第1次课-光滑圆柱配合的精度设计分解.ppt

1、本章学习内容,1.3 公差带和配合,1.4 公差带和配合的选择,1.2 标准公差和基本偏差,1.1 术语和定义,本章所参照的主要国家标准,1.1.1 有关几何要素的术语和定义,1.1 术语和定义 Terminologies and Definitions,几何要素（geometrical feature）构成零件几何特征的点、线或面，简称要素。,由一定大小的线性尺寸或角度尺寸确定的几何形状。, 尺寸要素（feature of size）, 实际（组成）要素 real (integral) feature,尺寸要素可以是圆柱形、球形、两平行对应面、圆锥形或楔形。,由接近实际（组成）要素所限定的工

2、件实际表面的组成要素部分。, 提取组成要素（extracted integral feature）,按规定方法，由实际（组成）要素提取有限数目的点所形成的实际（组成）要素的近似替代。, 拟合组成要素（associated integral feature）,按规定的方法由提取组成要素形成的并具有理想形状的组成要素。,1.1.2 轴与孔, 轴（shaft）,通常，指工件的圆柱形外尺寸要素，也包括非圆柱形的外尺寸要素（由二平行平面或切面形成的被包容面）。, 孔（hole）,通常，指工件的圆柱形内尺寸要素，也包括非圆柱形的内尺寸要素（由二平行平面或切面形成的包容面）。, 基准轴（basic shaf

3、t）,在基轴制配合中选作基准的轴（即上极限偏差为零的轴）。, 基准孔（basic hole）,在基孔制配合中选作基准的孔（即下极限偏差为零的孔）。,加工方面： 轴的尺寸越加工越小，孔的尺寸越加工越大。,装配方面： 轴为被包容面，孔为包容面。,检测方面： 轴用环规或卡规，孔用塞规。,1.1.3 有关尺寸的术语和定义, 尺寸（size）,以特定单位表示线性尺寸值的数值。,机械制造中线性尺寸的常用特定单位： 米（m）、毫米（mm）、微米（m）和纳米（nm）, 通过它应用上、下极限偏差可算出极限尺寸的尺寸。 公称尺寸通常是设计者经过强度、刚度计算，或根据经验对结构进行考虑，并参照标准尺寸数值系列确定的

4、。可以为整数或小数。 相互配合的孔轴的公称尺寸一般是相同的，分别用 D 和 d 表示（以后用大、小写字母分别表示孔、轴的参数） 。, 公称尺寸（nominal size）,由图样规范确定的理想形状要素的尺寸。, 提取组成要素的局部尺寸 （local size of an extracted integral feature）,一切提取组成要素上两对应点之间的距离的统称。,（旧标准中的局部实际尺寸）,两平行提取表面的局部尺寸,提取孔和轴的局部尺寸（局部直径）分别用 、 表示，受提取时测量误差的影响，它们不等于该部位尺寸的真值。,提取圆柱面的局部尺寸, 极限尺寸（limits of size）,尺

5、寸要素允许的尺寸的两个极端。提取组成要素的局部尺寸应位于其中，也可达到极限尺寸。,（旧标准中分别称为最大极限尺寸和最小极限尺寸）, 极限制（limit system）,尺寸的合格条件：,轴：,孔：,经标准化的公差与偏差制度。,以下4条术语参照： GB/T 16671-2009 产品几何技术规范（GPS） 几何公差 最大实体要求、最小实体要求和可逆要求, 最大实体状态MMC（maximum material condition）,假定提取组成要素的局部尺寸处处位于极限尺寸且使其具有实体最大时的状态。, 最大实体尺寸MMS（maximum material size）,确定要素最大实体状态的尺寸。

6、即外尺寸要素的上极限尺寸，内尺寸要素的下极限尺寸。, 最小实体状态LMC（least material condition）,假定提取组成要素的局部尺寸处处位于极限尺寸且使其具有实体最小时的状态。, 最小实体尺寸LMS（least material size）,确定要素最小实体状态的尺寸。即外尺寸要素的下极限尺寸，内尺寸要素的上极限尺寸。,加工方面：最大实体尺寸是尺寸合格的开始极限，最小实体尺寸是尺寸合格的终止极限。,装配方面：最大实体状态是装配最紧的状态，最小实体状态是装配最松的状态。,检测方面：最大实体尺寸是通规的尺寸，最小实体尺寸是止规的尺寸。,小结： 公称尺寸、极限尺寸、实体状态与实体

