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1、第三章 尺寸精度设计第三章 尺寸精度设计 3.1 有关尺寸精度设计的基本术语和定义有关尺寸精度设计的基本术语和定义 3.1.1 有关孔、轴的定义有关孔、轴的定义 3.1.2 有关尺寸、偏差和公差的术语和定义有关尺寸、偏差和公差的术语和定义 3.1.3 有关配合的术语和定义有关配合的术语和定义 3.2 尺寸的极限与配合国家标准简介尺寸的极限与配合国家标准简介 3.2.1 配合制配合制(fit system) 3.2.2 标准公差标准公差(standard tolerance)系列系列 3.2.3 基本偏差系列基本偏差系列 3.3 尺寸精度设计的基本原则和方法尺寸精度设计的基本原则和方法 3.3.
2、1 配合制的选用配合制的选用 3.3.2 确定标准公差等级确定标准公差等级 3.3.3 配合的选用配合的选用 3.4 一般公差一般公差(线性尺寸的未注公差线性尺寸的未注公差)3.1 有关尺寸精度设计的基本术语和定义有关尺寸精度设计的基本术语和定义 GB/T 1800.11997 3.1.1 有关孔、轴的定义有关孔、轴的定义 3.1.2 有关尺寸、偏差和公差的术语和定义有关尺寸、偏差和公差的术语和定义 3.1.3 有关配合的术语和定义有关配合的术语和定义3.1.1 有关孔、轴的定义有关孔、轴的定义 1) 孔(hole)：圆柱形内表面或非圆柱形内表面(如花键)。 2) 轴(shaft)：圆柱形外表
3、面或非圆柱形外表面(如方轴)。 从加工角度：切除工件余量后，尺寸大，孔类尺寸；尺寸小，轴类尺寸；尺寸大或小，对称类尺寸。3.1.2 有关尺寸、偏差和公差的术语和定义有关尺寸、偏差和公差的术语和定义 1) 尺寸(size)：以特定单位表示线性尺寸值的数值，如半径、长度、中心距等)。 2) 基本尺寸(basic size)：理论设计尺寸。 3) 实际尺寸(actual size)：加工后实际得到的尺寸，通过测量获得。 由于误差的存在，一批零件的各零件实际尺寸不同，即使是同一零件的不同位置、不同方向的实际尺寸也不同。 4) 极限尺寸(limits of size)：设计或加工规定的尺寸最大、最小值。
4、3.1.2 有关尺寸、偏差和公差的术语和定义有关尺寸、偏差和公差的术语和定义 5) 尺寸偏差：某一尺寸与基本尺寸的代数差，简称偏差(deviation)。 极限偏差：极限尺寸与基本尺寸的代数差。(limits of deviations) 最大值上偏差(upper deviation)，用ES(孔)或es(轴)表示； 最小值下偏差(lower deviation)，用EI(孔)或ei(轴)表示。 实际偏差：实际尺寸与基本尺寸的代数差。(actual deviation)用Ea或ea表示。 6) 尺寸公差：允许尺寸的变动范围，简称公差 (size tolerance)，用T表示。 T=D(d)m
5、ax-D(d)min=ES-EI=es-ei3.1.2 有关尺寸、偏差和公差的术语和定义有关尺寸、偏差和公差的术语和定义 7) 尺寸公差带图：零线(zero line)+公差带 公差带(tolerance zone)：公差带图中，上下偏差之间的区域。 基本偏差：国家标准中规定用来确定公差带位置的那个极限偏差，通常由绝对值较小的极限偏差担任。 画公差带图的规定： 孔公差带用斜线填充，轴公差带用网点或空白填充； 垂直于零线方向：高度值为公差值，孔、轴公差、偏差在图中要成比例画；沿着零线方向：宽度适当取值，美观为主。 单位：基本尺寸为mm，偏差可用mm或m； 如标注全部采用mm，图中可不标出，即默认
6、值为mm； 如偏差采用m标注，图中可不标m尺寸，但mm(即基本尺寸)应标出单位。3.1.2 有关尺寸、偏差和公差的术语和定义有关尺寸、偏差和公差的术语和定义 例：已知孔的基本尺寸D和轴的基本尺寸d均为25mm，孔的极限尺寸为Dmax=25.021mm， Dmin=25.000mm，轴的极限尺寸为dmax=24.993 mm，dmin=24.980 mm。求：孔与轴的极限偏差与公差。 3.1.2 有关尺寸、偏差和公差的术语和定义有关尺寸、偏差和公差的术语和定义 解： ES=Dmax D =25.021 25=+0.021mm EI = Dmin D =25.000 25=0 es =dmax d
