第2章圆柱体的公差与配合new.ppt

1、小 结,1.有关“公差与偏差”的小结：,2.有关配合的小结：,第二章 轴、孔的公差与配合,2.1 概述 2.2 标准公差系列 2.3 基本偏差系列 2.4 一般公差未注公差的尺寸公差 2.5 公差与配合的选择,2.1 概述,了解和掌握 介绍我国有关圆柱体公差与配合的标准体系;圆柱体公差与配合的设计与选用方法。重点掌握间隙配合、过盈配合和过渡配合的公差、偏差的选用与计算方法；了解不同配合的应用与设计计算原理。,本章主要介绍在圆柱体配合精度设计中所涉及的最新颁布的尺寸公差、极限偏差及配合的基本概念、规定及其应用。 本章所参考的国家标准有： GBZ 20308-2006 产品几何技术规范GPS 总体

2、规划 GB/T1800.12009产品几何量技术规范（GPS）极限与配合第1部分 公差、偏差和配合的基础 GB/T1800.12009产品几何量技术规范（GPS）极限与配合第2部分 标准公差等级和孔、轴及极限偏差表 GB/T18012009产品几何量技术规范（GPS）极限与配合公差带和配合的选择 GB/T18042000 一般公差 未注公差的线性和角度尺寸的公差,2.1 概述,2.2 极限制,定义： 极限制是标准化的公差与偏差的制度。它包含尺寸的标准公差的数值系列和标准极限偏差的数值系列，从而可以获得标准的极限尺寸，因此称为极限制。,标准公差系列,基本偏差系列,公差带系列,本章所涉及的国家标准

3、在GPS矩阵模型中的位置如下：,2.2标准公差系列,标准公差(IT)是国家标准规定的用以确定公差带大小的任一公差数值。 由表2.1可知：标准公差的数值与标准公差等级和基本尺寸分段有关。,2.2极限制,表2.1 标准公差数值表,2.2极限制,（1）. 标准公差等级及其代号 标准公差等级是指确定尺寸精确程度的等级。 为了满足机械制造中各零件尺寸不同精度的要求，国家标准在基本尺寸至500mm范围内规定了20个标准公差等级，用符号IT和数值表示：IT01、IT0、IT1、IT2IT18。其中，IT01精度等级最高，其余依次降低，IT18等级最低。在基本尺寸相同的条件下，标准公差数值随公差等级的降低而依

4、次增大，详见表2.1。 同一公差等级(例如IT6)对所有基本尺寸的一组公差被认为具有同等精确程度。,表2.1 基本尺寸=500的 标准公差的计算公式,2.2 极限制标准公差系列,（2）.公差等级系数 公差等级系数是IT5IT18各级标准公差所包含的公差单位数。它采用R5优先数系中的常用数值。具体见表2.5 高精度的IT01、IT0、IT1的标准公差与基本尺寸呈线性关系。 公差等级IT2IT的标准公差数值在IT1和IT5的数值之间大致按等比数列递增，其公比q= (IT5/IT1)，见表2.5。,2.2极限制 标准公差系列,（3）. 标准公差单位 标准公差单位是计算标准公差的基本单位，是评定公差等

5、级和制定公差数值表的基础，它是基本尺寸的函数。 标准公差因子的计算公式(基本尺寸不大于500mm)：,式中：,D(d)孔（轴）的基本尺寸（mm）,当500D3150时 i=0.004D+2.1（m）,（2-1）,若尺寸进行分段，则,2.2极限制标准公差系列,（4）.标准公差数值的计算（见表2.1）,【解】 25 mm在1830 mm的尺寸段内，由式(2-1)和表2.2可得 d=23.238(mm) i = 0.45 +0.001d= 0.45 +0.00123.2381.307 IT6 =10i=101.307 13 m,【例2.1】 某轴的基本尺寸为25 mm，求IT6的标准公差数值。,2.

