《互换性与测量技术》课件

互换性与测量技术第9章圆锥配合的互换性与检测9.1概述9.2圆锥公差9.3圆锥配合9.4圆锥尺寸及公差标注9.5圆锥的检测9.6综合实训9.1概述9.1.1圆锥配合的特点1．同轴度高相配合的内、外圆锥在轴向力作用下，能自动对准中心，使配合件的轴线重合，保证内、外圆锥具有较高的同轴度。2．间隙或过盈可以调整间隙或过盈的大小可通过改变内、外圆锥在轴向上的相对位置来调整。间隙或过盈的可调性可补偿配合表面的磨损，延长圆锥的使用寿命。3．密封性好只要内、外圆锥沿轴向适当地移动，就可得到较紧密的配合，其密封性较好。此外，为了保证配合具有良好的密封性，还可将内、外圆锥配对研磨。4．加工和检测困难由于圆锥配合在结构上较为复杂，且影响互换性的参数也较多，因此，其加工和检测比较困难。9.1.2圆锥配合的主要参数1．圆锥配合的常用术语圆锥表面是指与轴线成一定角度，且一端相交于轴线的一条直线段（母线），围绕着该轴线旋转形成的表面，如图9-1所示。圆锥表面与通过圆锥轴线的平面的交线称为素线。圆锥是指由圆锥表面与一定尺寸所限定的几何体，它可分为外圆锥和内圆锥。其中，外圆锥是指外表面为圆锥表面的几何体；内圆锥是指内表面为圆锥表面的几何体。

（1）圆锥表面

（2）圆锥图9-1圆锥表面圆锥角α是指在通过圆锥轴线的截面内，两条素线间的夹角，如图9-2所示。圆锥直径是指垂直于圆锥轴线的截面直径，如图9-2所示。常用的圆锥直径有三种：最大圆锥直径D、最小圆锥直径d、给定截面上的圆锥直径dx。2．圆锥配合的主要参数

（1）圆锥角α

（2）圆锥直径图9-2圆锥角、圆锥直径、圆锥长度和锥度圆锥长度L是指最大圆锥直径截面与最小圆锥直径截面之间的轴向距离，如图9-2所示。

（3）圆锥长度L

（4）锥度C圆锥配合长度H是指内、外圆锥配合面的轴向距离。

（5）圆锥配合长度H锥度C是指最大圆锥直径D和最小圆锥直径d之差与圆锥长度L的比值，如图9-2所示，其计算公式为：锥度与圆锥角的关系为：基面距a是指相配合的内、外圆锥基面之间的距离。外圆锥的基面通常是轴肩和端面；内圆锥的基面通常是端面。

（6）基面距a9.1.3圆锥的锥度与锥角系列

GB/T157—2001中对一般用途圆锥的锥度与锥角系列规定了21个基本值，如表9-1所示，选用时，应优先选用系列1。表9-1一般用途圆锥的锥度与锥角系列对特殊用途圆锥的锥度与锥角系列规定了24个基本值，如表9-2所示，它主要用于表中最后一栏所指定的用途。表9-2特殊用途圆锥的锥度与锥角系列9.2圆锥公差9.2.1圆锥公差的基本术语1．公称圆锥相公称圆锥是指由设计给定的理想形状圆锥。它可用两种形式确定：①一个公称圆锥直径（D、d或dx）、公称圆锥长度L、公称圆锥角α或公称锥度C。②两个公称圆锥直径和公称圆锥长度L。实际圆锥是指实际存在并与周围介质分离的圆锥。实际圆锥上的任一直径称为实际圆锥直径da。实际圆锥的任一轴向截面内，包容其素线且距离为最小的两对平行直线之间的夹角称为实际圆锥角，如图9-3所示。（a）

（b）图9-3实际圆锥直径和实际圆锥角2．实际圆锥极限圆锥是指与公称圆锥共轴且圆锥角相等，直径分别为上极限直径和下极限直径的两个圆锥。在垂直圆锥轴线的任一截面上，这两个圆锥的直径差都相等，如图9-4所示。极限圆锥上的任一直径称为极限圆锥直径，如图9-4所示Dmax、Dmin、dmax、dmin。3．极限圆锥图9-4极限圆锥和圆锥直径公差区圆锥直径公差TD是指圆锥直径的允许变动量。两个极限圆锥所限定的区域称为圆锥直径公差区，如图9-4所示。4．圆锥直径公差TD在垂直圆锥轴线的给定截面内，圆锥直径允许的变动量称为给定截面圆锥直径公差TDS。在该截面内，由两个同心圆所限定的区域称为给定截面圆锥直径公差区，如图9-5所示。图9-5给定截面圆锥直径公差及公差区实际圆锥角公差AT是指圆锥角允许的变动量。圆锥角公差可用两种形式表示：①ATα：以角度单位微弧度（μrad）或度（°）、分（′）、

