几何公差的意义和要素

第四章形状和位置公差本章要点：也是本课程的两大重点之一1.各项形位一公差符号及其公差带的含义；如何正确选用和标注形位公差。2.公差原则的含义、应用要素、功能要求、控制边界及检测方法。3.形状、方向、位置和跳动误差的检测原则及其应用。教学时数参考：12授课方式：本章釆用以教师带领学员，用工程语言既耍达到：识图、读图并加对该图工件的几何误差进行测量，所应选择的测量方法及量仪。在课堂中发动“教”与“学”互动的讨论气氛。所用教具：1.教材中本章有表37个是最接近生产的图样典例，2.电子课件。教学难点：1.评定形状误差的基本原则---最小条件。2.基准体系中，正确选择各基准的顺序排次，是表征了不同的地位和作用。3.理论正确尺寸（角度）如100（45°）。几何图框、动态公差图、实效尺寸、实效边界、成组要素。4.公差原则：独立原则、包容要求、最大实体要求的实质及应用特点。教学建议提示：1.对形位公差标准的理解及测量是较难的环节，建议教学通过结合实物或工件多读图、多画图、多讨论、多辅导的方式解决。2.对直线度（如长导轨）、平度面（如大平板、机床工作台等）的测量，书中有例4-5、例4-7求值。现在其测量仪器的发展，已配有电脑处理软件用来求值，很方便。3.介绍新技术EG电子水平仪测量系统：由电子水平仪、连接电缆、计算机和测量软件四部分组成。使对于直线度、垂直度、平直度大工件的测量智能化、使计算工作量大为减少。即：使用专用电缆将电子水平仪通过RS232接口与计算机相连。利用操作测量软件，采集数据，选择检测方法，可以及时准确地计算工件的平面度、直线度及垂直度等数据结果。借助于线框图和仿真图，直观地了解测量情况，迅捷高效地完成工作4.当测量实验室工作条件不够宽裕时，到机加工实训车间，做零件与整机检测更有实际意义。第一节概述零件在加工中，不仅产生尺寸误差，同时也产生形状误差和几何要素之间的位置误差。完工后的零件，由于各种误差的共同作用将对其配合性质、功能要求、互换性造成影响。因此，必须制定相应的几何公差加以限制。一、零件的要素构成零件几何特征的点、线、面均称要素（图4-1）。要素可从不同角度来分类。图4-1要素一、零件的要素1．按结构特征分1)组成要素－构成零件内、外表面外形的具体要素2)导出要素－组成要素的对称中心所表示的（点、线、面）要素，属抽象要素，如中心线、中心面。2．按存在状态分1)实际要素－零件上实际存在的要素，测量时由提取要素代替。2)称为理想要素－具有几何学意义，无误差的要素3)导出要素－设计图样所表示的要素如轮廓或中心要素3．按所处地位分1)被测要素—图样上给出了几何公差要求的要素。2)基准要素—用来确定被测要素方向或（和）位置的要素，简称基准，图4-2所示。图4-2基准要素和被测要素4．按功能要求分1)单一要素—仅对其本身给出形状公差要求，或仅涉及其形状公差要求时的要素。2)关联要素—相其他要素有功能要求而给出方向、位置和跳动公差的要素二、几何公差项目及符号国家标准规定了14项几何公差，其名称、符号及分类见表4-1。三，几何公差的意义和要素几何公差是图样中对要素的形状和位置规定的最大允许的变动量。控制要素的形状或位置，均是对整个要素的控制。因此，设计给出的几何公差要求，实质上是对几何公差带的要求。确定公差带应考虑其形状、大小、方向及位置四个要素。11)公差带的形状常用的有9种，见表4-2。2)公差带的大小指公差带的宽度t或直径φt，取值大小取决于被测要素的形状和功能要求。3)公差带的方向即评定被测要素误差的方向，公差带的宽度方向为被测要素的法向。4)对于公差带的位置，形状公差带没有位置要求，只用来限制被测要素的形状误差。在尺寸公差内浮动，或或由理论正确尺寸固定。对于位置公差带，是由相对于基准的尺寸公差或理论正确尺寸确定。四、几何公差的标注在技术图样上，几何公差应采用代号标注。几何公差代号包括：几何公差有关项目的符号、几何公差框格和指引线、几何公差数值和其他有有关符号、基准符号。