《常用工程材料》-第3章

任务3-1识读液压缸与活塞零件图液压缸与活塞的零件图标注的含义图3-1(a)

Φ500+0.025的含义:液压缸的基本尺寸为Φ50mm;上偏差为+0.025mm，下偏差为0;公差为0.025mm图3-1(b)

Φ50-0.066-0.050的含义:活塞的基本尺寸为Φ50mm;上偏差为-0.050mm，下偏差为-0.066mm;公差为0.016mm标注的作用一批液压缸或活塞加工后，其内径或外径的实际尺寸不可能完全一致。由于零件在加工过程中受到各方面复杂因素的影响，制成绝对准确、完全一致的一批零件是不可能的，也是没有必要的。事实上，只要把一批零件的几何参数控制在一个允许的范围内，就能满足互换性的要求。公差的基本含义是允许的变动量。下一页返回任务3-1识读液压缸与活塞零件图互换性概述互换性的概念机械制造中的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，就能与其他零部件安装在一起而组成一台机器，并且能达到规定的使用性能要求。可见，互换性表现为对产品零部件装配过程中的三个不同阶段的要求:装配前，不经选择;装配时，不需修配或调整;装配后，满足预定的使用性能要求。上述为狭义的互换性概念，广义上讲，互换性是指一种产品、过程或服务能够代替另一种产品、过程或服务，且满足同样要求的能力。下一页上一页返回任务3-1识读液压缸与活塞零件图互换性的作用互换性的作用主要有如下三个方面。设计方面可以最大限度地采用标准件和通用件，极大地简化了绘图和计算工作，缩短了设计周期，有利于产品更新换代和CAD技术的应用。制造方面有利于组织专业化协作生产，使用专用设备和C八M技术，使加工过程和装配过程实现机械化、自动化，提高产品质量，降低生产成本。维修方面可以及时更换已经磨损或损坏的零件，节约了使用者的维修费用，提高了机器的使用价值。下一页上一页返回任务3-1识读液压缸与活塞零件图互换性的分类按不同场合对于零部件互换的形式和程度的不同要求，互换性可以分为完全互换性和不完全互换性两类。完全互换性简称互换性，以零部件装配或更换时不需要挑选、修配为条件。孔和轴加工后只要符合设计的规定要求，就具有完全互换性。不完全互换性也称有限互换性，在零部件装配时允许有附加条件的选择或调整。对标准部件或机构来讲，其互换性又可分为内互换性和外互换性。内互换性指部件或机构内部组成零件间的互换性;外互换性指部件或机构与其相配合件间的互换性。下一页上一页返回任务3-1识读液压缸与活塞零件图加工误差、公差及检测零件的几何形体参数大多是通过加工后得到的;可是任何加工方法都不可能把零件加工得绝对准确，在尺寸、形状和相互位置这三个方面总是存在着一定的加工误差。允许零件几何参数的变动量称为“公差”。工件的误差在公差范围内，为合格件;超出了公差范围，为不合格件。完工后的零件是否满足公差要求，要通过检测加以判断。检测包含检验与测量。几何量的检验是指确定零件的几何参数是否在规定的极限范围内，并作出合格性判断，而不必得出被测量的具体数值;测量是将被测量与作为计量单位的标准量进行比较，以确定被测量的具体数值的过程。检测不仅用来评定产品质量，而且用于分析产品不合格的原因，及时调整生产，监督工艺过程，预防废品产生。检测是机械制造的“眼睛”。下一页上一页返回任务3-1识读液压缸与活塞零件图有关尺寸、偏差及公差的术语孔和轴的定义孔主要指圆柱形的内表面，也包括其他内表面中由单一尺寸确定的部分。轴主要指圆柱形的外表面，也包括其他外表面中由单一尺寸确定的部分。定义中的“单一尺寸确定的部分”，是指内、外部表面某一部分的意思。从孔与轴的定义中可知，孔并不一定是圆柱形的，也可以是非圆柱形的，如图3-2(a)所示的毅槽;同样，轴也并不一定是圆柱形的，也可以是非圆柱形的，如图3-2(b)所示的轴槽。下一页上一页返回任务3-1识读液压缸与活塞零件图有关尺寸的术语及定义尺寸尺寸是指用特定单位表示长度值的数值。长度值包括直径、半径、宽度、深度、高度、中心距等。基本尺寸基本尺寸是由设计时给定的，孔用D表示，轴用d表示。极限尺寸允许尺寸变化的两个界限值称为极限尺寸。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。下一页上一页返回任务3-1识读液压缸与活塞零件图实际尺寸实际尺寸是通过测量所得的尺寸。孔的实际尺寸用Da表示，轴的实际尺寸用da表示。