第二章機(jī)械零件的幾何精度(尺寸精度)

1、第二章 機(jī)械零件的幾何精度,第一節(jié) 互換性概念,一、互換性 1互換性概念 指同一規(guī)格的一批零、部件中，任取其中一件，不需要任何挑選或附加加工(如鉗工修理)就能進(jìn)行裝配，并能滿足使用性能要求的一種特性。,例如手表、自行車等的零件損壞后，只要換上同樣規(guī)格的零件，就能恢復(fù)手表和自行車的功能。,第一節(jié) 互換性概念,一、互換性 1互換性概念 指同一規(guī)格的一批零、部件中，任取其中一件，不需要任何挑選或附加加工(如鉗工修理)就能進(jìn)行裝配，并能滿足使用性能要求的一種特性。,例如手表、自行車等的零件損壞后，只要換上同樣規(guī)格的零件，就能恢復(fù)手表和自行車的功能。,2實(shí)現(xiàn)互換性的意義 凡重復(fù)生產(chǎn)、分散制造、集中裝配的

2、產(chǎn)品都應(yīng)當(dāng)具有互換性。,(1)便于組織生產(chǎn)協(xié)作，進(jìn)行專業(yè)化生產(chǎn)，提高生產(chǎn)效率，降低產(chǎn)品成本,(2)便于及時(shí)更換失效的零件，方便維修，從而延長了機(jī)器的使用壽命,(3)便于簡化設(shè)計(jì)計(jì)算、制圖工作，縮短設(shè)計(jì)周期，并有利于用計(jì)算機(jī)進(jìn)行輔助設(shè)計(jì)，這對(duì)發(fā)展系列產(chǎn)品、改進(jìn)產(chǎn)品性能都有重大作用。,零部件的互換性，通常包括幾何參數(shù)、機(jī)械性能、物理化學(xué)性能的互換。本章僅討論幾何參數(shù)的互換。,3互換性分類,零件在裝配時(shí)允許有附加的選擇或調(diào)整但不允許修配，裝配后能滿足預(yù)定的使用性能要求,零件加工完后再用測量器具將零件按實(shí)際尺寸的大小分為若干組（通常分為24組），使每組零件間的實(shí)際尺寸差別減少，然后按相應(yīng)組進(jìn)行裝配(例

3、如大孔與大軸相配，小孔與小軸相配),分組裝配法是典型的不完全互換性,分組裝配法既保證裝配精度和使用要求，又解決加工困難的問題。,二、標(biāo)準(zhǔn)化、系列化及通用化,1.標(biāo)準(zhǔn)化：為在一定的范圍內(nèi)獲得最佳秩序，對(duì)實(shí)際的或潛 在的問題制定共同的和重復(fù)使用的規(guī)則的活動(dòng),3.通用化：對(duì)不同規(guī)格的同類產(chǎn)品或不同類產(chǎn)品規(guī)定采用同 一結(jié)構(gòu)和尺寸的零件、部件,2.系列化：對(duì)某些零、部件的技術(shù)參數(shù)協(xié)調(diào)、簡化和統(tǒng)一， 制定其技術(shù)參數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)，如齒輪的模數(shù)等,我國標(biāo)準(zhǔn),國家標(biāo)準(zhǔn),企業(yè)標(biāo)準(zhǔn),行業(yè)標(biāo)準(zhǔn),地方標(biāo)準(zhǔn),由國務(wù)院標(biāo)準(zhǔn)化行政主管部門制定,適用于需要在全國范圍內(nèi)統(tǒng)一的技術(shù)要求,由國務(wù)院有關(guān)行政主管部門制定（如機(jī)械行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JB）

