几何量公差与测量技术课件.ppt
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1、几何量公差与测量技术,先进制造与自动化技术研究所,于天彪,第1章 绪 论,先回顾一下到目前为止我们学了那些与机械设计、机械制造有关的技术基础课程。,(1)画法几何(机械制图):采用三视图(主视图、左视图和右视图)+辅助视图(俯视图、仰视图、剖视图以及局部放大视图)表达机械零件的几何结构、表达机械部件或机械产品的结构组成。,(2)机械原理:进行机械产品设计时选择合理的传动方式、运动方式和结构。,1.1 学习本课程的目的,要想独立进行机械产品的设计与制造,除了上面所学的,还有那些知识需要我们去学习?下面我们看一下数控刀架的设计与制造过程。,(3)机械零件:进行机械产品设计时选择合理的机械零件及其联
2、结和定位方法。,图1-1 数控刀架设计与制造流程图,图1-2 立式数控刀架装配图(部分),图1-3 动齿盘,图1-4 动齿盘主视图,1、,2、,3、,4、,、,、,、,、,、,我们看一下装配图、零件图中标注的一些符号:,7、,、,、,6、,以上符号代表什么含义?有何作用?根据什么给出?在加工的过程中如何实现?加工后如何测量?,要想回答以上问题,就需要在已有知识的基础上继续学习几何量公差与测量技术和机械制造技术基础两门十分重要的技术基础课。前者用于回答以上符号所代表的含义、所起的作用、给出的依据以及,测量与检验的手段与方法;后者用于回答在机械加工过程中采用何种方法和技术手段来达到以上符号代表的精
3、度和技术要求。,1、选择合理的配合公差;,2、确定合理的形状与位置公差;,由以上分析我们不难看出学习几何量公差与测量技术的主要目的。,、,3、标注合理的表面粗糙度;,、,、,、,4、掌握先进的测量方法和手段。,学概念、学标准、学规则。,2、难于合理进行应用,应用时既要考虑零件精度要求又要考虑产品的经济性、既要深刻理解所学的标准和规则又要掌握各类零件的加工工艺和机床的加工性能。,1.2 本课程的特点,1、简单易学,1.3 互换性及其种类和意义,1.3.1 互换性的概念,零部件的互换性包括:,1、几何参数的互换性;,互换性:同一规格的一批零件、部件,按规定的几何、物理和机械性能参数进行加工、制造,
4、在装配成机器或更换损坏的零件时,不经选择和修配,装配后就能达到规定的功能要求的一种性能。,2、物理、机械性能参数的互换性。,几何参数:指零件的尺寸、几何形状和相互位置、表面粗糙度等。,1.2.3 互换性的种类,(1)完全互换(绝对互换),(2)不完全互换(有限互换、分组互换),物理、机械性能参数:指零件的强度、刚度、硬度等。,第2章 孔、轴结合的极限与配合,2.1 基本术语和定义,2.1.1 有关孔和轴的定义,(2)轴(shaft):由单一尺寸所确定的圆柱形外表面,也包括非圆柱形外表面。,(1)孔(hole):由单一尺寸所确定的圆柱形内表面,也包括非圆柱形内表面。,图2.1 孔、轴定义的图例,
5、1. 尺寸(size):是指以特定单位表示线性尺寸值的数值。 线性尺寸是指两点之间的距离,如直径、半径、宽度、深度、高度及中心距等。,2. 基本尺寸(basic size):通过它应用上、下偏差可算出极限尺寸的尺寸。 孔的基本尺寸D, 轴的基本尺寸d。,2.1.2 有关尺寸的定义,理解要点: a. 它是根据使用要求,通过强度、刚度计算和结构方面的考虑,或根据实验和经验而确定的,它可以是一个整数或一个小数值; b. 是确定极限尺寸和极限偏差的起始尺寸; c. 是名义尺寸不是加工中实际要求的尺寸; d. 相互结合的孔和轴基本尺寸相同; e. 基本尺寸一般并不是理想尺寸,不能以为零件越接近基本尺寸越
6、好; f. 为了减少定值刀具、量具的规格,基本尺寸应采用标准尺寸。,3. 实际尺寸(actual size):通过测量获得的尺寸。 孔的实际尺寸Da, 轴的实际尺寸da。,理解要点: a. 由于存在测量误差,实际尺寸并非被测尺寸的真值; b. 由于零件存在形状误差,其同一表面不同部位的实际尺寸往往是不相等的(测点不同,实际尺寸不同)。,图2.2 局部实际尺寸,4. 局部实际尺寸(actual local size):一个孔或轴的任意横截面中的任意距离,即任意两相对点之间测得的尺寸(用两点法测量所得到的尺寸)。,5. 极限尺寸(limits size):允许尺寸变化的两个极端,其中较大者称为最大
