第九章 圆锥结合互换性

1、第六章第六章 圆锥结合的互换性圆锥结合的互换性 第一节第一节 概概 述述 圆锥配合的特点圆锥配合的特点 与圆柱配合相比较，与圆柱配合相比较，圆锥配合有如下主要优点：圆锥配合有如下主要优点： 1. 对中性好对中性好 如图如图(b) 所示，在圆锥配合中，内、外圆锥在轴向所示，在圆锥配合中，内、外圆锥在轴向 力的作用下能自动对中，以保证内、外圆锥体的轴线具有力的作用下能自动对中，以保证内、外圆锥体的轴线具有 较高精度的同轴度，并能快速装拆。较高精度的同轴度，并能快速装拆。 圆柱配合和圆锥配合的比较圆柱配合和圆锥配合的比较 2. 配合的间隙或过盈可以调整配合的间隙或过盈可以调整 圆锥配合中，间隙或过盈

2、的大小可以通过内、外圆锥圆锥配合中，间隙或过盈的大小可以通过内、外圆锥 的轴向相对移动来调整，并且装拆方便的轴向相对移动来调整，并且装拆方便(如图所示如图所示)。 3. 密封性好密封性好 内、外圆锥的表面经过配对研磨后，配合起来具有良内、外圆锥的表面经过配对研磨后，配合起来具有良 好的自锁性和密封性。好的自锁性和密封性。 圆锥配合的缺点：圆锥配合的缺点： 结构复杂、影响互换性参数比较多、加工和检测也比结构复杂、影响互换性参数比较多、加工和检测也比 较困难，故其应用不如圆柱配合广泛。较困难，故其应用不如圆柱配合广泛。 圆柱配合和圆锥配合的比较圆柱配合和圆锥配合的比较 圆锥配合的基本参数圆锥配合的

3、基本参数 圆锥配合中的基本参数如图所示。圆锥配合中的基本参数如图所示。 圆锥配合的基本参数 1. 圆锥角圆锥角（） 圆锥角是指通过圆锥轴线圆锥角是指通过圆锥轴线 的截面内，两条素线间的的截面内，两条素线间的 夹角，用符号夹角，用符号 表示。表示。 2. 圆锥素线角圆锥素线角（/2）) 圆锥素线角是指圆锥素线圆锥素线角是指圆锥素线 与其轴线间的夹角，它等于与其轴线间的夹角，它等于/2。 /2 3. 圆锥直径圆锥直径 圆锥直径是指与圆锥轴线垂直的截面内的直径。圆锥直径是指与圆锥轴线垂直的截面内的直径。 圆锥直径分：内、外圆锥的最大直径圆锥直径分：内、外圆锥的最大直径Di、De，最小直径最小直径di

4、、 de和任意给定截面内的圆锥直径和任意给定截面内的圆锥直径dx（与端面的距离为与端面的距离为 x）。）。 设计时，一般选设计时，一般选内圆锥的最大直径内圆锥的最大直径或或外圆锥的的最小外圆锥的的最小 直径直径作为基本直径。作为基本直径。 4. 圆锥长度圆锥长度 (L) 圆锥长度是指圆锥的最大直径与其最小直径之间的距离。圆锥长度是指圆锥的最大直径与其最小直径之间的距离。 圆锥配合的基本参数 5. 圆锥配合长度圆锥配合长度（H） 圆锥配合长度是指内、外圆锥配合长度是指内、外 圆锥配合面的轴向距离圆锥配合面的轴向距离H。 6. 锥度锥度 （C) 锥度是指圆锥的最大直径与其锥度是指圆锥的最大直径与其

5、 最小直径之差对圆锥长度之比最小直径之差对圆锥长度之比C。 2 tan2 L dD c 锥度常用比例或分数形式表示，例如锥度常用比例或分数形式表示，例如 C=1:20,或或C=1/20等。等。 国标规定了一般用途圆锥的锥度和锥角系列如表国标规定了一般用途圆锥的锥度和锥角系列如表9.1所示。所示。 锥角从锥角从120到小于到小于1，或锥度从，或锥度从1:0.289到到1:500。 选用圆锥时，应优先选用第一系列，只要第一系列不能满足要求选用圆锥时，应优先选用第一系列，只要第一系列不能满足要求 时，才选用第二系列。时，才选用第二系列。 基本值基本值推算值推算值基本值基本值推算值推算值 系列系列1系