7、 =24.993 25= 0.007mm Ei =dmin d = 24.980 25= 0.020mm TD = |Dmax Dmin| =|ES EI| =0.021mm Td= |dmax dmin| =|es ei| =0.013mm3.1.3 有关配合的术语和定义有关配合的术语和定义 1) 配合(fit)：是指基本尺寸相同的，相互结合的孔和轴公差带之间的关系。 孔：包容面 轴：被包容面 2) 间隙(clearance)：X=D-d0 3) 过盈(interference):Y=D-d03.1.3 有关配合的术语和定义有关配合的术语和定义 4) 配合类别： 间隙配合(clearance
8、 fit) 过盈配合(interference fit) 过渡配合(transition fit) 配合公差(variation of fit)3.1.3 有关配合的术语和定义有关配合的术语和定义 间隙配合(clearance fit)：Dmin-dmax0； Xmax= Dmax-dmin = ES - ei (+) P26式3-4 Xmin = Dmin-dmax = EI - es (+或0) P26式3-5 Xav = ( Xmax + Xmin )/2 = (+) P26式3-63.1.3 有关配合的术语和定义有关配合的术语和定义 过盈配合(interference fit)：Dma
9、x-dmin0； Ymax = Dmin - dmax = EI - es ( - ) P27式3-8 Ymin = Dmax - dmin = ES ei (-或0) P27式3-7 Yav = ( Ymax + Ymin )/2 = ( - ) P27式3-93.1.3 有关配合的术语和定义有关配合的术语和定义 过渡配合(transition fit)：Dmin-dmax0 Dmax-dmin0； Xmax = Dmax-dmin = ES - ei (+) P27式3-10 Ymax = Dmin-dmax = EI - es ( - ) P27式3-11 Xav或Yav = ( Xma
10、x + Ymax )/2 =(+或-) P27式3-123.1.3 有关配合的术语和定义有关配合的术语和定义例例2-2 现有一过盈配合，孔为现有一过盈配合，孔为2525+0.021，轴为，轴为25+0.03525+0.048。求最大过盈、最小过盈、平均过盈和配。求最大过盈、最小过盈、平均过盈和配合公差。合公差。例例2-3 现有一间隙配合，孔为现有一间隙配合，孔为2525+0.021，轴为，轴为25-0.020 25-0.007 。求最大间隙、最小间隙、平均间隙和配合公差。求最大间隙、最小间隙、平均间隙和配合公差。例例2-4 现有一过渡配合，孔为现有一过渡配合，孔为2525+0.021，轴为，轴
11、为25+0.015 25+0.028 。求最大间隙、最大过盈、平均间隙或平均过盈。求最大间隙、最大过盈、平均间隙或平均过盈和配合公差。和配合公差。3.1.3 有关配合的术语和定义有关配合的术语和定义 结论：孔轴的尺寸公差相同，则配合公差相同，但由于轴的极限尺寸或极限偏差不同，导致配合性质完全不同。即，孔轴的尺寸精度决定配合精度，孔轴的极限尺寸或极限偏差决定配合性质。3.1.3 有关配合的术语和定义有关配合的术语和定义 配合公差(variation of fit)：孔轴尺寸之差的变动范围。 从以上三例可以看出： Tf=TD+Td ； Tf反映了配合精度，属使用要求，即设计要求，我们总是希望Tf
12、越小越好。 TD和Td是孔轴的制造精度，即工艺要求，我们总是希望TD和Td 越大越好。 这说明了公差的实质，即反映了机器零件使用与制造要求的矛盾，即设计与工艺的矛盾。3.2 尺寸的极限与配合国家标准简介尺寸的极限与配合国家标准简介 基本内容：配合制、标准公差系列、基本偏差系列和孔、轴公差带与配合等 3.2.1 配合制配合制(fit system) 3.2.2 标准公差标准公差(standard tolerance)系列系列 3.2.3 基本偏差系列基本偏差系列3.2.1 配合制配合制(fit system) 配合制： 相配合的两个零件(孔、轴)，确定一个作为基准件，固定其基本偏差，然后通过改变
