机械基础 1习题

项目3

机械零件的互换性

任务3.1识读尺寸公差及配合标注（载体：减速器输出轴）完成减速器输出轴的尺寸公差配合选择和几何公差选择，并标注。减速器的作用是将电机与工作机相连接，并实现减速要求。图3-0-1所示为某用作一般用途的减速器输出轴。该减速机选用的轴承为圆锥滚子轴承，用来承受轴向力和径向力。试根据其标注尺寸和分析各轴段的使用要求，选择适当的公差等级和配合，完成以下任务：（1）确定轴承内圈与轴颈之间的公差与配合，传动轴与齿轮、传动轴与带轮之间的公差与配合，键槽与键之间的公差与配合，并说明理由。把任务实施结果填入表3-0-1中。（2）确定与轴承内圈配合轴颈的几何公差，传动轴与齿轮、传动轴与带轮配合的轴颈几何公差以及两个键槽的几何公差，并将选择的几何公差标注在图上。任务描述1.牛头刨床的工作原理

任务描述1.牛头刨床的工作原理

任务描述任务描述

3.1识读尺寸公差及配合标注3.1.1互换性机械产品是按专业化、协作化组织生产的，这就提出了一个如何保证互换性的问题。机器上掉了一个螺钉，按相同的规格换一个就行了，某个机件磨损了，也可以换上一个新的，便能满足使用要求，方便快捷，因为这些产品都是按互换性原则组织生产的，大多数机械产品的零件都具有互换性。3.1.1互换性1.互换性的基本概念（1）完全互换若零件在装配或更换时，不需选择、不需调整或辅助加工（修配)，则其互换性为完全互换性。当装配精度要求较高时，若采用完全互换性将使零件制造公差变得很小，造成加工困难，成本很高，甚至无法加工。（2）不完全互换将零件的制造公差进行适当放大，使之便于加工，而在零件完工后，再用测量器具将零件按实际尺寸的大小分为若干组，使每组零件间实际尺寸的差别减小，装配时按相应组进行（例如，大孔组零件与大轴组零件装配，小孔组零件与小轴组零件装配)。这样，既可保证装配精度和使用要求，又能解决加工困难，降低成本。此种仅组内零件可以互换，组与组之间不能互换的特性，称之为不完全互换性。一般地说，不完全互换只适用于制造厂内部的装配，至于厂外协作，即使产量不大，往往也要求完全互换。3.1.1互换性2.互换性在机械制造中的作用在设计方面：有利于最大限度采用标准件、通用件和标准部件，大大简化绘图和计算工作，缩短设计周期，便于计算机辅助设计(CAD)。在制造方面：有利于组织专业化生产，采用先进工艺和高效率的专用设备，提高生产效率。在使用、维修方面：可以减少机器的维修时间和费用，保证机器能连续持久地运转，提高了机器的使用寿命。总之，互换性在提高产品质量和可靠性、提高经济效益等方面均具有重大意义。3.1.1互换性3.误差与公差（1）误差与公差在生产实际中不可避免地会产生加工误差，为了达到预定的互换性要求，就要把零、部件的几何参数控制在一定的变动范围内。这个允许零件几何参数变动的范围就称为“公差”。建立各种几何参数的公差标准是实现对零件误差进行控制和保证互换性的基础。零件加工后的几何参数与理想零件几何参数相符合的程度，称为加工精度。它们之间的差值称为误差。加工误差的大小反映了加工精度的高低，故精度可用误差大小来表示。（2）检测加工后的零件是否满足要求，要通过检测加以判定，检测不仅用来评定产品质量，而且用于分析零件产生不合格品的原因，以便监督工艺过程，区时调整生产，降低废品率。综上所述，合理确定公差与正确进行检测，是保证产品质量、实现互换性生产的两个必不可少的条件和手段。3.1.1互换性4.极限与配合现代机械工业要求机器零件具有互换性，以便在装配时不经选择和修配就能达到预期的配合性能，以而有利于机械工业组织广泛协作，进行高效率的专业化生产。为使相互组合零件具有互换性，必须保证其尺寸、几何形状和相互位置，以及表面粗糙度等技术要求的一致性。