19第11章 尺寸链的精度设计基础

1内容提要:第11章尺寸链的精度设计基础1.尺寸链的含义、组成和分类；2.尺寸链图的画法与封闭环和增、减环的判别方法；3.尺寸链的计算种类和计算方法；4.用极值法和用概率法计算尺寸链。2第11章尺寸链的精度设计基础机械精度设计，就是零件、部件、整机的精度设计。零件根据机器的精度要求整机或部件的精度计算分配保证零件的精度达到满足尺寸链理论就是协调它们之间的公差关系，合理地确定各零件的T尺和t几何，→提高产品性能的价格比。311.1尺寸链的基本概念11.1.1尺寸链的定义和特征在机器装配或零件加工过程中，由相互连接的尺寸形成的尺寸组，该尺寸组称为尺寸链。(dimensionalchain)1.定义：图11.1零件尺寸链如图11.1中由尺寸A1、A2和A0形成一个零件尺寸链。42.特征封闭性:相互关联的尺寸形成一个封闭的回路函数性:图11.2装配尺寸链)(0iAfA51.组成：A0装配或加工后自然形成的环。减环：Ai(-)(n-m-1)decreasinglink环link—尺寸封闭环：A0(1)closinglink组成环：Ai(n-1)componentlinkAi(-)↑或↓环n11.1.2尺寸链的组成和分类增环：Ai(+)(m)increasinglinkAi(+)↑或↓A0↑或↓A0↓或↑其他环不变时其他环不变时62.分类(1)按应用场合分(2)按环的相互位置分零件尺寸链:装配尺寸链：工艺尺寸链：直线尺寸链:平面尺寸链:空间尺寸链:全部Ai为同一零件的设计尺寸。全部Ai为不同零件的设计尺寸。全部Ai为同一零件的工艺尺寸。0//AAi几个平行平面内。位于一个或iA平行平的面内。位于几个不iA711.1.3尺寸链图及其画法1.尺寸链图：从基准开始，按加工或装配顺序，依次画出各环，环与环不间断形成一个封闭的回路图。由组成环和封闭环的尺寸形成的一个封闭回路图。2.画法：图11.2例11.1请画出图11.2的尺寸链图。图11.4尺寸链图A1A0A2A383.A0、Ai(+)、Ai(-)判断A0：加工或装配后自然形成的尺寸。Ai(+)、Ai(-)：按箭头的方向判断。Ai的方向与封闭环A0的方向相反为Ai(+)。Ai的方向与封闭环A0的方向相同为Ai(-)。箭头的画法(见图11.4)：在A0上面任意指向画一箭头，使所画各箭头依次彼此头尾相连。)(3)(232AAAA、为、,)(11AA为由图可见：图11.4尺寸链图A1A0A2A39A1、A3A2、A4、A5δA2/210例11.2（1）镗孔A1，（2）插键槽A2，（3）磨内孔A3。解：（1）按加工顺序画尺寸链图。(2)判断A0、Ai(+)、Ai(-)：为减环。为增环；2/2/,132AAA加工顺序（见图11.5）：oA1/2A3/2A2A011口诀：(1)制造先后确定好，闭环才能找得到，(2)依次画出尺寸线，环环相连且勿断，(3)按照顺序画箭头，根据异同定增减，基准重要；对称取半；彼此相关。1211.1.4尺寸链的计算1.计算方法极值法(完全互换法)概率法(大数互换法)2.计算分类正计算(校核计算)中间计算(工艺尺寸计算)反计算(设计计算)上极限尺寸下极限尺寸T尺寸平均尺寸1311.2极值法计算尺寸链11.2.1基本步骤和计算公式1.基本步骤(1)画尺寸链图(2)判断A0、Ai(+)、Ai(-)(3)按公式计算(4)校核计算结果142.计算公式(1)基本尺寸(2)上极限尺寸、下极限尺寸（极限尺寸）(1)11)(1)(0nmimiAAA(2)11min)(1max)(max0nmimiAAA(3)11max)(1min)(min0nmimiAAA封闭环的基本尺寸等于增环的基本尺寸之和减去减环的基本尺寸之和。15(3)上极限偏差、下极限偏差（极限偏差）ES0=A0max－A0-)(11min)(1max)(nmimiAA)(11)(1)(nmimiAA(4)EIES11)(1)(nmimi(5)ESEIEI11)(1)(0nmimi16(4)公差封闭环的公差等于所有组成环的公差之和。T0=｜ES0-EI0｜11)(1)()EIES(nmimi11)(1)()ESEI(nmimi(6)11)(1)(nmimiTT110niiTT即T0一定，iTn所以设计时应遵循最短尺寸链原则。17根据组成环的公称尺寸和极限偏差，计算封闭环的公称尺寸及其极限偏差。11.2.2正计算（校核计算）例11.3图11.7加工顺序为:试求壁厚N。(1)车外圆得A1,(2)镗孔得A2，为保证A2轴线对A1轴线的同轴，规定其公差为t=Φ0.02。N18(1)画尺寸链图解：A1、A2相对加工基准具有对称性，应取半值。(2)判断A0、Ai(+)、Ai(-)尺寸链图的画法为：1()2A、A3(+)，2()2A减环为增环为壁厚是封闭环为A0203tA即同轴度作线性尺寸A3处理。A1/2A0A3A2/2N19(3)计算)(2)()(22310AAAA=70/2+0–60/2=5)()(3A)(022A21AEIESESES=(–0.02)+(+0.01)–0=–0.01)()(3A)(022A21AESEIEIEI=(–0.04)+(–0.01)–(+0.03)=–0.08A0=ES0=EI0=（A1=Φ70，A2=Φ60A3=0±0.01）A1/2A0A3A2/220(4)校核计算结果∴计算无误，则壁厚0.0100.085A=0.02+0.03+0.02=0.07=0.07∵ES0＝－0.01，EI0＝－0.08（A1=Φ70，A2=Φ60A3=0±0.01）32122141AAAiiTTTT000EIEST07.0310iTTA1/2A0A3A2/221例11.4图11.8试画出滑块与导轨大端右侧接触时，滑块与导轨小端面右侧和左侧间隙的尺寸链图。