6、3基本偏差系列,基本偏差是用来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。是确保公差带位置标准化的唯一指标。 基本偏差主要分为孔的基本偏差和轴的基本偏差。,2.2 基本偏差系列,标准对轴和孔各规定了28个公差带位置，分别由28个基本偏差来确定。 基本偏差代号用拉丁字母表示。小写代表轴，大写代表孔。 在26个拉丁字母中去掉5个容易混淆的字母I (i)、L(l)、O(o)、Q(q)、W(w)，再增加7个双写字母CD(cd)、EF(ef)、FG(fg)、JS(js)、ZA(za)、ZB(zb)、ZC(zc)，作为28种基本偏差代号。,(1)基本偏差的种类及代号,(1)基本偏差

7、的种类及代号,（2）基本偏差的性质与规律,表2.2 基本偏差的性质和规律,（3） 基本偏差数值,1）轴的基本偏差数值 轴的基本偏差是以基孔制配合为基准而制定的。 ah 用于间隙配合，基本偏差为上偏差，基本偏差的绝对值等于最小间隙。 jn 基本用于过渡配合，所得的过盈或间隙均不大。 pzc 基本用于过盈配合，其基本偏差为下偏差。,基本的含义：p,r,n有时过渡，有时过盈。,2.2 基本偏差系列,2.2 基本偏差系列,1）轴的基本偏差数值,例题：确定30k6的极限偏差。,解：1）首先确定基本偏差为下偏差。ei=+0.002mm。 2）确定标准公差，查表可得IT6=0.013 3) 确定上偏差es

8、=ei+IT6=+0.015,2）孔的基本偏差数值,2.2 基本偏差系列,基本尺寸500mm时，孔的基本偏差是从轴的基本偏差换算得来的。,孔与轴基本偏差换算的原则是：在孔、轴同级配合或孔比轴低一级的配合中，用同一字母表示孔和轴的基本偏差所组成的公差带，按照基孔制形成的配合和按照基轴制形成的配合(称为同名配合)，两者的配合性质应相同。,此时孔的基本偏差是根据同一字母代号轴的基本偏差，按一定规则换算而来的。,2）孔的基本偏差数值,2.2 极限制基本偏差数值,通用原则,特殊原则,（1）通用原则：用同一字母表示的孔、轴的基本偏差数值的绝对值相等，符号相反。孔的基本偏差与轴的基本偏差相对于零线对称分布，

9、即呈“倒影”关系,对于孔的基本偏差A-H，不论孔、轴是否采用同级配合，都有EI=-es,表2.4 通用规则的孔的基本偏差与轴的基本偏差之间的换算关系,对于K-ZC，标准公差大于IT8的K,M,N以及大于IT7的P-ZC一般都采用同级配合，按照该规则，则有EI=-es,例外：公称尺寸大于3mm，标准公差大于IT8的N，它的基本偏差ES=0。,特殊规则： 用同一字母表示孔、轴的基本偏差时，孔和轴的基本偏差的符号相反，而绝对值相差一个值。,= ITn ITn-1,在较高的公差等级中常采用异级配合（配合中孔的公差等级常比轴低一级）。对于公称尺寸500mm，标准公差IT8的J,K,M,N和标准公差IT7

10、的P-ZC，孔的基本偏差ES适用于特殊规则。ES=-ei+,表2.5 特殊规则的孔的基本偏差与轴的基本偏差之间的换算关系,2.3 公差带系列,1. 公差带系列,1） 公差带符号,轴或孔公差带由公差带大小和公差带相对零线的位置构成。由于公差带相对零线的位置由基本偏差确定，公差带的大小由公差等级确定，因此，公差带代号由基本偏差代号和公差等级数字表示。例如：H8、F7、J7、P7、U7等为孔的公差带代号；h7、g6、r6、p6、s7等为轴的公差带代号。,2.3 公差带系列,2） 尺寸公差带在零件图中的标注形式,共有两种：注公差尺寸和未注公差尺寸,尺寸公差带代号在零件图中的标注形式是以注公差尺寸的表示

