机械设计基础第四章机械精度设计基础

第四章机械精度设计基础机械精度设计是根据机械的功能要求，正确地对机械零件的尺寸精度、形状和位置精度以及表面精度按要求进行设计，并将它们正确地标注在零件图以及装配图上。4.1.1互换性的含义1.互换性的基本概念互换性是指某一产品（包括零件、部件）与另一产品在尺寸、功能上能够彼此互相替换的性能。2.完全互换：从同一规格的一批零件中任取一件，不经任何修配就能装到部件或机器上，而且能满足规定的性能要求。这种互换性称为完全互换。3.不完全互换：如果把一批两种互相配合的零件按尺寸大小分成若干组，在一个组内的零件才有互换性；或者虽不分组，但需做少量修配和调整工作，才具有互换性，这种互换性称不完全互换。4.1.2互换性的作用1)有利于组织专业化生产；2)产品设计标准化，缩短设计周期；3)维修时易更换配件，减少修理时间和费用，保证设备原有的性能。4.1.3误差和公差1)误差与精度零件加工后的实际几何参数与理想零件几何参数相符合的程度，称为加工精度（简称精度）。它们中间的差值称为误差。加工误差的大小反映了加工精度的高低，故精度可用误差来表示。2)零件几何参数误差的种类（1）尺寸误差：实际尺寸与理想尺寸之差；（2）形状误差：实际形状与理想形状之差；（3）位置误差：实际位置与理想位置之差。公差：是零件几何参数允许的变化范围，公差是产品设计时给定的。可分为：(1)尺寸公差：零件尺寸允许的变动范围；(2)形状公差：零件形状允许的变动范围；(3)位置公差：零件位置允许的变动范围。3)公差4.2.1、公差与配合的术语和定义1.尺寸1)、基本尺寸设计时给定的尺寸称为基本尺寸。孔：D轴：d2)、实际尺寸通过实际测量得到的尺寸。4.2尺寸公差与配合3)极限尺寸允许尺寸变动的两个界线值，以基本尺寸为基数来确定：孔的最大极限尺寸：Dmax，最小极限尺寸：Dmin；轴的最大极限尺寸：dmax，最小极限尺寸：dmin2.尺寸公差与偏差1)尺寸偏差（简称偏差）某一尺寸减其基本尺寸所得的代数差，称为尺寸偏差。上偏差：最大极限尺寸与其基本尺寸的代数差。下偏差：最小极限尺寸与其基本尺寸的代数差。极限偏差：上偏差和下偏差统称为极限偏差。实际偏差：实际尺寸与基本尺寸的代数差。ES－孔的上偏差；EI－孔的下偏差；ES=Dmax－D；EI=Dmin－D；es－轴的上偏差；ei－轴的下偏差；es=dmax－d；ei=dmin－d；eseieiesTddddTESEIEIESTDDDDTddDDmaxminminmaxmaxminminmax2)尺寸公差（简称公差）尺寸公差：允许尺寸的变动量，即最大极限尺寸和最小极限尺寸的代数差的绝对值，也等于上偏差和下偏差的代数差的绝对值。孔的公差：轴的公差：eseieiesTddddTESEIEIESTDDDDTddDDmaxminminmaxmaxminminmax3）零线与公差带零线：在公差与配合图解（简称公差带图）中，确定偏差的一条基准直线，称为零线。通常用零线来表示基本尺寸。公差带：代表上下偏差的两条直线所限定的一个区域，称为尺寸公差带或公差带。例一：已知：孔、轴基本尺寸为φ25mm,Dmax=φ25.021mm，Dmin=φ25.000mm，dmax=φ24.980mm，dmin=φ24.967mm。求：孔与轴的极限偏差和公差，并注明孔与轴的极限偏差在图样上如何标注。021.025021.25minmaxDDTDmm013.0967.24980.24minmaxddTdmm孔的上偏差：ES=Dmax－D=25.021－25=+0.021mm孔的下偏差：EI=Dmin－D=25-25=0轴的上偏差：es=dmax－d=24.980-25=-0.02mm轴的下偏差：ei=dmin－d=24.967-25=-0.033mm孔的公差：轴的公差：解：在图样上的标注+0.0210轴为φ25-0.020-0.033孔为φ25配合：是指基本尺寸相同、相互结合的孔和轴公差带之间的关系。间隙或过盈：就是孔的尺寸与轴的尺寸代数差，此差值为正时是间隙；为负时是过盈。3配合配合的种类分类：间隙配合、过盈配合、过渡配合Xmax=Dmax－dmin=ES-eiXmin=Dmin－dmax=EI-es1）间隙配合具有间隙（包括最小间隙等于零）的配合。它的特点是孔的公差带在轴的公差带之上。()Dd0Ymax=Dmin－dmax=EI-esYmin=Dmax－dmin=ES-ei2）过盈配合具有过盈（包括最小过盈等于零）的配合。