机械零件的几何精度(尺寸精度)

第二章机械零件的几何精度第一节互换性概念一、互换性1．互换性概念指同一规格的一批零、部件中，任取其中一件，不需要任何挑选或附加加工(如钳工修理)就能进行装配，并能满足使用性能要求的一种特性。例如手表、自行车等的零件损坏后，只要换上同样规格的零件，就能恢复手表和自行车的功能。2．实现互换性的意义凡重复生产、分散制造、集中装配的产品都应当具有互换性。(1)便于组织生产协作，进行专业化生产，提高生产效率，降低产品成本(2)便于及时更换失效的零件，方便维修，从而延长了机器的使用寿命(3)便于简化设计计算、制图工作，缩短设计周期，并有利于用计算机进行辅助设计，这对发展系列产品、改进产品性能都有重大作用。零部件的互换性，通常包括几何参数、机械性能、物理化学性能的互换。本章仅讨论几何参数的互换。3．互换性分类互换性完全互换性不完全互换性零件在装配时允许有附加的选择或调整但不允许修配，装配后能满足预定的使用性能要求零件在装配或更换时，不需任何选择、调整和修配，就能满足预定的使用性能要求零件加工完后再用测量器具将零件按实际尺寸的大小分为若干组（通常分为2~4组），使每组零件间的实际尺寸差别减少，然后按相应组进行装配(例如大孔与大轴相配，小孔与小轴相配)分组装配法是典型的不完全互换性分组装配法既保证装配精度和使用要求，又解决加工困难的问题。二、标准化、系列化及通用化1.标准化：为在一定的范围内获得最佳秩序，对实际的或潜在的问题制定共同的和重复使用的规则的活动3.通用化：对不同规格的同类产品或不同类产品规定采用同一结构和尺寸的零件、部件2.系列化：对某些零、部件的技术参数协调、简化和统一，制定其技术参数的标准，如齿轮的模数等我国标准国家标准企业标准行业标准地方标准由国务院标准化行政主管部门制定,适用于需要在全国范围内统一的技术要求由国务院有关行政主管部门制定（如机械行业标准JB），适用于没有国家标准而又需要在全国某个行业范围内统一的技术要求由由省、自治区和直辖市标准化行政主管部门制定，适用于对没有国家标准和行业标准而又需要在省、自治区、直辖市范围内统一的有关要求由企业自己制定，适用于对没有国家标准、行业标准和地方标准而需要在企业内部统一的相关要求2．轴第二节尺寸精度一、孔和轴的定义1．孔孔通常指工件的圆柱形内表面，也包括非圆柱形内表面，即由两平行平面或切平面形成的包容面。轴通常指工件的圆柱形外表面，也包括非圆柱形外表面（由二平行平面或切面形成的被包容面）孔轴从加工制造过程来看，孔是越做越大的，而轴是越做小的；从装配关系来讲，孔是包容面，轴是被包容面。2．基本尺寸通过它并应用上、下偏差可算出极限尺寸的尺寸。是设计者通过计算或根据经验而确定的，可以是一个整数或一个小数值。（示意图）孔----D轴----d3．实际尺寸通过测量获得的某一孔、轴的尺寸。孔和轴的实际尺寸分别用Da和da表示。由于存在测量误差实际尺寸不一定是尺寸的真值；由于形状误差，同一表面不同部位的实际尺寸往往不相等，因此实际尺寸只是接近真值的一个随机尺寸。真值是客观存在的未知量，故只能以测得的尺寸作为实际尺寸。二、有关尺寸的术语及定义1．尺寸以特定单位表示线性尺寸值的数值。如直径、宽度、高度、中心距等4．极限尺寸一个孔或轴允许的尺寸的两个极端。实际尺寸应位于其中，也可达到极限尺寸。孔或轴允许的最大尺寸称为最大极限尺寸；孔或轴允许的最小尺寸称为最小极限尺寸。（示意图）孔和轴的最大极限尺寸分别用Dmax和dmax表示，最小极限尺寸分别用Dmin和dmin表示。尺寸合格条件：Dmin≤Da≤Dmaxdmin≤da≤dmax三、偏差、公差、公差带的术语及定义尺寸偏差：某一尺寸减其基本尺寸所得的代数差。上偏差：最大极限尺寸减其基本尺寸所得的代数差。用代号ES(孔)、es(轴)表示。即ES=Dmax-Des=dmax-d极限偏差：极限尺寸减其基本尺寸所得的代数差。（示意图）1.尺寸偏差实际偏差：实际尺寸减其基本尺寸所得的代数差。