11、形式。 可根据实际要求按下列三种形式标注。,2.3公差带系列,(a) (b) (c) 图2.1 注公差尺寸标注形式,2） 尺寸公差带在零件图中的标注形式,2.3公差带系列,a)标注基本尺寸和极限偏差值。此种标注一般适用在单件或小批量生产的产品零件图样上，应用较为广泛。如图2.1 (a)所示。 b)标注基本尺寸、公差带代号和极限偏差值。此种标注一般适用在中、小批量生产的产品零件图样上。如图2.1 (b)所示。 c)标注基本尺寸和公差带代号。此种标注适用在大批量生产的产品零件图样上。如图2.1 (c)所示。,2） 尺寸公差带在零件图中的标注形式,3）国家标准推荐选用的公差带（GB/T1801199

12、9）,g6,js6,m6,n6,s6,t6,e7,h7,d9,h9,h11,g6,js6,m6,n6,s6,t6,e7,h7,d9,h9,b11,h11,图2-2一般、常用和优先轴的公差带,图2-18一般、常用和优先孔的公差带,2.3 配合制,配合制是由同一种极限制的轴和孔的公差带组成配合的一种制度。 国家标准规定了两种配合制：基孔配合制和基轴配合制。 基孔制：孔为基准孔，基本偏差为下偏差，基准孔的基本偏差代号为H. 基轴制：轴为基准轴，基本偏差代号为上偏差，基准轴的基本偏差代号为h.,1. 概述,2.3 配合制,2）配合代号 标准规定，用孔和轴的公差带代号以分数形式组成配合代号。其中，分子为

13、孔的公差带代号，分母为轴的公差带代号，如：30H7/g6或30 。 若配合的孔或轴中有一个是标准件，如轴承内圈内径与轴55k6配合，因为轴承是标准部件，故配合代号为55k6，即：在装配图上，仅标注配合件的公差带代号,3)常用和优先配合,表2.6基孔制常用和优先配合（摘自GB/T18011999）,3）常用和优先配合,表2.7基轴制常用和优先配合（摘自GB/T18011999）,4）配合选择原则,公差设计时，尺寸500mm的常用尺寸段配合，应按优先、常用的顺序，选用合适的公差带和配合。 对于某些特殊需要，无满足要求的公差带，必须采用非基准制配合，如M8/f7、G8/n7等。,2.3 配合制,1.

14、概念 一般公差是指在车间一般加工条件下可以保证的公差。它是机床在正常维护和操作下，可达到的经济加工精度。 简单地说当零件的某尺寸采用一般公差时，在零件的图样上，此尺寸只标注基本尺寸，未注出极限偏差，而是在图样的技术要求中作出说明。（如：30、100）即通常所说的“自由尺寸”。 一般公差正常情况下，一般不测量。,2.4 一般公差未注公差的线性尺寸公差,2）一般公差的规定,一般公差规定四个等级：f（精密级）、m（中等级）、c（粗糙级）、v（最粗级）。这4个公差等级相当于ITl2、ITl4、IT16和IT17。 在基本尺寸0.54000mm范围内分为8个尺寸段。极限偏差均对称分布。,2.4 一般公差

15、,表2.8 线性尺寸的极限偏差数值,线性尺寸的公差带均相对零线对称分布，不分孔、轴或长度尺寸。,2）一般公差的规定,3）一般公差的应用,主要用于不重要的，较低精度的非配合尺寸； 以工艺方法可保证的尺寸（铸、模锻） 为简化制图，节约设计、突出重要尺寸；,2.4 一般公差,4）标注,当采用一般公差时，在图样上只注基本尺寸，不注极限偏差，但应在图样的技术要求或有关技术文件中，用标准号和公差等级代号作出总的说明。例如，当选用中等级m时，则表示为GB/T 1804m。,1）确定25H7/f6孔、轴的极限偏差；,例题：将基孔制配合25H7/f6换算为25F7/h6，计算极限过盈并绘制公差带图。,2）由25