7、尺寸等反映了零件的设计要求，由设计者给出；而提取要素的局部尺寸则反映了完工以后零件的实际几何特征后者受前者的控制。,1.1.4 有关偏差的术语和定义, 偏差（deviation）,某一尺寸减其公称尺寸所得的代数差（可正、负、零）。, 极限偏差（limit deviations）,上极限偏差和下极限偏差。, 上极限偏差（upper limit deviation）,上极限尺寸减其公称尺寸所得的代数差（ 、 ）。, 下极限偏差（lower limit deviation）,（旧标准中分别称为上偏差和下偏差）,下极限尺寸减其公称尺寸所得的代数差（ 、 ）。,在本标准极限与配合制中，确定公差带相对零线

8、位置的那个极限偏差。, 基本偏差（fundamental deviation）,公差带图解示例,公差带图解,基本偏差可能是上极限偏差也可能是下极限偏差（一般为靠近零线的那个极限偏差），它们及其数值均已标准化（见GB/T 1800.1 - 2009）。, 尺寸公差（简称公差，size tolerance）,上极限尺寸减下极限尺寸之差，或上极限偏差减下极限偏差之差。它是允许尺寸的变动量（为无符号的绝对值）。,1.1.5 有关公差的术语和定义,外尺寸（轴）公差,内尺寸（孔）公差,尺寸公差表示尺寸允许的变动范围，是允许的尺寸误差的大小，它体现设计对尺寸加工精度要求的高低。公差值越小，零件尺寸允许的变动

9、范围就越小，要求的加工精度就越高。,在公差带图解中，由代表上极限偏差和下极限偏差或上极限尺寸和下极限尺寸的两条直线所限定的一个区域。, 公差带（tolerance zone）,特别注意：,代表零偏差或公称尺寸的直线称为零线。,公差带是由公差大小和其相对零线的位置（如基本偏差）来确定的。,公差带图解示例,公差带的大小取决于标准化后的标准公差 公差带的位置取决于标准化后的基本偏差,特别注意：,尺寸公差带的两个组成要素,公差带图解,本标准极限与配合制中，所规定的任一公差。, 标准公差（IT，standard tolerance）,标准公差数值表 （摘自GB/T 1800.1 2009）,1.1.6

10、有关配合的术语和定义, 间隙（clearance）,孔的尺寸减去相配合的轴的尺寸之差为正。, 过盈（interference）,孔的尺寸减去相配合的轴的尺寸之差为负。, 配合（fit）,公称尺寸相同的并且相互结合的孔和轴公差带之间的关系。,配合反映的一种状态，是设计者对按公差带要求加工出来的一批合格的孔、轴装配后可能形成的间隙或过盈的范围所提出的设计要求。配合的性质有三种。,在间隙配合中，孔的下极限尺寸与轴的上极限尺寸之差。, 最小间隙（minimum clearance）,在间隙配合或过渡配合中，孔的上极限尺寸与轴的下极限尺寸之差。, 最大间隙（maximum clearance）,在过盈配

11、合中，孔的上极限尺寸与轴的下极限尺寸之差。, 最小过盈（minimum interference）,在过盈配合或过渡配合中，孔的下极限尺寸与轴的上极限尺寸之差。, 最大过盈（maximum interference）,允许间隙的变动量, 间隙配合（clearance fit）,具有间隙（包括最小间隙等于零）的配合。此时，孔的公差带在轴的公差带之上。,允许过盈的变动量, 过盈配合（interference fit）,具有过盈（包括最小过盈等于零）的配合。此时，孔的公差带在轴的公差带之下。,允许间隙、过盈的变动量, 过渡配合（transition fit）,可能具有间隙或过盈的配合。此时，孔的公差

12、带与轴的公差带相互交叠。, 配合公差（variation of fit）,组成配合的孔、轴公差之和。它是允许间隙或过盈的变动量（为无符号的绝对值），用 Tf 表示 。,通过前面的介绍可以得出，对于间隙配合、过盈配合及过渡配合，均有,配合公差表示的是配合精度。上述关系反映了配合精度（使用性能要求）与制造精度（影响制造成本）之间的矛盾。若想使配合精度高（Tf 小），则孔、轴的制造精度必须高（TH、TS小）；若为降低制造成本而增大孔、轴的制造公差（TH、TS大） ，则必然导致配合精度的降低（Tf 大）。,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。 对本标准极限与配

