公差配合与几何精度检测 第2版 工业和信息化高职高专“十二五”规划教材立项项目 教学课件 ppt 作者 王宇平 第1章 尺 寸 精 度

第1篇 三项基本精度,图0-2、图0-3所示分别是齿轮泵的装配图和齿轮泵中主动轴的零件图。 齿轮泵是机床等设备润滑系统的供油泵，由于在加工和装配过程中受机床系统、工装系统及其他因素的影响，致使齿轮泵不可避免地出现误差。,若误差过大，则使齿轮泵达不到质量要求，进而影响机床的零件加工质量。 因此，在加工和装配过程中给定必需的精度要求非常重要，也是零件图和装配图技术要求中的主要内容。,在零件图中12g6、10±0.11、4J8和装配图中12H7/g6、40F8/h6等是尺寸公差，即尺寸精度。,圆柱度 是形状公差，对称度 是位置公差，形状公差和位置公差统称为几何公差，即几何精度。 等是表面粗糙度，属于表面精度。,从图0-2和图0-3中看出，三项基本精度是机械产品加工工艺和装配工艺中不可缺少的技术要求。 本篇详细介绍三项基本精度的有关内容。,第1章 尺 寸 精 度,1.1 尺寸公差与配合的基础知识,【本节要求】 熟练掌握所有术语的概念及相关计算。,1.1.1 基本概念,在图0-2中，齿轮油泵主动轴与齿轮装配在一起共同旋转以实现齿轮泵泵油的功能。 这里要解决两个问题：一是将轴和齿轮加工出来，加工过程中的技术保证之一是尺寸公差；二是将轴和齿轮装配在一起，装配过程中的技术保证之一是配合公差。,在图0-3中，表示孔径的尺寸有3，轴径有12、10，各段轴长分别为18、50、75、168等，均属于线性几何量，单位是mm。 可见，尺寸是用特定单位表示线性几何量大小的数值。 上述尺寸是根据零件的功能要求由设计给定的，称为公称尺寸。,但是在实际零件加工中，由于机床、夹具、刀具等工艺系统的热变形、力变形、振动及磨损的影响，以及加工人员的操作技术等一系列因素，使得加工后测量得出的尺寸与公称尺寸不能完全一致，从而产生偏差。 这种偏差的大小在实际中称作误差。,加工后经测量得出带有误差的尺寸，是实际尺寸。 为了保证零件在装配时具有互换性，就必须在加工时规定精度要求，即规定误差的允许范围，这个范围就是公差。,公差是在零件设计时给定的，要求加工时将实际尺寸限制在一定的界限内，这个界限为极限尺寸。,在界限内的实际尺寸，达到了精度要求，属于合格产品，超出此界限，成为废品。 这就是零件加工的合格性判定条件。 加工出的轴要与齿轮装配在一起，从而实现设计要求的功能，称为孔与轴的配合。,1.1.2 基本术语,1孔、轴 孔是指零件的圆柱形内表面，也包括其他形式内表面。孔径用大写字母 D表示。 轴是指零件的圆柱形外表面，也包括其他形式外表面。轴径用小写字母 d表示。,从装配关系看，孔是包容面，轴是被包容面。 在本例（齿轮泵）中，作为一起装配的齿轮孔与轴是圆柱形内、外表面，但在实际中有更多样的形式，如图1-1中，尺寸D1、D2、D3、D4等所确定的内表面都可看作孔，尺寸d1、d2、d3等所确定的外表面都可看作轴。,图1-1 孔与轴,2尺寸,尺寸是用特定单位表示线性几何量大小的数值。 机械加工中的常用单位是mm，在图样上标注尺寸时，可将单位省略，仅标注数值（下面文中例题也如此处理），当以其他单位表示尺寸时，必须注出长度单位，如100m、10m等。,（1）公称尺寸（D、d）由设计给定的尺寸。在图0-3中，孔径3，轴径12，长度18、168等，是设计时根据零件使用要求，通过刚度、强度计算及结构等方面的考虑，并按标准值圆整后确定下来的尺寸。,（2）实际尺寸（Da、da）加工后经测量得到的尺寸。如图1-2中加工后量得轴径为11.996、11.987等。 由于存在误差情况不同，零件同一表面不同部位的实际尺寸也往往不等，称为局部实际尺寸，如图1-2所示。,（3）极限尺寸允许尺寸变动的两个界限值，分为上极限尺寸和下极限尺寸。 