16、H7/f6计算25F7/h6的极限偏差；,3）计算两配合的极限过盈；,4）绘制尺寸公差带图及配合公差带图；,2.5 公差与配合的选择,2.5.1 概述 2.5.2 基准制的选择 2.5.3 公差等级（尺寸精度）的选择 2.5.4配合的选择,2.5.1 概述,在机械制造中，合理地选用公差配合，对与提高产品的质量、生产效率，降低成本有十分重要的作用，它是除结构设计和材料之外对机械产品影响最大的因素之一。 机床的加工精度、仪器仪表的工作精度、机器和仪器的使用寿命等，都与公差与配合的选择有关。 公差与配合选择的合理与否，直接影响机械产品的制造成本。,2.5.1 概述,公差与配合选择的内容,基准配合制的

17、选择,公差等级（尺寸精度）的选择,配合性质的选择,公差与配合选择原则,应使产品的使用价值和制造成本的综合经济效益效果最好。,2.5.2 基准制的选择,1一般情况下应优先选用基孔制 可以减少备用定值刀具和量具的规格数量，降低成本，提高加工的经济性。 2基轴制的选择 （1）直接使用有一定公差等级（IT7IT9）而不再进行机械加工的冷拔钢材（这种钢材是按基准轴的公差带制造）制作轴。若需要各种不同的配合时，可选择不同的孔公差带位置来实现。这种情况主要应用在农业机械和纺织机械中。,2.5.2 基准制的选择,（2）加工尺寸小于1mm的精密轴比同级孔要困难，因此在仪器制造、钟表生产、无线电工程中，常使用经过

18、光轧成形的钢丝直接做轴，这时采用基轴制较经济。,（3）根据结构上的需要，在同一基本尺寸的轴上装配有不同配合要求的几个孔件时应采用基轴制。既有利于加工又有利于装配。如下图所示。,2.5.2 基准制的选择,(a) 内燃机中活塞销与活塞孔及连杆套孔的配合 1活塞销；2活塞；3连杆小头孔 图2.2 一轴多孔且配合性质不同场合应用基轴制的选择示例,2.5.2 基准制的选择,(b) 基孔制配合的孔、轴公差带和孔、轴 (c) 基轴制配合的孔、轴公差带和孔、轴 图2.3一轴多孔且配合性质不同场合应用基轴制的选择示例,2.5.2 基准制的选择,（4）与标准件配合的零件的基准制选择 若与标准件(零件或部件)配合，

19、应以标准件为基准件、来确定采用基孔制还是基轴制。 如平键、半圆键等键联接，由于键是标准件，键与键槽的配合应采用基轴制；滚动轴承外圈与箱体孔的配合应采用基轴制，滚动轴承内圈与轴的配合应采用基孔制。,3非基准制配合的采用,图2.4 混合配合示例,国家标准规定：为了满足配合的特殊需要，允许采用非基准制配合，即采用任一孔、轴公差带（基本偏差代号非H的孔或h的轴）组成的配合。,2.5.3 公差等级的选择,1.公差等级的选择依据 选择公差等级的主要依据是配合质量的要求，也就是配合的一致性要求。在进行公差等级的选择时，应根据使用性能对配合一致性及尺寸精度的要求，合理地选择公差等级。 a. 若机械的使用性能要

20、求某配合部的配合性质很一致，即间隙或过盈的变动量允许值很小，只有较小的配合公差才能满足上述要求。此时，要求孔、轴的公差等级较高。 b. 若机械的某配合部位使用要求对配合一致性要求并不高时，孔与轴的公差等级可以适当地选择低一些，便于提高经济效益。,2.5.3 公差等级的选择,1.公差等级的选择原则 在满足使用要求的前提下，尽量选用较低的公差等级； 遵守国家标准中对孔、轴配合的有关规定； a. 对于基本尺寸500mm有较高公差等级的配合，因孔比同级轴难加工，当标准公差IT8时，国标推荐孔比轴低一级相配合，使孔、轴的加工难易程度相同。 b. 对IT8级或基本尺寸500mm的配合，因孔的测量精度比轴容

