机械设计尺寸公差详解

Friday,January17,202015.3SizePrecisionDesignofElements零件的尺寸精度设计在学过《机械制图》课程相关内容的基础上，阅读尺寸精度设计教材内容，在设计大作业实践中学会应用：1、极限与配合的基本术语和定义；2、公差与配合标准；3、配合制的选用；4、公差等级的选用；5、配合种类的选用。Friday,January17,202025.3.1ContactTypesofElementsandUsingDemand零件的结合类型及使用要求(1)用作相对运动副——(2)用作固定连接——(3)用作定位可拆连接——这类结合必须保证有适当的间隙。这类结合必须保证有一定的过盈。这类结合必须保证有较小的间隙或过盈。1.零件结合的类型Friday,January17,20203孔和轴尺寸：尺寸、基本尺寸、实际尺寸、作用尺寸、极限尺寸、实体尺寸偏差与公差尺寸公差带图加工误差与公差的关系合格性判定原则有关几何量精度的基本术语和定义Friday,January17,20204孔和轴孔通常指工件的圆柱形内表面，也包括非圆柱形内表面（由二平行面或切面形成的包容面）。轴通常指圆柱形外表面，也包括非圆柱形外表面（由二平行面或切面形成的包容面）。由尺寸D1、D2、D3、D4和D5等所确定的内表面都视作孔，由尺寸d1、d2、d3、d4等所确定的外表面都视作轴。Friday,January17,20205尺寸：尺寸、基本尺寸、实际尺寸、作用尺寸、极限尺寸、实体尺寸1)尺寸是指用特定单位表示长度值的数字。国家标准规定在技术图样上所标注的长度尺寸均以毫米为单位。2)基本尺寸设计给定的尺寸。3)实际尺寸通过测量而获得的尺寸（Da,da）。孔和轴的基本尺寸分别用D和d表示。4)极限尺寸允许尺寸变化的两个界限值。孔或轴允许的最大尺寸为最大极限尺寸（Dmax、dmax）;孔或轴允许的最小尺寸为最小极限尺寸（Dmin、dmin）;Friday,January17,202065)作用尺寸孔的作用尺寸Dfe：在配合面全长上，与实际孔内接的最大理想轴的尺寸；轴的作用尺寸dfe：在配合面全长上，与实际轴外接的最大理想孔的尺寸;Friday,January17,202076)实体尺寸Friday,January17,20208●偏差与公差2)尺寸公差（简称公差）：允许尺寸的变动量。等于上极限尺寸减去下极限尺寸所得的差值。孔公差Th=Dmax-Dmin=ES-EI轴公差Ts=dmax-dmin=es-ei1)偏差：某一尺寸减去公称尺寸所得的代数差。包括实际偏差和极限偏差。极限偏差又分上极限偏差，简称上偏差（孔ES、轴es）和下极限偏差，简称下偏差（孔EI、轴ei）。ES=Dmax-Des=dmax-DEI=Dmin-Dei=dmin-DFriday,January17,20209公差与极限偏差：●区别※数值上：极限偏差是代数值，可+、-或0；公差是非0的绝对值（零意味着加工误差不存在）。※作用上：极限偏差控制合格零件实际偏差；公差控制合格零件实际尺寸允许变动的范围（精度）；极限偏差表示公差带的位置，影响配合的松紧（种类）；公差表示公差带的宽度，影响配合的精度（Tf=Th+Ts）;※工艺上：对某一具体零件，公差反映加工的难易程度，是制定加工工艺的主要依据；极限偏差是调整机床对刀的依据。●联系：公差是上、下偏差之差的绝对值。Friday,January17,202010尺寸公差带图公差带表示零件的尺寸相对其基本尺寸所允许变动的范围，称为公差带。用图所表示的公差带，称为公差带图，如图所示。在公差带图中，代表基本尺寸的一条直线，称为零线。零线以上的偏差为正偏差，零线以下的偏差为负偏差。公差带图中的基本尺寸的单位为mm，偏差和公差的单位通常为μm。Friday,January17,202011画出公称尺寸为φ50mm，上极限尺寸为φ50.025mm、下极限尺寸为φ50mm的孔与上极限尺寸为φ49.975mm、下极限尺寸为φ49.959mm的轴的公差带图。尺寸公差带图举例：0+-+25-25-41Friday,January17,202012加工误差与公差的关系加工误差是无法避免的，其误差值在一定范围内变化是允许的，加工后的零件的误差只要不超过零件的公差，零件是合格的。所以公差是设计给定的，用于限制加工误差的；误差则是加工过程中产生的。工件在加工过程中，由于工艺系统误差的影响，使加工后的零件的几何参数与理想值不相符合，其差别称为加工误差。其中有：尺寸误差；几何形状误差和位置误差。Friday,January17,202013合格性判定原则工件除线性尺寸外，还存在形状误差，为正确地判断工件尺寸的合格性，规定了极限尺寸判断原则，即泰勒原则。其内容为：孔或轴的作用尺寸不超过最大实体尺寸，任何位置的实际尺寸不允许超过最小实体尺寸。Friday,January17,202014极限与配合示意图Friday,January17,202015间隙配合（clearancefit）——具有间隙的配合(包括间隙为零)称为间隙配合。当配合为间隙配合时，孔的公差带在轴的公差带上方。2.零件配合的种类Friday,January17,202016过盈配合（interferencefit）——具有过盈的配合(包括过盈为零)称为过盈配合。当配合为过盈配合时，孔的公差带在轴的公差带下方。Friday,January17,202017过渡配合（transitionfit）——可能具有间隙，可能具有过盈(针对大批零件而言)的配合称为过渡配合。当配合为过渡配合时，孔的公差带和轴的公差带相互交叉。Friday,January17,202018配合公差带图Friday,January17,202019配合制（fitsystem）——把公差和基本偏差标准化的制度称为极限制。配合制是同一极限制的孔和轴组成配合的一种制度，也叫基准制。