第二章 尺寸精度设.ppt

1、第二章尺寸精度设计,2.1有关尺寸精度设计的基本术语和定义,孔 (hole) 指圆柱形内表面，也包括非圆柱形内表面（由二平行平面或切面形成的包容面），其尺寸由D表示； 轴 (shaft) 指圆柱形的外表面，也包括非圆柱形外表面（由二平行平面或切面形成的被包容面）， 其尺寸由d 表示。 即：孔为包容面，轴为被包容面。如图所示。 孔的尺寸越加工越大，轴的尺寸越加工越小,2.1有关尺寸精度设计的基本术语和定义,1.尺寸(size) 用特定单位表示线性尺寸值的数值。如20mm，40m ; 2.基本尺寸(basic size) 设计时给定的尺寸，（孔D；轴d） 3.实际尺寸(actual size) 通

2、过测量所得尺寸，（孔Da；轴da） 4.极限尺寸(limit of size) 允许尺寸变化的两个界限值，统称为极限尺寸，孔Dmax、孔Dmin；轴dmax、dmin）：,2.1有关尺寸精度设计的基本术语和定义,5.尺寸偏差(简称偏差)： （1）偏差（deviation) 某一尺寸减其基本尺寸所得的代数差称尺寸偏差，简称偏差。 （2）极限偏差 (limits of deviation) 极限尺寸减其基本尺寸所得代数差 孔：上偏差ES=DmaxD 下偏差EI=DminD 轴：上偏差es=dmaxd 下偏差ei=dmind （3）实际偏差 (actual deviation) 实际尺寸减其基本尺寸

3、所得的代数差，孔轴的实际偏差分别用Ea和ea表示,2.1有关尺寸精度设计的基本术语和定义,注意： 由于满足孔与轴配合的不同松紧要求，极限尺寸可能大于、小于或等于其基本尺寸。因此，极限偏差的数值可能是正值、负值或零值。故在偏差值的前面除零值外，应标上相应的“+”号或“”号。 偏差的标注：上偏差标在基本尺寸右上角；下偏差标在基本尺寸右下角。 例： 25 表示基本尺寸为25，上偏差为0.020mm，下偏差为0.033mm。,2.1有关尺寸精度设计的基本术语和定义,6.尺寸公差(简称公差)(size tolerance) 最大极限尺寸减最小极限尺寸之差，或是上偏差减下偏差之差。它是允许尺寸的变动量。

4、孔、轴的公差分别用TD和Td表示。 TD= Dmax- Dmin = ES-EI Td= dmax- dmin = es-ei,公差与极限偏差的比较,两者区别： 从数值上看：极限偏差是代数值，正、负或零值是有意义的；而公差是允许尺寸的变动范围，是没有正负号的绝对值，也不能为零（零值意味着加工误差不存在，是不可能的）。实际计算时由于最大极限尺寸大于最小极限尺寸，故可省略绝对值符号。 从作用上看：极限偏差用于控制实际偏差，是判断完工零件是否合格的根据，而公差则控制一批零件实际尺寸的差异程度。 从工艺上看：对某一具体零件，公差大小反映加工的难易程度，即加工精度的高低，它是制定加工工艺的主要依据，而极

5、限偏差则是调整机床决定切削工具与工件相对位置的依据。 两者联系：公差是上、下偏差之代数差的绝对值，所以确定了两极限偏差也就确定了公差。,7. 尺寸公差带图,公差带图由两部分组成：零线和公差带 零线(zero line)：表示基本尺寸的一条直线，以其为基准确定偏差和公差，零线以上为正，以下为负。 公差带(tolerance zone)：由代表上、下偏差的两条直线所限定的一个区域。公差带有两个基本参数，即公差带大小与位置。大小由标准公差确定，位置由基本偏差确定。 基本偏差：标准中表列的，用以确定公差带相对于零线位置的上偏差或下偏差。一般为靠近零线的那个极限偏差。 标准公差：标准中表列的，用确定公差