由于存在测量误差，实际尺寸并非是被测尺寸的真值，它只是接近真实尺寸的一个随机尺寸。下一页上一页返回任务3-1识读液压缸与活塞零件图有关偏差、公差的术语及定义尺寸偏差某一尺寸减去其基本尺寸所得的代数差称为尺寸偏差(简称偏差)。孔用E表示，轴用c表示。偏差可能为正值或负值，也可为零。上偏差最大极限尺寸减去其基本尺寸所得的代数差称为上偏差。孔用ES表示，轴用es表示。下偏差最小极限尺寸减去其基本尺寸所得的代数差称为下偏差。孔用EI表示，轴用ei表示。下一页上一页返回任务3-1识读液压缸与活塞零件图极限偏差上偏差和下偏差统称为极限偏差。实际偏差实际尺寸减去其基本尺寸所得的代数差称为实际偏差。孔和轴的实际偏差代号分别为Ea和ea基本偏差在公差与配合标准中，确定尺寸公差带相对零线位置的那个极限偏差称为基本偏差。孔、轴的基本偏差数值均已标准化，它可以是上偏差或下偏差，一般为靠近零线的那个极限偏差。下一页上一页返回任务3-1识读液压缸与活塞零件图尺寸公差尺寸公差(简称公差)是最大极限尺寸与最小极限尺寸之差，它是允许尺寸的变动量。尺寸公差是一个没有符号的绝对值。若孔的公差用TD表示，轴的公差用Td表示，其关系为标准公差国家标准中所规定的用以确定公差带大小的任一公差值称为标准公差。公差带图表示零件的尺寸相对其基本尺寸所允许变动的范围，叫做尺寸公差带。公差带的图解方式称为公差带图，如图3-5所示。公差带图由零线、极限偏差线等构成。下一页上一页返回任务3-1识读液压缸与活塞零件图零线公差带图中用于确定极限偏差的一条基准线即零偏差线，表示基本尺寸。偏差线公差带图中与零线平行的直线即偏差线，用于表示上、下偏差，亦称为上、下偏差线。其间的宽度表示公差带的大小，即公差值。公差带相对零线的位置由基本偏差确定。公差带图的实例画法如图3-6所示下一页上一页返回任务3-1识读液压缸与活塞零件图公差与极限偏差的异同点说明两者都是由设计给定的，反映了使用或设计要求。公差是绝对值，且不能为零;极限偏差是代数值，可以为正值、负值或零。公差反映了对尺寸分布的密集、均匀程度的要求，是用以限制尺寸误差的;极限偏差表示对尺寸偏移程度的要求，是用以限制实际偏差的。极限偏差决定了加工零件时机床进刀、退刀位置，一般与零件加工精度要求无关，通常任何机床可加工任一极限偏差的零件;公差反映对制造精度的要求，体现了加工的难易程度。极限偏差在公差带图中限定公差带的位置，影响孔轴结合的松紧程度;公差值表示公差带的大小，影响配合松紧的均匀程度(或配合精确程度)。上一页返回任务3-2识读液压缸与活塞装配图液压缸与活塞的装配图(图3-7)标注含义液压缸内径和活塞外径的基本尺寸均为Φ50mm;液压缸内径的公差带代号为Φ50H7，即Φ500+0.025;活塞外径的公差带代号为Φ50e6，即Φ50-0.066-0.050;配合代号为Φ50H7/e6标注说明公差的萌芽产生于装配。机械中最基本的装配关系是一个零件的圆柱形内表面包容另一个零件的圆柱形外表面，即孔与轴的结合。从机器上各种孔轴结合部位的使用要求来看，对孔与轴装配后有不同的松紧要求。图3-7中液压缸与活塞的配合要求较松，因为活塞要在液压缸中做往复运动。反映装配后松紧程度和松紧变化程度的配合性质，可以用相互结合的孔和轴公差带之间的关系来确定。下一页返回任务3-2识读液压缸与活塞装配图有关配合的术语及定义配合是指基本尺寸相同的、相互结合的孔和轴公差带之间的关系。间隙或过盈在孔与轴的配合中，孔的尺寸减去轴的尺寸所得的代数差，当差值为正时称为间隙，用X表示;当差值为负时称为过盈，用Y表示。配合种类按配合性质不同，配合可分为间隙配合、过盈配合和过渡配合三种，如图3-8所示。间隙配合具有间隙(包括最小间隙等于零)的配合称为间隙配合。在间隙配合中，孔的公差带在轴的公差带之上，如图3-9所示。下一页上一页返回任务3-2识读液压缸与活塞装配图过盈配合具有过盈(包括最小过盈等于零)的配合称为过盈配合。在过盈配合中，孔的公差带在轴的公差带之下，如图3-10所示。过渡配合可能具有间隙或过盈的配合称为过渡配合(对于孔、轴群体而言;若单对孔、轴配合则无过渡之说)。此时，孔的公差带与轴的公差带相互交叠，如图3-11所示配合公差允许间隙或过盈的变动量称为配合公差，它表明配合松紧程度的变化范围。配合公差用T1表示，是一个没有符号的绝对值。间隙配合、过盈配合和过渡配合的计算实例如表3-1所示。上一页返回任务3-3认识零件图中尺寸公差