就尺寸而言，互换性要求尺寸一致性，但这并不是要求所有相五组合的零件最终都要统一加工至一个指定的精确尺寸，而只是要求其最终尺寸处在某一合理的尺寸范围内即可。这个合理尺寸范围是指既能保证相互结合零件尺寸之间形成一定的关系，满足不同的使用要求，又能保证其在制造上是经济合理的。这就形成了“极限与配合”的概念。“极限”用于协调机器零件使用要求与生产制造经济性之间的矛盾；“配合”则是反映零件组合时相互之间的装配关系。“极限”与“配合”的标准化，有利于机器的设计、制造、使用和维修；有利于保证产品精度、使用性能和寿命等各项使用要求；有利于刀具、量具、夹具、机床等工艺装备的标准化。3.1.2公差配合的基本术语及定义1.孔和轴的定义孔通常指工件的圆柱形内表面，也包括非圆柱形内表面（由两平行平面或切面形成的包容面）。轴通常指工件的圆柱形外表面，也包括非圆柱形外表面（由两平行平面或切面形成的被包容面）。在公差与配合中，孔和轴的关系表现为包容和被包容的关系，即孔为包容面，轴为被包容面。在加工过程中，随着余量的切除，孔的尺寸由小变大，轴的尺寸则由大变小。孔和轴的定义明确了极限与配合国家标准的应用范围。在公差与配合中，孔和轴都是由单一尺寸确定的，例如，圆柱体的直径、键与键槽的宽度等。由单一尺寸A所形成的内、外表面如图3-1-1所示。3.1.2公差配合的基本术语及定义2.有关尺寸的术语及定义（1）尺寸以特定单位表示线性尺才的数值称为尺寸，单位可以为mm、cm和m等，常用单位为mm，如直径“Φ10”、半径“R20”、宽度“18”、高度“120”、中心距“80”等。（2）公称尺寸由设计给定的尺才称为公称尺寸。用D和d(L或l)表示（大写字母表示孔，小写字母表示轴）。它是按产品的使用要求，根据零件的强度、刚度等计算或试验、类比等经验而确定，并按标准直径或标准长度圆整后所得到的尺寸。相互配合的孔、轴公称尺寸相同。3.1.2公差配合的基本术语及定义（3）极限尺寸允许尺寸变化的两个极限值称为极限尺寸。两个极限尺寸中，较大的一个称为上极限尺寸（孔Dmax、轴dmax）,较小的一个称为下极限尺寸（孔Dmin、轴dmin），如图3-1-2所示。合格零件的实际（组成）要素（即实际尺寸）应在上、下极限尺寸之间。3.1.2公差配合的基本术语及定义3.有关偏差和公差的术语及定义（1）尺寸偏差（简称偏差）尺寸偏差是指某一尺寸减其公称尺寸所得的代数差，简称偏差。由于某一尺寸可以大于、等于或小于公称尺寸，所以偏差可以为正值、负值或零，在计算和使用中一定要注意偏差的正、负号，不能遗漏。（2）极限偏差极限偏差是指极限尺寸减其公称尺寸所得的代数差，包括上极限偏差和下极限偏差。上极限尺寸减其公称尺寸的代数差称为上极限偏差，代号为ES（孔)、es（轴）：下极限尺寸减其公称尺才的代数差称为下极限偏差，代号为EI（孔)、ei（轴）。如图3-1-3所示。合格零件的实际偏差应在上、下极限偏差之间。国家标准规定，在图样和技术文件上标注极限偏差数值时，上极限偏差标注在公称尺寸的右上角，下极限偏差标注在公称尺寸的右下角。特别要注意的是，当上、下极限偏差为零值时，必须在相应的位置标注“0”，而不能省略。如“Φ30D9（+0.174+0.100）”、“Φ30+0.0210”、“Φ30+0.030-0.010”。当上、下极限偏差数值相等而符号相反时，可简化标注，如Φ30±0.008。3.1.2公差配合的基本术语及定义（3）尺寸公差（简称公差）上极限尺寸与下极限尺寸的代数差称为尺寸公差，也等于上极限偏差与下极限偏差的代数差的绝对值。孔的公差用Th表示。轴的公差用Ts表示。它是允许尺寸的变化量，尺寸公差是个没有符号的绝对值，如图所示。孔的公差Th=|