7、极限尺寸,孔用Dmax表示, 轴用dmax 表示;较小者称为最小极限尺寸,孔用Dmin, 轴用dmin表示 。 极限尺寸是根据零件使用要求确定的,它可能大于、等于或小于基本尺寸。实际尺寸应位于其中,也可达到极限尺寸。即:,零件尺寸合格的条件为:,孔:Dmax Da Dmin 轴:dmax da dmin,6. 最大实体极限(MML):对应于孔或轴最大实体尺寸的那个极限尺寸,即孔的最小极限尺寸和轴的最大极限尺寸。 最大实体尺寸(MMS):孔或轴具有允许的材料量为最多时的状态(最大实体状态)下的极限尺寸,它是孔的最小极限尺寸和轴的最大极限尺寸的通称,是加工过程中合格零件的起始尺寸。,7. 最小实体
8、极限(LML):对应于孔或轴最小实体尺寸的那个极限尺寸。 最小实体尺寸(LMS) :孔或轴具有允许的材料量为最少时的状态(最小实体状态)下的极限尺寸。它是孔的最大极限尺寸和轴的最小极限尺寸的通称,是加工过程中合格零件的终止尺寸。,8. 作用尺寸,(1)孔的(体外)作用尺寸(mating size for hole):为在给定长度上,与实际孔体外相接的最大理想轴的尺寸,用符号Dfe表示。,(2)轴的(体外)作用尺寸(mating size for shaft):为在给定长度上,与实际轴体外相接的最小理想孔的尺寸,用符号dfe表示。,图2.3 孔和轴的作用尺寸,理解要点: a. 作用尺寸是实际尺寸
9、和形状误差综合作用的结果是孔、轴在装配中真正起作用的尺寸; b. 孔的作用尺寸比实际尺寸小,轴的作用尺寸比实际尺寸大; c. 对某一零件而言,其实际尺寸有无数个,但其作用尺寸只能是一个确定值; d. 一般情况下,作用尺寸无法计算,如果孔、轴中心要素形状误差较大,而其他形状误差很小可以忽略时,孔、轴的作用尺寸可用下列公式计算:,Dfe=Da- f dfe=da + f 9. 极限尺寸判断原则(泰勒原则):是指孔或轴的体外作用尺寸不允许超出其最大实体尺寸;任何位置上的局部实际尺寸不允许超出其最小实体尺寸。 对孔: Dfe Dmin, Da Dmax 对轴: dfe dmax, da dmin 泰勒
10、原则的实质:用极限尺寸既控制零件的作用尺寸(控制形状误差),又控制零件的实际尺寸。,1. 偏差(deviation):是某一尺寸(实际尺寸或极限尺寸)减其基本尺寸所得的代数差 。偏差又分实际偏差和极限偏差。 (1)实际偏差(actual deviation):是指实际尺寸减其基本尺寸所得的代数差。 孔的实际偏差Ea=DaD 轴的实际偏差ea=dad,2.1.3 有关尺寸偏差、公差的术语及定义,(2)极限偏差(limit size):是指上偏差和下偏差。 上偏差(upper deviation)最大极限尺寸减其基本尺寸所得的代数差。孔用代号ES,轴用代号es表示。 ES=Dmax-Des=dma
11、x-d 下偏差(lower deviation)最小极限尺寸减其基本尺寸所得的代数差。孔用代号EI,轴用代号ei表示:EI=Dmin-D ei=dmin-d,由于实际尺寸和极限尺寸可能大于、小于和等于基本尺寸,所以偏差可能是正值、负值或零。合格的孔和轴,其实际偏差应位于极限偏差范围内,即EI Ea ES ei ea es,2. 尺寸公差(size tolerance): 尺寸公差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。它是允许尺寸的变动量。用公式表示如下:,3. 极限与配合图解(公差带图解 ),孔公差 Th=Dmax-Dmin = ES-EI 轴公差 Ts=dmax-dmin