的标注形式零件图中尺寸公差的三种标注形式零件图中尺寸公差有三种标注形式，如图3-12所示。标注基本尺寸和公差带代号如图3-12(a)所示，此种标注适用于大批量生产的产品零件。标注基本尺寸和极限偏差值如图3-12(b)所示，此种标注一般在单件或小批生产的产品零件图样上采用，应用较广泛。标注基本尺寸、公差带代号和极限偏差值如图3-12(c)所示，此种标注适用于中小批量生产的产品零件。下一页返回任务3-3认识零件图中尺寸公差

的标注形式公差带代号与配合代号孔、轴的公差带代号由基本偏差代号和公差等级数字组成。当孔和轴组成配合时，配合代号写成分数形式，分子为孔的公差带代号，分母为轴的公差代号，如指某基本尺寸的配合，则基本尺寸标在配合代号之前下一页上一页返回任务3-3认识零件图中尺寸公差

的标注形式标准公差系列公差单位公差单位是计算标准公差的基本单位，是制定标准公差系列表格的基础。公差是用于控制误差的，因此确定公差值的依据是加工误差的规律性与测量误差的规律性。公差单位i的计算公式为D为孔或(轴)的基本尺寸(mm);i为公差单位(μm)下一页上一页返回任务3-3认识零件图中尺寸公差

的标注形式公差等级确定尺寸精确程度的等级称为公差等级。不同零件和零件上不同部位的尺寸，对精确程度的要求往往不同，为了满足生产的需要，国家标准设置了20个公差等级，各级标准公差的代号为IT01,IT0,IT1,IT2,…，IT18，其中IT01精度最高，其余代号精度依次降低，标准公差值依次增大。在尺寸D≤500mm的常用尺寸范围内，各级标准公差计算公式如表3-2所示。由表3-2可知，常用公差等级IT5~IT18，其计算公式可归纳为IT=a×ia为公差等级系数，符合R5优先数系。下一页上一页返回任务3-3认识零件图中尺寸公差

的标注形式尺寸分段由标准公差的计算公式可知，对应每一个基本尺寸和公差等级就可计算出一个相应的公差值，这样编制的公差表格将非常庞大，给生产、设计带来麻烦，同时也不利于公差值的标准化、系列化。为了减少标准公差的数目、统一公差值、简化公差表格以便于实际应用，国家标准对基本尺寸进行了分段，对同一个尺寸段内的所有基本尺寸，在相同公差等级情况下，规定相同的标准公差。在计算标准公差和基本偏差时，公差单位计算式中D取尺寸段首尾两个尺寸的几何平均值。下一页上一页返回任务3-3认识零件图中尺寸公差