6、带大小的任一公差。,0,ES,有关配合的术语和定义,1.配合 (fit) 基本尺寸相同，相互结合的孔、轴公差带之间的关系，称为配合。,有关配合的术语和定义,2.间隙(clearance) 孔的尺寸减去相配合的轴的尺寸之差为正时，称为间隙（X） 3.过盈(interference) 孔的尺寸减去相配合的轴的尺寸之差为负时，称为过盈（Y）,4.配合类别,间隙配合(clearance fit) （包括最小间隙为零）的配合称为间隙配合。此时，孔的公差带在轴的公差带之上。 过盈配合(interference fit) （包括最小过盈等于零）的配合称为过盈配合。此时，孔的公差带在轴的公差带之下。 过渡配合

7、(transition fit) 可能具有间隙也可能具有过盈的配合称为过渡配合。此时，孔的公差带与轴的公差带相互重叠。,间隙配合(clearance fit),最大间隙 孔的最大极限尺寸减去轴的最小极限尺寸所得的代数差称为最大间隙，用X max表示。 X max=D max- dmin=ES - ei 最小间隙 孔的最小极限尺寸减去轴的最大极限尺寸所得的代数差称为最小间隙，用X min表示。 X min=D min - d max =EI - es 平均间隙 实际生产中，平均间隙更能体现其配合性质。 X av =（X max +X min）/2,过盈配合(interference fit),最

8、大过盈 孔的最小极限尺寸减去轴的最大极限尺寸所得的代数差称为最大过盈，用Y max表示。 Y max= D min- d max =EI - es 最小过盈 孔的最大极限尺寸减去轴的最小极限尺寸所得的代数差称为最小过盈，用Y min表示。 Y min= D max - dmin=ES - ei 平均过盈 实际生产中，平均过盈更能体现其配合性质。 Y av =（Y max +Y min）/2,过渡配合(transition fit),最大间隙 孔的最大极限尺寸减去轴的最小极限尺寸所得的代数差称为最大间隙，用X max表示。 X max= D max- dmin=ES - ei 最大过盈 孔的最小

9、极限尺寸减去轴的最大极限尺寸所得的代数差称为最大过盈，用Y max表示。 Y max = D min- d max =EI - es 平均间隙（过盈） 实际生产中，其平均松紧程度可能表示为平均间隙，也可能表示为平均过盈。 即： X av （或Y av ）=（X max +Y max）/2,配合公差(variation of fit),配合公差是指允许间隙或过盈的变动量，它等于组成配合的孔、轴公差之和，用Tf表示。 配合公差是设计人员根据机器配合部位使用性能的要求对配合松紧变动的程度给定的允许值。它反映配合的松紧变化程度，表示配合精度，是评定配合质量的一个重要的综合指标。 在数值上，它是一个没有

10、正、负号，也不能为零的绝对值。它的数值用公式表示为： 对于间隙配合 Tf =XmaxXmin 对于过盈配合 Tf =YminYmax 对于过渡配合 Tf =XmaxYmax 将最大、最小间隙和过盈分别用孔、轴极限尺寸或极限偏差换算后代入上式，则得三类配合的配合公差的共同公式为： Tf = Td +TD 在设计时，往往是根据使用要求得到配合公差，再根据配合公差来确定孔和轴的尺寸公差。,配合公差(variation of fit),配合公差计算举例 例2-1，2-2，2-3，P14-15.,2.2尺寸的极限与配合国家标准简介,标准公差系列基孔制配合 配合制 基本偏差系列基轴制配合,2.2尺寸的极限

11、与配合国家标准简介,配合制(fit system) 是指同一种极限与配合制中的孔和轴组成配合的一种制度，即以两个相配合的零件中的一个作为基准件，并使其公差带位置固定，而通过改变另一个零件（非基准件）的公差带位置来形成各种配合的一种制度 改变孔和轴的公差带位置可以得到很多配合，为便于现代大生产，简化标准，标准对配合规定了两种配合制：基孔制和基轴制。,2.2尺寸的极限与配合国家标准简介,基孔制(hole-basis system of fit)： 基本偏差为一定的孔的公差带与不同基本偏差轴的公差带形成各种配合的一种制度。基孔制中的孔为基准孔，其下偏差为零。,2.2尺寸的极限与配合国家标准简介,基轴