上极限尺寸（Dmax、dmax）允许实际尺寸变动的最大值。,下极限尺寸（Dmin、dmin）允许实际尺寸变动的最小值。 如图1-2中，轴12g6的上极限尺寸dmax = 11.994，下极限尺寸dmin =11.983。 由图1-2可清楚地看出3种尺寸之间的关系。,图1-2 关于尺寸,3尺寸偏差（简称偏差）,偏差某一尺寸减去公称尺寸得到的代数差。 （1）实际偏差（Ea、ea ）实际尺寸减去公称尺寸得到的代数差，在实际中叫做误差。,孔：Ea =DaD （1-1） 轴：ea =da d （1-2） 在图1-2中，ea1 = 11.996 12 = 0.004，ea2 = 11.987 12 = 0.013。,（2）极限偏差极限尺寸减去公称尺寸得到的代数差，分为上极限偏差和下极限偏差。 上极限偏差（ES、es）： ES=DmaxD es=dmaxd （1-3） 下极限偏差（EI、ei）： EI=DminD ei=dmind （1-4）,在图1-2中，es = 11.994 12 = 0.006，ei = 11.983 12 = 0.017。 国标规定极限偏差的基本标注形式为： ，如 ，若上、下极限偏差相等，符号相反时，可以表示为20 ± 0.026的形式。,4尺寸公差（简称公差）,（1）公差（Th、Ts）。允许实际尺寸的变动量称为公差，其数值为绝对值。 孔：Th = Dmax Dmin = ES EI （1-5） 轴：Ts = dmax dmin = es ei （1-6） 在图1-2中，轴的公差Ts = 11.99411.983 = 0.006 ( 0.017) = 0.011。,（2）公差带图。为了直观地反映出极限偏差与公差之间的关系，不必画出孔与轴的全形，而采用简单明了的图解方式，即为公差带图。, 公差带图由零线和公差带组成。 零线：它是代表公称尺寸并确定上、 下极限偏差起点位置的一条基准直线，标 注为“0”。零线上方是正偏差，下方是负 偏差，分别标注“+”、“”号。,公差带：它是由代表上、下极限偏差的两条直线所限定的区域。 公差带是允许实际尺寸或误差变动的区域，如图1-3所示。 图1-4所示为齿轮泵轴的公差带图。,图1-3 公差带图,图1-4 齿轮泵轴公差带图, 公差带包括大小和位置两个要素。大小即为公差值，称为标准公差。位置由基本偏差表示，指靠近零线的那个极限偏差。,注意 标准公差和基本偏差是反映尺寸精度（公差与配合）的两个重要指标，由国家标准专门规定，在下节内容中详细讨论。,5零件的合格性判定条件,加工零件的实际尺寸在极限尺寸范围内，或者其误差在极限偏差范围内，就是合格品；反之是废品。 零件的合格性判断如图1-5所示。,图1-5 零件的合格性判断,孔：Dmin Da Dmax；EI Ea ES （1-7） 轴：dmin da dmax； ei ea es （1-8）,6配合,配合指公称尺寸相同的、相互结合的孔与轴公差带之间的位置关系。 （1）配合类型。按照孔、轴公差带相对位置的不同，可形成间隙配合、过渡配合和过盈配合3种类型，如图1-6所示。,间隙配合孔的公差带位于轴公差带之上，具有间隙（包括最小间隙等于零）的配合。 过渡配合孔与轴的公差带相互交叠，可 能有间隙或过盈的配合。 过盈配合孔的公差带在轴公差带之下， 具有过盈（包括最小过盈等于零）的配合。,（2）极限盈隙的计算。由于配合时孔、轴的实际尺寸允许在各自的公差带内变动，因此一对相配合的孔、轴之间的间隙或过盈量也在变动。最大的间隙或过盈称为极限间隙或极限过盈，简称极限盈隙。, 间隙配合。当孔为上极限尺寸、轴为下极限尺寸时，装配后便产生最大间隙Xmax，此时孔、轴处于最松配合状态；当孔为下极限尺寸、轴为上极限尺寸时，装配后便产生最小间隙Xmin，此时孔、轴处于最紧配合状态，如图1-6（a）所示。,最大间隙Xmax和最小间隙Xmin统称为极限间隙，其计算公式为,有时也用平均间隙表示：, 过盈配合。