互換性與測量技術(shù)-第八章尺寸鏈

1、第八章 尺寸鏈尺寸鏈的基本概念及計算基本要求 基本內(nèi)容：尺寸鏈的基本概念、組成、分類、尺寸鏈的建立與分析，尺寸鏈的計算。 重點內(nèi)容：尺寸鏈的建立與分析及基本計算。 難點內(nèi)容：尺寸鏈的建立與分析 基本技能：通過本章節(jié)的學習能進行尺寸鏈的初步分析和計算，并逐步建立機構(gòu)精度設(shè)計的概念。尺寸鏈的基本概念 在設(shè)計機械零部件各要素的幾何精度幾何精度的同時，需要通過綜合分析計算來協(xié)調(diào)和保證零部件的整體精度整體精度的要求。合理規(guī)定各要素的尺寸精度和形位精度，進行幾何精度綜合分析計算,可以運用尺寸原理尺寸原理和相應的分析計算方法分析計算方法。 在一個零件或一臺機器的結(jié)構(gòu)中，總有一些相互聯(lián)系的尺寸，這些相互聯(lián)系的

2、尺寸按一定順序連接成一個封閉的尺寸組，稱為尺寸鏈。如圖。 其特性有二： 封閉性組成尺寸鏈的各個尺寸按一定順序構(gòu)成一個封閉系統(tǒng)； 相關(guān)性(函數(shù)性）其中一個尺寸變動將影響其他尺寸變動。 尺寸鏈的組成 構(gòu)成尺寸鏈的各個尺寸稱為環(huán)。尺寸鏈的環(huán)分為封閉環(huán)和組成環(huán)。 封閉環(huán): 加工或裝配過程中最后自然形成的那個尺寸。如上圖中的x、B0和A0。 組成環(huán): 尺寸鏈中除封閉環(huán)以外的其他環(huán)。根據(jù)它們對封閉環(huán)影響的不同，又分為增環(huán)和減環(huán)。 與封閉環(huán)同向變動的組成環(huán)稱為增環(huán)，即當該組成環(huán)尺寸增大（或減?。┒渌M成環(huán)不變時，封閉環(huán)也隨之增大（或減?。缟蠄Da中的D； 與封閉環(huán)反向變動的組成環(huán)稱為減環(huán)，即當該組成環(huán)尺

3、寸增大（或減?。┒渌M成環(huán)不變時，封閉環(huán)的尺寸卻隨之減小（或增大），如上圖a中的d。 HOME 尺寸鏈的組成（續(xù)）增、減環(huán)的第二種判別法按箭頭方向判斷。 在封閉環(huán)A0上面按任意指向畫一箭頭，見下圖，沿已定箭頭方向 在每個組成環(huán)符號A1、A2、A3、（或B1、B2、B3、B4、B5）上各畫一箭頭，使所畫各箭頭依次彼此頭尾相連，組成環(huán)中箭頭與封閉環(huán)箭頭方向相同者為減環(huán)，相反者為增環(huán)。按此方法可以判定： A2為減環(huán)； A1、 A3為增環(huán)。（同理判斷B1、B2、B3、B4、B5） 尺寸鏈的分類 按應用場合分： 裝配尺寸鏈、 零件尺寸鏈、工藝尺寸鏈。 按各環(huán)所在空間位置分：線性尺寸鏈、平面尺寸鏈 、空

4、間尺寸鏈。尺寸鏈中常見的是直線尺寸鏈。平面尺寸鏈和空間尺寸鏈可以用坐標投影法轉(zhuǎn)換為直線尺寸鏈。 按各環(huán)尺寸的幾何特性分：長度尺寸鏈、角度尺寸鏈。 本章重點討論長度尺寸鏈中的線性尺寸鏈。尺寸鏈的建立與分析 確定封閉環(huán) 查找組成環(huán) 判斷增減環(huán) 確定封閉環(huán)在裝配尺寸鏈中，封閉環(huán)就是產(chǎn)品上有裝配精度要求的尺寸。如同一部件中各零件之間相互位置要求的尺寸或保證相互配合零件配合性能要求的間隙或過盈量。 零件尺寸鏈的封閉環(huán)應為公差等級要求最低的環(huán)，一般在零件圖上不進行標注，以免引起加工中的混亂。 工藝尺寸鏈的封閉環(huán)是在加工中最后自然形成的環(huán)，一般為被加工零件要求達到的設(shè)計尺寸或工藝過程中需要的余量尺寸。加工順

