7 圆锥配合的互换性

第7章圆锥配合的互换性7.1概述7.1.1圆锥配合的特点:与圆柱配合相比较，圆锥配合有如下主要优点：1、对中性好如图7.1(b)所示，在圆锥配合中，内、外圆锥在轴向力的作用下能自动对中，以保证内、外圆锥体的轴线具有较高精度的同轴度，并能快速装拆。图7.1圆柱配合和圆锥配合的比较2、配合的间隙或过盈可以调整圆锥配合中，间隙或过盈的大小可以通过内、外圆锥的轴向相对移动来调整，并且装拆方便(如图7.1所示)。3、密封性好内、外圆锥的表面经过配对研磨后，配合起来具有良好的自锁性和密封性。圆锥配合的缺点：结构复杂、影响互换性参数比较多、加工和检测也比较困难，故其应用不如圆柱配合广泛。图7.1圆柱配合和圆锥配合的比较7.1.2圆锥配合的种类1、间隙配合这类配合具有间隙，而且在装配和使用过程中间隙大小可以调整。常用于有相对运动的机构中。如某些车床主轴的圆锥轴颈与圆锥滑动轴承衬套的配合。2、过盈配合这类配合具有过盈，自锁性好，产生较大的摩擦力来传递转矩，折装方便。例如钻头(或铰刀)的圆锥柄与机床主轴圆锥孔的配合等。3、过渡配合可能具有间隙或过盈的配合。其中要求内、外圆锥紧密接触，间隙为零或稍有过盈的配合称为紧密配合，它用于对中定心或密封，可以防止漏液漏气。如发动机中的气阀与阀座的配合等。为了保证良好的密封性，通常将内、外锥面成对研磨，所以这类配合的零件没有互换性。7.1.3圆锥配合的基本参数圆锥配合中的基本参数如图7.2所示。图7.2圆锥配合的基本参数1、圆锥角（α）圆锥角是指通过圆锥轴线的截面内，两条素线间的夹角，用符号α表示。2、圆锥素线角（α/2）))α圆锥素线角是指圆锥素线与其轴线间的夹角，它等于α/2。α/23、圆锥直径圆锥直径是指与圆锥轴线垂直的截面内的直径。圆锥直径分：内、外圆锥的最大直径Di、De，最小直径di、de和任意给定截面内的圆锥直径dx（与端面的距离为x）。设计时，一般选内圆锥的最大直径或外圆锥的的最小直径作为基本直径。4、圆锥长度(L)圆锥长度是指圆锥的最大直径与其最小直径之间的距离。图7.2圆锥配合的基本参数5、圆锥配合长度（H）圆锥配合长度是指内、外圆锥配合面的轴向距离H。6、锥度(C)锥度是指圆锥的最大直径与其最小直径之差对圆锥长度之比C。2tan2LdDc锥度常用比例或分数形式表示，例如C=1:20,或C=1/20等。国标规定了一般用途圆锥的锥度和锥角系列如表7.1所示。7、基面距（a）基面距是指相互结合的内、外圆锥基准面的距离a。(1)结构型圆锥配合①由内、外圆锥的结构确定装配的最终位置②由内、外圆锥基准平面之间的尺寸确定装配的最终位置如图7-3（a）所示为由轴肩接触得到的间隙配合示例。图7-3配合的形成如图7-3（b）所示为由机构尺寸a得到的过盈配合示例。7.1.4圆锥配合的形成方法（2）位移型圆锥配合①由内、外圆锥的实际初始位置Pa开始，做一定的轴向位移Ea而形成的配合。它只可以得到间隙或过盈配合。图7.4（a）所示为间隙配合的示例。图7.4轴向位移②由内、外圆锥的实际初始位置Pa开始，施加一定装配力，产生轴向位移Ea而形成配合，它只能得到过盈配合，如图7.4（b）所示。1、相互配合的圆锥面的接触均匀性。因此必须控制内、外圆锥的圆锥角偏差和形状误差。2、基面距的变化应控制在允许的范围内。当内、外圆锥长度一定时，基面距太大，会使配合长度减小，影响结合的稳定性和传递转矩；太小的基面距会使间隙配合的圆锥为补偿磨损的轴向调节范围缩小。影响基面距的主要因素是内、外圆锥的直径偏差和圆锥素线角偏差。7.1.5圆锥配合的使用要求7.1.6圆锥几何参数误差对互换性的影响1、圆锥直径误差对基面距的影响：直径误差影响圆锥配合的实际间隙或过盈大小。2、圆锥角误差对配合的影响：圆锥角有误差，特别是内、外圆锥角误差不相等时会影响接触的均匀性。图3、圆锥形状误差对配合的影响：圆锥形状误差是指在任一轴向截面内圆锥素线直线度误差和任一横向截面内的圆度误差。