圆柱体公差配合及其标准化机械精度设计与检测.ppt

第三章 圆柱体公差配合及其标准化,一、公差与配合的基本概念,本章主要内容,二、公差与配合的有关国家标准化构成,三、公差与配合的应用,重点要求,掌握典型术语的定义；掌握标准的特点及正确查表标注；掌握公差常用配合的选择与应用,基础 GB/T1800.1-1997 GB/T1800.2-1998 GB/T1800.1-2009(ISO286.1)GB/T1800.3-1998公差带选择 GB/T1800.4-1999 2009(ISO286.2)GB/T1801-1999 2009(ISO1829)GB/T1803-2003 小尺寸的孔轴公差带应用与计算 GB/T5371-2004 过盈配合的计算和选用 GB/T5847-2004 尺寸链 计算方法 JB/T9186-1999 统计尺寸公差测量与检验 GB/T3177-1997 2009 光滑工件尺寸的检验 GB/T1957-2005 光滑极限量规 GB/T16857.1.6 坐标测量机的验收和周检,尺寸极限与配合现行标准体系,第三章 圆柱体公差配合及其标准化,3.1 公差与配合的基本知识3.2 公差值的标准化3.3 基本偏差的标准化3.4 公差带与配合的标准化3.5 公差与配合选择综合分析,圆柱结合的使用要求 圆柱结合（包括平行平面的结合）是机械产品中应用最广泛的一种结合形式。根据不同的使用要求，可分为以下三类：用作相对运动副：保证有配合间隙 用作固定连接：保证有一定的过盈用作定位可拆卸连接,孔和轴的定义,轴通常是指圆柱形外表面；也包括非圆柱形外表面。孔通常是指圆柱形内表面；也包括非圆柱形内表面。孔:为包容面，轴:为被包容面,目的：扩大标准应用范围。,一、尺寸定义及分类,1、尺寸 是用特定单位（mm)表示线性尺寸值的值。包括直径、长度、宽度、高度、中心距等。、基本尺寸设计确定的尺寸；是设计者根据使用要求，通过计算或根据经验决定的。相配合的孔、轴基本尺寸相同，孔、轴（D、d）应尽量按标准选取,3、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。最大极限尺寸：允许的最大尺寸。最小极限尺寸：允许的最小尺寸。代号：孔（Dmax、Dmin）轴（dmax、dmin）,4、实际尺寸 通过测量所得的尺寸,孔、轴分别用Da与da表示。由于存在测量误差，实际尺寸并非被测尺寸的真值。,实际尺寸,尺寸合格条件（1）：DminDaDmax dmindadmax,5、最大实体尺寸(MMS)(maximum material size）最大实体状态（MMC）(maximum material condition）：-孔或轴允许的材料量为最多时的状态 最大实体尺寸：在最大实体状态下的极限尺寸 孔：DM Dmin 轴：dM dmax,6、最小实体尺寸（LMS）（least material size）最小实体状态(LMC）(least material condition)：-孔或轴允许的材料量为最少时的状态 最小实体尺寸：在最小实体状态下的极限尺寸 孔：DLDmax 轴：dLdmin,二、偏差与公差,可为正值、负值或零,可为正值、负值或零,极限偏差:极限尺寸与基本尺寸之差。,孔 轴上偏差 ES=DmaxD es=dmaxd 下偏差 EI=DminD ei=dmind,实际偏差：实际尺寸与基本尺寸之差。Ea=DaD ea=dad,尺寸合格条件（2）：孔：EI Ea ES 轴：ei ea es,2、尺寸公差（公差T）允许尺寸的变动量。孔公差：TD|DmaxDmin|ESEI|轴公差：Td|dmax dmin|es ei|,为绝对值,3、公差与偏差的区别,偏差 表示实际尺寸与基本尺寸偏离的程度 加工时调整机床刀具与零件相对位置的依据 其值为代数差（可为正值、负值或零）,公差 反映一批零件实际尺寸的离散程度 反映加工精度的高低 其值为绝对值,4、尺寸公差带图 公差带：由上下偏差所表示的区域。公差带图反映了尺寸、偏差、公差的关系；零线：确定偏差位置的一条基准线；标注基本尺寸线、基本尺寸值和符号“、0、”。,三、配合及配合制,1、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，反映孔和轴之间的松紧程度 2、间隙或过盈,(孔的尺寸)-(轴的尺寸),3、配合的类别,1）间隙配合:具有间隙或间隙为零时的配合。特点：孔的公差带在轴公差带之上。（包括Xmin0）,最大间隙：Xmax=Dmaxdmin=ESei,最小间隙：Xmin=Dmindmax=EIes,平均间隙：Xav=(Xmax+Xmin)/2,Xmin=0,2）过盈配合：具有过盈或过盈量为零的配合。