5、序不同，封閉環(huán)也不同。所以工藝尺寸鏈的封閉環(huán)必須在加工順序確定之后才能判斷。注：一個尺寸鏈中只有一個封閉環(huán)。 在確定封閉環(huán)之后，應確定對封閉環(huán)有影響的各個組成環(huán)，使之與封閉環(huán)形成一個封閉的尺寸回路。 在建立尺寸鏈時應遵守“最短尺寸鏈原則”，即對于某一封閉環(huán)，若存在多個尺寸鏈時，應選擇組成環(huán)數(shù)最少的尺寸鏈進行分析計算。查找組成環(huán) 組成環(huán)是對封閉環(huán)有直接影響的那些尺寸，與此無關(guān)的尺寸要排除在外。一個尺寸鏈的環(huán)數(shù)應盡量少。 查找裝配尺寸鏈的組成環(huán)時，先從封閉環(huán)的任意一端開始，找相鄰零件的尺寸，然后再找與第一個零件相鄰的第二個零件的尺寸，這樣一環(huán)接一環(huán)，直到封閉環(huán)的另一端為止，從而形成封閉的尺寸組。

6、在尺寸鏈線圖中，常用帶單箭頭的線段表示各環(huán)，箭頭僅表示查找尺寸鏈組成環(huán)的方向。與封閉環(huán)箭頭方向相同的環(huán)為減環(huán)，與封閉環(huán)箭頭方向相反的環(huán)為增環(huán)。 判斷增減環(huán) A3A2A0A1B0B2B4B5A1 、A3為增環(huán)，A2為減環(huán)B2、B4、B5為增環(huán)，B1、B3為減環(huán)B1B3尺寸鏈的計算 計算類型 計算方法 完全互換法解尺寸鏈計算公式 舉例 計算類型 正計算 已知各組成環(huán)的極限尺寸，求封閉環(huán)的極限尺寸。這類計算主要用來驗算設(shè)計的正確性，故又叫校核計算。 反計算 已知封閉環(huán)的極限尺寸和各組成環(huán)的基本尺寸，求各組成環(huán)的極限偏差。這類計算主要用在設(shè)計上，即根據(jù)機器的使用要求來分配各零件的公差。 中間計算 已知

7、封閉環(huán)和部分組成環(huán)的極限尺寸，求某一組成環(huán)的極限尺寸、這類計算常用在工藝上。 反計算和中間計算通常稱為設(shè)計計算。 計算方法完全互換法（極值法）：從尺寸鏈各環(huán)的最大與最小極限尺寸出發(fā)進行尺寸鏈計算，不考慮各環(huán)實際尺寸的分布情況。按此法計算出來的尺寸加工各組成環(huán)，裝配時各組成環(huán)不需挑選或輔助加工，裝配后即能滿足封閉環(huán)的公差要求，即可實現(xiàn)完全互換。完全互換法是尺寸鏈計算中最基本的方法。 大數(shù)互換法：該法是以保證大數(shù)互換為出發(fā)點的。生產(chǎn)實踐和大量統(tǒng)計資料表明，在大量生產(chǎn)且工藝過程穩(wěn)定的情況下，各組成環(huán)的實際尺寸趨近公差帶中間的概率大，出現(xiàn)在極限值的概率小。采用概率法，不是在全部產(chǎn)品中，而是在絕大多數(shù)產(chǎn)