4、，適用于沒有國家標(biāo)準(zhǔn)而又需要在全國某個(gè)行業(yè)范圍內(nèi)統(tǒng)一的技術(shù)要求,由由省、自治區(qū)和直轄市標(biāo)準(zhǔn)化行政主管部門制定，適用于對(duì)沒有國家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)而又需要在省、自治區(qū)、直轄市范圍內(nèi)統(tǒng)一的有關(guān)要求,由企業(yè)自己制定，適用于對(duì)沒有國家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和地方標(biāo)準(zhǔn)而需要在企業(yè)內(nèi)部統(tǒng)一的相關(guān)要求,2軸,第二節(jié) 尺寸精度,一、孔和軸的定義,1孔,孔通常指工件的圓柱形內(nèi)表面，也包括非圓柱形內(nèi)表面，即由兩平行平面或切平面形成的包容面。,軸通常指工件的圓柱形外表面，也包括非圓柱形外表面（由二平行平面或切面形成的被包容面）,孔 軸,從加工制造過程來看，孔是越做越大的，而軸是越做小的；從裝配關(guān)系來講，孔是包容面，軸是被包容面

5、。,2基本尺寸 通過它并應(yīng)用上、下偏差可算出極限尺寸的尺寸。是設(shè)計(jì)者通過計(jì)算或根據(jù)經(jīng)驗(yàn)而確定的，是設(shè)計(jì)者通過計(jì)算或根據(jù)經(jīng)驗(yàn)而確定的，可以是一個(gè)整數(shù)或一個(gè)小數(shù)值。（示意圖） 孔-D 軸-d,3實(shí)際尺寸 通過測量獲得的某一孔、軸的尺寸?？缀洼S的實(shí)際尺寸分別用Da和da表示。,由于存在測量誤差 實(shí)際尺寸不一定是尺寸的真值；由于形狀誤差，同一表面不同部位的實(shí)際尺寸往往不相等，因此實(shí)際尺寸只是接近真值的一個(gè)隨機(jī)尺寸。真值是客觀存在的未知量，故只能以測得的尺寸作為實(shí)際尺寸。,二、有關(guān)尺寸的術(shù)語及定義,1尺寸 以特定單位表示線性尺寸值的數(shù)值。如直徑、寬度、高度、中心距等,4極限尺寸 一個(gè)孔或軸允許的尺寸的兩

6、個(gè)極端。實(shí)際尺寸應(yīng)位于其中，也可達(dá)到極限尺寸?？谆蜉S允許的最大尺寸稱為最大極限尺寸；孔或軸允許的最小尺寸稱為最小極限尺寸 。（示意圖） 孔和軸的最大極限尺寸分別用Dmax和dmax表示，最小極限尺寸分別用Dmin和dmin表示。,三、偏差、公差、公差帶的術(shù)語及定義,尺寸偏差：某一尺寸減其基本尺寸所得的代數(shù)差。,上偏差：最大極限尺寸減其基本尺寸所得的代數(shù)差 。用代號(hào)ES(孔)、es(軸)表示。即 ES=Dmax-D es=dmax-d,極限偏差：極限尺寸減其基本尺寸所得的代數(shù)差。（示意圖）,1.尺寸偏差,實(shí)際偏差：實(shí)際尺寸減其基本尺寸所得的代數(shù)差。,下偏差： 最小極限尺寸減其基本尺寸所得的代數(shù)差

7、。用代號(hào)EI(孔)、ei(軸)表示。即EI=Dmin-D ei=dmin-d,實(shí)際偏差在極限偏差范圍內(nèi)即為合格。,說明：偏差可為正、負(fù)、零。,例：已知某孔和軸的基本尺寸均為40mm，孔的最大極限尺寸為40.038mm，最小極限尺寸為40.007mm，軸的最大極限尺寸為40.015mm，最小極限尺寸為39.987mm。求孔和軸的極限偏差，若某一軸實(shí)際尺寸為 39.98mm，判斷其合格性。,解 孔的上偏差ES =Dmax-D = 40.038-40= +0.038 mm 孔的下偏差EI= Dmin-D = 40.007-40= +0.007 mm 軸的上偏差es =dmax-d = 40.015-

