LMC）和最小实体尺寸（LMS）：最小实体状态是指孔或轴在尺寸公差范围内，具有材料量最少时的状态。在此状态下的尺寸，称为最小实体尺寸。即：轴的最小极限尺寸dmin；孔的最大极限尺寸Dmax。,Home,二、有关偏差与公差的术语和定义,偏差：某一尺寸减去基本尺寸所得的代数差。包括实际偏差和极限偏差。极限偏差又分上偏差（ES、es）和下偏差（EI、ei）。ES=Dmax-Des=dmax-dEI=Dmin-Dei=dmin-d公差：允许尺寸的变动量。等于最大极限尺寸与最小极限尺寸之代数差的绝对值。孔、轴的公差分别用Th和Ts表示。Th=Dmax-Dmin=ES-EITs=dmax-dmin=es-ei,公差与极限偏差的比较,两者区别：从数值上看：极限偏差是代数值，正、负或零值是有意义的；而公差是允许尺寸的变动范围，是没有正负号的绝对值，也不能为零（零值意味着加工误差不存在，是不可能的）。实际计算时由于最大极限尺寸大于最小极限尺寸，故可省略绝对值符号。从作用上看：极限偏差用于控制实际偏差，是判断完工零件是否合格的根据，而公差则控制一批零件实际尺寸的差异程度。从工艺上看：对某一具体零件，公差大小反映加工的难易程度，即加工精度的高低，它是制定加工工艺的主要依据，而极限偏差则是调整机床决定切削工具与工件相对位置的依据。两者联系：公差是上、下偏差之代数差的绝对值，所以确定了两极限偏差也就确定了公差。,Home,尺寸公差带图,为了表明两个相互结合的孔、轴的基本尺寸、极限尺寸、极限偏差与公差的关系零线：表示基本尺寸的一条直线，以其为基准确定偏差和公差，零线以上为正，以下为负。尺寸公差带：由代表上、下偏差的两条直线所限定的一个区域。公差带有两个基本参数，即公差带大小与位置。大小由标准公差确定，位置由基本偏差确定。基本偏差：标准中表列的，用以确定公差带相对于零线位置的上偏差或下偏差。一般为靠近零线的那个极限偏差。标准公差：标准中表列的，用确定公差带大小的任一公差。,孔,轴,0,基本尺寸,ES,EI,es,ei,Th,Ts,+,-,尺寸公差带图（举例）,画出基本尺寸为50，最大极限尺寸为50.025、最小极限尺寸为50mm的孔与最大极限尺寸为49.975、最小极限尺寸为49.959mm的轴的公差带图。,0,+,-,50,孔,轴,+0.025,-0.025,-0.041,Home,三、有关“配合”的术语和定义,1、间隙或过盈孔的尺寸减去相配合的轴的尺寸，所得差值为正值时，此差值称为间隙，用代号“X”表示。孔的尺寸减去相配合的轴的尺寸，所得差值为负值时，此差值称为过盈，用代号“Y”表示。,2配合的概念,基本尺寸相同，相互结合的孔、轴公差带之间的关系，称为配合。,D（d）,Dmax,Dmin,dmin,dmax,ES,EI,TD,Td,es,ei,零线,孔,轴,配合制,改变孔和轴的公差带位置可以得到很多配合，为便于现代大生产，简化标准，标准对配合规定了两种配合制：基孔制和基轴制。基孔制：基本偏差为一定的孔的公差带与不同基本偏差轴的公差带形成各种配合的一种制度。基孔制中的孔为基准孔，其下偏差为零。,0,+,-,基本尺寸,孔,轴,轴,轴,轴,轴,轴,轴,间隙配合,过渡配合,过盈配合,轴,配合制（续）,基轴制：基本偏差为一定的轴的公差带与不同基本偏差孔的公差带形成各种配合的一种制度。基轴制中的轴为基准轴，其上偏差为零。,0,+,-,轴,孔,孔,孔,孔,孔,孔,孔,间隙配合,过渡配合,过盈配合,孔,配合的类别,通过公差带图，我们能清楚地看到孔、轴公差带之间的关系。根据其公带位置不同，可分为三种类型：间隙配合、过盈配合和过渡配合。,0,+,-,基本尺寸,孔,轴,孔,轴,孔,轴,间隙配合,具有间隙（包括最小间隙为零）的配合称为间隙配合。此时，孔的公差带在轴的公差带之上。,孔,Xmax,Xmin,0,+,-,轴,其特征值是最大间隙Xmax和最小间隙Xmin。,孔的最大极限尺寸减去轴的最小极限尺寸所得的代数差称为最大间隙，用Xmax表示。Xmax=Dmax-dmin=ES-ei,孔的最小极限尺寸减去轴的最大极限尺寸所得的代数差称为最小间隙，用Xmin表示。Xmin=Dmin-dmax=EI-es实际生产中，平均间隙更能体现其配合性质。Xav=（Xmax+Xmin）/2,过盈配合,具有过盈（包括最小过盈等于零）的配合称为过盈配合。此时，孔的公差带在轴的公差带之下。