机械公差配合测量复习资料

机械公差配合测量复习资料引言公差配合与测量技术是机械工程领域的基石，直接关系到产品的互换性、装配性能、使用功能及制造成本。本复习资料旨在系统梳理公差配合与测量的核心概念、基本原理及实用方法，助力读者巩固基础，提升解决实际工程问题的能力。无论是应对课程考核，还是为工程实践提供理论支持，本资料均力求内容精准、条理清晰、重点突出。一、公差与配合基础1.1互换性的意义与分类互换性是指同一规格的一批零件或部件，不经选择、修配或调整，就能装配到机器上并满足规定使用要求的特性。它是现代制造业大规模生产的前提，显著提高了生产效率、降低了成本、保证了产品质量，并简化了维修。互换性按其程度可分为完全互换和不完全互换（如分组互换、修配互换、调整互换）。完全互换性适用于精度要求不高、批量大或部件对总装精度影响不大的场合；不完全互换性则常用于高精度或大型复杂部件的装配，以降低加工难度和成本。1.2基本术语与定义*孔与轴：通常，“孔”指工件的圆柱形内表面，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）；“轴”指工件的圆柱形外表面，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）。其核心在于装配关系中的包容与被包容。*尺寸：以特定单位表示的长度值。*基本尺寸（D/d）：设计给定的尺寸，是确定偏差的起始点。*实际尺寸（Da/da）：通过测量获得的尺寸。由于测量误差和形状误差的存在，实际尺寸并非真值。*极限尺寸（Dmax、Dmin/dmax、dmin）：允许尺寸变化的两个界限值。实际尺寸应位于其中，或在包容要求下，实际要素应被该极限尺寸所限定的理想要素包容。*尺寸偏差（简称偏差）：某一尺寸减其基本尺寸所得的代数差。*上偏差（ES/es）：最大极限尺寸减其基本尺寸所得的代数差。*下偏差（EI/eI）：最小极限尺寸减其基本尺寸所得的代数差。*尺寸公差（简称公差，T）：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，也等于上偏差与下偏差之代数差的绝对值。公差恒为正值，它反映了零件尺寸的制造精度要求。*零线：在公差带图中，确定偏差的一条基准直线，即零偏差线。通常零线表示基本尺寸。*公差带：在公差带图中，由代表上、下偏差的两条直线所限定的区域。它由公差大小（宽度）和其相对零线的位置（基本偏差）确定。1.3公差带的构成公差带由基本偏差和标准公差两个要素组成。*标准公差系列：国家标准规定的用以确定公差带大小的公差值。标准公差等级分为20级，即IT01、IT0、IT1至IT18。IT表示标准公差，数字越大，公差等级越低，公差值越大，加工越容易，精度越低。*基本偏差系列：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，一般指靠近零线的那个偏差。基本偏差用拉丁字母表示，大写字母代表孔，小写字母代表轴。对于孔，A-H（A、B、C、CD、D、E、EF、F、FG、G、H）为下偏差，J-ZC为上偏差；对于轴，a-h为上偏差，j-zc为下偏差；JS（js）的公差带对称分布于零线，其上、下偏差为±IT/2。1.4配合*定义：基本尺寸相同的、相互结合的孔和轴公差带之间的关系。*配合的种类：*间隙配合：具有间隙（包括最小间隙为零）的配合。此时，孔的公差带在轴的公差带之上。*最小间隙（Xmin）=孔的下偏差（EI）-轴的上偏差（es）*最大间隙（Xmax）=孔的上偏差（ES）-轴的下偏差（ei）*过盈配合：具有过盈（包括最小过盈为零）的配合。