精密機(jī)械零件公差與互換性

第三章

精細(xì)機(jī)械零件公差與互換性(零件的幾何精度)§3-1概論一、誤差的概念零件的幾何參數(shù)：包括尺寸、外形及位置參數(shù)等等。加工誤差——加工后，零件的實(shí)踐幾何參數(shù)對(duì)其理想?yún)?shù)的變動(dòng)量。幾何精度——而實(shí)踐幾何參數(shù)近似于理想幾何參數(shù)的程度。零件的加工誤差愈小，那么其幾何精度愈高。零件的加工誤差，按其幾何特征的不同可分為如下二類：1.尺寸誤差——加工后零件的實(shí)踐尺寸與理想尺寸之差。如軸類零件的直徑及長度尺寸的誤差均屬此類。2．幾何外形誤差——零件的實(shí)踐幾何外形(普通指各種線、面)與理想外形的差別。外形誤差又可分為：宏觀幾何外形誤差(簡稱外形誤差)；中間幾何形狀誤差(外表波度〕；微觀幾何外形誤差(外表粗糙度)。

外表外形誤差的波距較大，外表粗糙度的波距較小，外表波度那么介于兩者之間，如圖3-1所示。二．互換性是指按規(guī)定的幾何、物理及其它質(zhì)量參數(shù)的公差來分別制造機(jī)械的各個(gè)零部件，任取其一，使其在裝配與改換時(shí)不需任何挑選、輔助加工或修配，就能裝在儀器上，到達(dá)規(guī)定的功能要求?；Q性的例子：1.鐘表、手表中的零件損壞了，可迅速換上一個(gè)同規(guī)格的零件，以恢復(fù)其運(yùn)用功能。之所以如此方便，是由于這些零件具有互換性。2．汽車上的零件也具有互換性。買一個(gè)來就可以裝上。儀期制造中的互換性，通常包括：幾何參數(shù)(如尺寸、外形等)；力學(xué)性能(如硬度、強(qiáng)度)；理化性能(如化學(xué)成分、線膨脹系數(shù))等方面的互換性。本章只討論幾何參數(shù)的互換性。用公差來保證幾何參數(shù)的互換性公差值大小應(yīng)根據(jù)功能要求和經(jīng)濟(jì)性權(quán)衡而定。實(shí)踐幾何參數(shù)能否合格，應(yīng)經(jīng)過技術(shù)丈量所得結(jié)果來判別?；Q性按其互換性程度分為完全互換和不完全互換。完全互換——零、部件在裝配時(shí)不需求挑選、調(diào)整和附加修配；不完全互換——允許零、部件在裝配前進(jìn)展預(yù)先分組，對(duì)應(yīng)組內(nèi)的零、部件才可互換，而且只適用于廠內(nèi)組織消費(fèi)采用〔如滾動(dòng)軸承的大批量消費(fèi)〕。互換性的重要意義：互換性是組織現(xiàn)代化工業(yè)消費(fèi)的重要技術(shù)經(jīng)濟(jì)原那么。它有利于在工業(yè)中廣泛地組織協(xié)作，進(jìn)展高效率的專業(yè)化消費(fèi)，對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造、運(yùn)用和維修等方面都具有重要的意義。1.從運(yùn)用看，零部件新舊交換方便。2.從制造看，是提高消費(fèi)程度和文明程度的有力手段。并行制造零件、自動(dòng)裝配、CAM、產(chǎn)量質(zhì)量高、本錢低。3.從設(shè)計(jì)看，可簡化計(jì)算、繪圖，可CAD。§3-2公差與配合的根本術(shù)語和定義1．孔：通常指工件的圓柱形內(nèi)外表，也包括其它非圓柱形內(nèi)外表(由二平行平面構(gòu)成的包容面)中由單一尺寸確定的部分(見圖3-2)。2．軸：通常指工件的圓柱形外外表，也包括其它非圓柱形外外表(由二平行平面構(gòu)成的被包容面)中由單一尺寸確定的部分?？着c軸的根本特征表現(xiàn)為包容和被包容的關(guān)系，即孔為包容面，軸為被包容面。3．尺寸：以特定單位表示長度值的數(shù)字。由數(shù)字和長度單位(如mm)組成，如直徑Φ100mm.4．根本尺寸：經(jīng)過設(shè)計(jì)給定的尺寸〔實(shí)際值〕。經(jīng)過它運(yùn)用上下偏向算出極限尺寸。