機(jī)械零件設(shè)計(jì)中幾何公差的合理選用分析

1、機(jī)械零件設(shè)計(jì)中幾何公差的合理選用分析摘要：機(jī)械制造業(yè)的不斷開展，隨之而來的是對機(jī)械零件構(gòu)造設(shè)計(jì)要求的不斷進(jìn)步，因此，對于機(jī)械零件的設(shè)計(jì)需要在滿足機(jī)械設(shè)計(jì)原那么的根底上不斷創(chuàng)新，改變原來的設(shè)計(jì)方法，利用幾何公差的原理，根據(jù)機(jī)械產(chǎn)品的功能充分發(fā)揮創(chuàng)造力，綜合運(yùn)用先進(jìn)的技術(shù)，借鑒優(yōu)秀的研究成果，在全新的設(shè)計(jì)理念和根本設(shè)計(jì)原那么的指導(dǎo)下，創(chuàng)造出更具有價(jià)值的機(jī)械零件。本文對機(jī)械零件設(shè)計(jì)中幾何公差的合理選用做一個簡單的分析和討論。關(guān)鍵詞：機(jī)械零件設(shè)計(jì)；幾何公差；合理選用中圖分類號：S611 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A引言現(xiàn)代化的機(jī)械零件構(gòu)造設(shè)計(jì)涉及到多方面的因素，設(shè)計(jì)方法也不斷創(chuàng)新開展，理論設(shè)計(jì)、經(jīng)歷設(shè)計(jì)、模型實(shí)驗(yàn)

2、設(shè)計(jì)成為最主要的三種設(shè)計(jì)方式，并且三者之間存在著不可分割的聯(lián)絡(luò)?？茖W(xué)合理的機(jī)械零件構(gòu)造設(shè)計(jì)能有效地保證零件的工藝性和實(shí)用性，同時(shí)也能極大程度地進(jìn)步零件的強(qiáng)度，增強(qiáng)零件使用壽命對零件的構(gòu)造設(shè)計(jì)必須遵循一定的原那么，本文試圖從機(jī)械零件構(gòu)造設(shè)計(jì)的方法、優(yōu)勢和幾何公差選用的原那么出發(fā)進(jìn)展深化討論。一、機(jī)械零件構(gòu)造設(shè)計(jì)方法應(yīng)用正確的根本原理和已有的理論經(jīng)歷來創(chuàng)造開展新事物或改造舊事物，這就是設(shè)計(jì)的根本概念，對于機(jī)械零件的構(gòu)造設(shè)計(jì)同樣也符介這一概念，零件設(shè)計(jì)的方法有以下幾種。1、理論設(shè)計(jì)理論設(shè)計(jì)主要以人們已掌握的介乎規(guī)律的理論和理論知識為根底，結(jié)介理論力學(xué)、材料力學(xué)、機(jī)械原理、金屬學(xué)等理論知識進(jìn)展機(jī)械零件

3、的構(gòu)造設(shè)計(jì)。根據(jù)零件的整體載荷情況，運(yùn)用理論計(jì)算公式確定零件的幾何尺寸。零件的尺寸計(jì)算必須滿足載荷情況、材料性能、零件工作情況和應(yīng)力分布規(guī)律等方面的條件。運(yùn)用計(jì)算公式初步確定機(jī)械零件的尺寸及形狀后，再利用校核計(jì)算對零件危險(xiǎn)剖面的平安系數(shù)計(jì)算值進(jìn)展校核。這個過程多用于應(yīng)力分布規(guī)律復(fù)雜，但又能用材料力學(xué)公式表示出來的零件設(shè)計(jì)，同時(shí)也適用于應(yīng)力分布規(guī)律簡單但必須零件尺寸的情況，如軸和彈簧的設(shè)計(jì)。在進(jìn)展機(jī)械零件的構(gòu)造設(shè)計(jì)時(shí)，一些具有足夠理論經(jīng)歷的設(shè)計(jì)工作者也常為了簡化計(jì)算過程，在粗略的估算和相關(guān)資料的根底上自接進(jìn)展構(gòu)造設(shè)計(jì)，然后采用校核計(jì)算。理論設(shè)計(jì)的根底是熟知機(jī)械零件的材料性能和應(yīng)力分布規(guī)律，是經(jīng)過