特点：孔的公差带在轴公差带之下。（包括Ymin0）,最小过盈：Ymin=Dmaxdmin=ESei,最大过盈：Ymax=Dmindmax=EIes,平均过盈：Yav=(Ymax+Ymin)/2,Ymin=0,3）过渡配合:可能具有间隙或过盈的配合。特点：孔的公差带与轴公差带相互交叠。,Ymax,最大间隙：Xmax=Dmaxdmin=ESei,最大过盈：Ymax=Dmindmax=EIes,平均过盈（间隙）：Yav(Xav)=(Xmax+Ymax)/2,4、配合制配合制也称基准制；为简化配合国家规定有：基孔制和基轴制。基孔制：基本偏差为一定的孔的公差带与不同基本偏差轴的公差带形成各种配合的一种制度。其中孔为基准孔，其下偏差为零。代号为“H”。,0,+,-,基本尺寸,孔,轴,轴,轴,轴,轴,轴,轴,间隙配合,过渡配合,过盈配合,过渡 或过盈,轴,基轴制：基本偏差为一定的轴的公差带与不同基本偏差孔的公差带形成各种配合的一种制度。其中轴为基准轴，其上偏差为零。代号“h”。,0,+,-,轴,孔,孔,孔,孔,孔,孔,孔,间隙配合,过渡配合,过盈配合,过渡 或过盈,孔,基本尺寸,配合公差反映使用要求和加工要求。设计时，可根据配合中允许的间隙或过盈变动范围，来确定孔、轴公差,配合公差带图:可直观地表达孔、轴的配合性质，即配合松紧及其变动情况 横坐标(零线)是确定间隙或过盈的一条基准直线,纵坐标值:表示极限间隙或极限过盈的数值。横坐标上为正值，表示间隙；下为负值，表示过盈。两个极限值之间区域的宽度为配合公差。,配合公差反映配合精度,标准化,标准化,基本偏差指靠近零线或位于零线的极限偏差。,公差带的两个要素,公差带的大小,公差带的位置,标准公差,极限偏差,基本偏差,下面讨论这两个要素的标准化,一、标准公差系列标准公差系列：由不同公差等级和不同基本尺寸的标准公差值构成的。标准公差：IT（ISO Tolerance）：是国标规定的，用以确定公差带大小的任一公差值。,标准公差等级：,国家标准规定的公差等级共20个，代号为：IT01、IT0、IT1、IT2、IT18,目的是满足不同行业、不同精度的产品要求,一般应用普遍的是：IT12IT5；粗加工可达IT12IT11；一般精加工可达IT8IT7（精车IT6，精磨外圆IT5）；精密加工（研磨、珩磨、等）可达IT5IT3。,二、标准公差因子及其计算式的确定,标准公差因子是计算标准公差的基本单位，它是通过对不同尺寸的零件加工后产生的加工误差的统计分析发现的。标准公差因子i 与零件尺寸的关系如图所示:在常用尺寸段（500mm)内,呈立方抛物线关系 当尺寸较大时，接近线性关系,标准公差因子：,D等于基本尺寸所属尺寸分段的首尾两尺寸的几何平均值，单位mm。,其中：D 的单位为 mm I 的单位为m,三、标准公差的计算及a值的确定,IT5IT18 标准公差计算公式：IT=ai,a 公差等级系数（反映精度的高低）,1、标准公差的计算公式,2、尺寸分段,分段目的：简化公差数值表,分段原则：先密后疏,i 的计算采用段内首尾的几何平均值。,例如：80120尺寸段,i2.173,若基本尺寸为90，IT6=？,一、基本偏差及其代号,基本偏差国家标准规定的用以确定公差带相对于零线位置的上偏差或下偏差，是指靠近零线的极限偏差。,1基本偏差的代号,孔、轴基本偏差各有28种，用英文字母表示。孔用大写字母，轴用小写字母。,孔的基本偏差系列,轴的基本偏差系列,二、轴的基本偏差的计算,轴的基本偏差：由表3-3经验公式算出(P38)，其数值见表3-4(P39)。基轴制：定义轴的上偏差ei为零。,这些经验公式是以基孔制为依据，根据设计要求、生产实践和科学实验，经统计分析得到的。例如:f 的计算公式：k 的计算公式：,三、孔的基本偏差的计算,孔的基本偏差由同名配合的轴的基本偏差换算而得。换算的前提是：基孔制配合与同名的基轴制配 合的配合性质必须相同。(按表3-4计算）,由于孔比轴难加工，故对高精度的孔轴配合，即公差等级较高时，孔通常比轴低一个公差等级。,根据以上换算规则，得出孔的基本偏差的计算公式为以下两条规则：,特殊规则 基本尺寸3至500mm，IT8的J、K、M、N 以及IT7的PZC具体数值见表3-5(P41)。,四、孔、轴另一偏差的计算,孔、轴另一偏差(上偏差或下偏差）根据孔、轴基本偏差和选用的标准公差计算 对于孔：A至H ESEIIT J至ZC EIESIT 对于轴：a 至 h ei=es-IT j 至 zc es=ei+IT,一、公差带的代号,公差带代号:由基本偏差代号和公差等级组合而成 例如：H7、F8，m7、t6 公差带代号在零件图上的标注,20等级和28种基本偏差，导致标准公差带的数量：20X28560种,二、优先、常用、一般公差带,表3-6轴的优先、常用、一般公差带P44,表3-7 孔的优先、常用、一般公差带P44,三、配合代号及优先配合,公差带代号:由基本偏差和公差等级代号组合而成 例如：H7、F8，m7、t6 公差带代号标注在零件图上,配合代号:由孔和轴的公差带组合用分数形式表示例如：50 50H7/f6；50G7/h6。