8、40= +0.015 mm 軸的下偏差ei= dmin-d = 39.987-40= -0.013 mm 軸的實(shí)際偏差=39.98 -40= -0.02mm ，不合格,2.尺寸公差：允許尺寸的變動(dòng)量?？缀洼S的公差分別用Th、Ts表示。,計(jì)算： TD=Dmax-Dmin=ES-EI Td=dmax-dmin=es-ei 說明：公差值始終為正。 公差大小反映零件加工的難易程度，尺寸的精確程度?；境叽缦嗤牧慵?，公差值越大，精度要求越低，加工越容易，反之，精度要求越高，加工越困難。,計(jì)算上例的孔、軸的公差,孔的公差Th =Dmax - Dmin = 40.038-40.007=0.031 mm 或

9、 Th =ES- EI =+0.038 -（+0.007）=0.031 mm 軸的公差Ts =dmax - dmin =40.015 -39.987=0.028 mm 或 Ts =es- ei =+0.015 -（-0.013）=0.028 mm 可標(biāo)注為孔 ，軸,*公差與偏差的區(qū)別：,（）從數(shù)值看,公差是一個(gè)沒有正、負(fù)符號(hào)的絕對(duì)值，不能為零,偏差是代數(shù)量，可能正、負(fù)或零,極限偏差用于限制實(shí)際偏差，實(shí)際偏差取決于機(jī)床的調(diào)整，不反映加工難易程度。單個(gè)零件能測出。,（）從作用看,公差表示制造精度要求，反映加工難易程度，限制誤差，對(duì)單個(gè)零件無公差可言,3.公差帶,(2)公差帶圖解：用圖示方法表示的公

10、差帶（其實(shí)就是畫放大了的孔、軸公差帶）,a)零線：公差帶圖解中，表示基本尺寸的一條直線。通常將零線水平繪制，其左下方畫上帶單箭頭的尺寸線，并注上基本尺寸值。左端注上相應(yīng)“0”、“+”、“-”，正偏差位于零線上方，負(fù)偏差位于零線下方。,(1)公差帶：零件的尺寸相對(duì)其基本尺寸所允 許變動(dòng)的范圍。 （示意圖）,b ）畫法：,畫法演示,例：畫尺寸公差帶圖： 軸25 孔25,4基本偏差 確定公差帶相對(duì)零線位置的那個(gè)極限偏差。,一般為靠近零線的那個(gè)偏差（偏差絕對(duì)值較小的那個(gè)偏差），它可以是上偏差或下偏差 。,四、極限制,1 極限與配合國家標(biāo)準(zhǔn) 國家標(biāo)準(zhǔn)極限與配合（GB/T1800）分別規(guī)定了“標(biāo)準(zhǔn)公差系列

11、”（公差大小）和“基本偏差系列”（公差帶位置），從而使公差值和基本偏差標(biāo)準(zhǔn)化。 2標(biāo)準(zhǔn)公差系列 標(biāo)準(zhǔn)公差系列是國家標(biāo)準(zhǔn)制定出的一系列標(biāo)準(zhǔn)公差數(shù)值。國家標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的任一公差值稱為標(biāo)準(zhǔn)公差，用以確定公差帶的大小。,極限制：標(biāo)準(zhǔn)化的公差與偏差的制度,標(biāo)準(zhǔn)公差系列由不同標(biāo)準(zhǔn)公差等級(jí)和不同基本尺寸段的標(biāo)準(zhǔn)公差構(gòu)成，如表所示。,國家標(biāo)準(zhǔn)將標(biāo)準(zhǔn)公差等級(jí)規(guī)定為20個(gè)等級(jí)，依次為 IT01 IT0 IT1 IT18 等級(jí) 高 低 公差值 小 大,標(biāo)準(zhǔn)公差等級(jí)是指確定尺寸精度的等級(jí),對(duì)于相同的基本尺寸，標(biāo)準(zhǔn)公差等級(jí)是決定標(biāo)準(zhǔn)公差大小的唯一參數(shù)，即同一公差等級(jí)的所有基本尺寸具有同等的精度和加工難易程度。, IT7