下偏差：最小极限尺寸减其基本尺寸所得的代数差。用代号EI(孔)、ei(轴)表示。即EI=Dmin-Dei=dmin-d实际偏差在极限偏差范围内即为合格。说明：偏差可为正、负、零。例：已知某孔和轴的基本尺寸均为ø40mm，孔的最大极限尺寸为ø40.038mm，最小极限尺寸为ø40.007mm，轴的最大极限尺寸为ø40.015mm，最小极限尺寸为ø39.987mm。求孔和轴的极限偏差，若某一轴实际尺寸为Ø39.98mm，判断其合格性。解孔的上偏差ES=Dmax-D=40.038-40=+0.038mm孔的下偏差EI=Dmin-D=40.007-40=+0.007mm轴的上偏差es=dmax-d=40.015-40=+0.015mm轴的下偏差ei=dmin-d=39.987-40=-0.013mm轴的实际偏差=39.98-40=-0.02mm，不合格2.尺寸公差：允许尺寸的变动量。孔和轴的公差分别用Th、Ts表示。计算：TD=Dmax-Dmin=ES-EITd=dmax-dmin=es-ei说明：①公差值始终为正。②公差大小反映零件加工的难易程度，尺寸的精确程度。基本尺寸相同的零件，公差值越大，精度要求越低，加工越容易，反之，精度要求越高，加工越困难。计算上例的孔、轴的公差孔的公差Th=│Dmax-Dmin│=│40.038-40.007│=0.031mm或Th=│ES-EI│=│+0.038-（+0.007）│=0.031mm轴的公差Ts=│dmax-dmin│=│40.015-39.987│=0.028mm或Ts=│es-ei│=│+0.015-（-0.013）│=0.028mm可标注为孔，轴40038.007.040015.0013.0**公差与偏差的区别：（１）从数值看公差是一个没有正、负符号的绝对值，不能为零偏差是代数量，可能正、负或零极限偏差用于限制实际偏差，实际偏差取决于机床的调整，不反映加工难易程度。单个零件能测出。（２）从作用看公差表示制造精度要求，反映加工难易程度，限制误差，对单个零件无公差可言3.公差带(2)公差带图解：用图示方法表示的公差带（其实就是画放大了的孔、轴公差带）a)零线：公差带图解中，表示基本尺寸的一条直线。通常将零线水平绘制，其左下方画上带单箭头的尺寸线，并注上基本尺寸值。左端注上相应“0”、“+”、“-”，正偏差位于零线上方，负偏差位于零线下方。(1)公差带：零件的尺寸相对其基本尺寸所允许变动的范围。（示意图）b）画法：1)零线。2)确定公差带大小、位置。3)孔、轴(或)或在公差带里写孔、轴。4)作图比例基本一致，单位µm、mm均可。5)基本尺寸相同的孔、轴公差带才能画在一张图上。画法演示c)公差带特性：大小T标准公差位置极限偏差基本偏差标准化标准化两个要素例：画尺寸公差带图：轴Ø25孔Ø25020.0033.0021.004．基本偏差确定公差带相对零线位置的那个极限偏差。一般为靠近零线的那个偏差（偏差绝对值较小的那个偏差），它可以是上偏差或下偏差。eies基本尺寸基本偏差为下偏差基本偏差为上偏差EIES孔轴轴孔0+-基本偏差公差带在零线上方,基本偏差为下偏差。公差带在零线下方,基本偏差为上偏差。四、极限制1．《极限与配合》国家标准国家标准《极限与配合》（GB/T1800）分别规定了“标准公差系列”（公差大小）和“基本偏差系列”（公差带位置），从而使公差值和基本偏差标准化。2．标准公差系列标准公差系列是国家标准制定出的一系列标准公差数值。国家标准所规定的任一公差值称为标准公差，用以确定公差带的大小。极限制：标准化的公差与偏差的制度标准公差系列由不同标准公差等级和不同基本尺寸段的标准公差构成，如表所示。国家标准将标准公差等级规定为20个等级，依次为IT01IT0IT1……IT18等级高低公差值小大标准公差等级是指确定尺寸精度的等级对于相同的基本尺寸，标准公差等级是决定标准公差大小的唯一参数，即同一公差等级的所有基本尺寸具有同等的精度和加工难易程度。