13、另一零件的公差带位置来形成各种配合的一种制度。 基孔制配合(hole-basis system of fit)： 以孔为基准，孔的下偏差为基本偏差，且EI=0，代号为H，通过改变轴的基本偏差来得到各种不同性质的配合。 基轴制配合(shaft-basis system of fit)： 以轴为基准，轴的上偏差为基本偏差，且es=0，代号为h，通过改变孔的基本偏差来得到各种不同性质的配合。 两种配合制平等等效，应用场合不同。3.2.2 标准公差标准公差(standard tolerance)系列系列 标准公差确定公差带的大小，决定了零件的加工精度和加工成本，同时又直接影响配合。 1) 标准公差等级
14、 2) 标准公差因子i 3) 基本尺寸分段3.2.2 标准公差标准公差(standard tolerance)系列系列 1) 标准公差等级： GB/T 1800.31998规定： 基本尺寸0500mm：规定了IT01、IT0、IT1、IT2IT18等20个等级，等级依次降低。基本尺寸相同，则等级越低，公差越大； 基本尺寸500mm3150mm：规定了IT1、IT2IT18等18个等级。 标准公差的计算公式： IT01-IT1：高精度等级，主要考虑测量误差，标准公差与尺寸呈线性关系； IT01： 0.3+0.008D IT0： 0.5+0.012D IT1： 0.8+0.020D 式中，D是表中
15、每一尺寸分段中首尾两个尺寸的几何平均值，以mm计。 IT2-IT4：较高精度等级，插入法(IT1-IT5)； IT5-IT18：计算法 ITn=ai。其中a是公差等级系数，是R5(7)数列。i是标准公差因子3.2.2 标准公差标准公差(standard tolerance)系列系列 2)标准公差因子i 据生产实际经验和科学统计分析表明：加工尺寸误差与尺寸的立方根成正比，对于大尺寸段，测量误差的影响较大，主要考虑测量误差，而测量误差与零件的基本尺寸是线性关系。 基本尺寸0500mm：i=0.45D1/3+0.001D 式中： i以m计；D是基本尺寸段的几何平均值，mm。 公式中的第一项主要反映工
16、件的加工误差；第二项用于补偿与基本尺寸成正比的误差，主要是由于测量时温度不稳定和偏离基准温度所引起的测量误差，以及量规变形误差等。实际上当基本尺寸很小时，第二项所占的比例很小，所以该式近似于立方抛物线关系式。 基本尺寸500mm3150mm：i=0.004D+2.1 式中： i以m计；D是基本尺寸段的几何平均值，mm。 对于大尺寸，相对而言，测量误差的影响较大，特别是温度的影响很大，因温度变化引起的误差随基本尺寸的加大呈线性关系，所以对大尺寸的标准公差因子(i)采用线性关系式计算。3.2.2 标准公差标准公差(standard tolerance)系列系列 3)基本尺寸分段： 为减少标准公差值
17、数量，国标将3150mm以下的基本尺寸为21个主段，其中 0-500mm内的基本尺寸分成13个尺寸段，并以首尾尺寸的几何平均值作为计算尺寸。 精度高低，应取决于其公差等级，基本尺寸较大时，其公差等级虽高，但可能公差值看起来仍大。 例1 试计算基本尺寸大于3050mm尺寸段的IT6的公差数值。 大于3050mm尺寸段，其几何平均值为D=3050=38.73mm。 标准公差因子i=0.45338.73+0.00138.73=1.56m IT6=10i=101.56m，修约后，取IT6=16m。 (对IT6标准给出的公差等级系数a为10) 例2 试计算基本尺寸大于8001000mm尺寸段的IT11的
18、公差数值。 尺寸段的几何平均值D=8001000=894.4mm I=0.004894.4+2.1=5.68m IT11=100I=1005.68=568m，经修约取IT11=560m (对IT11，标准给出的公差等级系数a为100) 按标准规定的计算方法，通过对基本尺寸分段内各个标准公差等级的公差数值的计算，经修约化整，得到了标准中表列的标准公差数值。为了使表列公差数值分布得更好，有的公差数值没有采用标准规定的修约规则。3.2.3 基本偏差系列基本偏差系列 1) 基本偏差及其代号 2) 孔、轴的基本偏差数值： 3) 孔、轴的另一个极限偏差的计算 4) 基孔制与基轴制的换算 5) 极限与配合在
19、图样上的表示 6) 一般、常用和优先的公差带与配合3.2.3 基本偏差系列基本偏差系列 1) 基本偏差及其代号 28种：26个字母除去I、L、O、Q、W，加上CD、EF、FG、JS、ZA、ZB、ZC等七个。 孔：A-G的基本偏差为下偏差，且为正；H的基本偏差为0，是基准孔，J-ZC的基本偏差为上偏差ES，除J、K外其值为负。JS为对称公差。 轴：与孔相对应。“上下正负”相反。 2) 孔、轴的基本偏差数值： 有公式，可直接查表。 3) 孔、轴的另一个极限偏差的计算 加或减其公差值即可3.2.3 基本偏差系列基本偏差系列 4) 基孔制与基轴制的换算 通用规则(孔轴公差等级相同)： ES=-ei E