12、稱為低于IT7級(jí) IT7稱為 高于IT7級(jí),3基本偏差系列,（1）基本偏差代號(hào) 國標(biāo)對(duì)孔和軸分別規(guī)定了28種基本偏差，分別用一個(gè)或兩個(gè)拉丁字母按一定的順序表示（按英文讀音），孔大寫、軸小寫。,（a）分布簡圖如下圖 孔和軸同字母的基本偏差相對(duì)于零線基本呈對(duì)稱分布,（2）特點(diǎn),（b)對(duì)于軸，a至h的基本偏差為上偏差es, 除h的基本偏差為零外，其余均為負(fù)值，其絕對(duì)值依次逐漸減??；j至zc的基本偏差為下偏差ei，除j和k外，其基本偏差為正值，其絕對(duì)值依次逐漸增大。 對(duì)于孔，A至H的基本偏差為下偏差EI，除H的基本偏差為零外，其余均為正值，其絕對(duì)值依次逐漸減??；J至ZC為上偏差ES，除J、K、M外，其

13、基本偏差為負(fù)值，其絕對(duì)值依次逐漸增大,(c)Js完全對(duì)稱，J基本對(duì)稱（孔ES，只有J6、J7、J8；軸只有j5、j6、j7、j8，逐步被Js取代）,(d)基本偏差原則上與公差等級(jí)無關(guān)，有一些除外（K、M、N等有兩種位置）。例：AH(ah) 與公差等級(jí)無關(guān)。,(g)“AZC”（azc）除J（j）以外，20個(gè)等級(jí)齊全。,(f) K、M、N等有兩種位置, K、k的基本偏差值可為正值或負(fù)值，N的基本偏差值可為負(fù)值或零，M基本偏差值可為正值、負(fù)值或零。,(2)基本偏差數(shù)值,為方便起見，國家標(biāo)準(zhǔn)分別編制出軸和孔的基本偏差數(shù)值表。實(shí)際使用時(shí)，可直接查表。,軸的基本偏差數(shù)值,孔的基本偏差數(shù)值,軸或孔的另一個(gè)偏

14、差(上偏差或下偏差)數(shù)值，可根據(jù)基本偏差和選用的標(biāo)準(zhǔn)公差等級(jí)，按下列關(guān)系式計(jì)算: 軸 ei=es-IT 或es=ei+IT 孔 EI=ES-IT 或ES=EI+IT,。,解 查表2-1得：標(biāo)準(zhǔn)公差 IT7=21m=0.021mm，IT8=33m = 0.033mm,查表2-2得： f的基本偏差（上偏差）es=-20m=-0.020mm f7的下偏差ei=es-IT=-0.020-0.021=-0.041 mm 軸30f7的極限尺寸dmax = d +es =30 -0.020=29.980mm dmin = d +ei = 30 -0.041=29.959mm,查表2-3得：M的基本偏差（上偏

15、差）ES =-8+=-8+12=+4m=+0.004 mm M8的下偏差EI=ES-IT=+0.004-0.033=-0.029 mm 孔30 M8的極限尺寸Dma= D + ES = 30+0.004= 30.004 mm Dmin=D + EI = 30-0.029= 29.971 mm 公差帶圖解如圖所示。,例題:確定軸30f7、孔30M8的極限偏差和極限尺寸，并畫出公差帶圖解。,五、公差帶代號(hào)及公差帶系列,1公差帶代號(hào),由于公差帶由公差大小和基本偏差（公差帶位置）確定，因此，公差帶代號(hào)都是由基本偏差代號(hào)和標(biāo)準(zhǔn)公差等級(jí)數(shù)聯(lián)合表示，如h8、m7、G6、F8等,2公差帶系列,根據(jù)國標(biāo)GB/T

