【教学课件】第6章常用典型件的精度设计.ppt

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1、第六章 常用典型件的精度设计,第一节技滚动轴承结合的精度设计 一、滚动轴承的组成 滚动轴承（rolling bearing）是一种标准化部件，它是由内圈、外圈、滚动体和保持架四部分组成，如图6.1所示。它的内圈的内径d与轴颈配合，外圈的外径D与壳体孔配合。滚动轴承按可承受负荷的方向分为向心轴承、向心推力轴承和推力轴承等；按滚动体的形状分为球轴承、滚子轴承、滚针轴承等。滚动轴承工作时，内圈和外圈以一定的转速作相对转动。要使滚动轴承工作平稳，噪声小，除了滚动轴承本身要具有一定的制造精度外，与滚动轴承相配的轴颈和壳体孔的尺寸公差、形位公差和表面粗糙度等也都有一定的关系，这在国家标准中都做了相应的规定

2、。,图6.1 滚动轴承的类型,二、滚动轴承的精度等级及其应用 1.滚动轴承的精度等级 根据国家标准GB/T307.31996规定，滚动轴承根据其基本尺寸精度和旋转精度，向心轴承分为0、6、5、4、2五个精度等级(相当于旧国标GB/T307.31984中的G、E、D、C、B级)，圆锥滚子轴承分为0、6x、5、4级四个精度等级，推力轴承分为0、6、5、4四个精度等级。在这些精度等级中从前到后精度依次提高。滚动轴承的基本尺寸精度是：轴承内径（d）和外径（D）的制造精度；轴承宽度（B）的制造精度；圆锥滚子轴承装配高度（T）的精度等。滚动轴承的旋转精度是：成套轴承内、外圈的径向跳动（Kia、Kea）；成

3、套轴承内、外圈端面对滚道的跳动（Sia、Sea）；内圈基准端面对内孔的跳动（Sd）；外径表面母线对基准端面的倾斜度的变动量（SD）；外圈表面母线对凸缘背面的倾斜度的变动量（SD1）；成套轴承凸缘背面对滚道的跳动（Sea1）等。,2.滚动轴承精度等级的应用 滚动轴承各级精度的应用情况如下：0级(普通级)轴承应用在中等负荷、中等转速和旋转精度要求不高的一般机构中，例如普通机床、拖拉机和汽车的变速机构和普通电机、水泵、压缩机的旋转机构的轴承。6级(中等级)轴承应用于旋转精度和转速较高的旋转机构中，例如普通机床的主轴轴承，精密机床传动轴的轴承。5、4级(精密级)轴承应用于旋转精度高和转速高的旋转机构中

4、，例如精密机床的主轴轴承，精密仪器和机械使用的轴承。2级(超精级)轴承应用于旋转精度和转速很高的旋转机构中，例如精密坐标镗床的主轴轴承，高精度仪器和高转速机构中使用的轴承。3.滚动轴承外形尺寸公差带及其特点 滚动轴承的内、外圈都是薄壁件，在制造和存放状态下容易产生变形(如变成椭圆形)，但是在装入外壳孔和轴上之后，这种变形又容易得到矫正，因此滚动轴承国家标准GB/T 307.11994规定了轴承内、外径的平均直径dmp和Dmp的公差，用以确定内、外圈结合直径的公差带。内、外径的平均直径是由轴承内、外径局部实际尺寸的最大值与最小值的平均值得来的。,对于0、6、5级向心轴承，由于精度要求相对不高，国

5、家标准中只规定了单一平面平均内径偏差dmp和单一平面平均外径偏差Dmp。对于精度等级较高的4、2级向心轴承，为了限制其变形，国家标准既规定了单一平面平均内径偏差dmp和单一平面平均外径偏差Dmp，还同时规定了单一内径和单一外径也不允许超过极限尺寸ds和Ds。各级向心轴承的外形尺寸公差和旋转精度见表6-1和6-2。,表6-1 向心轴承外形尺寸(圆锥滚子轴承除外)极限偏差(摘自GB/T307.11994),表6-2 向心轴承(圆锥滚子轴承除外)旋转精度(摘自GB/T307.11994),由于滚动轴承是精密的标准部件，使用时不能再进行加工，因此轴承内圈与轴采用基孔制配合，外圈与外壳孔采用基轴制配合，