它是根據(jù)運(yùn)用要求，經(jīng)過強(qiáng)度、剛度計(jì)算和構(gòu)造等方面的思索，并按規(guī)范選取尺寸〔可減少刀具、量具、夾具的規(guī)格數(shù)量〕。5．實(shí)踐尺寸：經(jīng)過丈量獲得的某一孔、軸的尺寸。由于存在丈量誤差，所以實(shí)踐尺寸并非尺寸的真值；同時(shí)，由于存在外形誤差，工件同一外表的不同部位的實(shí)踐尺寸往往是不相等的。因此，一個(gè)孔或軸的恣意橫截面中的任一間隔，即任何兩相對(duì)點(diǎn)之間測得的尺寸稱為部分實(shí)踐尺寸。例如：測得軸的尺寸為Φ24.965mm,假設(shè)丈量的極限誤差為±0.001mm,那么尺寸的真值在24.965±0.001mm范圍內(nèi)。6．極限尺寸：〔孔或軸的〕允許尺寸變化的兩個(gè)界限值，它以根本尺寸為基準(zhǔn)來確定。最大極限尺寸——兩個(gè)界限值中，較大的一個(gè)；最小極限尺寸——兩個(gè)界限值中，較小的一個(gè)；實(shí)踐尺寸應(yīng)位于其中，也可到達(dá)極限尺寸。7．尺寸偏向(簡稱偏向)某一尺寸減其根本尺寸所得的代數(shù)差。8．上偏向：最大極限尺寸減其根本尺寸所得的代數(shù)差稱為上偏向(孔ES、軸es)9．下偏向：最小極限尺寸減其根本尺寸所得的代數(shù)差稱為下偏向(孔EI、軸ei)ES、EI為孔的上、下偏向；es、ei為軸的上、下偏向。上偏向和下偏向統(tǒng)稱為極限偏向。10．實(shí)踐偏向：實(shí)踐尺寸減其根本尺寸所得的代數(shù)差稱為實(shí)踐偏向。偏向可以是正，負(fù)或零值。實(shí)踐偏向應(yīng)位于極限偏向范圍之內(nèi)。11．尺寸公差(簡稱公差)：允許尺寸的變動(dòng)量。是一個(gè)沒有符號(hào)的絕對(duì)值，它是最大極限尺寸減最小極限尺寸之差或上偏向減下偏向之差的絕對(duì)值。其計(jì)算公式如下：孔的公差:TH=|Dmax-Dmin|=|ES-EI|軸的公差:TS=|dmax-dmin|=|es-ei|例1：知孔的根本尺寸D=軸的根本尺寸d=25mm,孔的最大極限尺寸Dmax=25.021mm,孔的最小極限尺寸Dmin=25.000mm;軸的最大極限尺寸dmax=24.980mm,軸的最小極限尺寸dmin=24.967mm。求孔與軸的極限偏向及公差。解：孔：ES=Dmax-D=25.021-25=+0.021mmEI=Dmin-D=25.000-25=0mmTH=|Dmax-Dmin|=|25.021-25.000|=0.021mm或TH=|ES-EI|=|0.021-0|=0.021mm軸：es=dmax-d=24.980-25=-0.020mmei=dmin-d=24.967-25=-0.033mmTS=|dmax-dmin|=|24.980-24.976|=0.013mm或TS=|es-ei|=|-0.020-(-0.033)|=0.013mm12.零線:在公差帶圖中，表示根本尺寸的一條直線，以其為基準(zhǔn)確定偏向和公差。正偏向位于其上，負(fù)偏向位于其下(見圖3-4)。13.公差帶:在公差帶圖中，由代表上偏向和下偏向的兩條平行直線所限定的一個(gè)區(qū)域，見圖3-4。由此可見，公差帶是由“公差帶大小〞和“公差帶位置〞兩個(gè)要素組成的。前者由規(guī)范公差確定，后者由根本偏向確定。14.規(guī)范公差:在國標(biāo)“公差與配合〞中所規(guī)定的任一公差。15．公差等級(jí)：確定尺寸準(zhǔn)確程度的等級(jí)。見P34表3-116．根本偏向在國標(biāo)“極限與配合〞規(guī)范中表列的，用以確定公差帶相對(duì)零線位置的那個(gè)極限偏向(上偏向或下偏向)。普通為接近零線的那個(gè)偏向。見P35圖3-9所示。17．配合：根本尺寸一樣的，相互結(jié)合的孔或軸公差帶之間的關(guān)系稱為配合。18．間隙或過盈：孔的尺寸減去相配合的軸的尺寸的代數(shù)差，此代數(shù)差為正稱為間隙；假設(shè)為負(fù)稱為過盈。