16、 1800.2-1998提供的20個(gè)標(biāo)準(zhǔn)公差和28種基本偏差，可以組成許多不同大小與位置的孔、軸公差帶。在基本尺寸500mm范圍內(nèi)，孔的公差帶有2027+3（J6、J7、J8）=543種，軸的公差帶有2027+4（j5、j6、j7、j 8）=544種。是不經(jīng)濟(jì)的，并使得標(biāo)準(zhǔn)繁雜、不利于生產(chǎn)。,為此， GB/T18011999規(guī)定了基本尺寸500mm的一般用途軸的公差帶116個(gè)和孔的公差帶105個(gè)，再從中選出常用軸的公差帶59個(gè)和孔的公差帶44個(gè)，并進(jìn)一步挑選出孔和軸的優(yōu)先用途公差帶各13個(gè)。 一般、常用和優(yōu)先軸的公差帶 一般、常用和優(yōu)先孔的公差帶 圖中方框中的為常用公差帶，圓圈中的為優(yōu)先公差帶

17、。選用時(shí)，以優(yōu)先、常用、一般、任一孔、軸公差帶為順序。,六、線性尺寸的未注公差,線性尺寸的未注公差：一般公差是指在車間一般加工條件下可以保證的公差。它是機(jī)床在正常維護(hù)和操作下，可達(dá)到的經(jīng)濟(jì)加工精度(即線性尺寸未注公差)。 GB/T1804-2000對(duì)線性尺寸的一般公差規(guī)定了四個(gè)公差等級(jí)，即f(精密級(jí))、m(中等級(jí))、c(粗糙級(jí))和v(最粗級(jí))。線性尺寸的極限偏差數(shù)值見表,第三節(jié) 配合精度,一、配合的術(shù)語及定義,（一）配合 配合是指基本尺寸相同的、相互結(jié)合的孔和軸公差帶之間的關(guān)系。配合反映了機(jī)器上相互結(jié)合的零件間松緊程度,（二）間隙或過盈 孔的尺寸減去相配合的軸的尺寸所得的代數(shù)差，此差值為正時(shí)是

18、間隙，一般用X表示；為負(fù)時(shí)是過盈，一般用Y表示。,1間隙配合 孔的公差帶在軸公差帶上方，即具有間隙的配合（包括Xmin0的配合）。對(duì)一批零件而言，所有孔的尺寸軸的尺寸,(三) 配合的種類 按孔和軸公差帶的關(guān)系不同，配合可分為間隙配合、過盈配合、過渡配合。,2 過盈配合 具有過盈(包括最小過盈等于零)的配合稱為過盈配合,此時(shí) 孔的公差帶在軸的公差帶之下，配合后都具有過盈,特征參數(shù)：由于孔和軸的實(shí)際尺寸在其公差帶內(nèi)變動(dòng)，因此其配合的過盈是變動(dòng)的，。最大過盈為孔的最小極限尺寸減去軸的最大極限尺寸所得的代數(shù)差，最小過盈為孔的最大極限尺寸減去軸的最小極限尺寸所得的代數(shù)差。即 YminDmaxdminES

19、ei YmaxDmindmaxEIes,3過渡配合 :孔、軸公差帶相互重疊，即可能具有X或Y的配合，此時(shí)孔的公差帶與軸的公差帶相互交疊。,特征參數(shù)：配合可能具有間隙或過盈， XmaxDmaxdminESei YmaxDmindmaxEIes,配合種類演示,XmaxXmin XmaxYmax|ESei（EIes）|TDTd |YminYmax |,若要提高配合精度（即減少Tf）可減小相配合的孔、軸尺寸公差（即提高相配合的孔、軸加工精度）。,Tf,（三）配合公差,配合公差是一個(gè)沒有符號(hào)的絕對(duì)值，表示了配合精度，是評(píng)定配合質(zhì)量的一個(gè)重要參數(shù)。配合公差越大，則配合時(shí)形成的間隙或過盈出現(xiàn)的差別越大，即配