6、列系列 2 圆锥角圆锥角 / 锥度锥度C系列系列1系列系列 2 圆锥角圆锥角 / 锥度锥度C 1201:0.2891:87.153 901:0.5001:105.725 751:0.6521:124.772 601:0.8661:153.818 451:1.2071:202.864 301:1.866 1:301.909 1:318.9251:401.432 1:414.2501:501.145 表表6-1 一般用途圆锥的锥度与锥角系列一般用途圆锥的锥度与锥角系列(摘自摘自 GB/T157-2001) 6 特殊用途圆锥的锥度与锥角共特殊用途圆锥的锥度与锥角共20种，参见相关标准。种，参见相关标

7、准。 包括我国在工具行业早已广泛使用的莫氏锥度，其有关参包括我国在工具行业早已广泛使用的莫氏锥度，其有关参 数、尺寸及公差已标准化，表数、尺寸及公差已标准化，表6-2摘录了部分特殊用途的摘录了部分特殊用途的 锥度与圆锥角。锥度与圆锥角。 7. 基面距基面距 （a） 基面距是指相互结合基面距是指相互结合 的内、外圆锥基准面的距离的内、外圆锥基准面的距离a。 圆锥配合的基本参数 8. 轴向位移轴向位移 (Ea ) 轴向位移是指相互结合的内、轴向位移是指相互结合的内、 外圆锥，从实际初始位置（外圆锥，从实际初始位置（Pa） 到终止位置（到终止位置（Pf）移动的移动的(轴向）轴向） 距离距离Ea。如图

8、所示。如图所示。 轴向位移 6.2 圆圆 锥锥 公公 差差 与与 配配 合合 圆锥公差 1. 圆锥直径公差圆锥直径公差（TD） 圆锥直径公差是指圆锥直径圆锥直径公差是指圆锥直径 的允许变动量，如图所示。的允许变动量，如图所示。 圆锥直径公差带 )()( minminmaxmax dDdDTD 即 TD公差区是由两个极限圆锥所限定的区域公差区是由两个极限圆锥所限定的区域 。 最大极限圆锥和最小极限圆锥皆成为极限圆锥，它最大极限圆锥和最小极限圆锥皆成为极限圆锥，它 与基本圆锥同轴，且圆锥角相等。在垂直于圆锥轴线的与基本圆锥同轴，且圆锥角相等。在垂直于圆锥轴线的 任意截面上，该两圆锥直径都相等。任意

9、截面上，该两圆锥直径都相等。 圆锥直径公差未规定标准，可参照圆柱公差与配合。圆圆锥直径公差未规定标准，可参照圆柱公差与配合。圆 锥直径公差等级不能太低，一般为锥直径公差等级不能太低，一般为IT5IT8，对于有配，对于有配 合要求的合要求的推荐选用基孔制推荐选用基孔制。无配合要求的推荐选用。无配合要求的推荐选用JS或或js Dmin 圆锥素线的形状公差带 实际圆锥 极限圆锥 L 圆锥直径公差区 A TD/2 A AA 圆锥素线的形状公差带 TD/2 Dmax dmin dmax 极限圆锥与圆锥公差区极限圆锥与圆锥公差区 2、圆锥角公差、圆锥角公差AT及其公差区及其公差区 圆锥角的允许变动量称为圆

10、锥角公差，其数值为上极限圆锥角的允许变动量称为圆锥角公差，其数值为上极限 与下极限圆锥角之差，可表示为：与下极限圆锥角之差，可表示为： ATmaxmin 圆锥角公差的公差区是两个极限圆锥所限定的区域。圆锥角公差的公差区是两个极限圆锥所限定的区域。 圆锥角公差带 圆锥角公差圆锥角公差AT的等级的等级 AT按加工精度的高低分为按加工精度的高低分为12个等级，其中个等级，其中AT1级精度等级精度等 级最高，级最高，AT12级精度最低。表级精度最低。表6-3 圆锥角公差圆锥角公差AT，可用角度值，可用角度值AT或线性值或线性值ATD给定，给定， AT与与ATD的换算关系为：的换算关系为： ATDATL

