机械公差与配合

公差与配合一、互换性的概念及在机械制造中的作用1．互换性的意义互换性是广泛用于机械制造产品的设计和制造过程中的重要原则，遵守互换性原则能取得巨大的经济和社会效益。在机械制造业中，零件的互换性是指在同一规格的一批零、部件中，可以不经选择、修配或调整，任取一件都能装配在机器上，并能达到规定的使用性能要求，零、部件具有这种性能称为互换性。能够保证产品具有互换性的生产，称为遵守互换性原则的生产。2．互换性的分类互换性按互换程度可分为完全互换和不完全互换。完全互换是指一批零、部件装配前不经选择，装配时也不需修配和调整，装配后即可满足预定的使用要求。如螺栓、圆柱销等标准件的装配都属于此类情况。当装配精度要求很高时，若采用完全互换性将使零件的尺寸公差很小，加工困难，成本很高，甚至无法加工，可将其制造公差适当放大，以便于加工。在完工后，再用量仪将零件按实际尺寸大小分组，按组进行装配。这样，既能保证装配精度与使用要求，又降低成本。此时，仅是组内零件可以互换，组与组之间不可互换，因此叫不完全互换。不完全互换只限于部件或机构在制造厂内装配时使用。对厂外协作，则往往要求完全互换。究竟采用哪种方式为宜，要由产品精度、产品复杂程度、生产规模及技术水平等一系列因素决定。一般大量生产和成批生产大都采用完全互换法生产。精度要求很高的如轴承工业，常采用分组装配，即不完全互换法生产。而小批和单件生产，如矿山、冶金等重型机器业则常采用修配法或调整法生产。在我们电器制造业，一般都采用互换法生产，而对于少数要求特别高，制造上有困难的零件，也有使用修配法的，如在装配前对零件进行整形。当然，在产品试制时，免不了要使用修配法和调整法。二、零件的加工误差与公差1加工误差工件加工时，由于工艺系统误差和其他原因，工件不可能做得绝对正确，总有误差存在。只要误差的大小不影响机器的使用性能，可以允许存在一定的误差。加工误差可分为以下几种：1）尺寸误差指加工后零件的实际尺寸和理想尺寸之差，如直径误差、孔距误差等。2）形状误差指加工后零件的实际表面和理想表面之间，在形状上的偏离程度，如圆度、直线度误差等。3）位置误差指加工后的表面、轴线或对称平面之间的实际位置与理想位置的偏离程度，如两圆柱面间的同轴度误差。4）表面粗糙度指加工后工件表面上所留下的具有较小间距和微小峰谷的微观不平度。2公差公差是指允许工件尺寸、几何形状和相互位置变动的范围，用以限制加工误差。它是由设计人员给定的，不能为零，是绝对值。它反映对制造精度的要求，体现加工的难易程度。成批大量生产要求零、部件有互换性，而制造又必然存在误差，因此，只有将公差控制在一定的范围内才有可能实现互换性生产。所以我们在设计中标注公差时，一定要使所标注的公差能保证零件的互换性。规定公差值T的大小顺序应为：1T尺寸T位置T形状Ra（Rz）其中Ra（Rz）——表面粗糙度参数。三、公差与配合在机械制造中使用得最广泛的是孔与轴的结合。为了经济地满足使用要求，应该对尺寸公差与配合进行标准化。公差与配合的标准化不仅可以防止产品尺寸设计中的混乱现象，有利于工艺过程的经济性及产品的使用与维护，而且还可实现刀具和量具的标准化。公差与配合标准已成为机械工业中应用最广、涉及面最大的一个极为重要的基础标准。1公差配合的基本术语和定义为了正确理解和应用公差与配合标准，有必要理解公差与配合有关术语的含义及它们之间的区别和联系。1.1孔和轴1.1.1孔主要指圆柱形的内表面，也包括其他内表面中由单一尺寸确定的部分。1.1.2轴主要指圆柱形的外表面，也包括其他外表面中由单一尺寸确定的部分。Dd2d1d从装配关系讲，孔是包容面，在它之内无材料，称为内表面；轴是被包容面，在它之外无材料，称为外表面。这里的孔、轴具有广泛的意义，不仅表示圆柱形的内外表面，而且表示其它几何形状的内外表面中由单一尺寸确定的部分。如上图中，由D、D1确定的部分都称为孔；由d、d1、d2确定的部分都称为轴。