的标注形式基本偏差系列基本偏差是决定公差带位置的唯一参数，原则上与公差等级无关。基本偏差的数量将决定配合种类的数量，基本偏差系列是对公差带位置的标准化。代号为了满足零件中各种不同性质和不同松紧程度的配合需要，国家标准对孔和轴分别规定了28个公差带位置，分别由28个基本偏差代号来确定。基本偏差代号用拉丁字母表示，孔用大写字母表示，轴用小写字母表示。下一页上一页返回任务3-3认识零件图中尺寸公差

的标注形式基本偏差系列图及其特征图3-13所示为基本偏差系列图。该图主要有以下特征。基本偏差系列中的H(h)其基本偏差为零。JS(js)与零线对称，上偏差ES(cs)=+IT/2，下偏差EI(ei)=-IT/2，上、下偏差均可作为基本偏差。在孔的基本偏差系列中，A~H的基本偏差为下偏差EI,J~ZC的基本偏差为上偏差ES图3-13中各公差带只画出基本偏差一端，另一端取决于标准公差值的大小下一页上一页返回任务3-3认识零件图中尺寸公差

的标注形式轴的基本偏差数值轴的基本偏差数值是以基孔制配合为基础，按照各种配合要求，再根据生产实践经验和统计分析结果得出的一系列公式经计算后经圆整尾数而得出。轴的基本偏差计算公式请参考有关资料。为了方便使用，国家标准按有关轴的基本偏差公式计算列出了轴的基本偏差数值表，如表3-4所示。孔的基本偏差数值孔的基本偏差数值是由同名的轴的基本偏差换算得到的。换算原则为:同名配合的配合性质不变，即基孔制的配合变成同名基轴制的配合时，其配合性质(极限间隙或极限过盈)不变。下一页上一页返回任务3-3认识零件图中尺寸公差

的标注形式根据上述原则，孔的基本偏差按以下两种规则换算。通用规则用同一字母表示的孔、轴的基本偏差的绝对值相等，符号相反。孔的基本偏差是轴的基本相对于零线的倒影，即特殊规则用同一字母表示的孔、轴的基本偏差的符号相反，而绝对值相差一个△值，下一页上一页返回任务3-3认识零件图中尺寸公差