此时，孔的公差带在轴的公差带之下。*最小过盈（Ymin）=孔的上偏差（ES）-轴的下偏差（ei）*最大过盈（Ymax）=孔的下偏差（EI）-轴的上偏差（es）*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。*最大间隙（Xmax）=孔的上偏差（ES）-轴的下偏差（ei）*最大过盈（Ymax）=孔的下偏差（EI）-轴的上偏差（es）*配合公差（Tf）：组成配合的孔、轴公差之和。它是允许间隙或过盈的变动量。*Tf=Th+Ts（Th为孔的公差，Ts为轴的公差）1.5形位公差（简述）尽管尺寸公差控制了零件的局部尺寸，但零件的实际形状和位置误差仍可能影响装配和功能。形位公差用于限制零件的实际形状和实际位置对理想形状和理想位置的允许变动量。*形状公差：单一实际要素的形状所允许的变动全量。如直线度、平面度、圆度、圆柱度、线轮廓度、面轮廓度（无基准要求时）。*位置公差：关联实际要素的位置对基准所允许的变动全量。如平行度、垂直度、倾斜度、同轴度、对称度、位置度、圆跳动、全跳动。*公差带形状：形位公差带具有形状、大小、方向和位置四个要素，其形状根据不同的公差项目而定（如两平行直线、两平行平面、圆柱面、球等）。二、测量技术基础2.1测量的基本概念测量是将被测量与具有计量单位的标准量进行比较，从而确定被测量值的过程。*测量四要素：被测对象、计量单位、测量方法、测量精度。*长度单位：国际单位制中，长度的基本单位是“米”（m）。机械制造中常用的单位是毫米（mm）和微米（μm）。*量值传递：将国家基准所复现的计量单位量值，通过检定系统或校准链逐级传递到工作计量器具，以保证被测量值的准确一致。2.2长度基准与量值传递*基准：米定义（光的波长基准）是最高基准。*量块（块规）：是一种平面平行端面长度的高精度标准量具，广泛用于校准量具、量仪和直接用于精密划线与精密测量。量块具有研合性，可组合使用。2.3常用测量器具的分类与选择*按测量原理分：机械量仪（如游标卡尺、千分尺）、光学量仪（如光学比较仪、测长仪）、电动量仪（如电感比较仪、电容式测微仪）、气动量仪等。*按测量精度分：普通量具、精密量具、高精密量具。*按用途分：万能量具（通用性强，如卡尺、千分尺）、专用量具（针对性测量特定参数，如塞规、环规、卡规、螺纹量规）。*选择原则：根据被测对象的精度要求、尺寸大小、形状、材料、批量、表面粗糙度以及生产条件等因素综合考虑，既要保证测量精度，又要兼顾经济性和效率。2.4常用计量器具及使用方法*游标类量具：*游标卡尺：可测量长度、外径、内径、深度、台阶等。其读数原理基于主尺与游标尺的分度差值。常见分度值有0.02mm、0.05mm。使用时需注意校准零位、测量力适当、避免歪斜。*螺旋测微量具：*外径千分尺：主要用于测量工件的外径、长度等尺寸，精度比游标卡尺高，常见分度值为0.01mm。其读数原理基于螺旋副的传动（将螺杆的旋转运动转化为直线运动）和微分筒的刻度。使用前必须校对零位。*内径千分尺、深度千分尺：分别用于测量内径和深度。*指示表类：*百分表、千分表：用于测量工件的形状误差（如圆度、平面度）、位置误差（如平行度、垂直度、同轴度）以及工件的尺寸偏差等。通常需要配合表架使用，测量时需注意测头的选择和测量力。*角度量具：*万能角度尺：用于测量0°~320°范围内的任意角度。*角度块：高精度角度标准，用于校准角度量具和量仪。*光滑极限量规：*一种没有刻度的专用计量器具，用于检验工件是否在规定的极限尺寸范围内。通规（GO）模拟最大实体边界，应能通过；止规（NO-GO）模拟最小实体边界，应不能通过。