互换性与公差

第三章精密机械零件公差与互换性(零件的几何精度)§3-1概论一、误差的概念零件的几何参数：包括尺寸、形状及位置参数等等。加工误差——加工后，零件的实际几何参数对其理想参数的变动量。几何精度——而实际几何参数近似于理想几何参数的程度。零件的加工误差愈小，则其几何精度愈高。零件的加工误差，按其几何特征的不同可分为如下二类：1.尺寸误差——加工后零件的实际尺寸与理想尺寸之差。如轴类零件的直径及长度尺寸的误差均属此类。2．几何形状误差——零件的实际几何形状(一般指各种线、面)与理想形状的差别。形状误差又可分为：宏观几何形状误差(简称形状误差)；中间几何形状误差(表面波度）；微观几何形状误差(表面粗糙度)。表面形状误差的波距较大，表面粗糙度的波距较小，表面波度则介于两者之间，如图3-1所示。二．互换性是指按规定的几何、物理及其它质量参数的公差来分别制造机械的各个零部件，任取其一，使其在装配与更换时不需任何挑选、辅助加工或修配，就能装在仪器上，达到规定的功能要求。互换性的例子：1.钟表、手表中的零件损坏了，可迅速换上一个同规格的零件，以恢复其使用功能。之所以如此方便，是因为这些零件具有互换性。2．汽车上的零件也具有互换性。买一个来就可以装上。仪期制造中的互换性，通常包括：几何参数(如尺寸、形状等)；力学性能(如硬度、强度)；理化性能(如化学成分、线膨胀系数)等方面的互换性。本章只讨论几何参数的互换性。用公差来保证几何参数的互换性公差值大小应根据功能要求和经济性权衡而定。实际几何参数是否合格，应通过技术测量所得结果来判断。互换性按其互换性程度分为完全互换和不完全互换。完全互换——零、部件在装配时不需要挑选、调整和附加修配；不完全互换——允许零、部件在装配前进行预先分组，对应组内的零、部件才可互换，而且只适用于厂内组织生产采用（如滚动轴承的大批量生产）。互换性的重要意义：互换性是组织现代化工业生产的重要技术经济原则。它有利于在工业中广泛地组织协作，进行高效率的专业化生产，对产品设计、制造、使用和维修等方面都具有重要的意义。1.从使用看，零部件新旧替换方便。2.从制造看，是提高生产水平和文明程度的有力手段。并行制造零件、自动装配、CAM、产量质量高、成本低。3.从设计看，可简化计算、绘图，可CAD。§3-2公差与配合的基本术语和定义1．孔：通常指工件的圆柱形内表面，也包括其它非圆柱形内表面(由二平行平面形成的包容面)中由单一尺寸确定的部分(见图3-2)。2．轴：通常指工件的圆柱形外表面，也包括其它非圆柱形外表面(由二平行平面形成的被包容面)中由单一尺寸确定的部分。孔与轴的基本特征表现为包容和被包容的关系，即孔为包容面，轴为被包容面。3．尺寸：以特定单位表示长度值的数字。由数字和长度单位(如mm)组成，如直径Φ100mm.4．基本尺寸：通过设计给定的尺寸（理论值）。通过它应用上下偏差算出极限尺寸。它是根据使用要求，通过强度、刚度计算和结构等方面的考虑，并按标准选取尺寸（可减少刀具、量具、夹具的规格数量）。5．实际尺寸：通过测量获得的某一孔、轴的尺寸。由于存在测量误差，所以实际尺寸并非尺寸的真值；同时，由于存在形状误差，工件同一表面的不同部位的实际尺寸往往是不相等的。因此，一个孔或轴的任意横截面中的任一距离，即任何两相对点之间测得的尺寸称为局部实际尺寸。例如：测得轴的尺寸为Φ24.965mm,若测量的极限误差为±0.001mm,则尺寸的真值在24.965±0.001mm范围内。6．极限尺寸：（孔或轴的）允许尺寸变化的两个界限值，它以基本尺寸为基准来确定。最大极限尺寸——两个界限值中，较大的一个；最小极限尺寸——两个界限值中，较小的一个；实际尺寸应位于其中，也可达到极限尺寸。7．尺寸偏差(简称偏差)某一尺寸减其基本尺寸所得的代数差。8．上偏差：最大极限尺寸减其基本尺寸所得的代数差称为上偏差(孔ES、轴es)9．下偏差：最小极限尺寸减其基本尺寸所得的代数差称为下偏差(孔EI、轴ei)ES、EI为孔的上、下偏差；es、ei为轴的上、下偏差。上偏差和下偏差统称为极限偏差。10．实际偏差：实际尺寸减其基本尺寸所得的代数差称为实际偏差。偏差可以是正，负或零值。实际偏差应位于极限偏差范围之内。11．尺寸公差(简称公差)：允许尺寸的变动量。是一个没有符号的绝对值，它是最大极限尺寸减最小极限尺寸之差或上偏差减下偏差之差的绝对值。其计算公式如下：孔的公差:TH=|Dmax-Dmin|=|ES-EI|轴的公差:TS=|dmax-dmin|=|es-ei|例1：已知孔的基本尺寸D=轴的基本尺寸d=25mm,孔的最大极限尺寸Dmax=25.021mm,孔的最小极限尺寸Dmin=25.000mm;轴的最大极限尺寸dmax=24.980mm,轴的最小极限尺寸dmin=24.967mm。求孔与轴的极限偏差及公差。解：孔：ES=Dmax-D=25.021-25=+0.021mmEI=Dmin-D=25.000-25=0mmTH=|Dmax-Dmin|=|25.021-25.000|=0.021mm或TH=|ES-EI|=|0.021-0|=0.021mm轴：es=dmax-d=24.980-25=-0.020mmei=dmin-d=24.967-25=-0.033mmTS=|dmax-dmin|=|24.980-24.976|=0.013mm或TS=|es-ei|=|-0.020-(-0.033)|=0.013mm12.