互换性与测量技术第三章.ppt
第三章 极限与配合（GB/T1800.11800.4；GB/T1801),第一节 概述第二节 极限与配合的基本术语和定义第三节 极限与配合国家标准的组成与特点 第四节 极限与配合在设计中的应用,第一节 概述,一、公差与配合的作用“公差”是用于协调机器零件的使用要求与制造经济性之间的矛盾；“配合”是反映机器零件之间有关功能要求的相互关系。“公差与配合”的标准化，有利于机器的设计、制造、使用和维修，直接影响产品的精度、性能和使用寿命，是评定产品质量的重要技术指标。,第一节 概述,加工精度与加工费用的关系,第一节 概述,二、“公差与配合”标准国家标准极限与配合中，公差与配合部分的标准主要包括：GB/T1800.11997极限与配合基础 第1部分：词汇GB/T1800.21998极限与配合基础 第2部分：公差、偏差和配合的基本规定GB/T1800.31998极限与配合基础 第3部分：标准公差和基本偏差数值表,第一节 概述,GB/T1800.41999极限与配合 标准公差等级和孔、轴的极限偏差表GB/T18011999极限与配合 公差带和配合的选择GB/T18042000一般公差 未注公差的线性和角度尺寸的公差 这些标准是尺寸精度设计的重要依据，我们将在本章进行介绍。而有关公差与配合的技术保证（即测量与检验）部分的国家标准将在下一章中介绍。,第一节 概述,尺寸公差与配合的标准化是一项综合性的技术基础工作，是推行科学管理、推动企业技术进步和提高企业管理水平的重要手段。它不仅可防止产品尺寸设计中的混乱，有利于工艺过程的经济性、产品的使用和维修，还利于刀具、量具的标准化。机械基础国家标准已成为机械工程中应用最广、涉及面最大的主要基础标准。,第二节 极限与配合的基本术语和定义,一、公差的基本概念1，孔和轴孔：是指工件的圆柱形内表面，也包括非圆柱形内表面（由两平行平面或切面形成的包容面）。轴：是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）。,第二节 极限与配合的基本术语和定义,孔,轴,第二节 极限与配合的基本术语和定义,2，尺寸基本尺寸：设计时确定的尺寸。是理想状态下的尺寸。实际尺寸：通过实际测量得到的零件尺寸。由于测量误差的存在，所以实际尺寸并非是尺寸的真值。用Da、da分别表示孔、轴的实际尺寸。极限尺寸：允许尺寸变动的两个界线值，以基本尺寸为基数来确定，分为最大极限尺寸和最小极限尺寸：孔的最大极限尺寸Dmax，最小极限尺寸Dmin；轴的最大极限尺寸dmax，最小极限尺寸dmin。,第二节 极限与配合的基本术语和定义,最大实体状态（MMC）：最大实体状态指孔或轴在尺寸公差范围内，具有材料量最多时的状态。在此状态下的尺寸称为最大实体尺寸。最小实体状态（LMC）：最小实体状态指孔或轴在尺寸公差范围内，具有材料量最少时的状态。在此状态下的尺寸称为最小实体尺寸。,第二节 极限与配合的基本术语和定义,体外作用尺寸：在被测要素的给定长度上，与实际内表面体外相接触的最大理想面或与实际外表面相接触的最小理想面的直径或宽度。（GB/T11821996）孔的体外作用尺寸是指与实际孔表面内接的最大理想圆柱体的直径；轴的体外作用尺寸是指与实际轴表面外接的最小理想圆柱体的直径。孔和轴的体外作用尺寸分别用Dfe和dfe表示。,第二节 极限与配合的基本术语和定义,第二节 极限与配合的基本术语和定义,极限尺寸判断原则（泰勒原则）孔的体外作用尺寸应大于或等于孔的最小极限尺寸，并在任何位置上孔的最大实际尺寸应小于或等于孔的最大极限尺寸；轴的体外作用尺寸应小于或等于轴的最大极限尺寸，并在任何位置上轴的最小实际尺寸应大于或等于轴的最小极限尺寸。极限尺寸判断原则是一个综合性的判断原则，它考虑了孔和轴的尺寸、形状等的误差的影响。对有配合要求的孔和轴，应按此原则来判断孔、轴零件尺寸是否合格。基本尺寸、极限尺寸、实体尺寸是由设计给定的尺寸；实际尺寸、体外作用尺寸是零件上实际存在的尺寸。,第二节 极限与配合的基本术语和定义,3，尺寸偏差（简称偏差）某一尺寸减其基本尺寸所得的代数差，称为尺寸偏差。