秒（″）表示。②

ATD：以长度单位微米（μm）表示。ATα与ATD的关系为：ATD＝ATα×L×10-3

其中，ATD的单位为μm，ATα的单位为μrad，L的单位为mm。5．圆锥角公差AT允许的上极限或下极限圆锥角称为极限圆锥角。两个极限圆锥角所限定的区域称为圆锥角公差区，如图9-6所示。图9-6极限圆锥角和圆锥角公差区9.2.2圆锥公差项目圆锥公差项目包括圆锥直径公差、圆锥角公差、圆锥形状公差和给定截面的圆锥直径公差四项。圆锥角公差共分12个公差等级，分别用AT1、AT2、…、

AT12表示。其中，AT1的公差等级最高，AT12的公差等级最低。更高等级用AT0、AT01、…表示，更低等级用AT13、AT14、…表示。

1．圆锥直径公差TD圆锥直径公差TD以公称圆锥直径（一般取最大圆锥直径D）为公称尺寸，按GB/T1800.1—2009规定的标准公差选取。

2．圆锥角公差AT（1）圆锥角公差等级部分公差等级的圆锥角公差数值如表9-3所示。如需要更高或更低等级的圆锥角公差时，可按公比1.6向两端延伸得到。表9-3圆锥角公差数值圆锥角的极限偏差可按单向或双向（对称或不对称）取值，如图9-7所示。（2）圆锥角的极限偏差α＋AT

α－AT

α±AT/2图9-7圆锥角的极限偏差圆锥形状公差TF包括素线直线度公差和截面圆度公差，推荐按GB/T1184—1996中附录B“图样上注出公差值的规定”选取。

3．圆锥形状公差TF给定截面的圆锥直径公差TDS以给定截面圆锥直径dx为公称尺寸，按GB/T1800.1—2009规定的标准公差选取。

4．给定截面的圆锥直径公差TDS9.2.3圆锥公差的给定方法对于一个具体的圆锥，应根据零件功能的要求规定所需的公差项目。GB/T11334—2005规定了以下两种圆锥公差的给定方法。①给出圆锥的公称圆锥角α（或锥度C）和圆锥直径公差TD。由TD确定两个极限圆锥。此时，圆锥角误差和圆锥的形状误差均应在极限圆锥所限定的区域内。当对圆锥角公差和圆锥的形状公差有更高的要求时，可再给出圆锥角公差AT和圆锥的形状公差TF。此时，AT和TF仅占TD的一部分。当圆锥在给定截面上具有最小极限尺寸dxmin时，其圆锥角公差带为图中下面两条实线所限定的两对顶三角形区域；当圆锥在给定截面上具有最大极限尺寸dxmax时，其圆锥角公差带为图中上面两条实线所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dx时，其圆锥角公差带为图中两条虚线所限定的两对顶三角形区域。图9-8给定截面圆锥直径公差TDS和AT的关系②给出给定截面圆锥直径公差TDS和圆锥角公差AT。此时，给定截面圆锥直径和圆锥角应分别满足这两项公差的要求。TDS和AT的关系如图9-8所示。该方法是在假定圆锥素线为理想直线的情况下给出的，它适用于对圆锥工件的给定截面有较高精度要求的情况。例如，阀类零件常采用这种给定方法，以使圆锥配合在给定截面上具有紧密的接触，保证良好的密封性。当对圆锥形状公差有更高的要求时，可再给出圆锥的形状公差TF。9.3圆锥配合9.3.1圆锥配合的种类1．结构型圆锥配合结构型圆锥配合是指由圆锥结构确定装配后的最终轴向相对位置而获得的配合。结构型圆锥配合可以是间隙配合、过渡配合或过盈配合。（a）

（b）图9-9结构型圆锥配合外圆锥的轴肩与内圆锥的大端面接触来确定装配后的最终轴向相对位置，以获得指定的间隙配合内、外圆锥基准平面之间的结构尺寸a（即基面距）来确定装配后的最终轴向相对位置，以获得指定的过盈配合

2．位移型圆锥配合位移型圆锥配合是指由内、外圆锥在装配时作一定相对轴向位移（Ea）来确定装配后的最终轴向相对位置而获得的配合。位移型圆锥配合可以是间隙配合或过盈配合。（a）