,轴,0,+,-,Ymax,Ymin,孔,其特征值是最大过盈Ymax和最小过盈Ymin。,孔的最小极限尺寸减去轴的最大极限尺寸所得的代数差称为最大过盈，用Ymax表示。Ymax=Dmin-dmax=EI-es,孔的最大极限尺寸减去轴的最小极限尺寸所得的代数差称为最小过盈，用Ymin表示。Ymin=Dmax-dmin=ES-ei,实际生产中，平均过盈更能体现其配合性质。Yav=（Ymax+Ymin）/2,过渡配合,可能具有间隙也可能具有过盈的配合称为过渡配合。此时，孔的公差带与轴的公差带相互重叠。,孔,轴,0,+,-,Xmax,Ymax,其特征值是最大间隙Xmax和最大过盈Ymax。,孔的最大极限尺寸减去轴的最小极限尺寸所得的代数差称为最大间隙，用Xmax表示。Xmax=Dmax-dmin=ES-ei,孔的最小极限尺寸减去轴的最大极限尺寸所得的代数差称为最大过盈，用Ymax表示。Ymax=Dmin-dmax=EI-es,实际生产中，其平均松紧程度可能表示为平均间隙，也可能表示为平均过盈。即：Xav（或Yav）=（Xmax+Ymax）/2,配合公差,配合公差是指允许间隙或过盈的变动量。它是设计人员根据机器配合部位使用性能的要求对配合松紧变动的程度给定的允许值。它反映配合的松紧变化程度，表示配合精度，是评定配合质量的一个重要的综合指标。在数值上，它是一个没有正、负号，也不能为零的绝对值。它的数值用公式表示为：对于间隙配合Tf=XmaxXmin对于过盈配合Tf=YminYmax对于过渡配合Tf=XmaxYmax将最大、最小间隙和过盈分别用孔、轴极限尺寸或极限偏差换算后代入上式，则得三类配合的配合公差的共同公式为：Tf=Th+Ts,配合公差带,配合公差带就是以零间隙（或零过盈）为零线，用适当比例画出的代表两极限间隙（或极限过盈）的两条直线所限定的区域。,有关计算,计算:孔mm与轴mm孔mm与轴mm孔mm与轴mm配合的极限间隙或极限过盈、配合公差并画出公差带图，说明配合类别。,0,0,0,+,+,+,-,-,-,50,50,50,+0.025,-0.025,-0.041,+0.025,+0.059,+0.043,+0.025,+0.018,+0.002,计算,解：（1）最大间隙Xmax=ES-ei=+0.025-(-0.041)=+0.066mm最小间隙Xmin=EI-es=0-(-0.025)=+0.025mm配合公差Tf=XmaxXmin=+0.066-(+0.025)=0.041mm(2)最大过盈Ymax=EI-es=0-(+0.059)=-0.059mm最小过盈Ymin=ES-ei=+0.025-(+0.043)=-0.018mm配合公差Tf=YminYmax=-0.018-(-0.059)=0.041mm(3)最大间隙Xmax=ES-ei=+0.025-(+0.002)=+0.023mm最大过盈Ymax=EI-es=0-(+0.018)=-0.018mm配合公差Tf=XmaxYmax=+0.023-(-0.018)=0.041mm,1.3极限与配合国家标准,一、标准公差系列,1、标准公差因子标准公差IT（ISOTolerance）：是国标规定的，用以确定公差带大小的任一公差值。它等于公差等级系数和标准公差因子的乘积。标准公差因子i：计算公差的基本单位。与基本尺寸呈一定的线性关系。当尺寸小于等于500mm时，国家标准的公差单位i按下式计算i=0.45+0.001D,公差单位,当尺寸在5003150mm时，国家标准的公差单位i按下式计算,2、公差等级,国家标准规定的标准公差等级是确定零件尺寸精度的等级。国家标准规定的标准公差是用公差等级系数和标准公差因子的乘积值来决定的。在基本尺寸一定的情况下，公差等级系数是决定标准公差大小的唯一参数。根据公差等级不同，国标规定标准公差分为20个等级，即IT01、IT0、IT1、IT2、IT18。从IT01到IT18，等级依次降低，而相应的标准公差值依次增大,尺寸500mm的IT5至IT18级标准公差计算表如表1-4,对于尺寸500mm更高等级，主要考虑测量误差，公差计算采用线性关系式。如表1-5,标准公差IT2-IT4的数值，大约在IT1-IT5之间近似呈几何级数，比值为即,IT2、IT3、IT4的标准公差分别为,对于尺寸大于500mm时，IT5以下各级标准公差同样以公差等级系数和公差单位的乘积来计算，如表1-6。