21、易保证，推荐采用孔、轴同级配合。,2.5.3 公差等级的选择,2.公差等级的选择方法 类比法：多用于一般要求的配合。对于初学者来说，多采用类比法，此法主要是通过查阅有关的参考资料、手册、并进行分析比较后确定公差等级。 计算查表法：多用于重要的配合。即根据工作条件和使用性能要求确定配合部位的间隙或过盈允许的界限，然后通过计算法确定相配合的孔、轴的公差等级。,2.5.3 公差等级的选择,3.采用类比法确定公差等级应考虑的几个问题 明确零件的使用要求和工作条件，以此确定配合表面的主次。通常，主要配合表面的孔IT6-IT8，轴为IT5-IT7;次要配合表面的孔为IT9-IT12,轴为同级；非配合表面的

22、孔、轴一般在IT12以下。 考虑配合性质：对间隙配合而言，间隙小的配合，公差等级应较高，间隙大的配合，公差等级可以低些，例如H6/f5、H11/a11。对过渡、过盈配合的公差等级应大致在孔=IT8,轴=IT7。 孔和轴的工艺等价性；基本尺寸不大于500mm时，要求孔的公差等级要比轴的公差等级低一级。,协调相配件的精度关系。例如：与滚动轴承配合的轴或孔的公差等级应与滚动轴承的公差等级相匹配。如，当滚动轴承精度为C时，与滚动轴承配合的轴按IT4，孔按IT5. 配合精度要求不高时，允许轴、孔的公差等级相差2-3级，以降低加工成本。,2.5.4 配合的选择,配合选择的目的是解决零件（孔与轴）在工作时的

23、相关关系，保证机器工作时各个另加之间的协调，以实现预定的使用要求。 配合选择任务：对基孔制，选择轴的基本偏差；对基轴制，选择孔的基本偏差。,配合选择依据： 使用要求。根据工作条件要求的松紧程度来选择配合。 配合选择步骤：先确定配合类别，然后再确定松紧。,（1）间隙配合 当配合公差是允许间隙的变动量时，按照间隙配合的特征基本偏差的绝对值等于最小间隙，即可按最小间隙确定基本偏差代号。 最小间隙是选择间隙配合基本偏差的依据。 间隙配合广泛地用于相配零件需作相对运动的活动结合及加键、销等紧固件后需拆卸并需传递扭矩的结合。,（2）过盈配合 过盈配合主要用于传递载荷和固定零件。 对于过盈配合，根据配合公差

24、（允许过盈的变动量）确定孔、轴公差等级，在确定基准件的公差等级后，即可按最小过盈确定配合件的基本偏差代号； 最小过盈是选择过盈配合基本偏差的依据。,（3）过渡配合 过渡配合的特征是可能具有间隙，亦可能具有过盈。但无论是出现间隙或过盈量都较小。它能保证孔、轴准确定心，但须加紧固件才能用于传递载荷。其装拆比较方便。 常用于同轴度要求较高、且需要拆装的结合。 选择过渡配合的基本偏差时，其依据是最大间隙。,选择过渡配合时应从三个方面加以考虑： 所受负荷的类型及大小。承受大负荷或冲击负荷应选平均过盈大的过渡配合；负荷较小的均匀载荷可选平均过盈较小的过渡配合。 同轴度要求的高低。当同轴度要求较高时应选平均