Dmax

-

Dmin

|=|ES-EI|

轴的公差Ts=|dmax-dmin

|=|es-ei|3.1.2公差配合的基本术语及定义公差与偏差是两个不同的概念，公差代表制造精度的要求，是指尺寸上下的变动范围，反映加工难易的程度，当公称尺寸相同时，公差越大，制造难度越低，加工越容易；而偏差是表示偏离公称尺寸的多少，与加工的难易程度无关。公差是不为零的绝对值，而偏差可以为正、负或零。公差影响配合的精度，而偏差影响配合的松紧程度。3.1.2公差配合的基本术语及定义4.公差带图解由于公差和偏差的数值此公称尺寸的数值小得多，不能用同一比例表示，因此可只将公差值按规定放大画出，这种图称为极限与配合图解，也称公差带图解，如图3-1-4所示。3.1.2公差配合的基本术语及定义(1）零线在公差带图解中，确定偏差的一条基准直线，即零偏差线。通常零线表示公称尺寸。正偏差位于零线的上方，负偏差位于零线的下方。(2）公差带在公差带图解中，由代表上、下极限偏差的两条直线所限定的一个区域，称为公差带。在国标中，公差带包括了“公差带大小”与“公差带位置”两个参数。前者由标准公差确定，后者由基本偏差确定。为了区别轴和孔的公差带，一般在同一图中，孔和轴的公差带的剖面线方向应该相反，且疏密程度不同，如图3-1-4所示。3.1.2公差配合的基本术语及定义5.配合配合是指公称尺寸相同的、相互结合的孔和轴公差带之间的关系。根据相互配合的孔和轴公差带不同的相互位置关系，配合一般可分为间隙配合、过盈配合和过渡配合三类。(1)间隙与过盈孔的尺寸减去相配合的轴的尺寸所得的代数差，其值大于零时称为间隙，小于零时称为过盈。一般用X表示间隙量，用Y表示过盈量。3.1.2公差配合的基本术语及定义(2)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。一般此时孔的公差带在轴的公差带之上，通常指孔大、轴小的配合，如图3-1-5所示。3.1.2公差配合的基本术语及定义表示间隙配合松紧程度的特征值是最大间隙和最小间隙，也可用平均间隙表示。最大间隙是指孔的上极限尺寸减去轴的下极限尺寸，用Xmax表示，即Xmax=Dmax–dmin=ES-ei最小间隙是指孔的下极限尺寸减去轴的上极限尺寸，用Xi表示，即Xmin=Dmin–dmax=EI-es配合公差工Tf（或间隙公差）是允许间隙的变动量，它等于最大间隙与最小间隙之代数差的绝对值，也等于相互配合的孔公差和轴公差之和。Tf=|Xmax-Xmin|=Th+Ts3.1.2公差配合的基本术语及定义(3)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。一般此时孔的公差带在轴的公差带之下，通常指孔小、轴大的配合，如图3-1-6所示。3.1.2公差配合的基本术语及定义表示过盈配合松紧程度的特征值是最大过盈利最小过盈，也可用平均过盛。最小过盈是孔的上极限尺寸减去轴的下极限尺寸，用Ymin表示，即Ymin=Dmax–dmin=ES-ei最大过盈是孔的下极限尺寸减去轴的上极限尺寸，用Ymax表示，即Ymax=Dmin-dmax=|EI–es|配合公差Tf（或过盈公差）是允许过盈的变动量，它等于最小过盈与最大过盈之代数差的绝对值。也等于相互配合的孔公差和轴公差之和。Tf=|Ymin-Ymax|=Th+Ts3.1.2公差配合的基本术语及定义(4)过渡配合可能具有间隙或过盈的配合称为过渡配合。一般此时孔的公差带与轴的公差相互交叠，如图3-1-7所示。表示过渡配合松紧程度的特征值是最大间隙和最大过盈。3.1.2公差配合的基本术语及定义最大间隙是孔的上极限尺寸与轴的下极限尺寸之差，用Xmax表示，即Xmax=Dmax-dmin=ES-ei最大过盈是孔的下极限尺寸减轴的上极限尺寸之差，用Ymax表示，即Ymax=Dmin–dmax=EI-es配合公差Tf等于最大间隙与最大过盈之代数差的绝对值，也等于相互配合的孔公差和轴公差之和，即Tf=|Xmax-Ymax|=Th+Ts3.1.2公差配合的基本术语及定义6标准公差与基本偏差(1)标准公差系列国家标准规定，用于确定公差带大小的任一公差值称为标准公差。国家标准规定了公差与配合的标准公差序列，用于确定公差带的大小，该值由标准公差等级和公称尺寸分段确定。国家标准将公差分为20个公差等级，分别为IT01、IT0、IT1、IT2、…、IT17、1T18。IT01公差值最小，等级和精度最高，IT18公差值最大，等级和精度最低。当公称尺寸≤500mm时，标准公差值按表3-1-1取值。(2)基本偏差序列基本偏差代号是指在标准极限与配合制中，确定公差带相对零线位置的那个极限偏差。标准规定，一般以靠近零线的那个偏差作为基本偏差。国家标准规定了孔、轴各28个基本偏差，它们的代号用字母表示，大写为孔，小写为轴，即除去英文26个字母中容易与其他混淆的五个字母I、L、O、Q、W（或i、l、o、q、w），再加上7个用两个字母表示的代号CD、EF、FG、JS、ZA、ZB、ZC（或cd、ef、fg、js、za、zb、zc)。图3-1-8所示为轴和孔的28个基本偏差的位置，即轴和孔的基本偏差序列。3.1.2公差配合的基本术语及定义3.1.2公差配合的基本术语及定义基本偏差系列图中仅绘出了公差带一端的界线，而公差带另一端的界线未绘出。它将取决于公差带的标准公差等级和这个基本偏差的组合。因此，任何一个公差带都用基本偏差代号和公差等级数字表示，如孔公差带H7、P8，轴公差带h6、m7等。孔的基本偏差从A到H为下极限偏差EI，从J到ZC为上极限偏差ES。轴的基本偏差从a到h为上极限偏差es，从j到zc为下极限偏差ei。JS、js形成的公差带在各个公差等级中，完全对称于零线，标准规定js的基本偏差为上极限偏差（数值为＋IT/2），JS的基本偏差为下极限偏差（数值为-IT/2)。JS和js将逐渐取代近似对称的偏差J和j。所以国标中，孔仅保留了J6、J7、J8，其基本偏差为上极限偏差，轴仅保留了j5、j6、j7、j8几种，其基本偏差为下极限偏差。基本偏差是根据实践经验和理论分析得到的，基本偏差中的H和h的基本偏差为零，H代表基准孔，h代表基准轴。对于公称尺寸≤500mm孔和轴的基本偏差数值，可以从表3-1-2至表3-1-5中查取。3.1.2公差配合的基本术语及定义7.基准制在确定配合的过程中，孔、轴公差带位置相对变动，就可获得不同配合性质。如果把其中一个公差带位置固定，而改变另一个公差带的位置，从中得到不同性质的配合，这样就可使配合问题简单化。这种把孔轴公差带之一固定而改变另一公差带位置，得到不同配合性质的方法称为基准制，其中孔公差带固定的称为基孔制，此孔称为基准孔。轴公差带固定的称为基轴制，此轴称为基准轴。基准孔和基准轴统称为基准体。3.1.2公差配合的基本术语及定义（1）基孔制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。如图所示。在基孔制中，孔是基准件，称为基准孔；轴是非基准件，称为配合轴。同时规定，基准孔的基本偏差是下极限偏差，且等于零，即EI=0，并以基本偏差代号H表示，应优先选用。基孔制配合