8、品中，裝配時不需要挑選或修配，就能滿足封閉環(huán)的公差要求，即保證大數(shù)互換。 其他方法：在某些場合，為了獲得更高的裝配精度，而生產(chǎn)條件又不允許提高組成環(huán)的制造精度時，可采用分組互換法、修配法和調(diào)整法等來完成這一任務(wù)。 完全互換法解尺寸鏈的基本公式 設(shè)尺寸鏈的組成環(huán)數(shù)為m，其中n個增環(huán)，mn個減環(huán)，A0為封閉環(huán)的基本尺寸，A為組成環(huán)的基本尺寸，則對于直線尺寸鏈有如下公式： 封閉環(huán)的基本尺寸 A0 = 封閉環(huán)的極限尺寸 A0max= A0min=mniiniiAA11mniiniiAA1min1maxmniiniiAA1max1min基本公式（續(xù)） 封閉環(huán)的極限偏差 ES0= EI0= 封閉環(huán)的公差

9、T0= HOME miiT1mniiniiEIES11mniiniiESEI11校核計算舉例 校核計算的步驟是：根據(jù)裝配要求確定封閉環(huán)；尋找組成環(huán)；畫尺寸鏈線圖；判別增環(huán)和減環(huán)；由各組成環(huán)的基本尺寸和極限偏差驗算封閉環(huán)的基本尺寸和極限偏差。校核計算舉例（續(xù)）解（l）確定封閉環(huán)為要求的間隙A0；尋找組成環(huán)并畫尺寸鏈線圖（上圖b）；判斷A3為增環(huán)，A1、A2、A4和A5為減環(huán)。、 （2）封閉環(huán)的基本尺寸 A0A3（A1+A2+A4+A5）=43 （30+5+3+5）=0 即要求封閉環(huán)的尺寸為0 mm 。 （3）計算封閉環(huán)的極限偏差 ES。ES3（EI1+EI2+EI4+EI5） +018（0130

10、0750040075）=+050 EI。EI3（ES1+ES2+ES4+ES5） 002mm（0000）mm002mm （4）計算封閉環(huán)的公差 T。T1+T1+ T2+T3+T4 +T5 =0130075十0160075十004=048mm 校核結(jié)果表明，封閉環(huán)的上、下偏差及公差均已超過規(guī)定范圍。 45. 010. 0中間計算舉例 例2、如圖所示零件，按圖樣注出的尺寸A1和A3加工時不易測量，現(xiàn)改為按尺寸A1和A2加工，為了保證原設(shè)計要求，試計算A2的基本尺寸和偏差。 A2A3=10A1=500-0.0600-0.36中間計算舉例 解：據(jù)題意，按尺寸A1、A2加工，則A3必須為封閉環(huán)，A2則為

11、工序尺寸。 A3=A1-A2 A2=A1-A3=50-10=40mm ES3=ES1-EI2 EI2=ES1-ES3=0-0=0 EI3=EI1-ES2 ES2=EI1-EI3=-0.06-（-0.36）=+0.30mm 故A2尺寸為40 mm。 HOME 30. 00036. 03100060. 0150A2例3：加工如圖所示的套筒時，外圓柱面加工至A1=80f9，內(nèi)孔加工至A2=60H8，外圓柱面軸線對內(nèi)孔軸線的同軸度公差為0.02mm.試計算套筒壁厚尺寸的變動范圍。 解：1、畫出尺寸鏈。尺寸鏈如圖所示，A3為同軸度公差，將它作為長度尺寸的組成環(huán)納入尺寸鏈中，寫成A3=00.01mm。為便