的标注形式孔的另一个极限偏差可根据孔的基本偏差数值和标准公差值按下列关系式计算按上述换算规则，国家标准制定出孔的基本偏差数值表，如表3-5所示。上一页返回任务3-4比较两种基准制的异同点图3-14中，孔、轴的公差带相互位置并未发生改变，即配合性质(极限间隙)没变;但相对于零线的位置发生了改变。基准制在生产实践中，需要各种不同的孔、轴公差带来实现各种不同性质的配合。为了设计和制造的方便，把孔(或轴)的公差带位置固定，改变与其配合的轴(或孔)公差带的位置来形成所需要的各种配合。在GB/T1800.1-1997中规定了两种等效的配合制:基孔制配合和基轴制配合。下一页返回任务3-4比较两种基准制的异同点基孔制配合基本偏差为一定的孔的公差带，与不同基本偏差的轴的公差带形成各种配合的一种制度，称为基孔制配合(简称基孔制)。基孔制的孔称为基准孔，基本偏差为H，其下偏差为零，如图3-15所示。基轴制配合基本偏差为一定的轴的公差带，与不同基本偏差的孔的公差带形成各种配合的一种制度，称为基轴制配合(简称基轴制)。基轴制的轴称为基准轴，基本偏差为h，其上偏差为零，如图3-16所示。基准制公差带图如图3-17所示。基孔制和基轴制优先、常用配合(表3-6,表3-7)上一页返回任务3-5掌握公差与配合的选用在实际生产中，需要使用各种不同类别的配合。在装配图上需要标注配合代号，如图3-18(a)所示;在零件图上需要标注公差代号，如图3-18(b),(c)所示。这就必须选择基准制、公差等级和配合类别。公差与配合的选择主要是基准制、公差等级和配合种类的选择。公差配合的选择一般有三种方法:类比法、计算法和试验法。下一页返回任务3-5掌握公差与配合的选用基准制的选择基准制的选择主要考虑结构的工艺性及加工的经济性，一般原则如下。一般情况下优先选用基孔制有明显经济效益时应选用基轴制与标准件配合时，应服从标准件的既定表面在特殊需要时可采用非基准制配合下一页上一页返回任务3-5掌握公差与配合的选用公差等级的选择正确合理地选择公差等级，就是需要处理好零件的使用要求与制造工艺和成本之间的关系。选择公差等级的基本原则是，在满足零件使用要求的前提下，尽量选取较低的公差等级。公差等级的选择常采用类比法即参考从生产实践中总结出来的经验资料，联系待定零件的工艺、配合和结构等特点，经分析后再确定公差等级。其一般过程如下。了解各个公差等级的应用范围可参考表3-8下一页上一页返回任务3-5掌握公差与配合的选用掌握配合尺寸公差等级的应用情况可参考表3-9熟悉各种工艺方法的加工精度公差等级与加工方法的关系如表3-10所示。要慎重选择使用高精度公差等级，否则会使加工成本急剧增加。注意孔、轴配合时的工艺等价性孔和轴的工艺等价性是指孔和轴加工难易程度应相同。在公差等级≤8级时，从目前来看，中小尺寸的孔加工比相同尺寸、相同等级的轴加工要困难，加工成本也要高些，其工艺是不等价的。为了使组成配合的孔、轴工艺等价，其公差等级应按优先常用配合孔、轴相差一级选用，这样就可保证孔轴工艺等价。当然，在实践中如有必要仍允许同级组成配合。按工艺等价选择公差等级可参考表3-11下一页上一页返回任务3-5掌握公差与配合的选用各种公差等级的应用情况见表3-12。配合的选择前述基准制和公差等级的选择，确定了基准孔或基准轴的公差带，以及相应的非基准轴或非基准孔公差带的大小，因此选择配合种类实质上就是确定非基准轴或非基准孔公差带的位置，也就是选择非基准轴或非基准孔的基本偏差代号。因此各种代号的非基准轴或非基准孔的基本偏差，在一定条件下代表了各种不同的配合，故选择配合，就是如何选择基本偏差的问题。设计时，通常多采用类比法选择配合种类。为此首先必须掌握各种基本偏差的特点，并了解它们的应用实例。各种基本偏差的应用说明见表3-13。然后，再根据具体要求情况加以选择。下一页上一页返回任务3-5掌握公差与配合的选用在实际生产中，广泛应用的选择方法是类比法，其一般步骤如下。按表3-14确定大体方向(初选)按表3-15、表3-16和表3-17确定(精选)归纳起来，间隙配合的选择主要看运动的速度、承受载荷、定心要求和润滑要求。相对运动速度高，工作温度高，则间隙应选大一些;相对运动速度低，如一般只作低速的相对运动，则间隙可选小一些。过盈配合的选择主要根据扭矩的大小以及是否加紧固件与拆装困难程度等要求，无紧固件的过盈配合，其最小过盈量产生的结合力应保证能传递所需的扭矩和轴向力;而最大过盈量产生的内应力不许超出材料的屈服强度。下一页上一页返回任务3-5掌握公差与配合的选用过渡配合的选择主要根据定心要求与拆装等情况。对于定位配合，要保证不松动;如需要传递扭矩，则还需加键、销等紧固件;经常拆装的部位要比不经常拆装的配合松些。按表3-18和表3-19调整工程中常用机构的配合如图3-21所示。上一页返回任务3-6案例教学:公差与配合

综合应用习题课习题课的目的加深对互换性原则的理解。初步掌握《公差与配合》国家标准的基本内容。初步学会运用标准公差表、基本偏差表和公差带图解决公差与配合方面的问题。下一页返回任务3-6案例教学:公差与配合

综合应用习题课进行方式及主要内容回答下列思考题结合自己的体会，举例说明互换性原则的实际意义。在现代协作大生产中，如何判断零件是否合格?如何保证零部件具有互换性?实际生产中必然产生加工误差。你能说出哪几种产生加工误差的原因?在公差与配合标准中，对加工误差、实际尺寸、实际偏差、实际间隙(或过盈)等如何加以控制?以基孔制为例，说明孔、轴的极限尺寸与基本尺寸之间有无确定的大小关系?下一页上一页返回任务3-6案例教学:公差与配合