12、制(shaft-basis system of fit)： 基轴制：基本偏差为一定的轴的公差带与不同基本偏差孔的公差带形成各种配合的一种制度。基轴制中的轴为基准轴，其上偏差为零。,2.2尺寸的极限与配合国家标准简介,标准公差(standard tolerance)系列 标准公差：是国标规定的，用以确定公差带大小的任一公差值。标准公差确定公差带大小。标准公差系列由三项内容组成：公差等级、公差单位和基本尺寸分段。 标准公差等于公差等级系数和公差单位的乘积，见表2-1。 IT=a*i=a*f(D),2.2尺寸的极限与配合国家标准简介,标准公差等级 根据公差等级不同，国标规定标准公差分为20个等级，即

13、IT01、IT0、IT1、IT2、IT18。从IT01到IT18，等级依次降低，而相应的标准公差值依次增大。 标准公差因子I 计算公差的基本单位。加工误差与零件的基本尺寸基本上呈立方抛物线关系，即尺寸误差与尺寸的立方根成正比。 基本尺寸500mm, IT5IT18 ，标准公差因子i=0.453D+0.001D 基本尺寸5003150mm, IT5IT18 ，标准公差因子i=0.004D2.1 尺寸分段 为减少标准公差的数目，简化公差表格以利生产，国标对基本尺寸进行了分段，见表2-2。在标准公差和基本偏差的计算公式中，基本尺寸一律以所属尺寸段的几何平均值来计算。 按几何平均值计算出的公差值经尾数

14、化整，即得出标准公差值。见表2-2。,2.2尺寸的极限与配合国家标准简介,举例2-4 P20,基本偏差系列,基本偏差(fundamental deviation) 标准中表列的，用以确定公差带相对于零线位置的上偏差或下偏差。除JS和js外，均指靠近零线的那个极限偏差。 基本偏差代号：用英文字母表示。大写表示孔，小写表示轴。在26个字母中除去易与其它混淆的I、L、O、Q、W，再加上七个用两个字母表示的代号（CD、EF、FG、JS、ZA、ZB、ZC），共有28个代号，即孔和轴各有28个基本偏差。其中JS和js相对于零线完全对称。 对于轴：ah的基本偏差为上偏差es，其值为负，其绝对值依次减小，jz

15、c的基本偏差为下偏差ei，其值为正，其绝对值依次增大。 对于孔：AH的基本偏差为下偏差EI，其绝对值依次减小，JZC的基本偏差为上偏差ES，其绝对值依次增大。 H为基准孔代号，基本偏差为下偏差，值为零；h为基准轴代号，基本偏差为上偏差，值为零。,基本偏差系列,基本偏差系列,孔、轴的基本偏差数值 孔、轴的基本偏差数值是经过生产实践和大量试验得到的一系列公式，表2-3是其计算公式，表2-4，表2-5分别是孔、轴的基本偏差数值表。 实际应用中，孔、轴的基本偏差数值不必用公式计算，可以直接从表2-4，表2-5查取。另一个极限偏差可根据基本偏差数值和标准公差数值（表2-2查取），分别按下式计算： EIE

16、S-TDESEI+TD ei=es-Td es=ei+Td,基本偏差系列,孔、轴的基本偏差数值 孔、轴的基本偏差数值是经过生产实践和大量试验得到的一系列公式，表2-3是其计算公式，表2-4，表2-5分别是孔、轴的基本偏差数值表。 实际应用中，孔、轴的基本偏差数值不必用公式计算，可以直接从表2-4，表2-5查取。另一个极限偏差可根据基本偏差数值和标准公差数值（表2-2查取），分别按下式计算： EIES-TDESEI+TD ei=es-Td es=ei+Td,孔、轴的基本偏差之间存在两种换算规则,通用规则 用同一字母表示的孔、轴基本偏差的绝对值相等，符号相反。也就是说孔的基本偏差是轴的基本偏差相对

17、于零线的倒影。 即：EI=-es (AH) ES=-ei (JZC孔、轴同级配合) 适用范围：包括AH和标准公差等级低于IT8的K、M、N和标准公差等级低于IT7的P ZC。但也有个别例外，对于标准公差等级低于IT8且基本尺寸大于3mm的N，其基本偏差ES=0。,孔、轴的基本偏差之间存在两种换算规则,特殊规则 孔、轴基本偏差的符号相反，绝对值相差一个值。 为孔的公差等级比轴的公差等级低一级时，两者标准公差值的差值， 是由于孔轴不同级造成的。 即ITnIT(n-1) ES=ei 国家标准规定：在常用尺寸段内（500mm）,当孔的标准公差低于或等于IT8时，与同级基准孔相配合，如：H9/h9，H1