如果由单一尺寸确定的部分形不成包容或被包容状态的表面，则它们既不是孔，也不是轴。这种尺寸称为长度尺寸。1.2尺寸1.2.1尺寸用特定单位表示长度值的数字。在机械制造中一般用mm作为特定单位。1.2.2基本尺寸设计给定的尺寸。孔的基本尺寸以D表示，轴的基本尺寸以d表示。基本尺寸是在设计中通过运动、强度、刚度、结构等条件计算并经标准化了的尺寸。它是精度设计的起始尺寸，只表示尺寸的基本大小，并不一定是在实际加工中要求得到的尺寸。1.2.3实际尺寸通过测量得到的尺寸。孔的实际尺寸以Da表示，轴的实际尺寸以da表示。由于存在测量器具、方式、人员和环境等因素造成的测量误差，所以实际尺寸并非尺寸的真值。同时由于工件存在形状误差，所以同一表面不同部位的实际尺寸也不相同。1.2.4极限尺寸允许尺寸变化的两个界限值，它以基本尺寸为基数来确定。两个界限中较大的一个称为最大极限尺寸；较小的一个称为最小极限尺寸。孔的最大和最小极限尺寸分别以Dmax和Dmin表示，轴的最大和最小极限尺寸分别以dmax和dmin表示。在一般情况下，完工零件的尺寸合格条件为：2孔的合格条件：DmaxDaDmin轴的合格条件：dmaxdadmin1.3尺寸偏差与公差1.3.1尺寸偏差某一尺寸减去其基本尺寸所得的代数差称为尺寸偏差，简称偏差。1.3.2实际偏差实际尺寸减去其基本尺寸所得的代数差称为实际偏差。孔的实际偏差Ea=Da-D轴的实际偏差ea=da-d1.3.3极限偏差极限尺寸减去其基本尺寸所得的代数差称为极限偏差。最大极限尺寸减去其基本尺寸所得的代数差称为上偏差，最小极限尺寸减去其基本尺寸所得的代数差称为下偏差。孔的上偏差ES=Dmax-D孔的下偏差EI=Dmin-D轴的上偏差es=dmax-d轴的下偏差ei=dmin-d完工零件的尺寸合格条件常用偏差的关系式表达为：孔的合格条件ESEaEI轴的合格条件eseaei公差与配合示意图见下图。1.3.4尺寸公差允许尺寸的变动量，简称公差。公差等于最大极限尺寸与最小极限尺寸之差的绝对值，也等于上偏差与下偏差之差的绝对值。孔的公差TD=|Dmax-Dmin|=|ES-EI|轴的公差Td=|dmax-dmin|=|es-ei|公差是表示尺寸允许变动的范围，即某种区域大小的数量指标，是绝对值，没有正负之分，也不允许为零。尺寸公差是允许的尺寸误差。尺寸误差是一批零件的实际尺寸相对于理想尺寸的偏离范围。当加工条件一定时，尺寸误差表征了加工方法的精度。尺寸公差则是设计规定的误差允许值，体现了设计者对加工方法精度的要求。通过对一批零件的测量，可以估算出其尺寸误差，而公差是设计给定的，不能通过测量得到。公差与极限偏差既有区别又有联系。两者都是设计给定的，公差的大小表示对一批零件其尺寸允许的差异范围，是绝对值，不能用公差来判断零件尺寸是否合格；极限偏差的大小表示每个零件尺寸（偏差）大小允许变动的界限，是代数值，是判断零件尺寸是否合格的依据。零件加工的难易程度与公差的大小有关，而与上偏差或下偏差的大小无关。1.4零线与公差带由于公差和偏差的数值与尺寸数值相比差别很大，不便用同一比例尺表示，故采用公差与配合图解（简称公差带图）来表示。3公差带图例：孔尺寸，D=18.008.050++φ50φ，ES=0.18，EI=0.08，Dmax=18.50φDmin=08.50φ，TD=0.18-0.08=0.1轴尺寸，d=08.018.050−−φ50φ，es=-0.08，ei=-0.18，dmax=92.49φdmin=82.49φ，Td=-0.08-（-0.18）=0.11.4.1零线在公差带图中，确定偏差的一条基准直线，即零偏差线（简称零线）。通常以零线表示基本尺寸。正偏差位于零线的上方，负偏差位于零线的下方。1.4.2尺寸公差带（简称公差带）在公差带图中，由代表上、下偏差的两条直线所限定的区域。在国家标准中，公差带包括了“公差带大小”与“公差带位置”两个参数。公差带大小由标准公差确定，公差带位置由基本偏差确定。