13、合制，是孔的下极限尺寸与公称尺寸相等、孔的下极限偏差为零的一种配合制。, 配合制（fit system）,同一极限制的孔和轴组成配合的一种制度。 配合制也称为（配合的）基准制。国标规定的配合制有以下两种。,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。 对本标准极限与配合制，是轴的上极限尺寸与公称尺寸相等、轴的上极限偏差为零的一种配合制。, 基孔制配合（hole-basis system of fits）, 基轴制配合（shaft-basis system of fits）,h,H,1.2 标准公差和基本偏差 Standard Tolerance and Fun

14、damental Deviation,对零件的尺寸精度进行设计时，应根据零件的功用、工作条件、批量等设计零件的尺寸公差带。为了保证零件的互换性，有关国家标准对尺寸公差带的两个要素（公差带的大小、公差带的位置）进行了标准化，规定了标准公差系列和基本偏差系列，设计者需按标准的规定进行尺寸精度设计。 本节及下一节将就国家标准关于（至500mm）尺寸公差带及配合的有关规定加以介绍。,1.2.1 标准公差系列,标准公差系列是以国家标准制定的一系列由不同的公称尺寸和不同的公差等级组成的标准公差值。尺寸精度设计时，要根据公称尺寸选取标准公差值。,标准公差数值表 （摘自GB/T 1800.1 2009）, 标

15、准公差等级,标准公差分为20 个等级，用IT（ISO tolerance的简写）加阿拉伯数字表示，即,IT01，IT0，IT1，IT2，IT3，IT4，IT5，IT6，IT18, 标准公差因子（公差因子、公差单位）,公差用于限制加工误差的， 因此其变化规律应与加工误差的变化规律基本一致。公差因子用来反映公差（及加工误差）随公称尺寸变化的规律。大量的生产统计结果表明，在常用公差等级范围（IT5IT18）及常用尺寸范围（500mm）内，这一规律近似为,标准公差值由公差因子（取决于公称尺寸）和公差等级系数（取决于标准公差等级）的乘积来确定。, 标准公差值的确定, 关于标准公差的几点说明, 尺寸分段,

16、国标将0500mm划分了13个尺寸段，以每个尺寸段首尾尺寸的几何平均值作为计算该尺寸段公差因子的D，即, 公差等级系数,从IT5IT18，同一尺寸段的公差等级系数基本按R5系列优先数系排列。, IT01IT4的标准公差计算, IT01IT1,精度极高，因温度变化引起的测量误差占主导，因此与公称尺寸成线性关系，但各等级公差值的比值约为1.6。, IT2IT4,精度很高，为保持所有公差等级标准公差值的规律性，将这3个等级的公差值均匀地按等比关系插入到IT1及IT5的公差值之间，其公比为（IT5/IT1）1/4。, 标准公差数值的修约,1.2.2 基本偏差系列, 基本偏差的种类及代号,为满足不同场合

17、下不同配合性质的要求，国标为基轴制配合中的孔以及基孔制配合中的轴各规定了28种基本偏差（对应于28种公差带位置），并规定用英文字母表示每一种基本偏差。,孔的基本偏差系列,轴的基本偏差系列, 基本偏差数值, 轴的基本偏差数值（以基孔制配合为基础确定）,轴的基本偏差的数值是根据设计要求、生产实践和科学实验，经统计分析由经验公式计算，最后经修约圆整确定的。,80f6,30k6,30k8,40t6, 孔的基本偏差数值,孔的基本偏差由同名配合的轴的基本偏差换算而得。 换算的前提是：保证基孔制配合与同名的基轴制配合的配合性质相同。,对于间隙配合（AH），通常对孔、轴的公差等级无要求；对精度等级较低的过渡配

18、合（JN）及精度等级较低的过盈配合（PZC）采用同级配合，因此, 通用规则,EI = - es （适用于所有等级的AH） ES = - ei （适用于IT8的K、M、N 及IT7的PZC）, 特殊规则,对于过渡配合（KN）及过盈配合（PZC），从使用要求来讲一般应使孔、轴的公差等级较高。此时，考虑到孔的加工较轴的加工更难于实现，因此通常采取孔比轴低一级的配合。例如：,为保证同名配合性质相同，此时按特殊规则确定孔的基本偏差数值，即,与,与,ES = - ei + （适用于IT8的K、M、N及IT7的PZC） = ITn - ITn-1,对50T8： ES54m,对50T6： ES = 54+ =