20、I=-es 特殊规则(孔比轴低一等级)： ES=-ei+ =IT孔-IT轴 5) 极限与配合在图样上的表示 装配图：用相同的基本尺寸后跟孔、轴的公差带符号表示 应用最广：55H7/f6 适用批量生产 ：55H7(0+0.030)/f7(0-0.019) 适用小批生产：55(0+0.030)/(0-0.019) 零件图：用基本尺寸后跟所要求的公差带或(和)对应的偏差值表示。 应用最广：55H7 适用批量生产 ：55H7(0+0.030) 适用小批生产：55(0+0.030)3.2.3 基本偏差系列基本偏差系列 6) 一般、常用和优先的公差带与配合 一般、常用和优先用途的公差带 一般公差带：孔10
21、5种，轴116种； 常用公差带：孔44种，轴59种； 优先公差带：孔、轴各13种。 常用和优先配合 常用配合：基孔制59种，基轴制47种； 优先配合：各13种3.3 尺寸精度设计的基本原则和方法尺寸精度设计的基本原则和方法 尺寸精度设计的内容：选择配合制、公差等级和配合种类。 3.3.1 配合制的选用配合制的选用 3.3.2 确定标准公差等级确定标准公差等级 3.3.3 配合的选用配合的选用3.3.1 配合制的选用配合制的选用 应综合考虑、分析机械零部件的结构、工艺性和经济性等方面的因素选择配合制。 1)一般：优先选用基孔制 选用基孔制有利于减少孔用定值刀具和量具的数量。 2)基轴制应用条件：
22、 轴采用冷拔钢材，不再进行机械加工了； 精细轴不便加工； 一轴配多孔，要求各不同。 3)与标准件的配合：标准件为基准件。 4)特殊要求：非基准制3.3.2 确定标准公差等级确定标准公差等级 基本原则： 在满足使用前提下，尽可能选用较低的标准公差等级，以利于降低加工成本。 确定方法： 考虑孔、轴加工的工艺等价性，孔低轴一级； 考虑加工能力(P45表3-10)； 考虑各种公差等级的应用范围(P46表3-11、12) 。 考虑相配合件的精度要相匹配； 过渡、过盈配合的公差等级不能过低。 对非基准制配合，在零件的使用性能不高时，其标准公差可以降低2-3级。3.3.3 配合的选用配合的选用 1) 确定配
23、合的类别 根据使用要求确定(间隙、过盈、过渡) 尽可能选用优先配合，其次是常用配合 2) 确定基本偏差的方法： 3) 用计算法确定配合举例 4) 典型的配合实例3.3.3 配合的选用配合的选用 1) 根据使用要求确定配合的类别 2) 确定基本偏差的方法： 试验法：优点是方法可靠，缺点是需要进行试验，成本高，周期长。 计算法：优点是理论依据充分，成本较低。缺点是准确性差。 类比法：应考虑受力大小、拆装情况和结构特点、结合长度和形位误差、材料及温度、装配变形的影响、生产批量等。(熟悉P47表3-13)3.3.3 配合的选用配合的选用 3) 用计算法确定配合举例 例2-8 有一孔、轴配合，基本尺寸为
24、90mm，要求过盈在-15-75m之间，试确定基轴制时孔、轴的公差带和配合代号。 P49 例3-2 3.3.3 配合的选用配合的选用 例2-9 有一孔、轴配合，基本尺寸为60mm，要求极限间隙在+30+110m之间，试确定配合制，孔、轴公差等级和配合代号。 3.3.3 配合的选用配合的选用 4) 典型的配合实例(P50-53) 间隙配合的选用： 间隙很大：工作条件较差，变形较大情况下要求灵活动作； 间隙适中：转动配合； 间隙最小为零：无相对转动，有定心要求； 过渡配合的选用： 偏间隙：易拆卸 偏过盈：定心好，装配紧 过盈配合的选用： 小过盈：定心精度好，大修时可拆卸； 中过盈：永久或半永久装配，可传递中等载荷； 大过盈：传递较大载荷，要求零件材质好。3.4 一般公差一般公差(线性尺寸的未注公差线性尺寸的未注公差) 一般公差：是指在车间普通工艺条件下机床设备一般加工能力可达到的公差。 标准规定：4级， f(精密级，相当于IT12)、 m(中等级，相当于IT14)、 c(粗糙级，相当于IT16)、 v(最粗级，相当于IT17)。 标注：在图样上只标注基本尺寸，不注出其极限偏差，在技术要求或文件中用标准号和公差等级号进行表示，如GB/T 1804-f。 作业：