综合应用基本尺寸相同的相互结合的孔、轴的公差带之间可能构成哪几类相互关系?这些关系与配合类别有什么联系?公差带的宽窄、长短和至零线的距离等参数中，哪些参数最重要?它们对配合的松紧及松紧程度的变动量有了什么影响?相配合孔、轴的尺寸精度与配合精度有什么区别和联系?公差带图和配合公差带图有什么区别和联系?以过盈配合为例，试导出配合公差与相配合孔、轴公差之间的关系式，并指出这个关系式在制造工艺上的意义是了什么。结合自己的体会说明标准公差和基本偏差为了什么是基本尺寸的函数。相对于零线标出孔和轴的28个基本偏差的大致位置，请指出孔和轴的基本偏差系列图相对于零线基本上呈倒影关系的道理。下一页上一页返回任务3-6案例教学:公差与配合

综合应用小结加工误差是不可避免的。互换性原则是现代协作生产的基本原则。在实际生产中用公差限制加工误差，解决了加工误差与互换性生产之间的矛盾。公差是评定零件是否合格的依据。公差带直观、形象地表示了公差。尺寸公差带具有大小和位置特征。标准公差使公差带大小标准化，基本偏差使公差带位置标准化。公差与配合问题都可以归结为公差带大小和位置问题。标准公差表和基本偏差表是两个基本表格。配合公差等于相配合的孔、轴公差之和，是一个基本关系式。公差带图是分析公差与配合问题的基本方法。上一页返回下一页任务3-6案例教学:公差与配合

综合应用讨论课讨论课目的通过课堂讨沦，基本掌握公差与配合的选择原则和选择方法。讨论课进行方式及主要内容按下列各题讨沦基准制的应用假如不规定基准制，公差与配合标准的制定将会遇到哪些问题?生产管理上会遇到哪些问题?制造工艺上将会遇到哪些问题?(提示:难以简明，造成混乱，不能协作。在已经学过的插图中，能找出多少个基孔制配合?有几个基轴制配合?假如标准规定优先选用基轴制，在制定标准时会不会遇到问题?在产品的使用性能上会不会遇到问题?在生产管理和制造工艺上会遇到哪些问题?上一页返回下一页任务3-6案例教学:公差与配合

综合应用有人说，一般机械制造和汽车制造等工业部门生产的轴是台阶轴。这种轴便于安装和固定轴承、齿轮及联轴器等，所以制造部门赞成采用基孔制。在农业机械、纺织机械的制造中，广泛使用等径长轴，则采用基轴制。请说明台阶轴和等径长轴与基准制的选择有了什么关系?按下列各题讨沦公差等级的应用假如选用尽可能高的公差等级以保证满足使用性能要求，那么生产部门和使用部门会提出什么意见?假如不考虑配合精度的高低，都采用孔公差与轴公差同等级相配合，生产部门和使用部门会提出什么意见?标准对过盈、过渡配合的孔、轴公差要求比较严格。假如过盈、过渡配合的孔、轴公差等级较低，生产过程和使用过程中将会出现哪些问题?对于间隙配合，在什么情况下允许采用比较低的孔、轴公差等级?上一页返回下一页任务3-6案例教学:公差与配合

综合应用小结公差与配合的应用，归结起来就是选择配合的基准制、选择相配合件的公差等级和选择非基准件的基本偏差。选择基准制的总原则是使配合结构合理、加工及装配方便和具有明显的经济效益。一般情况下，优先采用基孔制。特殊情况下，采用基轴制。与标准件配合时，按标准件选择基准制。选择公差等级的总原则是在保证使用性能要求的前提下，尽量选用较低的公差等级。选择相配合件的公差等级，实际上是为了获得配合精度(配合公差)。在分配配合公差时，应考虑孔轴的加工工艺性。过渡配合和过盈配合的孔轴应选择较高的公差等级。相配合零件的公差应协调。上一页返回下一页任务3-6案例教学:公差与配合

综合应用选择配合实际上是选择非基准件的公差带位置。按标准推荐顺序选择公差带及配合，能最大限度地发挥标准化的作用。首先选用优先公差带及优先配合，其次选用常用公差带及常用配合，再次选用一般用途公差带组成配合。上一页返回下一页任务3-6案例教学:公差与配合

综合应用项目训练绘制图3-30所示传动轴部件装配图，分析图中各孔与轴的配合，回答下列问题:图中有多少处孔与轴的结合?多少基孔制配合?多少基轴制配