4、大量感性知識而總結(jié)出來的設(shè)計(jì)規(guī)律，因此是一種具有一定科學(xué)性和先進(jìn)性的設(shè)計(jì)方法，值得廣泛采用。但是任何一種理論都存在不完善的地方，所以不應(yīng)把理論設(shè)計(jì)當(dāng)作完美的機(jī)械零件機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)方法。2、經(jīng)歷設(shè)計(jì)根據(jù)零件已有的設(shè)計(jì)和使用經(jīng)歷或設(shè)計(jì)者自身的設(shè)計(jì)經(jīng)歷，采用類比的方法進(jìn)展的設(shè)計(jì)就叫經(jīng)歷設(shè)計(jì)。經(jīng)歷設(shè)計(jì)相比于理論設(shè)計(jì)，沒有足夠理論化的科學(xué)分析作為設(shè)計(jì)根底，但是根據(jù)經(jīng)歷形成的公式本身就已具備一定的科學(xué)統(tǒng)計(jì)性，所以經(jīng)得起理論的考驗(yàn)，具有很大的實(shí)用價(jià)值。經(jīng)歷設(shè)計(jì)通常用于外形復(fù)雜、載荷情況小明且無法用理論分析的機(jī)械零件設(shè)計(jì)中，如機(jī)架、變速箱體的設(shè)計(jì)，也多用于對價(jià)值小高的零件的設(shè)計(jì)。經(jīng)歷設(shè)計(jì)往往運(yùn)用在理論設(shè)計(jì)薄弱的地方

5、，從某種意義上來說，經(jīng)歷設(shè)計(jì)和理論設(shè)計(jì)存在一定的互補(bǔ)關(guān)系。3、模型實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)模型實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)主要針對一些尚無法運(yùn)用理論知識進(jìn)展詳細(xì)分析的大型的、構(gòu)造復(fù)雜且具有一定重要性的機(jī)械零件進(jìn)展構(gòu)造設(shè)計(jì)。詳細(xì)來說，就是對零件作出初步設(shè)計(jì)，形成模型，對模型進(jìn)展反復(fù)試驗(yàn)，再根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果加以修改。這種設(shè)計(jì)方法同樣也是對理論小足的一種彌補(bǔ)，同時(shí)也有效地防止了經(jīng)歷設(shè)計(jì)中缺乏科學(xué)性的成分。模型實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)決定了大型復(fù)雜零件中的工作應(yīng)力分布情況和零件的極限承受才能，是將經(jīng)歷設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)化為理論設(shè)計(jì)的途徑之一。二、幾何要素定義之間的互相關(guān)系幾何要素定義之間的互相關(guān)系詳見圖1。其中幾何要素有：點(diǎn)、線或面。組成要素有：面或面上的線。導(dǎo)出要素

6、有：由一個或幾個組成要素得到的中心點(diǎn)、中心線或中心面，例如：球心是由球面得到的導(dǎo)出要素。尺寸要素為：由一定大小的線性尺寸或角度尺寸確定的幾何形狀。公稱組成要素是由技術(shù)制圖或其他方法確定的理論正確組成要素，見圖1a，公稱導(dǎo)出要素是由一個或幾個公稱組成要素導(dǎo)出的中心點(diǎn)、軸線或中心平面。工件實(shí)際外表是實(shí)際存在并將整個工件與周圍介質(zhì)分隔的一組要素。實(shí)際組成要素即由接近實(shí)際組成要素所限定的工件實(shí)際外表的組成要素部分，見圖1a。提取組成要素是按規(guī)定方法，由實(shí)際組成要素提取有限數(shù)目的點(diǎn)所形成的實(shí)際組成要素的近似替代，見圖1c。提取組成要素是按規(guī)定的方法由提取組成要素形成的并具有理想形狀的組成要素，見圖1d，

7、擬合導(dǎo)出要素是由一個或幾個擬合組成要素導(dǎo)出的中心點(diǎn)、軸線或中心平面。三、幾何公差1、幾何公差的根本概念根據(jù)誤差最小原那么、有關(guān)默認(rèn)規(guī)定和公差代號的指示，確定被測要素的形狀、位置或者被測要素組成共同理想模型的各個要素的形狀、位置，然后確定公差帶的位置對稱或不對稱于理想要素。公差要求被測要素的，實(shí)際要素，局限于指定的公差帶內(nèi)。沒有特別說明，公差不限制被測要素的，實(shí)際要素，在公差帶內(nèi)的分布。單一要素的幾何公差又稱形狀公差。關(guān)聯(lián)要素的幾何公差又稱方向公差、位置公差。2、幾何要素的各項(xiàng)公差之間互相獨(dú)立假設(shè)無特別說明，尺寸公差之間、幾何公差之間、幾何公差與尺寸公差之間相對獨(dú)立，各項(xiàng)公差都是零件合格的必要條