6、如图6.2所示。,图6.2 与滚动轴承配合的孔、轴公差带图（摘自GB/T2751993）,三、与滚动轴承结合的轴颈和壳体孔公差带的选用 1.公差等级的选择 与滚动轴承相配合的轴颈和外壳孔的公差等级与轴承的精度等级密切相关，一般与0级和6级轴承配合的轴颈的公差等级为IT6级，外壳孔的公差等级为IT7级；与5级和4级轴承配合的轴颈的公差等级为IT4IT5级，外壳孔的公差等级为IT5IT6级。2.配合的选择 轴承所受负荷的类型 轴承所受负荷的大小 轴承的旋转精度和旋转速度 工作温度 3.配合表面的其它技术要求 国家标准GB/T 2751993还规定了轴颈、外壳孔与轴承配合表面以及轴肩和外壳孔肩端面形

7、位公差值和表面粗糙度的参数值。,第二节 平键、矩形花键结合的精度设计 一、平键连接的精度设计 键又称为单键，分为平键、半圆键和楔形键等几种，其中平键又可分为普通平键和导向平键两种，本节只讨论平键连接的精度设计，平键的结构和几何参数如图6.7所示。键连接是由键、轴、轮毂三个零件的结合，其特点是通过键的侧面分别与轴槽、轮毂槽的侧面接触来传递轴和轮毂间的运动和扭矩，并承受负荷，因此键和键槽的宽度（b）是决定配合性质的主要参数，即配合尺寸，其余的尺寸是非配合尺寸。,图6.7平键的几何参数,键是由标准的精拔钢制成，是标准件，是平键连接中的“轴”，因此键宽与键槽宽的配合采用基轴制配合，键宽公差带为h9。平

8、键连接的配合分为较松连接，一般连接和较紧连接三类，配合性质及其应用见图6.8和表6-9。键宽b和键高h(公差带按h11)的公差值按其基本尺寸从GB/T 1800.31998中查取；键槽宽b及其它尺寸公差规定见表6.10。,图6.8 键宽和键槽宽b的公差带,表6-9 平键连接的三种配合性质及应用,表6-10 平键的键槽公差（GB/T 10951979）单位:mm,二.矩形花键连接的精度设计 当传递的转矩较大，定心精度又要求较高时，单键结合已不能满足使用要求，因此可以采用花键结合。花键连接是由花键轴、花键孔也就是内花键和外花键两个部分组成。花键可以用作固定连接，也可用作滑动连接。花键连接与键连接相

9、比具有如下优点：定心精度高，导向性好，轴和轴上的传动件承受的负荷分布均匀，因而可以传递较大的扭矩，而且强度高，连接也更可靠。花键分为矩形花键，渐开线花键和三角形花键等几种，本节只讨论应用最广的矩形花键的精度设计。矩形花键配合采用基孔制配合，目的是为了减少拉刀的规格和数目。国家标准GB/T11442001对内、外花键三个主要参数：小径d、大径D和键宽B分别规定了尺寸公差带,见表6-11。矩形花键配合采用基孔制配合，目的是为了减少拉刀的规格和数目。国家标准GB/T11442001对内、外花键三个主要参数：小径d、大径D和键宽B分别规定了尺寸公差带,见表6-11。,表6-11矩形内、外花键尺寸公差带

10、（摘自GB/T11442001）,三.花键的标注 花键连接在图纸上的标注，按顺序包括以下项目：键数N，小径d，大径D，键（键槽）宽B和各自的公差带代号。例如：花键规格：NdDB 如623266对于花键副：标注花键规格和配合代号 GB/T 11442001 对于内花键：标注花键规格和公差带代号 623H726 H106H11 GB/T 11442001对于外花键：标注花键规格和公差带代号623f726 a116d10 GB/T 11442001准。,第三节 螺纹结合的精度设计 一、螺纹的种类及使用要求 1.连接螺纹 连接螺纹用于紧固和连接零件，常用的是公制普通螺纹，如螺栓、螺母等。普通螺纹的使用