上偏差：最大极限尺寸与其基本尺寸的代数差。上偏差=最大极限尺寸基本尺寸 代号：孔为ES 轴为es下偏差：最小极限尺寸与其基本尺寸的代数差。下偏差=最小极限尺寸基本尺寸 代号：孔为EI 轴为ei实际偏差：实际尺寸与基本尺寸的代数差。极限偏差：上偏差和下偏差统称为极限偏差。,第二节 极限与配合的基本术语和定义,4，尺寸公差允许尺寸的变动量，即最大极限尺寸和最小极限尺寸的代数差的绝对值，也等与上偏差和下偏差的代数差的绝对值。公差=最大极限尺寸最小极限尺寸=上偏差下偏差,例：一个孔的直径为400.005,第二节 极限与配合的基本术语和定义,例：一个孔的直径为400.005基本尺寸:40最大极限尺寸:40.005最小极限尺寸:39.995上偏差=40.00540=+0.005下偏差=39.99540=-0.005公 差=0.005(-0.005)=0.01零件合格的条件：最大极限尺寸实际尺寸最小极限尺寸 40.005实际尺寸 39.995,偏差可正可负,公差恒为正,第二节 极限与配合的基本术语和定义,5，尺寸公差带：由代表上偏差和下偏差的两条直线所限定的区域。6，公差带图：表示公差带的图形。7，零线：在公差带图中，表示基本尺寸的一条直线，为零偏差。零线之上的偏差为正，零线之下的为负。8，基本偏差：用以确定公差带相对于零线位置的上偏差或下偏差。一般为靠近零线的那个极限偏差。孔的基本偏差用大写字母表示，如H。轴的基本偏差用小写字母表示，如h。,第二节 极限与配合的基本术语和定义,第二节 极限与配合的基本术语和定义,二、配合不同作用的机器中，孔和轴相互装配时有不同的松紧要求。如自行车踏脚、车轴、手锤。1，配合：基本尺寸相同、相互结合的孔和轴公差带之间的关系。2，配合的种类间隙配合：孔与轴配合时，孔的尺寸减去相配合轴的尺寸，其差值为正。过盈配合：孔与轴配合时，孔的尺寸减去相配合轴的尺寸，其差值为负。过渡配合：孔与轴配合时，孔与轴的公差带相互交迭，任取其中一对孔和轴相配，可能具有间隙，也可能具有过盈。,第二节 极限与配合的基本术语和定义,第二节 极限与配合的基本术语和定义,第二节 极限与配合的基本术语和定义,第二节 极限与配合的基本术语和定义,间隙配合孔的公差带完全在轴的公差带之上。过盈配合孔的公差带完全在轴的公差带之下。过渡配合孔和轴的公差带相互交叠。,第三节 极限与配合国家标准的组成与特点,一、标准公差用以确定公差带的大小，它的的数值由基本尺寸和公差等级确定。国家标准“标准公差数值表”把500毫米的基本尺寸范围分成13段，按不同的公差等级列出了各段基本尺寸的公差值。,第三节 极限与配合国家标准的组成与特点,1，公差单位(公差因子i)零件制造误差与加工方法和基本尺寸的大小有关。公差单位是计算标准公差的基本单位，是制订标准公差系列表格的基础，反映了加工误差和基本尺寸对公差等级的影响。当尺寸500时：,第一项反映加工误差；第二项补偿与直径成正比的误差；D为计算直径，是尺寸段内首、尾两个尺寸的几何平均值。,第三节 极限与配合国家标准的组成与特点,2，公差等级 代号IT，表示尺寸精度的等级。国家标准规定了20个公差等级，IT01、IT0、IT1、IT2 IT18。下表为尺寸500mm时，IT5IT18标准公差计算表：,第三节 极限与配合国家标准的组成与特点,3，基本尺寸段 根据标准公差计算公式，每有一个基本尺寸就应该有一个相应的公差值。由于基本尺寸很多，这样就会形成一个极为庞大的公差数值表。为减少公差数目、统一公差值，国家标准对基本尺寸进行了分段。分段后，同一公差等级同一尺寸段内不论孔或轴，也不论何种配合，其标准公差数值只有一个。同一公差等级，对于不同的基本尺寸段，虽然标准公差数值不同，但被认为具有同等的精度。,第三节 极限与配合国家标准的组成与特点,例：基本尺寸30mm，求IT6和IT7等于多少?解：1，30属于(18，30)尺寸段 2，计算尺寸 3，公差单位：4，IT6=10i=101.31=13.113m IT7=16i=161.31=20.9621m按上例计算的公差值，须按国标规定规则进行圆整。