根據(jù)相配合的孔、軸公差帶的關(guān)系，可分為間隙配合，過渡配合和過盈配合三類。19．間隙配合：具有間隙(包括最小間隙等于零)的配合。特點(diǎn)：此時(shí)孔的公差帶在軸的公差帶之上(見圖3-5)，用途：孔、軸間的活動(dòng)結(jié)合，貯藏光滑油，補(bǔ)償熱變形、彈性變形及制造安裝誤差，影響活動(dòng)程度及定位精度。20．過盈配合：具有過盈(包括最小過盈等于零)的配合。特點(diǎn)：此時(shí)孔的公差帶在軸的公差帶之下(見圖3-6)。用途：孔、軸間的緊固結(jié)合，不允許兩者之間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)。例如火車輪芯與耐磨的輪箍〔gu〕之間采用過盈配合〔加熱、壓入〕；光纖與套筒的結(jié)合。21．過渡配合：能夠具有間隙或過盈的配合。特點(diǎn)：此時(shí)孔的公差帶與軸的公差帶相互交疊(見圖3-7)。用途：孔、軸間的定心結(jié)合。過渡配合的間隙或過盈量普通較小，可保證定心精度的要求，也便于拆裝。例如光學(xué)透鏡與鏡筒的定心結(jié)合；固定齒輪與軸的結(jié)合。22．最小間隙：對(duì)間隙配合，孔的最小極限尺寸減軸的最大極限尺寸所得代數(shù)差的絕對(duì)值。簡稱：“孔最小減軸最大〞23．最大間隙：對(duì)間隙配合或過渡配合，孔的最大極限尺寸減軸的最小極限尺寸所得代數(shù)差的絕對(duì)值。簡稱：“孔最大減軸最小〞24．最小過盈：對(duì)過盈配合，孔的最大極限尺寸減軸的最小極限尺寸所得代數(shù)差的絕對(duì)值。簡稱：“孔最大減軸最小〞25．最大過盈：對(duì)過盈配合或過渡配合，孔的最小極限尺寸減軸的最大極限尺寸所得代數(shù)差的絕對(duì)值。簡稱：“孔最小減軸最大〞26．配合公差(Tf)允許間隙或過盈的變動(dòng)量。它等于組成配合的孔、軸公差之和，即：Tf=TH十TS是一個(gè)沒有符號(hào)的絕對(duì)值。也可按下式計(jì)算：對(duì)間隙配合Tf=|最大間隙Xmax-最小間隙Xmin|=TH十TS；對(duì)過盈配合〔過盈是一種“負(fù)間隙〞〕Tf=|最大過盈Ymax-最小過盈Ymin|=TH十TS；對(duì)過渡配合Tf=|最大間隙Xmax-〔-最大過盈Ymax〕|=TH十TS

例：知公差帶圖，求配合公差。解：以X代表間隙，Y代表過盈，那么：a)其最大間隙Xmax=|Dmax-dmin|=|25.021-24.967|=0.054mm=54μm最小間隙Xmin=|Dmin-dmax|=|0-(-20)|=20μm配合公差Tf=Xmax-Xmin=54-20=34μm+0-+0—+0-Ф25+21+21+21+28+41+2+15a)間隙配合c)過渡配合b)過盈配合-20-33孔公差帶軸公差帶Ф25Ф25或配合公差Tf=|21-0|+|-33-20|=34μmb)其最大過盈Ymax=|Dmin-dmax|=|(25mm+0μm)-(25mm+41μm)|=41μm其最小過盈Ymin=|Dmax-dmin|=|(25mm+21μm)-(25mm+28μm)|=7μm配合公差Tf=|Ymax-Ymin|=34μmc)其最大間隙Xmax=|Dmax-dmin|=|(25mm+21μm)-(25mm+2μm)|=19μm其最大過盈Ymax=|Dmin-dmax|=|(25mm+0μm)-(25mm+15μm)|=15μm配合公差Tf=|Xmax+Ymax|=15+19=34μm以上三例闡明：三例的配合松緊程度不同，但配合精度Tf一樣。闡明：Tf=TH+TS為配合公差與孔、軸公差的關(guān)系。Tf表示配合精度，是運(yùn)用要求；TH、TS分別表示孔、軸的加工精度，是制造要求。關(guān)系式反映了運(yùn)用要求與制造工藝要求的對(duì)立一致關(guān)系。27．基孔制配合：根本偏向固定不變的孔的公差帶，與不同根本偏差的軸的公差帶構(gòu)成各種配合的一種制度。基孔制配合