精密机械设计基础-15零件的精度设计与互换性2

第四节表面粗糙度(surfaceroughness)第十五章零件的几何精度零件表面的形貌可分为三种情况：(1)表面粗糙度(2)表面波纹度(3)形状误差一、基本术语1．取样长度lr用于判别具有表面粗糙度特征的一段基准线长度。规定和选取这段长度是为了限制和消弱其它表面几何形状误差对评定表面粗糙度的影响。一、基本术语2．评定长度ln为了全面、充分地反映被测表面的特性，在评定或测量表面轮廓时所必需的一段长度。评定长度可包括一个或多个取样长度。1．取样长度lr一、基本术语3．轮廓中线m轮廓中线是指评定表面粗糙度参数值时所取的基准线。轮廓的最小二乘中线m：在取样长度内，使轮廓上各点至一条该线的距离平方和为最小。即：1．取样长度lr2．评定长度lnmin12niiy轮廓算术平均中线：在取样长度内，将实际轮廓划分上下两部分，且使上下面积相等的直线。即：n21n21FFFFFF二、评定参数国家标准GB/T3505-2000中规定了评定参数，涉及幅度、间距等方面。1．幅度参数（1）轮廓算术平均偏差Ra轮廓算术平均偏差是指在取样长度内，被测轮廓上各点到基准线的距离的绝对值的算术平均值。dxxZrlaRrl01niixZnaR11二、评定参数1．幅度参数（1）轮廓算术平均偏差Ra（2）轮廓最大高度Rz轮廓最大高度是指在取样长度内，被测轮廓的最大峰高与轮廓最大谷深之和的高度。minmaxvpZZzRmaxpZminvZ二、评定参数1．幅度参数（1）轮廓算术平均偏差Ra（2）轮廓最大高度Rz11mmiiRSXsm2．附加参数（1）轮廓单元的平均宽度轮廓单元的平均宽度是指在一个取样长度内粗糙度轮廓单元宽度的平均值，即mRSmRSXs二、评定参数1．幅度参数（1）轮廓算术平均偏差Ra（2）轮廓最大高度Rz2．附加参数（1）轮廓单元的平均宽度mRS（2）轮廓的支撑长度率轮廓的支撑长度率是指在给定水平位置c上轮廓的实体材料长度与评定长度的比率。即：)(crmR)(clM()()nMlcRmrcl三、表面粗糙度的选择1．幅度参数的选择Ra在0.025～0.63µm范围内，标准推荐此范围内优先选用Ra；Ra在6.3～100µm和0.008～0.020µm的零件表面可以选用Rz。2．附加参数的选择加选附加参数)(crmRmsR和三、表面粗糙度的选择1．幅度参数的选择2．附加参数的选择3．表面粗糙度参数值的选择（1）在满足功能要求的前提下，尽量选取要求较低的表面粗糙度参数值。（2）同一零件上，工作表面的粗糙度参数值小于非工作表面的表面粗糙度参数值。（3）摩擦表面比非摩擦表面的粗糙度参数值要小；滚动摩擦表面比滑动摩擦表面的粗糙度参数值要小；运动速度高，单位压力大的摩擦表面应比运动速度低，单位压力小的摩擦表面的粗糙度参数数值要小。（4）运动精度要求高的表面比运动精度要求低的表面的表面粗糙度参数值要小；接触刚度要求高的表面比接触刚度要求低的表面的粗糙度参数值要小；承受腐蚀工作环境下的零件表面比不承受腐蚀工作环境下的零件表面粗糙度参数值要小。三、表面粗糙度的选择3．表面粗糙度参数值的选择（5）受循环载荷的表面及易引起应力集中的部位，表面粗糙度参数值要小。（6）配合性质要求高的表面、配合间隙小的表面以及要求连接可靠、受重载的过盈配合表面等，都应取较小的粗糙度参数值。（7）配合性质相同，零件尺寸越小时，表面粗糙度参数值应越小；同一公差等级，小尺寸比大尺寸、轴比孔的表面粗糙度参数值应小。第五节典型零件的公差与配合标准简介一、滚动轴承的互换性及其相关孔轴的精度设计1.