其特点为孔的公差带在轴的公差带之下()Dd03）过渡配合过渡配合：可能具有间隙或过盈的配合。此时，孔的公差带与轴的公差带相互交叠。()Dd0maxminminmaxmaxminminmaxmaxmaxmaxmaxfffTXXXXTYYYYTXYYX4）配合公差间隙或过盈允许的变动量，用Tf表示。间隙配合过盈配合过渡配合配合公差亦等于孔公差与轴公差之和，即fDdTTT3基本偏差1）基本偏差的概念基本偏差用于确定公差带相对零线位置的上偏差或下偏差，一般为靠近零线的那个偏差。公差等级6相同，标准公差相同4.2.2标准公差与基本偏差基本偏差的代号用21个字母和7个双写字母表示，共28个代号。公差带在零线上方：ES=EI+IT；es=ei+IT公差带在零线下方：EI=ES-IT；ei=es-IT公差带中另一极限偏差的确定1标准公差标准公差是指国际的标准公差数值中所列的、用以确定公差带大小的任一公差值。（表4.1）1）公差等级：标准公差分为20个等级，IT01、IT0、IT1、…、IT18。IT表示标准公差，其中IT01公差等级最高，IT18公差等级最低。公差等级越低，公差数值越大。公差等级与基本尺寸段2）基本尺寸段：基本尺寸分为若干尺寸段。在每一个尺寸段内，是按各个尺寸的几何平均值来规定公差的。同一公差等级在同一尺寸段内，不论孔或轴，也不论何种配合，其标准公差值仅有一个。基准制：是以两个相配零件中的一个零件为基准件，并选定标准公差带，然后按使用要求的最小间隙（或最小过盈）确定非基准件的公差带位置，从而形成各种配合的一个制度。国标规定了两种基准制：基孔制和基轴制，并规定应优先选用基孔制。2基准制国标规定基准孔的公差带在零线以上，下偏差为0，以“H”为基准孔的代号是将孔的公差带位置固定不变，而变动轴的公差带位置基孔制国标规定基准轴的公差带在零线以下，上偏差为0，以“h”为基准轴的代号是将轴的公差带位置固定不变，而变动孔的公差带位置基轴制在下列情况下选用基轴制是有利的：1、同一基本尺寸的某一段轴，必须与几个不同配合的孔结合。在下列情况下选用基轴制是有利的：2、农业机械和纺织机械中，用于某些等直径长轴的配合。这类轴可用冷拉钢材不经切削直接与孔配合。这时采用基轴制有明显的经济效益。3、直径小于1mm的轴比同级孔加工困难，故采用基轴制较经济。4、用于某些特殊零、部件的配合，如滚动轴承的外圈与基座孔的配合。4.2.3公差与配合在图上的标注+0.04600.030-0.060:60;:60;H860f7孔的尺寸为轴的尺寸为孔和轴的配合：4.2.4公差与配合的选用1）公差等级的选用2）配合的选用类比法分类孔摘要H6H7H8H11间隙配合轴a间隙很大一般极少用轴b轴cc8c9c11大间隙特别松的转动配合轴dd8d8/d10d11松转动配合轴ee7e8e8/e9易运转配合轴ff6f7f8转动配合轴gg5g6g7紧转动配合轴hh5h6h7/h8h11滑合过渡配合轴jj5j6j7推合轴kk56kk7用木锤轻击连接轴mm5m6m7用铜锤打入轴nn6n7用轻压力连接p7过盈配合轴pp5p6轻压入轴rr5r6压入轴ss5s6s7重压入轴tt5t6t7轴uu5u6u7重压入或热装轴v过盈量依次增大，一般不推荐轴x轴y轴z例二：查表确定φ30H8/f7和φ30F8/h7配合中孔、轴的极限偏差，计算两对配合的极限间隙并绘制公差带图。＋0.0330Φ30f7=φ30－0.020－0.041解：（1）查表确定φ30H8/f7配合中孔、轴的极限偏差基本尺寸φ30查表IT7=21μm,IT8=33μm对于基准孔H8的EI=0,其ES为ES=EI+IT8=+33对于f7得es=-20μm,其ei=es-IT7=-20-21=-41μm由此可得：φ30H8=φ30(2)查表确定φ30F8/h7配合中孔、轴的极限偏差对于F8的EI=+20μm,其ES为ES=EI+IT8=20+33=+53μm对于基准轴h7得es=0,其ei=es－IT7=-21μm由此可得φ30F8=φ30φ30h7=φ30+0.053+0.0200-0.021(3)计算φ30H8/f7和φ30F8/h7配合极限间隙对于30H8/f7Xmax=ES-ei=+33-(-41)=+74μmXmin=EI-es=+20-0=+20μm对于30F8/h7X`max=ES-ei=+53-(-21)=+74μmX`min=EI-es=+20-0=+20μm(4)绘制公差带图