几何公差框格有两格或多格，它可以水平放置，也可以垂直放置，自左至右依次填写写几何特征符号、公差值（单位为mm）、基准字母。第2格及其后各格中还可能填写其他翻芎符号，如图4-3所示。指引线可从框格的任一端引出，引出段必须垂直于框格；引向被测要素时允许{弯折，但不得多于两次。图4-3形位公差代号a)水平放置b）垂直放置1．被测要素的标注（表4-3）3．几何公差的特殊标注方法（表4-5）3．几何公差的特殊标注方法（表4-5）4．几何误差的限定符号（表4-6）5．避免采用的标注方法（表4-7）第二节形状公差一、形状公差带定义形状公差有直线度、平面度、圆度、圆柱度、线轮廓度、面轮廓度六个项目。形状公差是单一被测要素的形状对其理想形状要素允许的变动全量。形公差没有基准要求，所以公差带是浮动的。形状公差的功能：1)直线度公差是限制用于控制平面内或空间内直线的形状误差。2)平面度公差是限制实际表面对理想表面变动量的项目。3)圆度公差是限制实际圆对理想圆变动量的项目。4)圆柱度是限制实际圓柱面对理想圆柱面变动量的项目，它可以控制轴向截面及轴截面内的圆度、素线直线度、轴线直线度等误差，是控制圆柱体内、外表面多项综合性形状误差的指标。形状公差带的定义及标注示例见表4-8。二、形状误差的评定形状误差值用最小区域的宽度或直径表示。按最小区域法所得到的形状误差值最小，且是惟一的；所谓最小条件是指实际被提取要素对其拟合（理想）要素的最大变动量为最小，如图4-4所示。这是评定形状误差的基原则。f图4-4最小区域与最小条件第三节轮廓度公差线轮廓度或面轮廓度公差是对零件表面的要求（非圆曲线和非圆曲面），可以仅限定其形状误差，也可在限制形状误差的同时，还对基准提出要求。前者属于形状公差，方向或位置公差。它们是关联要素在方向或位置上相对于基准所允许的变动全量。轮廓度公差带定义及标注示例见表4-9。（续）第四节方向公差和位置公差方向公差和位置公差是指关联实际要素的方向和位置对基准所允许的变动全量。一、基准基准是确定要素间几何关系方向或（和）位置的依据。根圭图样上标出的基准可归纳为以下三种，如图4-5所示。与被测要素相关的基准用一个大写字母表示，字母在基准方格内，与一个涂黑或空白三角形相连表示基准。1.由一个要素建立的基准称为单一基准如一个平面、心线或轴线等。2.由两个或两个以上要素（理想情况下这些要素共线或共面）共同构成、起单一基准作用的基准称为组合基准。3.由两个或三个相互间具有确定关系的基准共同确定这种基准称作基准体系二、方向公差1.方向公差有平行度、垂直度、倾斜度线轮廓度和面轮廓度五个项目。2.有“线对基准线”、“线对基准面”、“面对基准线”和“面对基准面”四种形式。3方向公差是关联被测要素对其具有确定方向的理想要素允许的变动量。4.当对某一被测要素给出方向公差后，通常不再对该要素给出形状公差。如果对形状精度有进一步要求，则可同时给出形状公差。形状公差值一定小于方向公差值。表4-10列出了方向公差带的定义及标注示例三、位置公差位置公差：有同轴度（同心度）、对称度和位置度及线轮廓度、面轮廓度。位置公差是限制关联被测要素对其有确定位置的理想要素允许的变动量。有如下特点：相对于基准有位置要求，方向要求包含在位置要求之中；能综合控制被测要素的方向、位置和形状误差，当对某一被测要素给出定位公差后，通常不再对该要素给出方向和形状公差。当功能上对方向和形状有进一步要求，则可同时给出方向或形状公差。表4-11列出了位置公差带的定义及标注示例。王编辑：已改好了。此图按GB/T1182-2008改文中30及边心距20第五节跳动公差一、跳动公差跳动分为圆跳动和全跳动。(1)圆跳动公差是指提取（实际）要素在某种测量截面内相对于基准轴线的最大允许变动量。根据测量截面的不同，圆跳动分为：表4-12列出了跳动公差带的定义及标注示例。径向圆跳动（测量截面为垂直于轴线的正截面）轴向圆跳动（测量截面为与基准同轴的圆柱面）斜向圆跳动（测量截面为素线与被测锥面的素线垂直或成一指定角度、轴线与基准轴线重合的圆锥面）。