11、要求是可旋合性和连接的可靠性。所谓旋合性，即内、外螺纹易于旋入、拧出，以便装配和拆换；所谓连接可靠性，是指具有一定的连接强度，螺牙不得过早损坏和自动松脱。2.传动螺纹 传动螺纹用于传递动力、运动或位移，如丝杠、测微螺杆等。传动螺纹的使用要求是传动准确、可靠，螺牙接触良好及耐磨等。,二、普通螺纹的基本牙型和主要几何参数 国家标准规定：公制普通螺纹的基本牙型是在螺纹的轴向剖面内截去原始三角形（等边三角形）的顶部和底部所形成的螺纹牙型，该牙型具有螺纹的基本尺寸，它是螺纹设计的基础，如图6.14所示，小写字母代表外螺纹的几何参数，大写字母代表内螺纹的几何参数，图中包括的主要几何参数有：大径（d、D）小

12、径（d1、D1）顶径和底径 中径（d2、D2）单一中径（d2s、D2s）螺距（P）和导程（Pn）牙型角（）和牙型半角()(8)螺纹旋合长度（L）螺纹接触高度,图6.14 基本牙型和主要几何参数,三、螺纹几何参数误差对螺纹连接精度的影响 1.螺距误差的影响 螺距误差包括局部误差和累积误差两种，前者与旋合长度无关，后者与旋合长度有关，造成螺距误差的主要原因是由加工机床运动链的传动误差所引起的。为了讨论问题方便，假设内螺纹具有理想的牙型，不存在任何误差，外螺纹的中径及牙型半角与内螺纹的相同，只存在外螺纹的螺距误差，并假设外螺纹的螺距比内螺纹的螺距大，这样在n个螺牙长度上，螺距累积误差为P，显然在这种

13、情况下，这一对螺纹因产生干涉而无法旋合，如图6.16所示。为避免产生干涉，可把外螺纹的实际中径减小fp值或把内螺纹的实际中径增加fp值，这个增大或减少的fp值是为了补偿螺距误差而折算到中径上的当量值，叫做螺距误差的中径补偿值。,图6.16 螺距误差的影响,2.牙型半角误差的影响 为了讨论问题方便起见，我们仍然假设内螺纹具有理想牙型，不存在任何误差，外螺纹的中径及螺距与内螺纹相同，只存在外螺纹的牙型半角误差，如图6.17所示。当外螺纹的牙型半角小于内螺纹的牙型半角时，如图617（a）所示，或者外螺纹的牙型半角大于内螺纹的牙型半角时，如图617（b）所示，在牙侧处都将产生干涉(图中阴影线部分)，为

14、避免产生干涉，可把外螺纹的实际中径减小f/2值或把内螺纹的实际中径增加f/2值，这个增大或减少的f/2值是为了补偿牙型半角误差而折算到中径上的当量值，叫做牙型半角误差的中径补偿值。,(a)(b),图6.17 牙型半角误差的影响,3.中径误差的影响 在加工螺纹时，中径本身也不可能制造得绝对准确，也会有误差。如果外螺纹的中径大于内螺纹的中径，则影响内、外螺纹的可旋合性；如果外螺纹的中径小于内螺纹的中径，就能保证内、外螺纹的旋合性，但是如果外螺纹的中径小得太多，则使配合过松，影响到连接的可靠性，所以必须对内、外螺纹的中径误差加以限制。4.螺纹中径合格性的判断原则 实际上螺纹往往同时存在着中径误差、螺

15、距误差和牙型半角误差，而三者对可旋合性都有影响。对于外螺纹来说螺距误差和牙型半角误差对可旋合性的影响，其效果相当于中径增大了，这时它只能与一个中径较大的理想内螺纹旋合；对于内螺纹来说螺距误差和牙型半角误差对可旋合性的影响，其效果相当于中径减小了，这时它只能与一个中径较小的理想外螺纹旋合，这个增大了或减小了的假想的螺纹中径叫做螺纹的体外作用中径。对于外螺纹，体外作用中径d2fe等于外螺纹的实际中径d2a与螺距误差和牙型半角误差的中径补偿值之和，即：,d2fed2a（fp+f/2）,当实际外螺纹各个部位的单一中径不相同时，实际中径d2a应取其中的最大值。对于内螺纹，体外作用中径D2fe等于内螺纹的