7.2圆锥配合公差及其选用7.2.1圆锥公差项目1、圆锥直径公差（TD）是指圆锥直径的允许变动量，如图7-7所示。图7-7圆锥直径公差带)()(minminmaxmaxdDdDTD即以基本圆锥直径为基本尺寸从GB/T1800.3中查得TD的具体值，它适用于圆锥的全长（L)。基本尺寸一般取最大圆锥直径D。2、圆锥角公差（AT）是指圆锥角允许的变动量，如图7-8所示。图7-8圆锥角公差带minmaxAT即圆锥角公差可用两种形式表示：(1)以角度单位表示：AT(2)以长度单位表示：DAT的换算关系为与DATAT(7.1)103LATATD。单位为单位为单位为式中的mmμrad;μm;LATATD3、圆锥的形状公差（TF）圆锥的形状公差包括：圆锥素线直线度公差圆锥圆度公差对于精度要求不高的圆锥工件，其形状公差由直径公差（TD）控制。对于精度要求较高的圆锥工件，应按要求单独规定形状公差TF。TF的数值从GB/T1184中选取。4、给定截面圆锥直径公差（TDS）是指在垂直圆锥轴线的给定截面内，圆锥直径的允许变动量。如图7-9所示。图7-9给定截面圆锥直径公差带TDS的数值以给定截面的直径dx为基本尺寸，从GB/T1800.3选取。7.2.2圆锥公差的给定对于一个具体的圆锥体，并不完全需要给定上述四项公差，而是根据工件使用要求来给出公差项目。1、给出圆锥的理论正确圆锥角α（或锥度C）和圆锥直径公差TD，由TD确定两个极限圆锥。2、给出给定截面圆锥直径公差TDS和圆锥角公差AT。且TDS和AT是独立的，应分别满足。7.2.3圆锥公差的选用1、直径公差的选用对于结构型圆锥，直径误差主要影响实际配合间隙或过盈。国标中推荐结构型圆锥配合优先选用基孔制。2、圆锥角公差的选用按第一种方法给定圆锥公差，圆锥角误差限制在两个极限圆锥范围内，可不另给圆锥角公差。表7-2如果对圆锥角有更高的要求，可另给出圆锥角公差。国家标准规定的圆锥角12个公差等级，有适用范围P150。7.2.4圆锥公差的标注方法1、基本锥度法标注（1）给定圆锥直径公差TD的标注如图所示，此时，圆锥的直径偏差、锥角偏差和圆锥形状误差都由圆锥直径公差控制。图给定圆锥直径公差的标注若对圆锥角和其素线精度有更高要求时，应另给出它们的公差，但其数值应小于圆锥的直径公差值。（2）给定截面圆锥直径公差TDS的标注给定截面圆锥直径公差TDS，可以保证两个相互配合的圆锥在规定的截面上具有良好的密封性，如图所示。图给定截面圆锥直径公差的标注(3)给定圆锥形状公差的标注如图所示为给定直线度公差的标注示例。图给定圆锥的形状公差的标注图中直线度公差带在圆锥直径公差带内浮动。(4)相配合圆锥公差的标注相配合圆锥公差的标注方法如图所示。图相配合圆锥公差的标注方法2、公差锥度法的标注公差锥度法适用于非配合的圆锥，也适用于给定截面圆锥直径有较高精度要求的圆锥。其标注方法如图所示。图公差锥度法的标注示例3、未注公差角度尺寸的极限偏差未注公差角度尺寸的极限偏差数值见表7-3所示。±20′±30′±10±20±30最粗v±10′±15′±30′±10±1030′粗糙c±5′±10′±20′±30′10精密f长度/mm公差等级＞400～10＞10～50＞50～120＞120～400中等m表7-3角度尺寸的极限偏差数值标注：用标准号和公差等级标注在在图样或技术文件上。例如选用中等级时，则标注为：GB/T1084－m7.3圆锥的检测7.3.1用通用量仪直接测量1、对于精度要求不高的角度工件2、对于精度要求较高的角度工件用光学分度头的分度值有1′、10″、5″、1″等。测角仪的分度值最高可达0.1″，它的测量精度更高。通常用万能量角器进行测量，其分度值有5′和2′两种。通常用光学分度头或测角仪进行测量。7.3.2用通用量具间接测量通常测量与被测圆锥角有一定函数关系的有关线性尺寸,然后计算出被测圆锥角的大小。如图所示用正弦规测量外锥体锥角的示意图。图用正弦规测量外锥体量块组的高度为sinLh锥度偏差为μrad10rad6lhhlhhΔcbaba换算成锥角偏差，近似为)(1025lhhΔba