零线:在公差带图中，表示基本尺寸的一条直线，以其为基准确定偏差和公差。正偏差位于其上，负偏差位于其下(见图3-4)。13.公差带:在公差带图中，由代表上偏差和下偏差的两条平行直线所限定的一个区域，见图3-4。由此可见，公差带是由“公差带大小”和“公差带位置”两个要素组成的。前者由标准公差确定，后者由基本偏差确定。14.标准公差:在国标“公差与配合”中所规定的任一公差。15．公差等级：确定尺寸精确程度的等级。见P34表3-116．基本偏差在国标“极限与配合”标准中表列的，用以确定公差带相对零线位置的那个极限偏差(上偏差或下偏差)。一般为靠近零线的那个偏差。见P35图3-9所示。17．配合：基本尺寸相同的，相互结合的孔或轴公差带之间的关系称为配合。18．间隙或过盈：孔的尺寸减去相配合的轴的尺寸的代数差，此代数差为正称为间隙；若为负称为过盈。根据相配合的孔、轴公差带的关系，可分为间隙配合，过渡配合和过盈配合三类。19．间隙配合：具有间隙(包括最小间隙等于零)的配合。特点：此时孔的公差带在轴的公差带之上(见图3-5)，用途：孔、轴间的活动联结，贮藏润滑油，补偿热变形、弹性变形及制造安装误差，影响活动程度及定位精度。20．过盈配合：具有过盈(包括最小过盈等于零)的配合。特点：此时孔的公差带在轴的公差带之下(见图3-6)。用途：孔、轴间的紧固联结，不允许两者之间有相对运动。例如火车轮芯与耐磨的轮箍（gu）之间采用过盈配合（加热、压入）；光纤与套筒的联结。21．过渡配合：可能具有间隙或过盈的配合。特点：此时孔的公差带与轴的公差带相互交叠(见图3-7)。用途：孔、轴间的定心联结。过渡配合的间隙或过盈量一般较小，可保证定心精度的要求，也便于拆装。例如光学透镜与镜筒的定心联结；固定齿轮与轴的联结。22．最小间隙：对间隙配合，孔的最小极限尺寸减轴的最大极限尺寸所得代数差的绝对值。简称：“孔最小减轴最大”23．最大间隙：对间隙配合或过渡配合，孔的最大极限尺寸减轴的最小极限尺寸所得代数差的绝对值。简称：“孔最大减轴最小”24．最小过盈：对过盈配合，孔的最大极限尺寸减轴的最小极限尺寸所得代数差的绝对值。简称：“孔最大减轴最小”25．最大过盈：对过盈配合或过渡配合，孔的最小极限尺寸减轴的最大极限尺寸所得代数差的绝对值。简称：“孔最小减轴最大”26．配合公差(Tf)允许间隙或过盈的变动量。它等于组成配合的孔、轴公差之和，即：Tf=TH十TS是一个没有符号的绝对值。也可按下式计算：对间隙配合Tf=|最大间隙Xmax-最小间隙Xmin|=TH十TS；对过盈配合（过盈是一种“负间隙”）Tf=|最大过盈Ymax-最小过盈Ymin|=TH十TS；对过渡配合Tf=|最大间隙Xmax-（-最大过盈Ymax）|=TH十TS例：已知公差带图，求配合公差。解：以X代表间隙，Y代表过盈，则：a)其最大间隙Xmax=|Dmax-dmin|=|25.021-24.967|=0.054mm=54μm最小间隙Xmin=|Dmin-dmax|=|0-(-20)|=20μm配合公差Tf=Xmax-Xmin=54-20=34μm+0-+0—+0-Ф25+21+21+21+28+41+2+15a)间隙配合c)过渡配合b)过盈配合-20-33孔公差带轴公差带Ф25Ф25或配合公差Tf=|21-0|+|-33-20|=34μmb)其最大过盈Ymax=|Dmin-dmax|=|(25mm+0μm)-(25mm+41μm)|=41μm其最小过盈Ymin=|Dmax-dmin|=|(25mm+21μm)-(25mm+28μm)|=7μm配合公差Tf=|Ymax-Ymin|=34μmc)其最大间隙Xmax=|Dmax-dmin|=|(25mm+21μm)-(25mm+2μm)|=19μm其最大过盈Ymax=|Dmin-dmax|=|(25mm+0μm)-(25mm+15μm)|=15μm配合公差Tf=|Xmax+Ymax|=15+19=34μm以上三例说明：三例的配合松紧程度不同，但配合精度Tf相同。说明：Tf=TH+TS为配合公差与孔、轴公差的关系。Tf表示配合精度，是使用要求；TH、TS分别表示孔、轴的加工精度，是制造要求。关系式反映了使用要求与制造工艺要求的对立统一关系。27．基孔制配合：基本偏差固定不变的孔的公差带，与不同基本偏差的轴的公差带形成各种配合的一种制度。基孔制配合的孔为基准孔，其基本偏差为下偏差(EI)，且为零，即孔的最小极限尺寸与基本尺寸相等，用H表示，见图3-8a基准孔公差带基准轴公差带轴公差带孔公差带28．基轴制配合：基本偏差固定不变的轴的公差带，与不同基本偏差的孔的公差带形成各种配合的一种制度。基轴制配合的轴为基准轴，其基本偏差为上偏差(es)，且为零，即轴的最大极限尺寸与基本尺寸相等，用h表示，见图3-8b。按照孔、轴公差带相对位置的不同，两种配合制度都可形成间隙配合，过渡配合和过盈配合三类配合。