机械设计基础公差与配合课件

几何精度规范学基础,众所周知，机械产品是固态产品，主要是由具有一定的几何形状的零部件安装组成。固态产品的特点就是具有特定的几何外型。而几何外型的特性对产品的使用功能具有直接的影响。固态产品在设计后需要加工制造、装配调试后才能形成成品。由于加工和装配过程中，存在着误差，使得设计的理想成品和实际成品在几何特性上就存在差异。几何精度规范学就是处理这些差异的。,机械是由多个部件和零件组合而成的。大规模生产时，要求由不同工厂、不同车间、不同工人生产的相同规格的零件具有互换性，以便在装配时不需要特意选择、修配和调整就能组成机械或仪器。为了实现零件的互换性，必须保证零件的尺寸、几何形状和相对位置以及表面粗糙度的一致性。,互换性：指机器和零件相互之间互以代换且能保证使用要求的一致性。所谓零件的互换性指：当装配一台机器或部件时，只要在一批相同规格的零件中任取一件装配到机器或部件上，不需选择、修配和调整就能满足性能要求。（表现为：装配前不需要选择，装配时不需要修配，装配后不需要调整即可以满足预定功能要求。）,在当前全球化大生产的条件下，按照专业协作的原则进行生产，是提高产品质量，降低生产成本，从而提高经济效益的必由之路。专业化协作生产的基础就是共同遵守相同的标准规范。既标准化：安装强制性标准对产品性能或者外观几何尺寸实现统一规格而采取的措施。,标准化的主要形式有简单化、统一化、系列化、通用化和组合化。简单化：在一定范围内缩减对象事物的类型数目，使之在既定的时间内足以满足一般性需要的标准化形式。统一化：是把同类事物两种以上的表现形态归并成一种，或限定在一定范围内的标准化形式。,系列化：对同一类产品中的一组产品同时进行标准化的一种形式，是使某一类产品系统的结构优化、功能最佳的标准化形式。通用化：指在互相独立的系统中，选择和确定具有功能互换性或尺寸互换性的子系统或功能单元的标准化形式。组合化：是按照标准化原则，设计并制造出若干个通用性较强的单元，根据需要拼合成不同用途的物品的标准化形式。,一、尺寸的含义和常识用特定的单位表示长度值和角度值的数值称为尺寸。代表长度值的尺寸称为长度尺寸，也称线性尺寸或简称尺寸。代表角度值的尺寸称为角度尺寸，也简称角度。线性尺寸分为可以形成配合的尺寸（配合尺寸）和非配合尺寸。如装配在一起且基本尺寸相同的孔和轴的尺寸为配合尺寸，而孔的中心距，齿轮的宽度、台阶的高度等为非配合尺寸。,1.孔：由单一尺寸所确定的包容面2.轴：由单一尺寸确定的被包容面3.基本尺寸设计给定的尺寸称为基本尺寸。它只代表尺寸的基本大小或名义值。孔的基本尺寸用D表示，轴的基本尺寸用d表示。4.实际尺寸通过测量得到的尺寸称为实际尺寸。由于测量存在着误差，所以实际尺寸不是被测尺寸的真值。5.极限尺寸允许尺寸变化的极限值称为极限尺寸。通常规定两个界限值，其中较大的一个界限值称为最大极限尺寸，较小的一个界限值称为最小极限尺寸。孔的最大极限尺寸用Dmax表示，最小极限尺寸用Dmin表示，轴的最大极限尺寸用dmax表示，最小极限尺寸用dmin表示。,二、尺寸偏差和公差1.尺寸偏差某一尺寸减去其基本尺寸所得到的代数差称为尺寸偏差，简称偏差。2.实际偏差实际尺寸减去其基本尺寸所得到的代数差称为实际偏差。3.极限偏差极限尺寸减去其基本尺寸所得到的代数差称为极限偏差。最大极限尺寸减去其基本尺寸所得到的代数差称为上偏差。最小极限尺寸减去其基本尺寸所得到的代数差称为下偏差孔的偏差代号为：上偏差ES，下偏差EI；孔的偏差代号为：上偏差es，下偏差ei。,4.尺寸公差允许尺寸的变动量称为尺寸公差，简称公差。