18、0/d10；当孔的标准公差高于或等于IT8时，与高一级的基准轴相配合，如：H7/m6，H6/k5；当孔的标准公差等于IT8，可与同级配合也可与高一级轴配合。如：H8/m7，H8/h8。但不管怎么样配，都要求二种基准制形成的同名配合的配合性质相同，即符合换算前提。 适用范围：在基本尺寸至500mm 范围内，且标准公差等级高于等于 IT8的K、M、N和标准公差等级高于等于 IT7的P ZC。 实际应用中，可以直接从表2-6，表2-7中查取孔、轴的极限偏差。,特殊规则,在基孔制中（左图），最小过盈Ymin=ES-ei= ITn-ei; 在基轴制中（右图），最小过盈Ymin=ES-ei= ES-(-I

19、Tn-1)= ES+ ITn-1 所以 ES=-ei+(ITn- ITn-1)=-ei+ 0,经过推导，我们知道： 是由于孔轴不同级造成的，这也就是图1-9中K、M、N有阶梯台阶的原因。,基本尺寸,+,0,-,孔,孔,轴,轴,基孔制,基轴制,Ymin,Ymin,ITn,ITn-1,ES,ES,EI,EI,es,es,ei,ei,基本偏差系列,举例2-5，P25，例2-6，P34,基本偏差系列,公差带代号 公差带的代号由基本偏差代号与公差等级代号组成，如H7、h6、M8、d9等等。在图样上标注尺寸公差时，可以标注极限偏差，（上偏差放在基本尺寸的右上角，下偏差放在基本尺寸的右下角）；例如： 、 ，

20、也可以标注尺寸公差带代号，如：50H7、 50f6或者两者都标注50H7 （ ）、 50f6（ ） 。,基本偏差系列,极限与配合在图样上的标注 装配图上，配合用相同的基本尺寸后跟孔、轴公差带表示。孔、轴公差带写成分数形式，分子为孔公差带，分母为轴公差带。例如45H8/f7,基本偏差系列,一般、常用和优先的公差带与配合 标准公差系列中的任一公差与基本偏差系列中任一偏差组合，即可得到不同大小和位置的公差带。在基本尺寸500mm内组成543种孔的公差带和544种轴的公差带。如果将这些孔轴公差带在生产实际中都投入使用，显然是不经济的，而且也不必要的。 为了简化公差带种类，减少与之相适应的定值刀、量具和

21、工艺装备的品种和规格，对基本尺寸至500mm的孔、轴规定了优先、常用和一般用途公差带。书中图2-15和图2-16分别是孔和轴的一般用途公差带（轴119种，孔105种），其中方框内为常用公差带（轴59种，孔44种），带圆圈的为优先公差带（轴孔各有13种）。 设计时应优先使优先公差带，其次才使用常用公差带，再其次才考虑使用一般用途公差带。,一般、常用和优先的孔的公差带（尺寸500mm）,一般、常用和优先的轴的公差带（尺寸500mm）,常用和优先配合,基准孔和基准轴与各种非基准件配合时，得到各种不同性质的配合，如：AH和ah与基准件配合，形成间隙配合；JN和jn与基准件配合，基本上形成过渡配合，PZ

22、C和pzc与基准件配合，基本上形成过盈配合。 原则上，任意一对孔、轴公差带都可以构成配合，为了简化公差配合的种类，减少定值刀、量具和工艺装备的品种及规格，国家标准在尺寸500mm的范围内，规定了基孔制和基轴制的优先（基孔制、基轴制各13种）和常用配合（基孔制59种，基轴制47种）。,基孔制常用、优先配合,基轴制常用、优先配合,2.3尺寸精度设计的基本原则和方法,尺寸精度设计得是否恰当，将直接影响到产品的性能、质量、互换性及经济性。 尺寸精度设计的内容包括：选择配合制、公差等级和配合种类。 选择方法：计算法、试验法和类比法,2.3尺寸精度设计的基本原则和方法,配合制的选用（一般情况下优先选用基孔