＞IT7称为低于IT7级＜IT7称为高于IT7级精度高低加工难度相当3．基本偏差系列（1）基本偏差代号国标对孔和轴分别规定了28种基本偏差，分别用一个或两个拉丁字母按一定的顺序表示（按英文读音），孔大写、轴小写。（a）分布简图如下图孔和轴同字母的基本偏差相对于零线基本呈对称分布孔轴a零线hAZCzcH（2）特点b)对于轴，a至h的基本偏差为上偏差es,除h的基本偏差为零外，其余均为负值，其绝对值依次逐渐减小；j至zc的基本偏差为下偏差ei，除j和k外，其基本偏差为正值，其绝对值依次逐渐增大。对于孔，A至H的基本偏差为下偏差EI，除H的基本偏差为零外，其余均为正值，其绝对值依次逐渐减小；J至ZC的基本偏差为上偏差ES，除J、K、M外，其基本偏差为负值，其绝对值依次逐渐增大(c)Js完全对称，J基本对称（孔ES＋，只有J6、J7、J8；轴只有j5、j6、j7、j8，逐步被Js取代）(d)基本偏差原则上与公差等级无关，有一些除外（K、M、N等有两种位置）。例：A～H(a～h)与公差等级无关。(g)“A～ZC”（a～zc）除J（j）以外，20个等级齐全。(f)K、M、N等有两种位置,K、k的基本偏差值可为正值或负值，N的基本偏差值可为负值或零，M基本偏差值可为正值、负值或零。(2)基本偏差数值为方便起见，国家标准分别编制出轴和孔的基本偏差数值表。实际使用时，可直接查表。轴的基本偏差数值孔的基本偏差数值轴或孔的另一个偏差(上偏差或下偏差)数值，可根据基本偏差和选用的标准公差等级，按下列关系式计算:轴ei=es-IT或es=ei+IT孔EI=ES-IT或ES=EI+IT。解查表2-1得：标准公差IT7=21μm=0.021mm，IT8=33μm=0.033mm查表2-2得：f的基本偏差（上偏差）es=-20μm=-0.020mmf7的下偏差ei=es-IT=-0.020-0.021=-0.041mm轴ø30f7的极限尺寸dmax=d+es=30-0.020=29.980mmdmin=d+ei=30-0.041=29.959mm查表2-3得：M的基本偏差（上偏差）ES=-8+Δ=-8+12=+4μm=+0.004mmM8的下偏差EI=ES-IT=+0.004-0.033=-0.029mm孔ø30M8的极限尺寸Dma=D+ES=30+0.004=30.004mmDmin=D+EI=30-0.029=29.971mm公差带图解如图所示。例题:确定轴ø30f7、孔ø30M8的极限偏差和极限尺寸，并画出公差带图解。五、公差带代号及公差带系列1．公差带代号由于公差带由公差大小和基本偏差（公差带位置）确定，因此，公差带代号都是由基本偏差代号和标准公差等级数联合表示，如h8、m7、G6、F8等2．公差带系列根据国标GB/T1800.2-1998提供的20个标准公差和28种基本偏差，可以组成许多不同大小与位置的孔、轴公差带。在基本尺寸≤500mm范围内，孔的公差带有20×27+3（J6、J7、J8）=543种，轴的公差带有20×27+4（j5、j6、j7、j8）=544种。是不经济的，并使得标准繁杂、不利于生产。为此，GB/T1801—1999规定了基本尺寸≤500mm的一般用途轴的公差带116个和孔的公差带105个，再从中选出常用轴的公差带59个和孔的公差带44个，并进一步挑选出孔和轴的优先用途公差带各13个。一般、常用和优先轴的公差带一般、常用和优先孔的公差带图中方框中的为常用公差带，圆圈中的为优先公差带。选用时，以优先、常用、一般、任一孔、轴公差带为顺序。六、线性尺寸的未注公差线性尺寸的未注公差：一般公差是指在车间一般加工条件下可以保证的公差。它是机床在正常维护和操作下，可达到的经济加工精度(即线性尺寸未注公差)。GB/T1804-2000对线性尺寸的一般公差规定了四个公差等级，即f(精密级)、m(中等级)、c(粗糙级)和v(最粗级)。线性尺寸的极限偏差数值见表第三节配合精度一、配合的术语及