3.1.2公差配合的基本术语及定义（2）基轴制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，如图所示。在基轴制中，轴是基准件，称为基准轴；孔是非基准件，称为配合孔。同时规定，基准轴的基本偏差是上极限偏差，且等于零，即es=0，并以基本偏差代号h表示。由于孔的加工工艺复杂，故制造成本高，因此优先选用基孔制。基轴制配合

3.1.3公差与配合的标注1.在装配图中的标注把孔、轴基本偏差代号和公差等级代号组合，就组成了它们的公差带代号例如：孔公差带代号H7、F8，轴公差带代号g6、m7。把孔和轴公差带代号组合，就组成配合代号，用分数形式表示，分子代表孔公差带代号，分母代表公差带代号轴。例如：H8/f8、M7/h6。配合的代号由两个相互结合的孔和轴的公差带的代号组成，用分数形式表示，分子为孔公差带代号，分母为轴的公差带代号，标注的通用形式如图3-1-10所示。3.1.3公差与配合的标注2．在零件图中的标注方法如图3-1-11所示，图（a）中标注了公差带的代号：图(b）中标注了偏差数值；图(c）中公差带代号和偏差数值一起标注。3.1.4公差与配合的选用（1）一般、常用及优先公差带国家标准规定了20个公差等级以及孔与轴各28种基本偏差；且任一基本偏差和任一标准公差均可以组合一个公差带,这可得到大量的大小和位置不同的公差带(孔543个，轴544个),从而可得到大量不同的间隙、过盈或过渡配合。在实际工作中，使用过多的公差带不利于生产与降低成本。并且这样组成的公差带中有很多不常用或没有使用价值。为了减少定值刀具、量具的规格与数量以及工艺装备的品种规格，降低生产成本,国家标准对公差带的数量作了必要的限制，规定了一般公差带、常用公差带和优先公差带。尺寸≤500mm的轴，国家标准规定了119种一般公差带,其中59种为常用公差带(方框内),13种为优先公差带(小圆圈内)，如图3-1-12所示。3.1.4公差与配合的选用3.1.4公差与配合的选用尺寸≤500mm的孔，国家标准规定了105种一般公差带，其中44种为常用公差带(方框内),13种为优先公差带(小圆圈内），如图3-1-13所示。在选用时，优先选择圆圈内的公差带，其次是方框内的公差，最后是表中所列的其他公差带。3.1.4公差与配合的选