,第三节 极限与配合国家标准的组成与特点,标准公差数值（摘自GB/T1800.31998）,第三节 极限与配合国家标准的组成与特点,二、偏差1，基本偏差指用来确定公差带相对于零线位置的上偏差或下偏差，一般指最靠近零线的那个偏差。当公差带位于零线上方时，其基本偏差为下偏差，当公差带位于零线下方时，其基本偏差为上偏差。,第三节 极限与配合国家标准的组成与特点,2，基本偏差的代号用英文字母表示，大写字母代表孔，小写字母代表轴。在26个字母中，除去易与其他含义混淆的I、L、O、Q、W(i、l、o、q、w)5个字母外，采用21个，再加上用双字母CD、EF、FG、Js、ZA、ZB、ZC(cd、ef、fg、js、za，zb、zc)表示的7个，共有28个，即孔和轴各有28个基本偏差其中JS和js在各个公差等级中完全对称，因此，其基本偏差可为上偏差(十IT2)，也可为下偏差(IT2)。,第三节 极限与配合国家标准的组成与特点,孔和轴的公差带代号,第三节 极限与配合国家标准的组成与特点,第三节 极限与配合国家标准的组成与特点,二、配合制度基准制：是以两个相配零件中的一个零件为基准件，并选定标准公差带，然后按使用要求的最小间隙（或最小过盈）确定非基准件的公差带位置，从而形成各种配合的制度。国标规定了两种基准制：基孔制和基轴制。,第三节 极限与配合国家标准的组成与特点,1，基孔制：以孔为基准件（基准孔），将其基本偏差固定为H（下偏差为0），与各种基本偏差的轴形成各种松紧程度的配合制度。,第三节 极限与配合国家标准的组成与特点,2，基轴制：以轴为基准件（基准轴），将其基本偏差固定为h（上偏差为0），与各种基本偏差的孔形成各种松紧程度的配合制度。,第三节 极限与配合国家标准的组成与特点,第三节 极限与配合国家标准的组成与特点,3，轴的基本偏差轴的基本偏差是以基孔制配合为基础而制定的。轴的基本偏差代号的规定：ah的基本偏差为上偏差es；jzc的基本偏差为下偏差偏差ei，js为对称分布，其中h的基本偏差为es=0，称为基准轴。基本尺寸500mm时，轴的基本偏差计算公式见下表。轴的基本偏差数值：见教材附表3-4。,第三节 极限与配合国家标准的组成与特点,轴的基本偏差计算公式,第三节 极限与配合国家标准的组成与特点,4，孔的基本偏差基本尺寸500mm时，孔的基本偏差是从轴的基本偏差换算而来的。在孔、轴为同一公差等级或孔比轴低一级配合的条件下，当基轴制中孔的基本偏差代号与基孔制中轴的基本偏差代号相当时，其基本偏差的对应关系，应保证按基轴制形成的配合(30F7/h6)与按基孔制形成的配合(30H7/f6)相同。,第三节 极限与配合国家标准的组成与特点,孔的基本偏差换算规则：通用规则：对所有公差等级的AH：EI=-es；对标准公差IT8的K、M、N和IT7的PZC：ES=-ei。(精度低)特殊规则：对标准公差IT8的J、K、M、N和IT7的PZC(精度高)，孔、轴的基本偏差代号字母相同时，孔的基本偏差ES和轴的基本偏差ei符号相反，而绝对值相差一个值。这是由于在较高公差等级中，孔比同级的轴加工困难，采用孔比轴低一级相配，并要求在两种基准制中所形成的配合相同。,第三节 极限与配合国家标准的组成与特点,基孔制时最小过盈：YMAX=ES-ei=ITn-ei基轴制时最小过盈：YMIN=ES-ei=ES-(-ITn-1)要使配合相同必然有YMAX=YMIN由此得出孔的基本偏差：ES=-ei+=-ei+(ITn-ITn-1),第三节 极限与配合国家标准的组成与特点,孔的基本偏差计算规则的适用范围通用规则：AH，标准公差等级IT8的K、M、N，标准公差等级IT7的P至ZC（N例外）特殊规则：标准公差等级IT8的K、M、N，标准公差等级IT7的P至ZC,第三节 极限与配合国家标准的组成与特点,第三节 极限与配合国家标准的组成与特点,例：试确定25H8/p8、25P8/h8孔与轴的极限偏差。