12、= es-ei,公差带图解是极限与配合图解的简称它由零线和公差带两部分组成。,公差代表制造精度的要求,反映加工难易的程度,;偏差表示偏离基本尺寸的多少,与加工的难易没有关系。公差是不为零的绝对值;偏差可以为正、负和领。用公差是不能判断零件是否合格的,而偏差才是判断零件尺寸合格与否的依据。,图2.5 公差带图,(1)零线(zero line) 是指在公差带图解中,表示基本尺寸的一条直线。它是确定偏差和公差的一条基准线。正偏差位于零线的上方,负偏差位于零线下的下方。,(2)公差带(tolerance zone) 是指在公差带图解中,由代表上偏差和下偏差或最大极限尺寸和最小极限尺寸的两条直线所限定的
13、一个区域。它是由公差带大小和公差带位置两个要素确定。公差带大小是指它在垂直于零线方向的宽度,由标准公差确定,公差带位置是指它在垂直于零线方向的坐标位置,由基本偏差确定。,标准公差(standard tolerance):国家标准极限与配合制中,所规定的任一公差。 基本偏差(fundamental deviation):国标极限与配合制中,确定公差带相对零线位置的那个极限偏差。它可以是上偏差或下偏差,一般为靠近零线的那个极限偏差。 理解要点: a. 在公差带图解中,基本尺寸的单位为mm,偏差和公差的单位一般为m。,b. 基本偏差决定公差带位置,影响孔、轴结合的松紧程度;标准公差决定公差带大小,影
14、响孔、轴结合的精确程度及加工难易和成本。,2.1.4 有关配合的术语和定义,2. 间隙或过盈 (clearance and interference),1 配 合 (fit) 配合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。,理解要点:,a. 相配合的孔、轴基本尺寸相同; b. 公差带之间的关系指公差带之间相互位置之间的关系也就是基本偏差之间的关系; c. 配合是对一批零件而言。,孔的尺寸减去相配合的轴的尺寸之差,3. 配合种类,根据孔、轴公差带之间的关系不同,配合分为三大类,即间隙配合、过盈配合和过渡配合。,最小间隙:Xmin=Dmindmax=EIes,(1)间隙配合 (clea
15、rance fit):具有间隙(包括最小间隙等于零)的配合。此时,孔的公差带在轴的公差带之上。,最大间隙:Xmax=Dmaxdmin=ESei,间隙配合主要用于孔、轴间的活动联结。间隙的作用在于储藏润滑油,补偿温度变化引起的尺寸变化,补偿弹性变形及制造与安装误差等。间隙大小影响孔、轴相对运动的活动程度。,平均间隙: Xav= (Xmax Xmin) /2,最大与最小间隙统称为极限间隙,它们是允许间隙变化的两个极端,即 Xmin Xa Xmax ,(2)过盈配合 (interference fit):具有过盈(包括最小过盈等于零)的配合。此时,轴的公差带在孔的公差带之上 。,最大过盈:max=
16、Dmindmax=EIes,最小过盈:min= Dmaxdmin=ESei,最大与最小过盈统称为极限过盈,它们是允许过盈变化的两个极端,即,过盈配合主要用于孔、轴间的固定联结。常常是不可拆卸的。装配时,或者加压力,或者用热胀冷缩方法进行装配。采用过盈配合,不另加紧固件,依靠孔、轴表面结合时的变形,实现紧固联结,可承受一定的轴向力和扭矩。,平均过盈:av= (max min) /2,min a max ,最大过盈: max= Dmindmax=EIes,(3)过渡配合(transition fit):可能具有间隙或过盈的配合。此时,孔的公差带与轴的公差带相互交叠。,最大间隙:Xmax=Dmaxd
17、min=ESei,实际间隙或过盈应满足 Xa Xmax a max ,平均间隙或过盈:,过渡配合主要用于孔、轴间的定位联结。其间隙或过盈都很小,可以保证结合零件既有很好的对中性和同轴度,有便于拆卸和装配。,a. 所谓可能具有间隙或过盈是对一批孔、轴结合的整体而言; b. 对具体一对孔、轴结合,只能是或者有间隙,或者有过盈,不会出现“过渡”情况。,4. 配合公差与配合公差带图解,可见配合精度取决于相互配合的孔和轴的尺寸精度(尺寸公差)。,(1)配合公差(fit tolerance) 配合公差是组成配合的孔、轴公差之和。它是允许间隙或过盈的变动量。,间隙配合: Tx =XmaxXmin= Th+
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