19、54+5 =49m,对50M9： ES9m,对50M8： ES = 9+ =9+14 =+5m,1.3 公差带和配合 Tolerance Zones and Fits,1.3.1 公差带, 公差带代号,公差带代号由公称尺寸、基本偏差代号和公差等级三部分组成。例如：,在零件图上的标注：, 优先、常用、一般公差带,国家标准提供了 20 种公差等级和28 种基本偏差代号，其中基本偏差j 限用于4 个公差等级，基本偏差J 限用于3 个公差等级，由此可组成孔的公差带有543 种、轴的公差带有544 种。孔和轴又可以组成大量的配合，为减少定值刀具、量具和设备等的数目，对公差带和配合应该加以限制。,轴的优先

20、、常用、一般公差带,一般：116种,优先：13种,常用：59种,选用次序：优先常用一般（任意组合的公差带）,选用次序：优先常用一般（任意组合的公差带）,孔的优先、常用、一般公差带,一般：105种,优先：13种,常用：44种,1.3.2 配合, 配合代号,配合代号由孔、轴公差带代号组合而成，孔的公差带代号写在分数线之上，轴的公差带代号写在分数线之下，公称尺寸公用。例如：,在装配图上的标注：, 优先、常用配合,选用次序：优先常用（任意组合的配合）,基孔制优先、常用配合,优先：13种,常用：59种,基轴制优先、常用配合,选用次序：优先常用（任意组合的配合）,优先：13种,常用：47种,1.4 公差带

21、和配合的选择,机械产品尺寸精度设计的实质就是为尺寸要素选择合理的公差带和配合。公差带、配合选择得是否合适，直接影响到机器的使用性能、寿命、互换性和经济性。,公差与配合的选择直接影响产品性能和制造成本，是企业重要技术档案，是技术机密。 配合公差Tf是允许配合间隙或过盈的变动量，Tf=TD+Td。它反映一批配合件间配合的精度和一致性。 原则：保证使用要求，制造上经济可行。,选择的内容：配合（基准）制的选择、公差等级的选择、配合种类（非基准件基本偏差种类）的选择。 选择的原则：在满足使用要求的前提下，获得最佳的技术经济效益。 选择的方法：计算法、试验法、类比法。,1.4.1 配合（基准）制的选择,

22、优先采用基孔制,原因：孔通常用定值刀具加工、用光滑极限塞规（定值量具） 检验。采用基孔制配合可以减少孔公差带的数量（仅有H），从而减少定值刀具和量具（塞规）的规格和数量，显然是经济合理的。, 特殊情况下采用基轴制, 一轴穿多孔,1活塞 2活塞销 3连杆,采用基孔制配合的结果,采用基轴制配合的结果,1活塞 2活塞销 3连杆, 与标准件配合时，应根据标准件的配合表面确定基准制,55k6,100J7,内圈内径处采用基孔制,外圈外径处采用基轴制, 直接使用冷拉棒料作轴 （IT9IT11 ）, 小直径配合, 必要时可采用非基准制配合,1.4.2 公差等级的选择,基本原则：在满足使用要求的前提下，应尽量选

23、择低的公差等级。, 了解各公差等级的应用情况, 了解各种加工方法所能达到的公差等级, 注意工艺等价的原则,当公差等级在IT8以上时， 孔比轴低一级； 如： H8/m7、K7/h6； 当公差等级在IT8以下时， 孔与轴同级； 如：H9/h9、D9/h9， IT8级的孔可与同级的轴配合，也可以与高一级的轴配合。 如：H8/f8、H8/k7。, 相配合的零、部件的精度应相匹配, 注意成本与公差等级的关系，尽量降低成本,轴和孔的工艺等价性 基本尺寸不大于500mm时，高精度(IT8)孔比相同精度的轴难加工，为使相配的孔与轴加工难易程度相当，即具有工艺等价性，一般推荐孔的公差等级比轴的公差等级低一级；通

24、常6、7、8级的孔分别与5、6、7级的轴配合。低精度(IT8)的孔和轴采用同级配合。 配合精度要求不高时，允许孔、轴公差等级相差23级，以降低加工成本。 如100J7/f9、55D9/k6。 协调与相配零(部)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。又如：带孔的齿轮，其孔的公差等级是按照齿轮的精度等级(查表)选取的；而与齿轮孔相配合的轴的公差等级应与齿轮孔的公差等级相匹配，如56H7/h6。,高公差等级 （IT01IT5 ） 用于高精度量块和精密零件。如滚动轴承各零件的配合。 较高公差等级（ IT5IT8 ） 用于有高精度要求和重要的配合。例如精密机