23、制） 基孔制和基轴制是两种平行的配合制。基孔制配合能满足要求的，用同一偏差代号按基轴制形成的配合，也能满足使用要求。如：H7/k6与K7/h6的配合性质基本相同，称为“同名配合”。所以，配合制的选择与功能要求无关，主要考虑加工的经济性和结构的合理性。 从制造加工方面考虑，两种基准制适用的场合不同；从加工工艺的角度来看，对应用最广泛的中小直径尺寸的孔，通常采用定尺寸刀具（如钻头、铰刀、拉刀等）加工和定尺寸量具（如塞规、心轴等）检验。而一种规格的定尺寸刀具和量具，只能满足一种孔公差带的需要。对于轴的加工和检验，一种通用的外尺寸量具，也能方便地对多种轴的公差带进行检验。由此可见：对于中小尺寸的配合，

24、应尽量采用基孔制配合。,下列情况选用基轴制,不再进行机械加工的冷拔钢材做轴 尺寸小于1mm的光轧成形的细钢丝直接做轴 同一根轴在不同部位与几个孔相配合，且各自有不同的配合要求。,如图所示的活塞部件中，活塞销和活塞与连杆的配合，根据功能要求，活塞销和活塞的配合应为过渡配合，而活塞销与连杆的配合则应为间隙配合。,配合的特殊要求,为满足配合的特殊要求，允许选用非基准制的配合 如图所示，箱体孔与滚动轴承和轴承端盖的配合。由于滚动轴承是标准件，它与箱体孔的配合选用基轴制配合，箱体孔的公差带代号为J7，箱体孔与端盖的配合可选低精度的间隙配合J7/f9 ，既便于拆卸又能保证轴承的轴向定位，还有利于降低成本。

25、,确定标准公差等级,公差等级的选择的实质就是尺寸制造精度的确定，尺寸的精度与加工的难易程度、加工的成本和零件的工作质量有关。公差等级越高，合格尺寸的大小越趋一致，配合精度就越高，但加工的成本也越高。公差与成本的关系如图3-12所示。因此，公差等级选择的基本原则是：在满足使用性能的前提下，尽量选择较低的精度等级。 国家标准各公差等级与加工方法的大致关系见表210。,确定标准公差等级,公差等级的选择方法 公差等级的选择的方法一般采用类比法，对于已知配合要求的也可以用计算法确定其公差等级。一般配合尺寸的公差等级范围为IT5IT13。 采用类比法选择公差等级时应考虑 的问题 （1）应遵循工艺等价的原则

26、，即相互结合的零件，其加工的难易程度应基本相当。根据这一原则，对于基本尺寸500mm的，当公差等级在IT8以上时，标准推荐孔比轴低一级，如：H8/m7，K7/h6；当公差等级在IT8以下时，标准推荐孔与轴同级，如：H9/h9，D9/h9，IT8属于临界值，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。对于基本尺寸500mm的，一般采用孔、轴同级配合。 （2）相配合的零、部件的精度应相匹配。如：与齿轮孔相配合的轴的精度就受齿轮精度的制约；与滚动轴承相配合的外壳孔和轴的精度应当与滚动轴承的精度相匹配。,公差等级的应用,配合IT5至IT13级的应用（尺寸mm）,确定标准公差等级,举例2-7，P42,配合的选用,配合种类的选择主要就是根据零件的功能要求，确定配合的类型及非配合制的基本偏差代号。选择的基本方法还是类比法、计算法和试验法三种。类比法是选择配合种类的主要方法。应用类比法选择时，要考虑以下因素： 配合件的工作情况 各种基本偏差形成配合的特点 配合件的生产情况,根据使用要求确定配合的类别,选择配合的类型时，应考虑配合件间有无相对运动、定心精度高低、配合件受力情况、装配情况等。配合类型的选择可依据下表来对比选择。,确定基本偏差的方法：类比法、计算法和试验法三种,各种基本偏差形成配合的特点 间隙配合有AH（ah）共十一种，