,标准公差IT2-IT4的数值，同样在IT1-IT5之间近似呈几何级数，比值为,IT01、IT0、IT1分别按1I，I，2I计算。,3、基本尺寸分段,基本尺寸分段：为减少标准公差的数目，简化公差表格以利生产，国标对基本尺寸进行了分段，表1-7。在标准公差和基本偏差的计算公式中，基本尺寸一律以所属尺寸段的几何平均值来计算。按几何平均值计算出的公差值经尾数化整，即得出标准公差值。见表1-8。,标准公差计算举例,基本尺寸为20mm，求IT6、IT7的公差值。解：基本尺寸20mm，属于1830mm，则D=1830=23.24mm公差单位i=0.45+0.001D=1.31m查表1-4IT6=10iIT7=16i即IT6=101.31m=13.1m13mIT7=161.31m=20.96m21m,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，公差值同一公差等级的孔与轴，随着基本尺寸大小的不同应规定不同的标准公差值。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。Home,二、基本偏差系列,基本偏差：确定零件公差带相对于零线位置的极限偏差。它是公差带位置标准化的唯一指标。除JS和js外，均指靠近零线的偏差。与公差等级无关。基本偏差代号：用拉丁字母表示。大写表示孔，小写表示轴。在26个字母中除去易与其它混淆的I、L、O、Q、W，再加上七个用两个字母表示的代号（CD、EF、FG、JS、ZA、ZB、ZC），共有28个代号，即孔和轴各有28个基本偏差。其中JS和js相对于零线完全对称。对于轴：ah的基本偏差为上偏差es，其绝对值依次减小，jzc的基本偏差为下偏差ei，其绝对值依次增大。对于孔：AH的基本偏差为下偏差EI，其绝对值依次减小，JZC的基本偏差为上偏差ES，其绝对值依次增大。H为基准孔，基本偏差为下偏差，值为零；h为基准轴，基本偏差为上偏差，值为零。,1、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。,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：AH(ah)与公差等级无关。10f7、10f8、10f9d)“AZC”（azc）除J（j）以外，20个等级齐全。,2、基本偏差数值,基本尺寸小于等于500mm时，轴的基本偏差公式见表1-9，它是以基孔制配合为基础来考虑的。a-h用于间隙配合基本偏差的绝对值等以最小间隙a,b,c-用于大间隙和热动配合d,e,f-主要用于旋转运动g-主要用于滑动和半液体摩擦及要求定位的配合cd,ef,fg-适用于尺寸较小的旋转运动件。j-n-主要用于过渡配合。其中j主要用于和轴承相配的孔和轴。p-zc-过盈配合,1）轴的基本偏差数值,2孔的基本偏差数值,孔的基本偏差数值也是按表1-9中的公式计算。对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、轴基本偏差的绝对值相等，符号相反。即：ES=-eiEI=-es这一规则适用于所有的基本偏差，下列情况除外（1）基本尺寸3500mm标准公差等级为IT9IT16的基本偏差N，其数值等于零。（2）基本尺寸3500mm标准公差等级IT8的基本偏差J、K、M、N以及标准公差等级IT7的基本偏差PZC，在计算孔基本偏差时，应附加一个值。即：ES=-ei+,尺寸偏差的基本计算,国标列出的孔、轴基本偏差数值见表1-10和表1-11。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,确定25H7/p6，25P7/h6孔与轴的极限偏差。解：查表1-8得IT6=13mIT7=21m查表1-10，轴的基本偏差为下偏差，ei=+22m轴的上偏差es=ei+IT6=35m基准孔H7的下偏差为0则孔的上偏差为ES=+21mHome,三、公差带与配合代号,（1）公差带代号：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),0.0040.022,0.0040.022,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PZC;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D500mm的IT8的K、M、N以及IT7的PZC，还有D500mm、D3mm的所有JZC形成配合时，必须采用孔、轴同级。