（b）图9-10位移型圆锥配合内、外圆锥装配时的实际初始位置Pa开始，沿轴向作一定量的相对轴向位移Ea达到终止位置Pf，以获得指定的间隙配合内、外圆锥装配时的实际初始位置Pa开始，施加一定的装配力FS产生轴向位移Ea达到终止位置Pf，以获得指定的过盈配合9.3.2圆锥配合的选用GB/T12360—2005规定的圆锥配合，其内、外圆锥通常都按第一种方法给定公差，即给出圆锥的公称圆锥角α（或锥度C）和圆锥直径公差TD。结构型圆锥配合推荐优先采用基孔制。内、外圆锥直径公差带代号及配合按GB/T1801—2009选取。如GB/T1801—2009中规定的配合不能满足要求时，可按GB/T1800.1—2009规定的基本偏差和标准公差组成所需的配合。

1．结构型圆锥配合的选用位移型圆锥配合的内、外圆锥直径公差带代号的基本偏差推荐选用H、h，JS、js，其轴向位移极限值（Eamax、Eamin）和轴向位移公差（TE）可按下列公式计算。

2．位移型圆锥配合的选用对间隙配合

对过盈配合9.4圆锥尺寸及公差标注9.4.1圆锥的尺寸标法1．尺寸标注（a）

（b）

（c）

（d）图9-11圆锥的尺寸标注2．锥度标注圆锥的锥度标注方法如图9-12所示。当标注的锥度是标准圆锥系列之一（尤其是莫氏锥度或米制锥度）时，可采用标准系列号和相应的标记表示，如图9-12（d）所示。（a）

（b）

（c）

（d）图9-12圆锥的锥度标注9.4.2圆锥的公差标注①给定圆锥角的圆锥公差注法如图9-13所示。②给定锥度的圆锥公差注法如图9-14所示。③给定圆锥轴向位置的圆锥公差注法如图9-15所示。图9-13图9-14图9-15④给定圆锥轴向位置公差的圆锥公差注法如图9-16所示。⑤与基准线有关的圆锥公差注法（同时确定同轴关系）如图9-17所示。图9-16给定圆锥轴向位置公差的圆锥公差注法图9-17与基准线有关的圆锥公差注法9.4.3相配合圆锥的公差注法根据GB/T12360—2005的要求，相配合的圆锥应保证各装配件的径向尺寸和（或）轴向位置。

标注两个相配圆锥的尺寸及公差时，应确定：①具有相同的锥度或圆锥角；②标注尺寸公差的圆锥直径的基本尺寸一致；③直径或位置的理论正确尺寸与两相配件的基准平面有关，如图9-18和图9-19所示。图9-18相配合的圆锥的公差标注1图9-19相配合的圆锥的公差标注29.5圆锥的检测9.5.1比较测量法比较测量法是指用定角度量具与被测角度比较，并用光隙法或涂色法估计被测角度的偏差。常用的量具有直角尺、角度量块、圆锥量规、角度或锥度样板等。下面以圆锥量规为例进行介绍。大批量生产条件下，圆锥的检验多用圆锥量规。其中，检验内锥体用锥度塞规；检验外锥体用锥度环规。圆锥量规的结构形式如图9-20所示。（a）

（b）

（c）（d）

（e）

（f）图9-20圆锥量规的结构形式圆锥量规还可检验工件的基面距。在圆锥量规的一端有两条刻线或台阶，其间距m为基面距公差。若被测锥体的基面在量规的两条刻线或台阶的两端面之间，则被测锥体的基面距合格。用圆锥量规检验圆锥工件时，应采用涂色法检验锥度，要求在锥体的大端接触，接触长度不低于国家标准的规定：对高精度工件，接触长度不低于工作长度的85%；对精密工件，接触长度不低于工作长度的80%；对普通工件，接触长度不低于工作长度的75%。9.5.2直接测量法直接测量法是指直接从角度计量器具上读出被测角度。对于精度不高的工件，常用万能角度尺进行测量；对于精度较高的工件，常用光学分度头和测角仪进行测量。9.5.3间接测量法如图9-21所示为用正弦尺测量外锥体锥度的示意图。

1．正弦尺图9-21用正弦尺测量外锥体锥度测量前，首先按下式计算量块组高度：

h＝Lsinα然后按图9-21所示进行测量。如果被测角度有误差，则a、b两点的指示值必有一差值n，n与测量长度l之比即为锥度偏差ΔC：ΔC＝n/l换算成锥角偏差Δα时，近似为：Δα＝ΔC×2×105＝2×105n/l（″）

如图9-22所示为用钢球测量内圆锥的示意图。把两个直径分别为d、D的钢球先后放入被测工件的内圆锥面，以被测工件的大头端面作为测量基面，分别测出钢球顶点到该基面的距离L1、L2，则被测内圆锥半角α/2为：

2．钢球和滚柱图9-22用钢球测量图