轴承内、外圈公差带图G(0)E(6)D(5)C(4)B(2)G(0)E(6)D(5)C(4)B(2)轴承外径的公差带轴承内径的公差带+0-+0-Dd滚动轴承内圈与轴的的配合采用基孔制外圈与壳体孔的配合应采用基轴制一、滚动轴承的互换性及其相关孔轴的精度设计３．滚动轴承的基本尺寸及公差要求：基本尺寸：滚动轴承的基本尺寸是指滚动轴承的内径d、外径D和轴承宽度B。轴承的配合尺寸：限制内、外圈在其单一平面内的平均直径，即轴承的配合尺寸。外径：Dmp=（Dsmax+Dsmin）/2内径：dmp=（dsmax+dsmin）/2与滚动轴承配合的孔、轴公差带从极限与配合国家标准中选出来的标准公差带同一个轴的公差带与轴承内径形成的配合，有的由间隙配合变成过渡配合，有的由过渡配合变成过盈配合，要比与一般基准孔形成的配合紧得多。因Dmp的公差值是特殊规定的，所以同一个孔的公差带与轴承外径形成的配合，与一般圆柱体的基轴制配合也不完全相同二、键与花键的公差与配合1．平键联结的精度设计键的联结是键与轴及轮毂三个零件的结合，配合尺寸是键宽和键槽宽b。bbb二、键与花键的公差与配合平键联接的公差带种类键联结的配合为基轴制，其中键是标准件键宽只有一种公差带h9一般联结，键在轴上及轮毂上均固定，传递不大的扭矩较紧联结,传递重载和冲击负荷或双向传递扭矩较松联结，主要用于导向平键，轮毂可在轴上作轴向移动二、键与花键的公差与配合2．花键联结的公差与配合（1）矩形花键的定心方式内、外花键的基本尺寸矩形花键配合采用小径定心矩形花键有大径D、小径d和键宽B三个主要尺寸参数二、键与花键的公差与配合2．花键联结的公差与配合（1）矩形花键的定心方式（2）矩形花键的公差与配合矩形花键结合采用基孔制内、外矩形花键的标注花键的位置度公差内、外花键标注示例N（键数）×d（小径）×D（大径）×B（键宽）内花键：6×28H6×32H10×7H9外花键：6×28g5×32a11×7f7花键副：79711103256286fHaHgH三、螺纹的公差与配合1．普通螺纹的公差带普通螺纹国家标准（GB/T197－2003）规定了螺纹大径、中径和小径公差带。（1）螺纹公差带按公差值的大小分为若干等级三、螺纹的公差与配合1．普通螺纹的公差带（2）基本偏差内螺纹的公差带位置标准中对内螺纹规定了两种基本偏差，其代号为G、H三、螺纹的公差与配合1．普通螺纹的公差带（2）基本偏差外螺纹的公差带位置对外螺纹规定了4种基本偏差，其代号为e、f、g、h三、螺纹的公差与配合1．普通螺纹的公差带2．公差原则对螺纹几何参数的应用影响螺纹互换性的主要因素是螺距误差、牙型半角误差和中径误差。对精密螺纹，如丝杠、螺纹量规、测微螺纹等，为满足其功能要求，应对螺距、半角和中径分别规定较严的公差，即按独立原则对待。对紧固联结用的普通螺纹，主要是要求可旋合性和一定的连接强度，故应采用公差原则中的包容原则来处理，标准中只规定中径公差。标准对外螺纹大径d和内螺纹小径D1规定了较大的公差值，对外螺纹小径d1和内螺纹大径D，没有规定公差值，而只规定该处的实际轮廓不得超越按基本偏差说确定的最大实体牙型，即保证旋合时不会发生干涉。三、螺纹的公差与配合1．普通螺纹的公差带2．公差原则对螺纹几何参数的应用3．螺纹公差带的选用内螺纹的推荐公差带外螺纹的推荐公差带四、渐开线齿轮精度标准（一）齿轮传动的精度要求（1）传递运动的准确性：齿轮在一转范围内，平均传动比的变化不大。（2）运动平稳性精度：要求齿轮运转平稳，没有冲击、振动和噪声。（3）载荷分布的均匀性：要求齿轮啮合时齿面接触良好，工作齿面的载荷分布均匀，以免引起应力集中，造成齿面局部磨损，影响齿轮使用寿命。