25、床主轴轴颈与轴承、轴与齿轮、皮带轮、内燃机的活塞销与销孔、曲轴与轴套的配合。 IT6的轴与IT7的孔应用很广,用于较高精度的重要配合。 IT7、IT8 用于一般精度要求的配合。如低速的轴与轴承的配合、重型机械中较高精度的配合。 较低公差等级（ IT9IT12 ） 一般要求的地方如槽宽配合、螺栓沉头孔、控制两轴承轴向距离的套筒与轴承座孔的配合。 低公差等级（ IT12IT18 ） 用于未注公差尺寸处，一般为IT13或IT14。如铸件、锻件和冲压件、壳体外形、表面间距等。,公差等级的应用,表2-9 公差等级的应用范围,高公差等级,较高公差等级,低公差等级,较低公差等级,IT01IT1 用于量块。,

26、IT1IT7 用于量规 的尺寸公差，常用于检验IT6IT16 的孔和轴。,IT2IT5 用于精密配合，如滚动轴承各零件的配合。 IT5IT10 用于有精度要求的重要和较重要配合。 IT5的轴和IT6的孔 用于高精度的重要配合， 例如精密机床主轴轴颈与轴承、内燃机的活塞 销与销孔的配合。,IT6的轴与IT7的孔 应用很广,用于较高精度的重要配合。,IT7、IT8 用于中等精度要求的配合。,IT9、IT10用于一般精度要求的配合。, 必要时可使用计算法确定公差等级,1.4.3 配合种类（非基准件基本偏差种类）的选择,配合种类选择的任务： 根据零件的功能要求，确定配合的种类，进而确定基本偏差代号。,

27、H,选择方法： 类比法、计算法和试验法三种。其中类比法是选择配合种类的主要方法。,类比法 分析生产中验证过的使用效果良好的同类产品的图样、技术资料或参考有关资料，并将所设计的机械工作要求、使用条件、加工工艺装备等情况比较分析来确定孔、轴公差等级。 需考虑的问题： A 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，主要配合表面的孔为IT6IT8，次要配合表面的孔为 IT9IT12，轴为同级。非配合表面的孔轴为IT12以下。 B 考虑配合性质 间隙小的配合公差等级应较高，间隙大的配合公差等级可低些，对于过渡、过盈配合的公差等级一般孔IT8 ，轴IT7。 C 考虑相配件的精度 精度要求

28、不高的配合允许孔、轴的公差等级相差23级 D 掌握各种加工方法的所能达到的公差等级的应用范围;,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。尽可能从表2-6和表2-7中选择优先和常用配合。 选择配合种类时应考虑的因素： 考虑孔、轴间是否有相对运动 考虑孔和轴的定心精度要求 定心精度要求较高时，不宜采用间隙配合和大过盈配合，通常采用过渡配合或小过盈配合。 考虑薄壁套筒零件的装配变形. 考虑生产类型, 各种基本偏差形成的配合特征及应用, 间隙配合 用于工作时有相对运动或装拆频繁的连接。 H/a H/bH/h,间隙配合的主要应用场合 孔轴之间有相对运动

29、和加键、销等紧固件后需要拆卸的无相对运动传输扭矩的配合部位。间隙用于贮存润滑油以形成油膜，保证液体摩擦、补偿温度变形、安装误差及弹性变形引起的误差。 由表2-6和表2-7可知：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。 最小间隙是选择间隙配合偏差的依据。,各种间隙配合的性能特征,过渡配合 用于既要求对中性，又要求装拆方便的配合，传递载荷必须加键或销等。,H/js H/j H/k H/m H/n,过渡配合的主要应用场合 ：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。需加紧固件才可传递扭矩。对同轴度要求高。 间隙和过盈都很小。过

30、盈取决于所受负荷的类型和大小、同轴度要求，间隙取决于拆装要求。 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)。,各种过渡配合的性能特征, 过盈配合 利用过盈来保证固定或传递载荷，过盈配合传递载荷有时需要加键或销连接。,H/p H/r H/zc,常用 过盈 配合,H/p 小过盈配合 H/r 中等过盈配合 H/s 半永久连接 H/u 永久连接,传递转矩需加键,过盈配合的主要应用场合 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。装配后孔尺寸胀大而轴的尺寸被压小，二者变形未超过弹性极限时，在结合面上产生正压力和摩擦力，产生紧固力来传递扭矩或固定零件。 最小过盈保证传递最大负荷，最大过盈保证不使相配件因应力过大产生塑性变形或破坏，当二者无效时应采用紧固件。最小过盈是选择过盈配合偏差的依据。 基孔制的过盈配合，轴的基本偏差代号为：(n、p) r zc；基轴制的过盈配合，孔的基本偏差代号为(N)PZC。,各种过盈配合的性能特征, 工