配合代号标注在装配图上。,1、配合代号,2.5 光滑轴孔配合,h,H,指出下列配合的种类,间隙配合,过盈配合,过渡配合,间隙配合,2、优先配合与常用配合,表3-8 基孔制优先常用配合,表3-9 基轴制优先常用配合,公差与配合在图样上的标注,一、配合制的选用,基孔制和基轴制属于平行配合制，即基孔制配合能满足要求的，基轴制配合也能满足使用要求。如：H7/k6与K7/h6的配合性质完全相同，称为“同名配合”。所以，配合制的选择与功能要求无关，主要考虑加工的经济性和结构的合理性。,可减少孔用定值刀具和光 滑极限塞规的规格和数量,实际工作中一般情况下优先选用基孔制 从工艺上看，对较高精度的中、小尺寸孔，广泛采用定值刀、量具加工和检验,钻头、铰刀、塞规,（1）优先选用基孔制,a）使用冷拉棒料直接作轴（IT9IT11）,（2）特殊情况下采用基轴制,b）一轴与多个孔配合且松紧不一样时（结构需要）,1.活塞 2.活塞销 3.连杆,1.活塞 2.活塞销 3.连杆,（3）与标准件配合时，应以标准件作基准,55k6,100J7,（4）必要时采用非标准制,配合选择的任务：就是根据零件的功能要求，确定配合的种类，进而确定基本偏差代号。,H,选择方法：类比法、计算法和试验法三种。类比法是选择配合种类的主要方法。应用类比法选择时，要考虑以下因素：各种基本偏差形成的配合特征及应用；配合件的工作情况 其他因素,(1)各类基本偏差形成配合的特征及应用 以基孔制说明,a)间隙配合 用于工作时有相对运动或 装拆频繁的连接。H/a H/bH/h,间隙逐渐减小,b)过渡配合,用于既要求对中性，又要求装拆方便的配合，传递载荷必须加键或销等。,H/js H/j H/k H/m H/n,逐渐变紧,利用过盈来保证固定或传递载荷，过盈配合传递载荷有时需要加键或销连接。,H/p H/r H/zc,越来越紧,常用过盈 配合,H/p 小过盈配合 H/r 中等过盈配合H/s 半永久连接H/u 永久连接,c)过盈配合,传递转矩需加键,运动精度 定心精度 拆卸情况 载荷大小 轴孔温差,（2）工作条件对配合的松紧要求,二者均要求时，选小间隙配合,二者均要求时，选过渡、小间隙配合,载荷越大，选择的配合要求越紧,温差越大选择的配合应该越松,（3）装配变形对配合选择的影响,（4）生产类型对配合选择的影响,三、公差等级的选择,基本要求：协调使用要求与制造工艺、加工成本之间的关系。,选择方法：类比法、计算法,选择原则：在满足使用要求的前提下，尽量选取低的等级。,（1）类比法选择,a)熟悉各个公差等级的应用情况,IT01IT1用于量块的尺寸公差,IT2IT5用于精密配合、量规公差,IT5IT12用于配合尺寸公差，其中,IT5轴与IT6孔：用于高精度的重要配合,IT6轴与IT7孔：应用广、较高精度的重要配合,IT7轴与IT8孔：中等精度要求的配合,IT9IT12：用于不重要的配合,IT12IT18用于非配合尺寸,b)熟悉各种加工方法可以达到的等级,c)应遵循工艺等价的原则,当公差等级在IT8以上时，孔比轴低一级；如：H8/m7、K7/h6；当公差等级在IT8以下时，孔与轴同级；如：H9/h9、D9/h9，IT8级的孔可与同级的轴配合，也可以与高一 级的轴配合。如：H8/f8、H8/k7。,e)尽量降低成本。,d)相配合的零、部件的精度应相匹配。,（2）计算法选择公差等级 间隙配合计算注要用于滑动轴承 过盈配合计算根据连接强度和材料 许用应力计算,例：一轴孔配合，基本尺寸30mm，要求间隙在2055m之间，试选出配合。,1）选择基准制：采用H,2）确定公差等级：Tf=55-20=35m 暂取TD=Td=Tf/2=17.5 m,根据工艺等价原则，配合公差最接近35m的可由表3-2查得,TD=IT7=21 m Td=IT6=13 m,3）选配合,ES0.021,es？,ei=0.033,0.020,又最小间隙Xmin=EI-es=20m,故es=-20m,查表3-4,配合为：,得基本偏差为f es-20m ei=-33m,其它举例,代表车间的一般加工的经济加工精度,四、线性尺寸的未注公差的选用(selection for free tolerance of the size),标注的有关规定,线性尺寸一般公差 的图样表示方法,