公差等于最大极限尺寸与最小极限尺寸之差。也等于上偏差减下偏差。5.标准公差标准公差由国家标准规定的，用以确定公差带大小的任一公差，常用IT表示。为了确定不同加工精度要求下的标准公差值，国家标准规定了20个标准公差等级，按加工精度由高到低的顺序依次为：IT01,IT0,IT1,IT2,IT3,IT16,IT17,IT18。机械设计中最常用的公差等级是411级。4级、5级用于特别精密的零件，6级、7级用于重要的零件，8级、9级用于工作速度中等及具有中等精度要求的零件，10级、11级用于低速机械中的低精度零件。,6.基本偏差基本偏差是由国家标准规定的，用以确定公差带相对于零线位置的上偏差或下偏差。在一般情况下，基本偏差是靠近零线的那个极限偏差。它与公差等级无关，只表示公差带的位置。国家标准分别对孔和轴的尺寸规定了28种基本偏差，孔的基本偏差代号用大写字母表示，轴的基本偏差代号用小写字母表示,7.尺寸公差带及代号由最大极限尺寸与最小极限尺寸所限定的区域称为尺寸公差带。尺寸公差带具有两个特征：大小和位置。大小由标准公差数值确定。它体现对零件加工精度的要求位置由基本偏差确定。公差带的代号由基本偏差代号与标准公差等级代号组成，如H6,h8,E7,m9等，8.优先、常用和一般公差带由基本偏差代号与标准公差等级可组成500多种公差带，为了减少与之相适应的定值刀具、量具和工装的品种和规格，对基本尺寸小于500mm的孔和轴，规定了优先公差带（圆圈中）、常用公差带（方框中）和一般公差带。设计时，应优先使用优先公差带，其次才使用常用公差带，再其次才考虑使用一般公差带。,孔的优先、常用和一般公差带,轴的优先、常用和一般公差带,三、尺寸的配合同一基本尺寸的孔和轴的结合称为配合。在机械设计中，轴和孔的结合，是应用最广泛的一种尺寸配合，它是由圆柱体的内外表面构成的，由直径和长度尺寸确定。直径对圆柱结合的功能要求影响最大，而长度的影响较小。1配合的种类及选择根据相互结合的孔和轴公差带不同的相对位置关系，可以把配合分为三类：间隙配合、过盈配合、过渡配合。,原则上，任意一对孔和轴的标准公差带都可以构成配合，但实际上，为了生产的经济性，国家标准规定了优先配合和常用配合的种类，见附表1-1和1-2。2配合制及选择为了以尽可能少的标准公差形成最多种的配合，标准规定了两种配合制：基孔制和基轴制。基孔制和基轴制是两种平行的配合制，都可以得到结合性质基本相同的标准配合，所以配合制的选择与功能要求无关，主要考虑工艺的经济性和结构的合理性。在一般情况下，优先选用基孔制，可以大大减少孔的极限尺寸的种类，从而减少定尺寸刀具、量具的数目，这是因为在常用尺寸段，加工同一精度等级的孔比加工轴要困难。,（1）基孔制基本偏差为H的孔的公差带与不同基本偏差的轴的公差带形成各种配合的制度。,（2）基轴制基本偏差为h的轴的公差带与不同基本偏差的孔的公差带形成各种配合的制度。,（3）配合制的选用原则,考虑到工艺的经济性和结构的合理性，国家标准规定，一般情况下优先选用基孔制。（主要是考虑加工刀具和检验量具，如钻头、铰刀、拉刀等）。考虑到结构和工艺上的特点，在一些特殊场合选用基轴制更为合理。如小于1mm的精密轴比孔更难以制造，直接采用经过光轧成型的钢丝做轴，不再加工，在仪器、仪表、电子产品中因此常采用基轴制。再如农业机械中直接采用冷拔钢材直接做轴时等。与标准件配合时，应按标准件来选择配合制，例如滚动轴承内圈与轴颈的配合必须采用基孔制，而外圈与外壳孔或轴承座孔则必须采用基轴制。,3.尺寸配合在图纸上的标注在装配图或部件图中，标注配合尺寸公差时，可以标公差带代号，可以标极限偏差，也可以两者都标。