国标规定了两种平行的配合制：基孔制配合和基轴制配合。3.零件的配合制Friday,January17,202020基孔制配合（hole-basissystemoffit）——是指基本偏差为一定的孔的公差带与不同基本偏差的轴的公差带形成各种配合的一种制度。孔的公差带在零线上方，孔的最小极限尺寸等于基本尺寸，孔的下偏差EI为零，孔称为基准孔，其代号为“H”。Friday,January17,202021基轴制配合（shaft-basissystemoffit）——是指基本偏差为一定的轴的公差带与不同基本偏差的孔的公差带形成各种配合的一种制度。轴的公差带在零线下方，轴的最大极限尺寸等于基本尺寸，轴的上偏差es为零，轴称为基准轴，其代号为“h”。Friday,January17,202022标准公差系列（standardtolerance）——是以国家标准制定的一系列由不同的基本尺寸和不同的公差等级组成的标准公差值。标准公差值是用来确定任一标准公差值的大小，也就是确定公差带的大小(宽度)。由公差等级（IT01—IT18共20级）、公差单位和基本尺寸分段三项内容组成。4.公差等级Friday,January17,202023线性尺寸的未注公差——国家标准GB/T1804-2000制定了线性尺寸的一般公差和极限尺寸。一般公差：车间普通工艺条件下，机床设备一般加工能力可保证的公差。主要用于较低精度的非配合尺寸。线性尺寸的未注公差规定四个等级：f—精密级；m—中等级；c—粗糙级；v—最粗级；Friday,January17,202024基本偏差系列示意图Friday,January17,202025Friday,January17,202026Friday,January17,2020275.3.2SelectionofSizeToleranceandFit尺寸公差与配合的选用尺寸公差与配合的选用是机械设计和制造的一个很重要的环节，公差与配合选择的是否合适，直接影响到机器的使用性能、寿命、互换性和经济性。公差与配合的选用主要包括：配合制的选用【基孔制或和基轴制】、公差等级的选用和配合种类【间隙配合、过盈配合、过渡配合】的选用。Friday,January17,2020281.配合制的选用基孔制和基轴制是两种平行的配合制。基孔制配合能满足要求的，用同一偏差代号按基轴制形成的配合，也能满足使用要求。如：H7/k6与K7/h6的配合性质基本相同，称为“同名配合”。所以，配合制的选择与功能要求无关，主要考虑加工的经济性和结构的合理性。一般优先选用基孔制——孔通常采用定尺寸刀具（如钻头、铰刀、拉刀等）加工和定尺寸量具（如塞规、心轴等）检验，而一种规格的定尺寸刀具和量具，只能满足一种孔公差带的需要；孔比轴难加工。基孔制可以减少定值刀、量具的规格与数量。Friday,January17,202029基轴制的应用场合——按基轴制直接成形的轴（后续不加工）；同一基本尺寸的轴上装配几个零件而且配合性质不同时；与标准件或标准部件配合的孔或轴。根据使用要求，活塞销与活塞孔的配合为过渡配合，活塞销与连杆套筒的配合为间隙配合（转动处）。Friday,January17,202030•如果选用基孔制配合，三处配合分别为H7/m6、H7/g6和H7/m6，图(b)，必须把轴做成中间小、两头大的台阶形式才能满足各部分的配合要求，而且不利于加工和装配；•如果选用基轴制配合，三处配合分别为M7/h6、G7/h6和M7/h6，图(c)，就可把轴做成光轴，这样有利于加工和装配。Friday,January17,2020312.公差等级的选用公差等级选择的基本原则，就是在能够满足使用要求的前提下，应尽量选择低的公差等级。选用公差等级时，应从工艺、配合及有关零件、部件或机构的特点，并参考已被实践证明合理的实例来考虑。选用方法：类比法、计算查表法Friday,January17,202032各公差等级的应用范围Friday,January17,2020333.配合种类的选用配合种类的选择主要是根据零件的功能要求，确定配合的类型及配合种类。当相配合的孔、轴间有相对运动时，选择间隙配合；当相配合的孔、轴间无相对运动时，不经常拆卸，而需要传递一定的扭矩，选择过盈配合；当相配合的孔、轴间无相对运动，而需要经常拆卸时，选择过渡配合。配合代号的选择：尽量选择国家标准中规定的公差带和配合。当优先配合不能满足要求时，再从常用配合中选择，常用配合不能满足要求时，再选择一般的配合。Friday,January17,202034一般、常用和优先孔公差带：总105种，方框常用44种，圆圈优先13种Friday,January17,202035一般、常用和优先轴公差带：总116种，方框常用59种，圆圈优先13种Friday,January17,202036基孔制优先、常用配合：总59种，优先13种Friday,January17,202037基轴制优先、常用配合：总47种，优先13种Friday,January17,202038实例：C616型车床尾座装配图中有关部位的配合见：《机械精度设计与测量技术》，北京大学出版社2008，p43-44Friday,January17,202039Friday,January17,202040Friday,January17,202041Friday,January17,202042配合尺寸在图中的标注Friday,January17,2020435.4GeometricalPrecisionDesign几何精度设计任何机械产品都要经过图样设计、机械加工和装配调试等过程。在加工过程中，不论加工设备和方法如何精密、可靠，都不可避免地会出现加工误差。除了尺寸方面的误差外，还会存在各种形状和位置【FormandLocation】方面的误差。例如，要求直、平、圆的地方达不到理想的直、平、圆，要求同轴、对称或位置淮确的地方达不到绝对的同轴、对称或位置准确。