解：导轨、滑块均为对称零件，设导轨对称度为A5,滑块对称度为A6。22(1)右侧间隙尺寸链图画的顺序为(导轨和滑块大端右侧面为基准)：A4A2A3A1基准A5A4/2A2/2A0A1/2A3/2A62/2A5A6A2/1A0A2/3A2/4A23(2)左侧间隙尺寸链图画的顺序为（画法同上）：2/2A5A2/1A0A2/3A6A2/4AA1A4A2A3基准BC0.14B0.14C5A6A2411.2.3中间计算(工艺尺寸计算)根据封闭环的公称尺寸和极限偏差及部分组成环的公称尺寸和其极限偏差，计算工艺尺寸A2。例11.6图11.6加工顺序为：铣键槽A2,车外圆得01.015.70A磨外圆得006.0370A要求保证03.0062A图11.9计算某一个组成环的公称尺寸及其极限偏差。25解：(1)画尺寸链图(2)判断A0、Ai(+)、Ai(-)磨后形成的尺寸为A0。从基准轴线开始按加工顺序画尺寸链图。0A1/2A3/2A2A0增环为A2和A3/2，减环为A1/2。图11.9o在A0上面任意指向画一箭头，使所画各箭头依次彼此头尾相连。26校核结果计算无误，022.005.027.022.6225.62A(3)按公式计算(4)校核计算结果A2=A0+A1/2-A3/2=62.2501.0)(15.70A006.0)(370A03.0062A)(2AA0=(A2+A3/2)-A1/205.0ESEIESES2/2/3102AAAA27.0EIESEIEI2/2/3102AAAA3.0)3.0(0EIES000T2/2/14111321AAAiniiTTTTT3.003.022.005.02711.2.4反计算（设计计算）根据封闭环的公称尺寸和上、下偏差以及组成环的公称尺寸。1.计算各组成环公差的方法(1)相等公差法计算各组成环的公差和上、下偏差。110niTT由平均令TTTTi...21平均TnTnTi)1()1(010nTTTi平均各组成环公差相等28(2)相同公差等级法得公差等级得各组成环的公差值。iniiniiiaTT11110设各组成环公差等级相等，即平均aaaai......21)001.045.0(3110110iininiiDDTiTa平均查表3.1和Di查表3.2)001.045.0(311iiniiDDa292.确定各组成环的上、下偏差组成环的上、下偏差按“偏差向体内原则”确定。对包容面（即孔）：下偏差为零（EI=0)。如Φ30对被包容面（轴）：Φ30上偏差为零（es=0)。30例11.7图11.10为对开齿轮箱的一部分。解：(1)画尺寸链图计算各组成环的公差和上、下偏差。图11.10A2A3A1A4A5A0按装配顺序画尺寸链图如下。A0=1~1.75,A1=101、A2=50、A3=A5=5、A4=140。A1A2A5A4A3A0例11.7的尺寸链图31(2)判断A0、Ai(+)、Ai(-)(见尺寸链图）(3)计算各组成环公差和上、下偏差①确定协调环：选A4为协调环A1A2A5A4A3A0例11.7的尺寸链图在尺寸链图中各个环上画箭头,由装配图可见装配后自然形成的间隙A0为封闭环。增环为：)(2)(1,AA减环为：)(5)(4)(3,,AAA使所画各箭头依次彼此头尾相连。32②计算A0、ES0、EI0及T0=(101+50)–(5+140+5)=11.75–1=+0.751–1=0=|+0.75–0|=0.75)()(0iiAAA)(5)(4)(3)(2)(1AAAAA0max00ESAA0min00EIAA000EIESTA1A2A5A4A3A0例11.7的尺寸链图33③计算Ti(用相等公差法)按式11.6得根据加工的难易和尺寸大小进行调整为：A1A2A5A4A3A0例11.7的尺寸链图10nTTTi平均15.01675.035.01AT25.02AT048.053AATT054.0532140AAAAATTTTTT34④确定除“协调环”外所有组成环的上、下偏差⑤用中间计算方法计算A4的上、下偏差35.001101A25.00250A0048.0535AA0054.04140A根据“偏差向体内原则”确定各组成环的上、下偏差为)(4)(3)(2)(1EIEI2ESESES0AAAA0ESEI2ESESEI)(3)(2)(1)(4AAAA)75.0()048.0(2)25.0(35.0mm)(054.00EIES2EIEIES0)(3)(2)(1)(4AAAA35(4)校核计算结果计算无误，所以各尺寸为35.001101A25.00250A0048.0535AA0054.04140A5432116111AAAAAiniTTTTTTT75.0054.0048.0048.025.035.0min0max00AAT75.0175.1由时计算可见，相等公差法比较简单，但要求有经验，否则，主观随意性太大。36下面用相同等级法解例11.7。用相同等级法解例11.7的基本步骤同上。（1）用相同等级法求组成环的公差根据式（11.8）和各组成环的基本尺寸，求平均公差等级系数)001.045.0(3110110iininiiDDTiTa平均A1（D1）=101、A2（D2）=50、A3（D3）=A5（D5）=5、A4（D4）=140代入式（11.8）977