(2)全跳动公差是指整个提取（实际）表面相对于基准轴线的最大允许变动量。被测表面为圆柱面的全跳动称为径向全跳动，被测表面为平面的全跳动称为轴向全跳动。除轴向全跳动外，跳动公差带有如下特点：跳动公差带相对于基准有确定的位置；跳动公差带可以综合控制被测要素的位置、方向和形状（轴向全跳动相对于基准仅有确定的方向）。(3)跳动误差检测要点：1)圆跳动检测准确方便，可用于控制同轴度误差及圆度误差的影响，但不可用圆跳动代替端面与轴线的垂直度测量，以防降低精度要求。2)径向全跳动可控制工件的圆度、圆柱度及同轴度误差。3)轴向全跳动可综合控制工件的垂直度误差及端面的平面度误差。第六节公差原则(GB7T4249—2009)处理几何公差和尺寸（线性尺寸和角度尺寸）公差关系的原则称为公差原则。公差原则包括独立原则和相关要求。其中，相关要求又包括包容要求和最大实体要求、最小实体要求及可逆要求。根据公差原则，可以正确、合理地表达精度设计意图和检测要求，判断被测要素的合格性。45一、术语及其意义(1)边界即设计给出的具有理想形状的极限包容面。边界的尺寸为极限包容面的直径或距离。(2)理论正确尺寸即确定提取要素的理,想形状、方向、位置的尺寸。该尺寸不带公差，如、。(3)几何图框用以确定一组要素之间和它们与基准之间正确关系的图形。(4)动态公差图用来表示提取要素或（和）基准要素尺寸变化而使几何公差值变化关系的图形。100(5)作用尺寸1)体外作用尺寸：在提取要素的给定长度上，与实际内表面体外相接的最大理想面或与实际外表面体外相接的最小理想面的直径或宽度，如图4-6a所示的对。对于关联要素，该理想面的轴线或中心平面必须与基准保持图样给定的几何关系，如图4-6a所示的，例工件要求为图4-6b。fedferd2)体内作用尺寸用表示内表面体内作用尺寸，用表示外表面体内作用尺寸，如图4-7a、b所示。fiDfid(6)实体状态、实体尺寸和实体边界二、独立原则1.独立原则的含义和图样标注图样上给定的尺寸公差与形位公差各自独立，相互无关，分别满足要求的公差原则。遵守独立原则时，实际要素尺寸一般用两点法测量，几何误差使用通用量仪测量。2.独立原则的识别应在图样或技术文件中注明：“公差原则按GB/T4249-2009”。3.独立原则的应用尺寸公差和几何公差按独立原则给出，总是可以满足零件的功能要求，故立原则的应用十分广泛。影响要素使用性能的，例如印刷机滚筒（图4-8）的圆柱度误差与其直径的尺寸误差、测量平板的平面度误差与其厚度的尺寸误差，都是前者（圆柱度或平面度误差）对功能要求起决定性影响，而尺寸误差对使用性能的影响则次之。三、相关要求相关要求是指图样上给上给定的几何公差和尺寸公差相互有关的公差要求，包含最大实体要求、最小实体要求及可逆要求。（一）包容要求1.包容要求的含义即实际组成要素应遵守最大实体边界，体外作用尺寸不超出（对孔不小于，对轴不大于）最大实体尺寸。按照此要求，如果实要素素达到最大实体状态，就不得有任何几何误差；只有在实际要素偏离最大实体状态时，才允许存在与偏离量相关的几何误差。遵守包容要求时，提取组成要素的局部实际际尺寸不能超出（对孔不大于，对轴不小于）最小实体尺寸，如图4-9所示。包容要求适用于单一要素，如圆柱表面或平行对应面。要素遵守包容要求时，应该用光滑极限量规检验。图4-9要素遵守包容要求a)图示b）最大实体边界Bc）补偿关系及合格区域（动态公差带图）3．最大实体要求的应用特点1)几何公差值是被测要素或基准要素的实际轮廓处于最大实体状态的前提下给定的，，目的是为保证装配互换性。2)被测要素的体外作用尺寸不得超过其最大实体实效尺寸。3)当被测要素的实际（组成要素）尺寸偏离最大实体尺寸时，其允许的几何误差为图样上给定几何公差值与实际尺寸对最大实体尺寸的偏离量之和。4)被测要素的实际（组成）要素尺寸应处于最大实体尺寸和最小