解：1，IT8=25i=251.3133m(查附表3-2)2，轴p基本偏差为下偏差，查附表3-4得：ei=+22m则p8的上偏差为：es=ei+IT8=+55m3，孔H8的下偏差为0，上偏差为+33m4，孔P8的基本偏差为上偏差，ES=-ei=-22m则孔P8的下偏差：EI=ES-IT8=-55m5，轴h8的上偏差为0，下偏差为-33m由此可得：,第三节 极限与配合国家标准的组成与特点,例：确定25H7/p6、25P7/h6孔与轴的极限偏差。解：1，轴p的基本偏差为下偏差，ei=+22m(查附表3-4)p6的上偏差为：es=ei+IT6=+22+13=+35m2，孔P7的基本偏差为上偏差ES，应按特殊规则计算：=IT7-IT6=21-13=8m所以 ES=-ei+=-22+8=-14m3，孔P7的下偏差：EI=ES-IT7=-14-21=-35m4，轴h6的上偏差为0，下偏差为-13m由此可得：,第三节 极限与配合国家标准的组成与特点,第三节 极限与配合国家标准的组成与特点,第四节 极限与配合在设计中的应用,一、标注1，公差带图上的公差带，由公差带的大小和公差带的位置两个要素组成。孔、轴公差带用基本尺寸、基本偏差代号与公差等级数字表示（省略IT）。如30H7表示基本尺寸为30、标准公差等级为IT7级、基本偏差代号为H的孔公差带；30f6表示基本尺寸为30、标准公差等级为IT6级、基本偏差代号为f 的轴的公差带。,第四节 极限与配合在设计中的应用,2，偏差数值：偏差的数字比基本尺寸数字小一号，偏差数值前注出正负号。如果上偏差或下偏差数值为零时，可简写为“0”，另一偏差仍标在原来的位置上。如果上、下偏差的数值相同时，则在基本尺寸之后标注“”符号，再填写一个偏差数值。这时，数值的字体高度与基本尺寸字体的高度相同。3，装配图标注：标注的内容由两个相互结合的孔和轴的公差带的代号组成，用分数形式表示，分子为孔的公差带代号，分母为轴的公差带代号。如30H7/f6。,第四节 极限与配合在设计中的应用,标注公差带的代号,(a)装配图,(b)零件图大批量生产，只注偏差代号，此注法与专用量具检验零件尺寸统一,第四节 极限与配合在设计中的应用,标注公差带偏差数值,(a)装配图,(b)零件图单件、小批量生产，数值直观，只注偏差数值零件尺寸使用通用的量具进行测量,第四节 极限与配合在设计中的应用,.标注公差带代号和偏差数值,(a)装配图,(b)零件图产量不定，应注出偏差数值和偏差代号，既明确配合精度又有公差数值,第四节 极限与配合在设计中的应用,4，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，是机床设备在正常维护和操作情况下能达到的经济加工精度。采用一般公差时，在该尺寸后不标注极限偏差或其他代号，所以也称为未注公差。公差等级：f级(精密级)、m级(中等级)、c级(粗糙级)和v级(最粗极)四级。相应的极限偏差数值见附表3-10和附表3-11(P269)。标注：在零件图的技术要求中或技术文件上，写出标准号和公差等级代号(中间用短横线“”分开)。例如，选用中等级时，表示为：GB/T 1804m,第四节 极限与配合在设计中的应用,二、基准制的确定1，优先选用基孔制：通常加工轴所用的刀、量具的标准化、系列化，应而经济合理，使用方便。而相对而言孔加工的工艺较复杂，检测也更困难。2，基轴制通常仅用于具有明显经济效果的情况：在同一基本尺寸的轴上，同时安装几个不同松紧配合的孔件时，如活塞连杆机构中，销轴需要同时与活塞和连杆孔形成不同的配合。,第四节 极限与配合在设计中的应用,采用冷拉棒材直接作轴时，因不需再加工，所以可获得较明显的经济效益。标准件的外表面与其他零件的内表面配合时，也要采用基轴制，如轴承外圈与机座孔的配合应采用基轴制。用于某些特殊零、部件的配合。3，为满足配合的特殊要求，允许采用任一孔、轴公差带组成配合。,第四节 极限与配合在设计中的应用,三、公差等级的确定1，一般的非配合尺寸要比配合尺寸的公差等级低。2，遵守工艺等价原则孔、轴的加工难易程度相当。基本尺寸500mm，标准公差高于IT8时，由于孔比同级的轴加工困难，孔比轴低一级配合；当标准公差低于IT8级或基本尺寸500mm时，由于孔的测量精度比轴容易保证，推荐采用同级孔、轴配合。