11、10 3 式中：式中：ATD的单位为的单位为m； AT的单位为微弧度的单位为微弧度rad； 表中，每一圆锥角公差等级值表中，每一圆锥角公差等级值AT是是随着基本圆锥长度随着基本圆锥长度L的的 增大而减小增大而减小的。的。 在每一基本圆锥长度在每一基本圆锥长度L的尺寸段内，当公差等级一定时，的尺寸段内，当公差等级一定时， AT为一定值，对应为一定值，对应ATD随长度不同而变化。随长度不同而变化。 3、圆锥的形状公差、圆锥的形状公差TF TF包括圆锥素线直线度公差和截面圆度公差。包括圆锥素线直线度公差和截面圆度公差。 TF在一般情况下，不单独给出，而是由对应的两极限圆在一般情况下，不单独给出，而是

12、由对应的两极限圆 锥公差带限制。锥公差带限制。 当对形状精度要求有更高要求时，应单独给出相应的形当对形状精度要求有更高要求时，应单独给出相应的形 状公差，但应状公差，但应不大于圆锥直径公差值的一半不大于圆锥直径公差值的一半。 4、给定截面圆锥直径公差、给定截面圆锥直径公差TDS及其公差区及其公差区 在垂直圆锥轴线给定截面内，圆锥直径允许的变动量；在垂直圆锥轴线给定截面内，圆锥直径允许的变动量； 给定截面圆锥直径公差区是在给定圆锥截面内，由直径给定截面圆锥直径公差区是在给定圆锥截面内，由直径 等于两极限圆锥直径的同心圆所限定的区域。等于两极限圆锥直径的同心圆所限定的区域。 TDSdxmaxdxm

13、in 3.2 0.02 A x dx TDS/2 给定截面圆锥直径公差与公差区给定截面圆锥直径公差与公差区 TDS与与TD的区别的区别 TDS是以给定截面圆锥直径是以给定截面圆锥直径dx为公称尺寸。为公称尺寸。 与与TD的区别，的区别，TD对整对整 个圆锥上任意截面的直径个圆锥上任意截面的直径 都起作用，其公差区限定都起作用，其公差区限定 的是空间区域；的是空间区域； TDS只对给定的截面起只对给定的截面起 作用，其公差区限定的是作用，其公差区限定的是 平面区域。平面区域。 A A x d x AATDS/2 给定截面圆锥直径公差与公差区给定截面圆锥直径公差与公差区 四、圆锥公差数值的给定方法

14、四、圆锥公差数值的给定方法 对于一个具体的圆锥工件，并不需要给定全部四项公对于一个具体的圆锥工件，并不需要给定全部四项公 差，而是根据工件的不同要求来给定公差项目。差，而是根据工件的不同要求来给定公差项目。 GB/T11334-2005圆锥公差圆锥公差中规定了两种圆锥公差中规定了两种圆锥公差 值的给定方法。值的给定方法。 1、 给定圆锥直径公差给定圆锥直径公差TD 给出圆锥理论正确圆锥角给出圆锥理论正确圆锥角(或锥度或锥度C)和圆锥直径公差和圆锥直径公差 TD，由，由TD确定两个极限圆锥，所给出的圆锥直径公差具有确定两个极限圆锥，所给出的圆锥直径公差具有 综合性。综合性。 此时，圆锥角误差和圆

15、锥的形状误差均应控制在此时，圆锥角误差和圆锥的形状误差均应控制在TD的的 公差带，即极限圆锥所限定的区域内。公差带，即极限圆锥所限定的区域内。 圆锥直径公差圆锥直径公差TD所能限制的圆锥角所能限制的圆锥角 由圆锥直径公差区给出实际圆锥角的两个极限由圆锥直径公差区给出实际圆锥角的两个极限max、min， 用于限定圆锥角的变化范围，从而达到用于限定圆锥角的变化范围，从而达到利用圆锥直径公差利用圆锥直径公差TD 控制圆锥角误差的目的，其实质是包容要求。控制圆锥角误差的目的，其实质是包容要求。 TD/2 Dmax Dmin max min 用圆锥直径公差用圆锥直径公差TD控制圆锥误差控制圆锥误差 2、

16、给定圆锥截面直径公差、给定圆锥截面直径公差TDS和圆锥角公差和圆锥角公差AT 同时给出给定截面圆锥直径公差同时给出给定截面圆锥直径公差TDS和圆锥角公差和圆锥角公差AT， 给出给出TDS和和AT是独立的，彼此无关，应分别满足要求，两者是独立的，彼此无关，应分别满足要求，两者 关系关系相对于独立原则相对于独立原则。 dsmax dsmin AT 2 AT 2 DST 2 给定截面 给定圆锥截面直径公差给定圆锥截面直径公差TDS与圆锥角公差与圆锥角公差AT的关系的关系 当圆锥在给定截面上的尺寸为当圆锥在给定截面上的尺寸为dxmin时，其圆锥角公差时，其圆锥角公差 区为图中下面两条实线限定的两对顶三