当孔为上极限尺寸、轴为下极限尺寸时，装配后便产生最小过盈Ymin，此时孔、轴处于最松配合状态；当孔为下极限尺寸、轴为上极限尺寸时，装配后便产生最大过盈Ymax，此时孔、轴处于最紧配合状态，如图1-6（c）所示。,图1-6 3种配合类型,最小过盈Ymin与最大过盈Ymax统称为极限过盈，其计算公式为,有时也用平均过盈表示：, 过渡配合。当孔为上极限尺寸、轴为下极限尺寸时，装配后得到最大间隙Xmax，此时孔、轴处于最松配合状态；当孔为下极限尺寸、轴为上极限尺寸时，装配后产生最大过盈Ymax，此时孔、轴处于最紧配合状态，如图1-6（b）所示。,其计算公式为,（3）配合公差。 配合公差是允许间隙或过盈的变动量，用Tf表示。,配合公差表示配合精度的高低，是评定配合质量的一个重要指标。 配合公差越大，允许间隙或过盈的变动量越大，配合后松紧程度的变化越大，配合精度越低；反之，配合精度越高。,计算公式如下。,注意 从式（1-17）中可看出，配合公差Tf的数值等于相互配合的孔与轴公差之和。其意义有二：第一，要想提高配合精度，可设法减小孔、轴的尺寸公差；第二，在精度设计时，可根据配合公差来确定孔、轴的尺寸公差。, 配合公差带图表示间隙或过盈量变动的图解，如图1-7所示。 配合公差带完全在零线以上为间隙配合，只有间隙量； 配合公差带完全在零线以下为过盈配合，只有过盈量； 配合公差带跨在零线上为过渡配合，同时存在间隙量和过盈量。,图1-7 配合公差带图,注意 从配合公差带图可看出，公差带的大小反映允许盈隙的变动量（越大，精度越低），公差带的位置反映配合的松紧程度（在零线以上，越远越松；零线以下，越远越紧）。,图1-8 3对孔轴的公差带图,图1-9 3对孔轴的配合公差带图,（4）基准制（配合制）。为了制造的经济性，将相配合孔、轴其中一个公差带位置固定，改变另一个公差带位置以实现所需各种配合类型的配合制度称为基准制。 国家标准规定有两种基准制：基孔制与基轴制，如图1-10所示。, 基孔制固定孔的公差带位置，变动轴的公差带位置形成各种类型配合的配合制。 基孔制的孔为基准孔（标准孔）。标准规定基准孔的下极限偏差为零，上极限偏差为正值。, 基轴制固定轴的公差带位置，变动孔的公差带位置形成各种类型配合的配合制。 基轴制的轴为基准轴（标准轴）。标准规定基准轴的上极限偏差为零，下极限偏差为负值。,图1-10 两种基准制,1.2 尺寸公差与配合的国标规定,【本节要求】 熟练掌握标准公差的概念、含义、等级、查表方法。 熟练掌握基本偏差的概念、含义、位置、查表方法。,掌握查孔的基本偏差表时，加修正值 的含义及方法。 熟练掌握公差与配合在图样上的标注、读解、计算方法。 了解国标专门规定的公差带和配合的实际意义及选用思路。 了解一般公差的概念、特点及规定。,机械产品生产中，尺寸精度需从两方面得到保证，即 孔轴各自的加工精度公差：标准公差 孔轴的装配精度 配合：基本偏差,为了方便设计和交流，国家标准将加工精度和装配精度的标准化通过尺寸公差带的标准化进行体现，即两者组成尺寸公差带的两个基本要素：公差带的大小和位置。 前者称为标准公差，后者称为基本偏差。,由此形成两大标准系列：标准公差系列和基本偏差系列，是尺寸精度的两大支柱。 本节详细讨论两大标准系列有关内容。,1.2.1 公差带大小标准公差系列,1标准公差等级 标准公差是国家标准中规定的标准公差数值，用代号IT（ISO Tolerance）表示。 标准公差的大小反映了零件精度的高低，根据应用场合不同分为20个精度等级：,2标准公差数值,在生产实际中，不同精度等级范围内对公差数值的影响因素较为复杂。 为了方便使用，经过大量的实践、实验并经过统计分析，总结出标准公差数值表，如表1-3所示。,在实际应用时，只要选定了精度等级，就可用查表法确定出公差数值。查表步骤如下。 根据公称尺寸，找到所在尺寸段（左竖列）。,