25、过盈较大的过渡配合；同轴度精度要求较低则可选平均过盈较小的过渡配合。 是否经常拆装。若机械调整及维修时需经常拆装的场合，应选具有平均间隙的过渡配合。,2.5.4 配合的选择,(1) 配合选择的方法,计算法,试验法,类别法,根据极限间隙（过盈）确定配合的步骤和方法,2.5.4 配合的选择,1)计算法 计算法主要用于两种情况：一是用于保证与滑动轴承的间隙配合，当要求保证液体摩擦时，可以根据滑动摩擦理论计算允许的最小间隙，从而选定适当的配合；二是完全依靠装配过盈传递负荷的过盈配合，可以根据要求传递负荷的大小计算允许的最小过盈，再根据孔、轴材料的弹性极限计算允许的最大过盈，从而选定适当的配合。,2.5

26、.4 配合的选择,2)试验法 试验法主要用于新产品和特别重要配合的选择。 这些部位的配合选择，需要进行专门的模拟试验，以确定工作条件要求的最佳间隙或过盈及其允许变动的范围，然后，确定配合性质。 这种方法只要实验设计合理、数据可靠，选用的结果比较理想，但成本较高。,2.5.4 配合的选择,3)类比法 同公差等级的选择相似，大多通过查表将所设计的配合部位的工作条件和功能要求与相同或相似的工作条件或功能要求的配合部位进行分析比较，对于已成功的配合作适当的调整，从而确定配合代号。此选择方法主要应用在一般、常见的配合中。,2.5.4 配合的选择,2、类比法选择配合的步骤 1) 确定配合的大致类别。根据配

27、合部位的功能要求，确定配合的类别。功能要求及对应的配合类别见表2.20，可按表中的情况进行。 2) 根据配合部位具体的功能要求，通过查表，比照配合的应用实例，参考各种配合的性能特征(见表2.21表2.23)，选择较合适的配合。即确定非基准件的基本偏差代号。 3）按配合要求首先选用优先配合，若不能满足再选用常用配合。,表2 功能要求及对应的配合类别,2.5.4 配合的选择,表3 各种间隙配合的性能特征,表4 各种过渡配合的性能特征,表5 各种过盈配合的性能特征,2.5.4 配合的选择,3.各类配合的选择 各类配合的选择主要依据配合部位的功能要求、各类配合的性能特征选择松紧合适的配合。 1)间隙配

28、合的选择 间隙配合主要应用的场合：孔轴之间有相对运动和需要拆卸的无相对运动的配合部位。基孔制的间隙配合，轴的基本偏差代号为：ah；基轴制的间隙配合，孔的基本偏差代号为AH。,2.5.4 配合的选择,2)过渡配合的选择 过渡配合主要应用的场合：孔与轴之间有定心要求，而且需要拆卸的静联接(即无相对运动)的配合部位。基孔制的过渡配合，轴的基本偏差代号为：jsm (n、p)；基轴制的过渡配合，孔的基本偏差代号为JS M(N)。,2.5.4 配合的选择,3)过盈配合的选择 过盈配合主要应用的场合：孔与轴之间需要传递扭矩的静联接(即无相对运动)的配合部位。基孔制的过盈配合，轴的基本偏差代号为：(n、p)

29、r zc；基轴制的过盈配合，孔的基本偏差代号为(N)PZC。,2.5.4 配合的选择,类比法配合应用实例 试确定在如图1.1所示的减速器中，输出轴的轴颈56mm与齿轮11孔的配合代号。,使用要求：为了保证减速器中一对齿轮正常啮合，传递运动和转矩，要求相啮合的齿轮在减速器中处于正确的位置，方能正常啮合，减小磨损，延长使用寿命。因此，输出轴上轴颈56mm与齿轮孔配合有以下要求：,2.5.4 配合的选择,定心精度要求输出轴的轴线与齿轮孔轴线应有同轴的精度要求，而且配合的一致性要求较高。 由于传递运动和转矩，要求输出轴和齿轮孔之间无相对运动，传递转矩主要是靠健配合。 装配和拆卸应比较方便，便于减速器维修。,2.5.4 配合的选择,根据极限间隙（过盈）确定配合的步骤