12、于建立尺寸間的聯(lián)系，直徑尺寸改為半徑尺寸進行計算，另外題中給出了A1=80f9，A2=60H8，需要查表計算出相應的極限偏差。 查標準公差數(shù)值表，80 IT9=74m， 查基本偏差數(shù)值表，對于f9 ：es = -30m ，所以ei = es-IT9=-30-74= -104m 所以A1=80f9 例3（續(xù)）查標準公差數(shù)值表：60 IT8=46m， 因為是基孔制H，所以EI=0，ES = EI+IT8=0+46= 46m 所以A2=60H8 所以A1/2=40 mm，A2/2=30 mm，A3=00.01mm （2）判斷封閉環(huán)A0 （3）判斷增減環(huán)。 增環(huán)：A1/2、A3 減環(huán)：A2/2 （4）

13、計算 =（A1/2+A3）- A2/2=40+0-30=10mm =0.01+(-0.015)-0= -0.005mm = -0.01+(-0.052)-0.023= -0.085mm TA0= ES0-EI0=0.080mm （5）校核 =0.037+0.023+0.02=0.080 mm = TA0 所以計算正確。A0=10 mm， A0max=9.995mm, A0min=9.915mm 所以套筒壁厚尺寸的變動范圍為9.9159.995mm 尺寸鏈的計算步驟一、尺寸鏈的計算 步驟： 1、確定尺寸鏈計算的類型（設(shè)計計算、校核計算） 2、畫尺寸鏈圖 從某加工或裝配的基準開始畫，所有尺寸都畫上

14、，包括基本尺寸為零的尺寸，尺寸不能重疊，最后尺寸要形成封閉圖形。 3、確定封閉環(huán) 封閉環(huán)是裝配或加工后自然形成的，所以要知道裝配過程和零件加工工藝過程。 4、確定增環(huán)和減環(huán) 5、選擇公式進行計算 6、 校核 分組互換 分組互換法是把組成環(huán)的公差擴大N倍使之達到經(jīng)濟加工精度要求，然后修完工后零件實際尺寸分成N組，裝配時根據(jù)大配大、小配小的原則，按對應組進行裝配，以滿足封閉環(huán)要求。 例如，設(shè)基本尺寸為18mm的孔、軸配合間隙要求為x=38m，這意味著封閉環(huán)的公差T。=5m，若按完全互換法，則孔、軸的制造公差只能為2.5m。 若采用分組互換法，將孔、軸的制造公差擴大四倍，公差為10m，將完工后的孔、

15、軸按實際尺寸分為四組，按對應組進行裝配，各組的最大間隙均為8m，最小間隙為3m，故能滿足要求。 分組互換僅組內(nèi)零件可以互換。 修配法 修配法是根據(jù)零件加工的可能性，對各組成環(huán)規(guī)定經(jīng)濟可行的制造公差，裝配時，通過修配方法改變尺寸鏈中預先規(guī)定的某組成環(huán)的尺寸（該環(huán)叫補償環(huán)），以滿足裝配精度要求。 如圖所示，將A1、A2和A3的公差放大到經(jīng)濟可行的程度，為保證主軸和尾架等高性的要求，選面積最小、重量最輕的尾架底座A2為補償環(huán)，裝配時通過對A2環(huán)的輔助加工（如鏟、刮等）切除少量材料，以抵償封閉環(huán)上產(chǎn)生的累積誤差，直到滿足A。要求為止。 補償環(huán)切莫選擇各尺寸鏈的公共環(huán)，以免因修配而影響其他尺寸鏈的封閉環(huán)精度。 修配法的優(yōu)點也是既擴大了組成環(huán)的制造公差，又能得到較高的裝配精度。主要缺點是增加了修配工作量和費用。 調(diào)整法 調(diào)整法是將尺寸鏈各組成環(huán)按經(jīng)濟公差制造，由于組成環(huán)尺寸公差放大而使封閉環(huán)上產(chǎn)生的累積誤差，可在裝配時采用調(diào)整補償環(huán)的尺寸或位置來補償。常用的補償環(huán)可分為兩種： 固定補償環(huán)：在尺寸鏈中選擇一個合適的組成環(huán)作為補償環(huán)（如墊片、墊圈或軸套等）。補償環(huán)可根據(jù)需要按尺寸大小分為