机械设计中形状位置公差的确定

机械设计中形状位置公差的确定[摘要]机械产品设计中，保证机械零件的精度是关系到实现设计的目的和生产经济性的问题。形位公差是控制零件几何精度技术的条件，就工程界在设计、制造及质量控制等方面优化产品质量过程中如何合理选用形位公差做一些探讨。[关键词]形状公差位置公差标注公差控制中图分类号：TG8文献标识码：A文章编号：1671－7597(2008)0220041－01在机械与仪器仪表设计及制造工艺的设计中，公差配合与技术测量与设计、制造及质量控制等方面密切相关，其精度的要求是靠尺寸公差、形状公差、位置公差来保证的，是优化产品质量的可靠保障。在现代工业飞速发展，产品换代频繁的新形势下，其重要性尤为明显。如何合理并正确地确定被测要素的形状位置公差公差值，是一项十分慎重的工作。一、形位公差和位置公差的关系及选择经过加工的零件表面，不但会有尺寸偏差，而且会有形状和相对位置的误差，这些误差会影响零件的互换性。为此，国家标准规定了形状和位置的允许变动量。位置公差是关联实际要素的方向或位置对基准所允许的变动全量，形状公差是单一实际要素的形状所允许的变动全量，位置公差的公差带包容整个被测要素，因此，在很多情况下，位置公差是能够控制形状误差的。如在定位公差中，同轴度可以控制轴线的形状误差，对称度和位置度可以控制平面度误差。又如在跳动公差中，端面全跳动可以控制平面度误差，径向跳动可以控制圆度误差，径向全跳动可以控制圆度、直线度、圆柱度误差。所以，在确定形状公差和位置公差过程中，一旦位置公差给定后，当作用上已能够控制相应的形状误差，且能满足使用要求时，就不必再提形状公差的要求了。二、形位公差值的确定正确选择形位公差项目和合理确定其公差等级及公差值，能保证零件的使用要求，提高经济效果。确定形位公差值的方法，有类比法和计算法两种。常用的是类比法。计算法一般很少使用，只有在高精度要求的场合才用。在零件加工中，由于受到机床精度的限制，故在已加工完成的零件上，所有要素都存在形位误差，但不是所有要素都要在图纸上规定形位公差。只对高精度要求的要素才注公差值，而对精度要求比未注公差值还低的也应注出，表示不必提高要求。在选用公差值时，以满足零件的功能要求为前提，兼顾经济性和测量条件等因素，尽量选用较大的公差值。并应注意以下的一些问题。三、形位公差合理选注（一）圆柱度与圆度、直线度的选择圆度公差控制回转体垂直于轴线正截面内的形状误差；素线直线度公差控制圆柱体轴线方向截面内的形状误差；圆柱体公差用来控制任一正截面和轴线方向截面的形状误差。因此，圆柱度公差完全能控制圆度和素线直线度误差。当回转体给定了圆柱度公差后，一般就不必再给出圆度或素线直线度公差要求。当然，从检验的角度来考虑，圆柱度的检测比圆度与直线度困难。所以，对于一般精度的圆柱体零件，还是用圆度与直线度来控制为好。（二）圆柱体素线直线度与轴线直线度的选择圆柱体素线的直线度公差是用来控制圆柱面上素线的形状误差。轴线直线度公差是用来控制圆柱体轴线的形状误差。尽管它们控制的被测要素不同，但它们之间是有联系的。如果轴线存在直线度误差，一般也会存在素线直线度误差。而轴线直线度误差与素线直线度误差在同一截面上且方向相同时，反映到素线上的直线度误差就是二者之和。如果方向正好相反，则可补偿。因此素线直线度公差可控制轴线直线度公差。对于有直线度要求的圆柱体零件以标素线直线度公差为好。一旦给出了素线直线度公差就不再给出轴线直线度公差。但在选择公差项目时，还应根据具体情况确定。如对圆柱体直径公差要求不高时，可选轴线直线度公差。对圆柱体直径公差要求较高时应选用素线直线度公差来加以控制。（三）端面圆跳动与垂直度的选择端面圆跳动不仅反映端面的任一圆周上各点沿轴线相对的位置关系，而且也能反映该圆周对基准轴线的垂直关系，却不能反映整个端面对基准轴线的垂直关系，只有垂直度才能反映整个端面对基准轴线的垂直关系。端面对基准轴线的垂直度是端面位置（端面圆跳动）和形状（平面度）误差的综合反映。显然，端面圆跳动误差为零的零件，其垂直度误差仍可能存在；相反，垂直度误差为零的零件其端面跳动也等于零。所以，如果采用端面圆跳动来代替垂直公差，其结果会降低精度，不能满足使用要求。但从检测的角度来看，端面圆跳动检测较垂直度检测简单得多，因此在选用这两个项目时，应分析零件的作用。如果端面对基准的垂直度精度要求不高的零件，如齿轮毛坯或一般起固定连接作用的端面，以及低速运动旋转轴上的轴肩等，应优先选用端面圆跳动；对垂直度有一定要求的零件，如车床花盘、立式车床工作台等，则必须注出垂直度公差要求。（四）径向圆跳动与同轴度的选择同轴度是指基准线和被测轴线之间的位置关系；径向圆跳动是指被测旋转体表面在同一横截面内实际表面是各点到基准轴线间距离的最大变动量，两者所控制的要素不同。但是，径向圆跳动是一项综合性误差，它不仅包括被测轴线对基准轴线的平移和倾斜及轴线弯曲等同轴度误差，还包括同一横截面的圆度形状误差。所以，径向圆跳动与同轴度之间也有密切联系。当圆柱面轴线对基准轴线有同轴度误差时，即使形状误差为零，也有径向圆跳动，且圆跳动误差等于或大于同轴度误差。相反，当存在径向圆跳动误差时，同轴度误差可能很小，甚至为零。从检测的角度来看，检测径向圆跳动误差方法比检测同轴度误差简单。所以，在选用这两项公差时，在应满足零件使用要求的前提下，优先选用径向圆跳动公差，这样既能满足要求，又便于测量。参考文献：[1]董树信，公差与技术测量[M]，沈阳:辽宁人民出版社，1980.[2]陈于萍，互换性与检测技术基础[M]，北京:机械工业出版社，1997.[3]刘巽尔，形状和位置公差原理与应用[M]，北京:机械工业出版社，1999.[4]王伯平，互换性与测量技术基础[M]，北京:机械工业出版社，2000.[5]谭春晓，机械设计中形位公差的确定[J]，电大理工，2005，（2）:12-13.