17、角形区域；区为图中下面两条实线限定的两对顶三角形区域； 当圆锥在给定截面上的尺寸为当圆锥在给定截面上的尺寸为dxmax时，其圆锥角公差时，其圆锥角公差 区为图中上面两条实线限定的两对顶三角形区域；区为图中上面两条实线限定的两对顶三角形区域； 当圆锥在给定截面上具有某一实际尺寸当圆锥在给定截面上具有某一实际尺寸dx时，其圆锥时，其圆锥 角公差区为图中两条虚线限定的两对顶三角形区域；角公差区为图中两条虚线限定的两对顶三角形区域； 当对形状公差有更高要求时，可再给出圆锥形状公差，当对形状公差有更高要求时，可再给出圆锥形状公差， 该法通常适用于对给定圆锥截面直径有较高要求的情况。该法通常适用于对给定圆

18、锥截面直径有较高要求的情况。 如某些阀类零件中，两个相互结合的圆锥在规定截面上如某些阀类零件中，两个相互结合的圆锥在规定截面上 要求接触良好，以保证密封性。要求接触良好，以保证密封性。 第三节第三节 圆锥配合圆锥配合 GB/T12360-2005圆锥配合圆锥配合规定了圆锥配合的形成、规定了圆锥配合的形成、 术语及定义和一般规定。术语及定义和一般规定。标准适用于锥度标准适用于锥度C从从1:31:500、圆、圆 锥长度从锥长度从6630mm、圆锥直径至、圆锥直径至500mm的光滑圆锥配合。的光滑圆锥配合。 一、圆锥配合的种类一、圆锥配合的种类 圆锥配合是由圆锥配合是由基本圆锥直径和基本圆锥角或基本

19、锥度相基本圆锥直径和基本圆锥角或基本锥度相 同同的内、外圆锥形成的。的内、外圆锥形成的。 圆锥配合分为圆锥配合分为间隙配合间隙配合、过盈配合过盈配合和和紧密配合紧密配合三种。三种。 1、 间隙配合间隙配合 具有间隙的配合，且在装配和使用过程中间隙大小可调具有间隙的配合，且在装配和使用过程中间隙大小可调 整，常用于有相对运动的机构中。整，常用于有相对运动的机构中。 2、过盈配合、过盈配合 具有过盈的配合，它借助于相互配合的圆锥面间的自锁，具有过盈的配合，它借助于相互配合的圆锥面间的自锁， 产生较大摩擦力来传递转矩。其特点产生较大摩擦力来传递转矩。其特点是一旦过盈配合不再需是一旦过盈配合不再需 要

20、，内、外圆锥体可以拆开。要，内、外圆锥体可以拆开。 3、紧密配合、紧密配合 也称过渡配合，这类配合接触紧密，间隙为零或略小于也称过渡配合，这类配合接触紧密，间隙为零或略小于 零，主要用于定心或密封的场合，零，主要用于定心或密封的场合，如锥形旋塞、发动机中气如锥形旋塞、发动机中气 阀和阀座的配合等。阀和阀座的配合等。 二、圆锥配合的一般规定二、圆锥配合的一般规定 圆锥配合可以通过内、外圆锥的相对轴向位置来调整间圆锥配合可以通过内、外圆锥的相对轴向位置来调整间 隙或过盈，得到不同的配合性质。隙或过盈，得到不同的配合性质。因此，对圆锥配合，不但因此，对圆锥配合，不但 要给出相配件的直径，还要规定内、

21、外圆锥相对轴向位置要给出相配件的直径，还要规定内、外圆锥相对轴向位置。 1、结构型圆锥配合、结构型圆锥配合 是采用适当的结构，使内、外圆锥保持固定的相对轴向是采用适当的结构，使内、外圆锥保持固定的相对轴向 位置而获得配合，其配合性质完全取决于相互结合的内、外位置而获得配合，其配合性质完全取决于相互结合的内、外 圆锥直径公差带的相对位置。圆锥直径公差带的相对位置。 根据相互结合内、外圆锥直径公差带的相对位置关系，根据相互结合内、外圆锥直径公差带的相对位置关系， 可形成间隙配合、过盈配合或紧密配合。可形成间隙配合、过盈配合或紧密配合。 由轴肩接触确定最终位置由轴肩接触确定最终位置 由结构尺寸确定最