（4）传动侧隙：要求齿轮啮合时，非工作齿面间应有一定间隙。四、渐开线齿轮精度标准（一）齿轮传动的精度要求（二）渐开线圆柱齿轮精度的评定参数渐开线圆柱齿轮精度的评定参数分为轮齿同侧齿面偏差、径向偏差和径向跳动。1．渐开线圆柱齿轮轮齿同侧齿面偏差（1）单个齿距偏差在端平面上接近齿高中部与齿轮轴线同心的圆上，实际齿距与理论齿距的代数差。tpftpf（2）齿距累积偏差任意k个齿距的实际弧长与理论弧长的代数差。理论上它等于这k个齿距的单个齿距偏差的代数和。kpFkpFzkk~1（3）齿距累积总偏差齿轮同侧齿面任意弧段（）内的最大齿距累积偏差。pF（4）齿廓总偏差FaFaFaFa（5）齿廓形状偏差ffffffff（6）齿廓倾斜偏差HfHfHfHf（7）切向综合总偏差'iF'iF（8）一齿切向综合偏差'if'if（9）螺旋线总偏差βFβFβFβF（10）螺旋线形状偏差βffβffβffβff（11）螺旋线倾斜偏差βHfβHfβHfβHf四、渐开线齿轮精度标准（二）渐开线圆柱齿轮精度的评定参数1．渐开线圆柱齿轮轮齿同侧齿面偏差2．渐开线圆柱齿轮径向综合偏差与径向跳动iF（1）径向综合总偏差四、渐开线齿轮精度标准（2）综合偏差被测齿轮和理想精确的测量齿轮双面啮合时，在被测齿轮一个齿距角内，双啮中心距的最大变动量。ifif（3）径向跳动用一个适当的测头在齿轮旋转时逐齿地放置于每一个齿槽中，相对于齿轮的基准轴线的最大和最小径向位置之差。rFrF四、渐开线齿轮精度标准(三)渐开线圆柱齿轮精度标准渐开线圆柱齿轮精度标准体系由一个标准（GB/T10095.1~2—2001）和一个技术报告（GB/Z18620.1~4—2002）组成。1．精度等级（1）齿轮同侧齿面偏差的精度等级四、渐开线齿轮精度标准(三)渐开线圆柱齿轮精度标准1．精度等级（1）齿轮同侧齿面偏差的精度等级（2）径向综合偏差的精度等级(三)渐开线圆柱齿轮精度标准1．精度等级（1）齿轮同侧齿面偏差的精度等级（2）径向综合偏差的精度等级（3）径向跳动的精度等级四、渐开线齿轮精度标准(三)渐开线圆柱齿轮精度标准1．精度等级2．渐开线圆柱齿轮精度设计（1）齿轮精度等级的确定通常依据齿轮的用途、使用要求、传动功率和圆周速度以及其它技术条件。计算法和类比法，常用类比法。部分产品或机构应用齿轮精度等级的情况四、渐开线齿轮精度标准(三)渐开线圆柱齿轮精度标准1．精度等级2．渐开线圆柱齿轮精度设计（1）齿轮精度等级的确定（2）最小法向侧隙和齿厚极限偏差的确定何谓“最小法向侧隙”？最小法向侧隙用以补偿什么情况？最小法向侧隙是当一个齿轮的齿以最大允许实效齿厚与一个也具有最大允许实效齿厚的相配齿在最紧的允许中心距相啮合时，在静态条件下存在的最小允许间隙。箱体、轴和轴承的偏斜；由于箱体的偏差和轴承的间隙导致齿轮轴线的不对准；由于箱体的偏差和轴承的间隙导致齿轮轴线的歪斜；安装误差，例如轴的偏心；轴承径向跳动；温度影响（相同与齿轮零件的温度差、中心距和材料差异所致）；旋转零件的离心胀大；其它因素，例如由于润滑剂的允许污染以及非金属齿轮材料的溶胀最小法向侧隙和齿厚极限偏差的设计计算可参见相关标准。四、渐开线齿轮精度标准(三)渐开线圆柱齿轮精度标准1．精度等级2．渐开线圆柱齿轮精度设计（1）齿轮精度等级的确定（2）最小法向侧隙和齿厚极限偏差的确定（3）齿轮精度等级在图样上的标注国家标准规定，在文件需叙述齿轮精度要求时，应注明GB/T10095.1—2001或GB/T10095.2—2002。如：7GB/T10095.1—20017GB/T10095.2—2001FpFβF6（）、7（、）GB/T10095.1—2001齿轮的工作图