如直径为50mm，公差带为h7的轴与直径为50mm，公差带为H8的孔的配合在图样上的三种标注方法如下：(优先选择第一种),1)注出公差带代号(大批量)。,2)注出极限偏差数值(小批量)。,3)两者同时注出(批量不定)。,零件图上尺寸公差的标注,装配图中尺寸公差的标注,装配图中最好只注配合代号，不注公差数值。,(1)基孔制配合的标注方法,（）基轴制配合的标注方式,和标准件的配合，要以标准件为基准。如和滚动轴承的配合。,轴承内圈与轴的配合为基孔制，只标注轴的公差30k6轴承外圈与座孔的配合为基轴制，只标注孔的公差62F7,四、形状和位置公差在机械零件的设计时，除了要规定尺寸公差外，还要对其几何形状和位置规定合理的精度要求，以限制零件的形状和位置的误差，从而满足零件的装配要求和保证产品的工作性能。零件的实际形状和位置对其理想形状和位置的差异就是形状和位置误差，允许形状和位置误差的变动量称为形状和位置公差。,标注实例,d,0.05,A,五、表面粗糙度表面粗糙度是指零件表面的微观几何形状误差。它主要是在零件加工过程中，由刀痕、塑性变形、刀具和零件间摩擦和震动等原因造成。表面粗糙度可用轮廓算术平均偏差及微观不平度十点高度来评定。,（1）轮廓算术平均偏差在取样长度内，被测表面实际轮廓上各点至轮廓中线距离绝对值的平均值，即,（2）微观不平度十点高度在取样长度内，5个最大的轮廓峰高的平均值与5个最大的轮廓谷深的平均值之和，即,（m）,机械设计中，通常是用来作为表面粗糙度的评定参数。表面粗糙度的标准值系列如下：100，50，25，12.5，6.3，3.2，1.6，0.8，0.4，0.2，0.1，0.05，0.025，0.012。数值越大，表面越粗糙。,表面粗糙度代号及含义,在上述三个符号的长边上均可加一横线，用于标注有关说明和参数,在上述三个带横线符号上均可加一小圆，表示所有表面具有相同的表面粗糙度要求,代号中数字的方向必须与尺寸数字方向一致。对其中使用最多的一种代(符号)，可以统一标注在图纸右上角，并加注“其余”两字，代(符)号的大小应是图形上其它代号的1.4倍。,附录2渐开线圆柱齿轮传动的精度及选择,1、依据：GB/T10095.120012、精度等级：13个精度等级。第0级最高，第12级的最低。0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12远景级高精度级中等精度级低精度级,各类机械中齿轮传动的精度等级,3、齿轮公差：实际应用中，齿轮的各项公差可分为三组：第组公差又称运动精度，它影响传递运动的准确性。控制以齿轮一转为周期的误差。第组公差又称工作平稳性精度，它影响传动的平稳性、振动和噪声。控制齿轮一转内多次周期重复出现的误差。第组公差影响载荷分布均匀性及承载能力又称接触精度,4、精度等级的选择三组精度等级可以相同，也可以不同，工作平稳性精度（II）可以高于或低于运动精度(I)，但不能高于2级或低于1级，接触精度(III)不能低于工作平稳性精度。根据用途、使用条件、功率、速度等指标决定精度等级。如精密切削机床、航空发动机的精度选高一些（37级），矿山机械、农业机械的精度选低一些（811级），以免加工成本的增高，造成浪费。,5精度项目的选用齿轮传动的功能要求与齿轮各精度项目之间的主要对应关系,精度项目的选用主要考虑精度级别、项目间的协调、生产批量和检测费用等因素。,各类齿轮推荐的精度项目组合,允许各组公差选用不同的精度等级，但同一组中的各项公差应具有相同等级。,5、精度等级在图样上的标注同一标准中各精度