1.5配合基本尺寸相同的、相互结合的孔和轴公差带之间的关系称为配合。间隙或过盈孔的尺寸减去相配合的轴的尺寸所得的代数差。此差值为正时是间隙，用X表示，此差值为负时是过盈，用Y表示。根据相互结合的孔、轴公差带不同的相互位置关系，可以把配合分为间隙配合、过盈配合和过渡配合。1.5.1间隙配合孔的公差带在轴的公差带之上，保证具有间隙（包括最小间隙为零）的配合。间隙配合公差带图表示间隙配合松紧程度的特征值是最大极限间隙和最小极限间隙。有时也用平均间隙Xav表示。最大极限间隙Xmax=Dmax-dmin=ES-ei4最小极限间隙Xmin=Dmin-dmax=EI-es平均间隙Xav=（Xmax+Xmin）/21.5.2过盈配合孔的公差带在轴的公差带之下，保证具有过盈（包括最小过盈为零）的配合。过盈配合公差带图表示过盈配合松紧程度的特征值是最大极限过盈和最小极限过盈。有时也用平均过盈表示。最大极限过盈Ymax=Dmin-dmax=EI-es最小极限过盈Ymin=Dmax-dmin=ES-ei平均过盈Yav=（Ymax+Ymin）/21.5.3过渡配合孔和轴的公差带相互重叠，可能具有间隙也可能具有过盈的配合。过渡配合公差带图表示过渡配合松紧程度的特征值是最大极限间隙和最大极限过盈。1.5.4配合公差在上述间隙、过盈和过渡三类配合中，允许间隙或过盈的变动量称为配合公差，用Tf表示。配合公差的大小为两个极限值的代数差的绝对值。对间隙配合Tf=Xmax-Xmin=TD+Td对过盈配合Tf=Ymin-Ymax=TD+Td对过渡配合Tf=Xmax-Ymax=TD+Td配合公差都等于相配合的孔的公差和轴的公差之和。这说明了配合件的装配精度与零件的加工精度有关。若要提高装配精度，使配合后间隙或过盈的变化范围减小，则应减小零件的公差，即需要提高零件的加工精度。配合公差的大小是设计者按使用要求确定的，配合公差反映配合精度。我们用配合公差带图来直观地表示相互结合的孔和轴的配合精度和配合性质。配合公差带完全在零线之上为间隙配合；配合公差带完全在零线以下为过盈配合；配合公差带跨在零线上、下两侧为过渡配合。5XmaxXminXmin=0XmaxTfTfXmaxTfYmaxXmaxTfYmaxYmin=0TfYmaxYminTfYmaxXY0间隙配合过盈配合过渡配合配合公差带图一对具体的孔、轴所形成的结合是否满足使用要求，即是否合用，就看它们装配以后的实际间隙（Xa）或实际过盈（Ya）是否在配合公差带内。因此，孔轴结合的合用条件为：对间隙配合XmaxXaXmin对过盈配合YmaxYaYmin对过渡配合XaXmax或YaYmax由合格的孔、轴组成的结合一定合用，且具有互换性，而不合格的孔、轴也可能组成合用的结合，满足使用要求，但不具有互换性。例：某配合孔的尺寸为，轴的尺寸为（f7），分别计算其极限尺寸、极限偏差、公差、极限间隙、配合公差，并画出其尺寸公差带图和配合公差带图，说明配合类型。)8(30033.00H+φ020.0041.030−−φ相配孔、轴的基本尺寸D=d=30φ孔的上、下偏差ES=+0.033mm=+33μm；EI=0轴的上、下偏差es=-0.020mm=-20μm；ei=-0.041mm=-41μm孔的极限尺寸Dmax=D+ES=φ30.033mm；Dmin=D+EI=30φ孔的（尺寸）公差TD=Dmax-Dmin=ES-EI=0.033mm=33μm轴的极限尺寸dmax=d+es=980.29φmm；dmin=d+ei=959.29φmm轴的（尺寸）公差Td=dmax-dmin=es-ei=0.021mm=21μm极限间隙Xmax=Dmax-dmin=+0.074mm=+74μmXmin=Dmin-dmax=+0.020mm=20μm平均间隙Xav=（Xmax+Xmin）/2=+47μm配合公差Tf=Xmax-Xmin=TD+Td=54μm（尺寸）公差带图和配合公差带图如下图，此配合为间隙配合。6如果一