8、件。1尺寸公差之間互相獨(dú)立無論線性尺寸，還是角度尺寸，每一個尺寸都有其獨(dú)立的解釋，互相之間沒有任何關(guān)聯(lián)，否那么，尺寸公差將可能沒有唯一確定的解釋。2幾何公差與尺寸公差互相獨(dú)立四、幾何公差值幾何公差值確認(rèn)的方式可以分為計(jì)算法和類比法。一般情況下采用類比法予以確定。其是根按照零件的構(gòu)造特點(diǎn)、功能要求、結(jié)合設(shè)計(jì)經(jīng)歷及相關(guān)資料，將其與已經(jīng)歷證的類似零件的根本要求，進(jìn)展全面的比照分析，最終予以確認(rèn)。在進(jìn)展類比時(shí)有幾點(diǎn)本卷須知，詳細(xì)如下：一般情況下，中、高精度零件的形狀公差值在占尺寸公差值中的占比約為25%-65%之間，位置公差值在尺寸公差值中的占比約為50%。中等精度的幾何公差值可以和尺寸公差保持一致，

9、中等尺寸與和中等精度零件的外表粗糙度值在幾何公差值中的占比約為20%-25%之間。在以下情況下，充分考量加工難度及輔助參數(shù)的影響，在到達(dá)零件功能要求的條件下可適當(dāng)降低2個左右的公差等級，包括與軸、細(xì)長相比較大孔；軸、間距較大的孔；軸或者零件外表的寬度超過長度的一半等。五、配制配合在機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用在 實(shí) 際 應(yīng) 用 過 程 中 ， 對 一 基 本 尺 寸 為2500mm 孔、軸進(jìn)展配制。假設(shè)按照實(shí)際工作要求進(jìn)展相應(yīng)配合，其配合的最大間隙為0.35mm，最小間隙為 0.120mm。因工程實(shí)際情況符合配制配合要求，在此根底上采用配制配合。應(yīng)用過程中可以以計(jì)算方法為根據(jù)來確定公差配合代號，并采用基孔

10、制，最終根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)公差表可以確定孔軸公差為 0.115mm。當(dāng)以最小公差為根據(jù)確定偏向代號時(shí)，可以根據(jù)互換性消費(fèi)要求選取最正確配合，以得出最大間隙和最小間隙，并在裝配圖上標(biāo)注出先加工件孔和先加工件軸，在實(shí)際配制配合中，假設(shè)先將工件作為孔，即便孔加工起來較難，但是其卻能準(zhǔn)確的測出相應(yīng)尺寸，從而較容易得到相應(yīng)公差；在配制件過程中，可以將其配制件作為軸，然后以確定的配合公差為根據(jù)選擇偏向 f7，并得出最大間隙和最小間隙，并在圖上將其標(biāo)注出來。在此根底上，也可以選擇 f8，得出最大間隙和最小間隙，但是因此時(shí)最大間隙要大于實(shí)際間隙，在設(shè)計(jì)過程中，還需要對相應(yīng)內(nèi)容進(jìn)展考慮；為了保證測量精度，必須注意配制配合

11、極限尺寸的選擇。選擇過程中，可以以先加工件實(shí)際尺寸和配制配件極限尺寸為根據(jù)進(jìn)展相應(yīng)計(jì)算。在實(shí)際計(jì)算中，可以選用f7 和 f8，計(jì)算出最大和最小極限尺寸。通過 f7和 f8 比照可知，裝配圖上標(biāo)注出的互換性消費(fèi)時(shí)的配合代號。之所以這樣做，是要制造者知道愿配合要求的重要性，并使其理解箱配件形狀、位置公差及外表粗糙度等相關(guān)要求與配制配合是無關(guān)的，同時(shí)也不會因采用了配制配合就降低標(biāo)準(zhǔn)要求。此外，基準(zhǔn)件消費(fèi)中必須應(yīng)明確加工時(shí)的公差等級并及時(shí)注明，如不注明就必須按照公差尺寸極限偏向進(jìn)展相應(yīng)加工。對于配制件來說，那么應(yīng)該根據(jù)實(shí)際需求選擇最正確公差帶，以滿足交互性消費(fèi)求。 就現(xiàn)狀分析，一些機(jī)械零部件小批量消費(fèi)過程中，仍采用大批量互換消費(fèi)，為了減少廢品，在實(shí)際加工過程中會用最大實(shí)體進(jìn)展加工，使得零件的實(shí)際尺寸長與實(shí)體最大尺寸一致，從而使裝配后的機(jī)械偏緊或是偏松。在這種情況下，機(jī)械設(shè)計(jì)的公差和配合不僅會增加本錢，同時(shí)也會使裝配更加困難，甚至使機(jī)械設(shè)計(jì)無法到達(dá)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和使用要求。完畢語機(jī)械零件的構(gòu)造設(shè)計(jì)是一個涉及諸多因素的綜合性問題，無論從設(shè)計(jì)方法還是設(shè)計(jì)原那么上都需要設(shè)計(jì)工作者具有非常豐富的經(jīng)歷，運(yùn)用合理的公差原那么，才能保證設(shè)計(jì)出的零件產(chǎn)品能最大限度地實(shí)現(xiàn)實(shí)用價(jià)值和經(jīng)濟(jì)效益。