22、终位置由结构尺寸确定最终位置 2、位移型圆锥配合、位移型圆锥配合 位移型圆锥配合有两种形成方法。位移型圆锥配合有两种形成方法。 由内、外圆锥实际初始位置由内、外圆锥实际初始位置Pa开始，作一定的相对轴开始，作一定的相对轴 向位移向位移Ea而形成配合。而形成配合。 所谓实际初始位置，是所谓实际初始位置，是 指在不施加力的情况下相互指在不施加力的情况下相互 结合的内、外圆锥表面接触结合的内、外圆锥表面接触 时的轴向位置。时的轴向位置。 这种形成方式可以得到这种形成方式可以得到 间隙配合间隙配合或或过盈配合过盈配合。 作一定轴向位移确定轴向位置作一定轴向位移确定轴向位置 由内、外圆锥实际初始位置由内

23、、外圆锥实际初始位置Pa开始，施加一定装配力开始，施加一定装配力 产生轴向位移产生轴向位移Ea而形成配合，这种方式只能得到过盈配合。而形成配合，这种方式只能得到过盈配合。 通常位移型圆锥配合通常位移型圆锥配合不形成过渡配合不形成过渡配合。 施加装配力确定轴向位置施加装配力确定轴向位置 圆锥公差的标注方法圆锥公差的标注方法 1. 基本锥度法标注基本锥度法标注 （1） 给定圆锥直径公差给定圆锥直径公差TD的标注的标注 如图所示，此时，圆锥的直径偏差、锥角偏差和圆锥如图所示，此时，圆锥的直径偏差、锥角偏差和圆锥 形状误差都由圆锥直径公差控制。形状误差都由圆锥直径公差控制。 给定圆锥直径公差的标注 若

24、对圆锥角和其素线精度有更高要求时，应另给出它们的若对圆锥角和其素线精度有更高要求时，应另给出它们的 公差，但其数值应小于圆锥的直径公差值。公差，但其数值应小于圆锥的直径公差值。 （2）给定截面圆锥直径公差给定截面圆锥直径公差 TDS的标注的标注 给定截面圆锥直径公差给定截面圆锥直径公差 TDS ，可以保证两个相互配合的可以保证两个相互配合的 圆锥在规定的截面上具有良好的密封性，如图所示。圆锥在规定的截面上具有良好的密封性，如图所示。 给定截面圆锥直径公差的标注 (3) 给定圆锥形状公差的标注给定圆锥形状公差的标注 如图所示为给定直线度公差的标注示例。如图所示为给定直线度公差的标注示例。 给定圆

25、锥的形状公差的标注 图中直线度公差带在圆锥直径公差带内浮动。图中直线度公差带在圆锥直径公差带内浮动。 3、相配合圆锥公差的标准、相配合圆锥公差的标准 GB /T12360-2005圆锥配合圆锥配合规定，相配合的圆锥应规定，相配合的圆锥应 保证各装配件的径向或轴向位置，标注两个相配合圆锥的尺保证各装配件的径向或轴向位置，标注两个相配合圆锥的尺 寸及公差时，应确定：寸及公差时，应确定： 具有相同的锥度或锥角具有相同的锥度或锥角； 标注标注 尺寸公差的圆锥直径的基本尺寸应一致，确定直径和位置的尺寸公差的圆锥直径的基本尺寸应一致，确定直径和位置的 理论正确尺寸与两装配件的基准平面有关。理论正确尺寸与两

26、装配件的基准平面有关。 dx Lx 10 .2 1 : 5 tt 1 : 5 Lx 20 .2 dx dx Lx 2 1 : 5 tt 1 : 5 Lx 1 dx 配合圆锥的公差注法配合圆锥的公差注法 第四节第四节 锥度的检测锥度的检测 一、量规检验法一、量规检验法 大批量生产的圆锥零件可采用量规作检验工具，检验内大批量生产的圆锥零件可采用量规作检验工具，检验内 圆锥用塞规，检验外圆锥用环规。圆锥用塞规，检验外圆锥用环规。 Z 圆锥塞规圆锥塞规 Z 圆锥环规圆锥环规 1、量规检测锥度的方法、量规检测锥度的方法 检测时，先在量规圆锥面素线的全长上，涂检测时，先在量规圆锥面素线的全长上，涂34条极薄条极薄 的显示剂，然后把量规与被测圆锥作来回旋转角小于的显示剂，