尺寸的精度设计(尺寸公差配合与检测)

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 3.1.1 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 3.1.3 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 3.2.1 配合制(fit system) 3.2.2 标准公差(standard tolerance)系列 3.2.3 基本偏差系列 3.3 尺寸精度设计的基本原则和方法 3.3.1 配合制的选用 3.3.2 确定标准公差等级 3.3.3 配合的选用 3.4 一般公差(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 GB/T 1800.11997 3.1.1 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 3.1.3 有关配合的术语和定义3.1.1 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 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。3.1.2 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)max-D(d)min=ES-EI=es-ei3.1.2 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 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 解： ES=Dmax D =25.021 25=+0.021mm EI = Dmin D =25.000 25=0 es =dmax d =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 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 4) 配合类别： 间隙配合(clearance 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 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 过盈配合(interference fit)：Dmax-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 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 = ( Xmax + Ymax )/2 =(+或-) P27式3-123.1.3 有关配合的术语和定义例2-2 现有一过盈配合，孔为2525+0.021，轴为 25+0.03525+0.048。求最大过盈、最小过盈、平均过盈和配 合公差。例2-3 现有一间隙配合，孔为2525+0.021，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 。例2-4 现有一过渡配合，孔为2525+0.021，轴为25+0.015 25+0.028 。求最大间隙、最大过盈、平均间隙或平均过盈 和配合公差。3.1.3 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 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 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 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(fit system) 3.2.2 标准公差(standard tolerance)系列 3.2.3 基本偏差系列3.2.1 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(standard tolerance)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 2) 标准公差因子i 3) 基本尺寸分段3.2.2 标准公差(standard tolerance)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(standard tolerance)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µm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µm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(standard tolerance)系列 3)基本尺寸分段： 为减少标准公差值数量，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=30×50=38.73mm。 标准公差