遵循“泰勒原则”（极限尺寸判断原则）。2.5测量误差与数据处理*测量误差：测得值与被测量的真值之间的差值。*真值：客观存在的实际值，一般无法准确获得，常用约定真值（如量块的标称值、多次测量的算术平均值）代替。*误差来源：计量器具误差、方法误差、环境误差（温度、湿度、振动等，温度是主要因素）、人员误差。*误差分类：*系统误差：在相同测量条件下，多次测量同一量时，误差的大小和符号保持不变或按一定规律变化的误差。可通过校准、修正方法减小或消除。*随机误差：在相同测量条件下，多次测量同一量时，误差的大小和符号以不可预定的方式变化的误差。其分布通常符合正态分布规律，可通过增加测量次数取平均值来减小。*粗大误差：超出在规定条件下预期的误差，是由于测量过程中操作错误、疏忽等原因造成的，应予以剔除。*数据处理：*有效数字：从左边第一个非零数字起，到右边最后一个可靠数字（包括估读数字）止，所有的数字。运算时需遵循有效数字运算规则。*测量结果的表示：通常表示为：测量结果=测得值±不确定度。三、综合应用与常见问题解析3.1公差与配合的选用*基本原则：1.满足使用要求：根据零件在机器中的作用、工作条件（如负荷、转速、温度、润滑情况）确定配合的松紧程度和公差等级。2.考虑制造经济性：在满足使用要求的前提下，尽量选择较低的公差等级，以降低加工成本。3.考虑结构合理性：例如，孔比轴难加工，当孔和轴的公差等级相近时，通常孔的公差等级可比轴低一级（如H7/g6，H8/f7）。*选择步骤：1.确定基本尺寸。2.选择公差等级：根据使用要求的精度，参考类比法、计算法或实验法。3.选择配合种类：根据工作时的间隙或过盈要求，结合孔、轴的公差等级，确定配合代号。4.确定孔、轴的基本偏差代号，并画出公差带图。5.必要时进行验算（如计算配合间隙或过盈、配合公差等）。典型应用举例：*间隙配合：如滑动轴承与轴颈的配合（H7/g6,H8/f7），要求有相对运动。*过盈配合：如火车车轮与轴的配合（U7/h6），要求传递大扭矩。*过渡配合：如齿轮孔与轴的配合（H7/k6,H7/m6），要求定心精度高，可拆卸或少量过盈。3.2图样上的公差标注方法*线性尺寸公差标注：*公差代号标注：如φ50H7，φ50g6。*极限偏差标注：如φ50+0.039/0，φ50-0.009/-0.025。*同时标注公差代号和极限偏差：如φ50H7(+0.039/0)。*配合标注：在装配图上，标注孔与轴的配合代号，如φ50H7/g6。分子为孔的公差带代号，分母为轴的公差带代号。*形位公差标注：采用框格标注法，框格由两格或多格组成，从左至右依次填写公差项目符号、公差值及有关符号、基准代号及有关符号。3.3常见问题与注意事项*基本偏差代号的混淆：注意区分孔和轴的基本偏差代号（大小写），及其在公差带图中的位置。*IT等级与公差值的关系：IT等级越小，公差值越小，精度越高。同一IT等级，基本尺寸越大，公差值越大。*配合类型的判断：根据孔、轴公差带的相对位置关系判断。孔公差带完全在轴公差带之上为间隙配合；完全在之下为过盈配合；相互交叠为过渡配合。*形位公差与尺寸公差的关系：通常遵循独立原则，即尺寸公差和形位公差分别控制，互不干涉。必要时采用相关要求（如包容要求、最大实体要求等）。*测量器具的正确使用：这是保证测量结果准确性的关键。包括正确选择、校准零位、规范操作、合理读数等。*温度对测量的影响：精密测量时，应使工件、量具、量仪在标准温度（20℃）下达到热平衡。四、复习建议1.理解概念：对核心术语（如公差、偏差、配合、基准等）的定义和物理意义要透彻理解，而非死记硬背。2.图表结合：熟练掌握公差带图的画法与识读，能帮助直观理解公