3，在满足配合要求的前提下，孔、轴的公差等级可以任意组合，不受工艺等价原则的限制。,第四节 极限与配合在设计中的应用,4，与标准件配合的零件，其公差等级由标准件的精度要求所决定。5，用类比法确定公差等级。此时一定要查明各公差等级的应用范围和公差等级的选择实例。6，在满足设计要求的前提下，应尽量考虑工艺的可能性和经济性。7，表面粗糙度是影响配合性质的一个重要因素，在选择公差等级时应同时考虑表面粗糙度的要求。,第四节 极限与配合在设计中的应用,公差与成本的关系曲线,第四节 极限与配合在设计中的应用,IT01、IT0、IT1用于高精度量块和其他精密尺寸标准块的公差；IT2IT5用于特别精密零件的配合；IT6IT12用于配合尺寸公差；IT6(孔到IT7)用于要求精密配合的情况；IT7IT8用于一般精度要求的配合；IT9IT10用于一般要求的地方，或精度要求较高的槽宽的配合；IT11IT12用于不重要的配合；IT12IT18用于未注尺寸公差的尺寸精度。,第四节 极限与配合在设计中的应用,IT5至IT13级配合的应用实例（尺寸500mm）,第四节 极限与配合在设计中的应用,基本尺寸500mm时，规定有20个公差等级和28个基本偏差。可得到的公差带，孔有543个，轴有544个。数量如此之多，可满足广泛的需要，不过，同时应用所有可能的公差带显然是不经济的，因为这会导致定值刀具量具规格的繁杂。所以，对公差带的选用应加以限制。国家标准制订了(GB18011803-79及GB/1804-92)四个以供选用的标准，分别推荐了孔、轴公差带，在常用尺寸标准中还推荐了优先、常用配合。,第四节 极限与配合在设计中的应用,基孔制优先、常用配合59种为常用公差带，13种为优先公差带,第四节 极限与配合在设计中的应用,基轴制优先、常用配合47种为常用公差带、13种为优先公差带,第四节 极限与配合在设计中的应用,四、配合的选择1，配合选用的依据应尽量选用优先配合配合件之间有无相对运动配合件的定心要求工作时的温度变化装配变形对配合性质的影响生产批量的大小间隙或过盈的修正确定非基准件的基本偏差代号,第四节 极限与配合在设计中的应用,2，选用配合的方法计算法：根据一定的理论和公式，计算出所需的间隙或过盈。试验法：对产品性能影响很大的一些配合，往往需用试验法来确定机器工作性能的最佳间隙或过盈。类比法：按同类机器或机构中，经过生产实践验证的已用配合的实用情况，再考虑所设计机器的使用条件确定需要的配合。（常用）,第四节 极限与配合在设计中的应用,第四节 极限与配合在设计中的应用,第四节 极限与配合在设计中的应用,例：根据配合代号确定孔、轴的公差和极限偏差.1，根据孔、轴公差等级查标准公差值。以30H7/t6为例，查得IT7=21m，IT6=13m。2，查非基准件的基本偏差值。本例t为非基准件的基本偏差（下偏差）代号，它的数值ei=+41m。3，计算另一极限偏差的数值。ES=+21m，es=+54 m。4，画公差带图并计算极限间隙或极限过盈和配合公差。,第四节 极限与配合在设计中的应用,例：根据极限间隙（或极限过盈）确定公差与配合。1，由极限间隙（或极限过盈）求配合公差。2，根据配合公差求孔、轴公差。3，确定基准制。4，由极限间隙（或极限过盈）确定非基准件的基本偏差代号。5，验算极限间隙或过盈。,第四节 极限与配合在设计中的应用,间隙配合一般用于有相对运动，或虽无相对运动但要求装拆较方便的场合（常用）。用作滑动轴承的间隙配合，在选用时应考虑运动的速度v，承受的载荷p和润滑油的粘度u。此外，还应考虑轴受力和受热的变形、形状误差和表面粗糙度等因素。如：发动机气缸的配合。过渡配合多用于定位、定心要求较高，同时又方便拆卸的场合。如：轴承外圈的配合。过盈配合用于传递和扭矩，可按弹塑性变形理论，计算出必须的过盈量。在装配前，轴的尺寸大于孔的尺寸，将轴压入孔中，使空涨轴缩，达到孔径等于轴颈两零件受弹性变形所产生的复原趋势，使它们相互挤紧，以阻止使其松动的外力。各种基本偏差的应用实例见表3-6(P53),