16、实际中径D2a与螺距误差和牙型半角误差的中径补偿值之差，即：D2feD2a（fp+f/2）根据螺纹中径合格性判断原则，合格的螺纹应满足下列不等式：对于外螺纹：d2fed2Md2max d2ad2min 对于内螺纹：D2feD2MD2min D2aD2max 为了外螺纹与内螺纹能够自由旋合，应使外螺纹的作用中径不超过内螺纹的作用中径，即：d2feD2fe,四、普通螺纹的精度设计 1.普通螺纹的公差带 国家标准普通螺纹 公差与配合GB/T1971981将螺纹公差带的两个基本要素：公差带大小和公差带位置进行了标准化，组成了各种螺纹公差带。螺纹配合由内、外螺纹公差带组合而成，考虑到旋合长度对螺纹精度的

17、影响，螺纹精度由螺纹公差带与旋合长度构成，螺纹公差制的基本结构如图6-18所示。,图6-18 普通螺纹公差制结构,公差等级 普通螺纹的国家标准按内、外螺纹的中径和顶径公差的大小，分别规定了不同的公差等级，见表6-15。基本偏差 螺纹的基本牙型是计算螺纹偏差的基准，内、外螺纹的公差带相对于基本牙型的位置，与圆柱结合的公差带位置一样，是由基本偏差决定。国家标准普通螺纹 公差与配合GB/T 1971981规定，外螺纹的基本偏差为上偏差es，内螺纹的基本偏差为下偏差EI，则外螺纹的下偏差eiesIT，内螺纹上偏差ESEIIT根据装配等不同的要求，对外螺纹规定了e、f、g、h四种公差带位置；对内螺纹规定

18、了G、H两种公差带位置。H、h的基本偏差为零，G的基本偏差为正值，e、f、g的基本偏差为负值。内、外螺纹的基本偏差见表6-18。,表6-15 普通螺纹的公差等级（GB/T1971981）,表6-18 普通螺纹的基本偏差（摘自GB/T 1971981）,旋合长度和精度等级螺纹的旋合长度是与螺纹精度有关的一个因素，螺纹旋合长度越长，螺距累积误差越大，对螺纹旋合性的影响就越大。国家标准按螺纹的直径和螺距将螺纹的旋合长度分为三组，分别称为短旋合长度S、中旋合长度N和长旋合长度L，其具体数值见表6-19。,表6-19 普通螺纹的旋合长度（mm）（摘自GB/T 1971981）,2.普通螺纹公差与配合的选

19、用螺纹配合的选用主要根据使用要求，一般规定如下：为了保证螺母、螺栓旋合后的同轴度及强度，一般选用间隙为零的配合(H/h)。为了装拆方便及改善螺纹的疲劳强度，可选用小间隙配合(H/g和G/h)。需要涂镀保护层的螺纹，其间隙大小决定于镀层的厚度。镀层厚度为5m左右时，一般选用6H/6g；镀层厚度为10m左右则选用6H/6e；如果内、外螺纹均涂镀，则选用6G/6e。在高温下工作的螺纹，可根据装配和工作时的温度差别来选定适宜的间隙配合。3.螺纹的标记螺纹在图样上应有完整的标记。螺纹的完整标记由螺纹代号、公称直径、螺距、公差带代号和旋合长度代号（或数值）等组成。,(1)在零件图上螺纹标记举例如下：,在装配图上，内、外螺纹公差带代号用斜线分开，左边表示内螺纹公差带代号，右边表示外螺纹公差带代号，如M106H/5g6g。,思考题,1.滚动轴承的精度分为几级？其代号如何？各应用在什么场合？2.滚动轴承的内、外圈的公差带有何特点？3.平键连接的特点是什么？4.平键连接采用何种基准制？花键连接采用何种基准制？5.花键连接为什么规定小径定心？6.影响螺纹互换性的主要参数有哪些？7.如何确定外螺纹和内螺纹的作用中径？螺纹中径合格性的判断条件是什么？8.为什么普通螺纹不单独规定螺距公差和牙型半角公差？,