20、合精度越低；反之，配合 精度越高。,二、配合代號(hào),國標(biāo)規(guī)定，配合的代號(hào)用孔和軸公差帶代號(hào)寫成分?jǐn)?shù)形式表示， 分子孔的公差帶代號(hào)， 分母軸的公差帶代號(hào), 如H9/d9或。若指某一確定基本尺寸的配合，則基本尺寸標(biāo)在配合代號(hào)之前，如40H9/d9或40。,1基孔制,三、配合制,配合制是指同一極限制的孔和軸組成配合的一種制度。國家規(guī)定了兩種配合制度 ：基孔制和基軸制。,基孔制：指基本偏差為一定的孔公差帶與不同基本偏差的軸的公差帶形成各種配合的一種制度。,基孔制,孔基準(zhǔn)件,上偏差ES=+IT,下偏差EI=0,軸是非基準(zhǔn)件,基軸制：指基本偏差為一定的軸的公差帶與不同基本偏差的孔的公差帶形成不同配合性質(zhì)的一

21、種制度。,2.基軸制,基軸制,軸基準(zhǔn)件,上偏差es=0,下偏差ei=-IT,孔是非基準(zhǔn)件,四、常用和優(yōu)先配合,對(duì)基孔制:規(guī)定了59種常用配合，13種優(yōu)先配合， 如表所示,由于不同的孔、軸公差可以組合成多種多樣的配合。即使是常用孔和軸的公差帶也可任意組合兩千多種配合。,對(duì)基軸制：規(guī)定了47種常用配合，13種優(yōu)先配合， 如表所示,五、極限與配合的選擇,極限與配合的選擇：是在基本尺寸已經(jīng)確定的情況下進(jìn)行的尺寸精度設(shè)計(jì)，主要包括公差等級(jí)、配合制和配合種類的選擇。,選用原則：在滿足機(jī)械產(chǎn)品使用要求的前提下獲得最佳的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益。其選擇方法有計(jì)算法、試驗(yàn)法和類比法。目前應(yīng)用最多的、最主要的方法是類比法。,

22、1配合制的選擇,（1）一般情況下應(yīng)優(yōu)先選用基孔制 （2）基軸制的選擇 1）直接使用有一定公差等級(jí)（IT8IT11）而不再進(jìn)行機(jī)械加工的冷拔鋼材（這種鋼材是按基準(zhǔn)軸的公差帶制造）制作軸。若需要各種不同的配合時(shí)，可選擇不同的孔公差帶位置來實(shí)現(xiàn)。這種情況主要應(yīng)用在農(nóng)業(yè)機(jī)械和紡織機(jī)械中。,2）加工尺寸小于1mm的精密軸比同級(jí)孔要困難，因此在儀器制造、鐘表生產(chǎn)、無線電工程中，常使用經(jīng)過光軋成形的鋼絲直接做軸，這時(shí)采用基軸制較經(jīng)濟(jì)。,3）根據(jù)結(jié)構(gòu)上的需要，在同一基本尺寸的軸上裝配有不同配合要求的幾個(gè)孔件時(shí)應(yīng)采用基軸制。如下圖所示。,（3）與標(biāo)準(zhǔn)件配合的基準(zhǔn)制選擇 由于標(biāo)準(zhǔn)件的尺寸已標(biāo)準(zhǔn)化，故與標(biāo)準(zhǔn)件配合時(shí)，配合制的選擇應(yīng)依標(biāo)準(zhǔn)件為基準(zhǔn)件、來確定采用基孔制還是基軸制。 如滾動(dòng)軸承外圈與箱體孔的配合應(yīng)采用基軸制，滾動(dòng)軸承內(nèi)圈與軸的配合應(yīng)采用基孔制。,（4）非基準(zhǔn)制配合的采用 為了滿足配合的特殊要求，允許采用任一孔、軸公差帶組成的非基準(zhǔn)制配合。,2.標(biāo)準(zhǔn)公差等級(jí)的選用,第三節(jié) 公差配合的選擇,（1）選用的基本