D500mm的IT8的J、K、M、N以及IT7的PZC形成配合时，必须采用孔比轴低一级。,第四节国家标准规定的公差带与配合,标准公差系列中的任一公差与基本偏差系列中任一偏差组合，即可得到不同大小和位置的公差带。在基本尺寸500mm内组成种孔的公差带和种轴的公差带。如果将这些孔轴公差带在生产实际中都投入使用，显然是不经济的，而且也不必要的。GB/T1800.41999虽然规定了标准公差带，对公差带做了选择但范围仍然很广，从经济性出发，减少定值刀、量具及工艺装备的品种和规格，参考其他国家标准并结合我国实际，GB/T18011999对公差带与配合地选择，做了进一步的限制。,HOME,常用尺寸段配合特点,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。,其它尺寸段配合特点,大尺寸段（基本尺寸5003150mm）：标准规定了常用轴公差带41种，孔公差带31种，没有推荐配合，规定一般采用基孔制的同级配合。,其它尺寸段配合特点,小尺寸段（尺寸至18mm）：主要适用于仪器仪表和钟表工业，国标规定了163种轴公差带和145种孔公差带，标准未指明选用次序，也未推荐配合。由于小尺寸段轴比孔难加工，所以基轴制用的较多。配合公差等级也更为复杂。,练习,下列配合属于哪种基准制的哪种配合，确定其配合的极限间隙（过盈）和配合公差。并画出其公差带图。50H8/f7，30K7/h6，30H7/p6,0,0,0,+,+,+,-,-,-,50,30,30,+0.039,-0.025,-0.050,+0.006,+0.021,+0.035,+0.022,-0.015,-0.013,第五节公差与配合的选用,一、基准制的选用,基孔制和基轴制是两种平行的配合制。基孔制配合能满足要求的，用同一偏差代号按基轴制形成的配合，也能满足使用要求。如：H7/k6与K7/h6的配合性质基本相同，称为“同名配合”。,所以，基准制的选择与功能要求无关，主要考虑加工的经济性和结构的合理性，工艺等方面来考虑。,基准制的选用,1、一般情况下、应优先选用基孔制。只有在有明显的经济效益时，才采用基轴制。,用冷拔钢作轴时。冷拉圆型材，其尺寸公差可达IT7IT9，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。,基准制的选用,同一基本尺寸的轴与多孔相配合，且配合性质要求不同时，采用基轴制。,基准制的选用,2.与标准件配合时，基准制的选择通常依标准件而定。,3.在实际生产中，由于结构或某些特殊的需要，允许采用非基准制配合。,二公差等级的选用,1、在满足使用性能的前提下，尽量选择较低的精度等级。,采用类比法选择公差等级时应考虑的问题,应遵循工艺等价的原则，即相互结合的零件，其加工的难易程度应基本相当。根据这一原则，对于基本尺寸500mm的，当标准公差等级IT8时，标准推荐孔比轴低一级，如：H8/m7，K7/h6；当公差等级IT8，标准推荐孔与轴同级，如：H9/h9，D9/h9，IT8属于临界值，IT8级的孔可与同级的轴配合，也可以与高一级的轴配合，如：H8/f8，H8/k7。但对标准公差等级IT8或对于基本尺寸500mm的，一般采用孔、轴同级配合。,采用类比法选择公差等级时应考虑的问题,在非配合制的配合中，当配合精度要求不高，为降低成本，允许相配合零件的公差等级相差23级，如图所示的箱体孔与端盖的配合。,三配合的选用,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。,配合的选用,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,配合件的工作情况各种基本偏差形成配合的特点配合件的生产情况,1.分析零件的工作条件及使用要求,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。,2.了解各类配合的特点和应用（各种基本偏差形成配合的特点）,间隙配合有AH（ah）共十一种，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。,2.了解各类配合的特点和应用（各种基本偏差形成配合的