劳动出版社精品课件 《机械知识（第五版）》 A041156第一章极限与配合

1、为什么自行车的链条坏了，买一条新的换上就能使用；电池没电了，换上一个同型号的新电池，电器就能恢复正常使用；自行车的内、外胎破了，换上同规格的新胎，即可满足使用要求？,11 互换性概念 12 极限与配合的基本术语、定义 13 极限与配合标准的基本规定 14 几何公差 15 表面结构要求,11 互换性概念,自行车的链条坏了，可以买一条新的换上就能使用；电池没电了，换上一个同型号的新电池，电器就能恢复正常使用。 以上事例说明，规格相同的某种产品任选其一就能直接互换安装并正常使用，为人们的生活带来了极大的方便。 在机械工业中，互换性是指同一规格的零、部件，不需经任何挑选、调整和修配就能进行装配，并完全满足产品使用性能的要求。,一、互换性,二、互换性的基本形式,机械零、部件的互换性通常包括几何参数（尺寸、形状和位置等）、力学性能、物理化学性能等方面的互换。 本章研究的内容是零件几何参数的互换性。 按互换程度和范围的不同，互换性分为完全互换性和不完全互换性两种形式。,1.完全互换性,完全互换性是指零、部件在装配前不作任何挑选，装配中不作任何调整和修配，装配后能满足使用性能要求的互换。 完全互换性适

2、用于对互换程度要求较高或大批量生产的情况。,2.不完全互换性,不完全互换性是指零、部件在装配时允许挑选、调整但不允许修配，装配后能满足使用性能要求的互换。 不完全互换性适用于对互换程度要求不高或单件、小批量生产的情况。若零件在装配时需要修配，就失去了互换性的意义。,三、互换性的重要性,在设计方面，可以使产品标准化、系列化，从而简化零、部件的设计计算过程，缩短设计周期。 在生产制造方面，能组织自动化和专业化的高效生产，应用现代化的技术设备，有利于提高产品质量、降低成本和减轻劳动强度。 在使用维修方面，可以缩短机器维修的时间、减少费用和提高机器的使用率。,四、实现互换性的基本条件,实现互换性的基本条件是对同一规格的零、部件按统一的技术标准制造。,12 极限与配合的基本术语、定义,术语和定义是技术标准的基础，也是工程技术人员使用的技术语言。 一、孔和轴 二、尺寸的术语及其定义 三、偏差与公差的术语及其定义 四、配合,一、孔和轴 一般情况下，孔和轴是指圆柱形的内、外表面，而在极限与配合的相关标准中，孔和轴的定义更为广泛。 孔通常指工件各种形状的内表面，包括圆柱形内表面和其他由单一尺寸形成的非圆

3、柱形包容面。 轴通常指工件各种形状的外表面，包括圆柱形外表面和其他由单一尺寸形成的非圆柱形被包容面。,孔,轴,二、尺寸的术语及其定义,1.尺寸 用特定单位表示线性尺寸值的数值称为尺寸。尺寸由数值和特定单位两部分组成，如30mm （毫米）、60m （微米）等。尺寸又分为基本尺寸、实际尺寸和极限尺寸。,2.公称尺寸（D， d） 公称尺寸由设计给定，设计时可根据零件的使用要求，通过计算、试验或类比的方法，并经过标准化后确定公称尺寸。如图，10mm 为销轴直径的公称尺寸，35mm为其长度的公称尺寸；20mm 为孔直径的公称尺寸。,孔的公称尺寸用“D”表示，轴的公称尺寸用“d”表示。国家标准规定：大写字母表示孔的有关代号，小写字母表示轴的有关代号。,3.实际（组成）要素（Da，da） 通过测量获得的尺寸称为实际（组成）要素。由于存在加工误差，零件同一表面上不同位置的实际（组成）要素不一定相等，如图所示。,4.极限尺寸 允许尺寸变化的两个界限值称为极限尺寸。其中，允许的最大尺寸称为上极限尺寸；允许的最小尺寸称为下极限尺寸。 在机械加工中，由于存在由各种因素形成的加工误差，要把同一规格的零件加工成同

4、一尺寸是不可能的。从使用的角度来讲，也没有必要将同一规格的零件都加工成同一尺寸，只需将零件的实际（组成）要素控制在一个具体范围内，就能满足使用要求。这个范围由上述两个极限尺寸确定。,极限尺寸是以公称尺寸为基数来确定的，它可以大于、小于或等于公称尺寸。 公称尺寸可以在极限尺寸所确定的范围内，也可以在极限尺寸所确定的范围外。,例如，下图所示的极限尺寸中: 孔的公称尺寸（D）=30mm 孔的上极限尺寸（Dmax）=30.021mm,孔的下极限尺寸（Dmin）=30mm 轴的公称尺寸（d）=30mm 轴的上极限尺寸（dmax）=29.993mm 轴的下极限尺寸（dmin）=29.980mm,零件加工后的实际（组成）要素应介于两极限尺寸之间，既不允许大于上极限尺寸，也不允许小于下极限尺寸，否则零件尺寸就不合格。即零件尺寸合格与否取决于实际（组成）要素是否在极限尺寸所确定的范围之内，而与公称尺寸无直接关系。 若轴加工后的实际（组成）要素刚好等于公称尺寸30mm，由于30mm 大于轴的上极限尺29.993mm，因此其尺寸并不合格。,三、偏差与公差的术语及其定义,1.偏差 某一尺寸，如实际（组成）要素

5、、极限尺寸等，减其公称尺寸所得的代数差称为偏差。 偏差有极限偏差和实际偏差两种。,偏差为代数差，可以为正值、负值或零值。在使用时，一定要注意偏差值的正负号，不能遗漏。,（1）极限偏差 极限尺寸减其公称尺寸所得的代数差称为极限偏差。由于极限尺寸有上极限尺寸和下极限尺寸之分，对应的极限偏差也分为上极限偏差和下极限偏差，如图。 上极限尺寸减其公称尺寸所得的代数差称为上极限偏差。孔的上极限偏差用ES表示，轴的上极限偏差用es表示。用公式表示为,极限偏差,ES=Dmax -D es=dmax -d,下极限尺寸减其公称尺寸所得的代数差称为下极限偏差。孔的下极限偏差用EI表示，轴的下极限偏差用ei表示。用公式表示为 EI=Dmin -D ei=dmin -d 国家标准规定:在图样上和技术文件上标注极限偏差数值时，上极限偏差标在公称尺寸的右上角，下极限偏差标在公称尺寸的右下角。特别要注意的是，当偏差为零值时，必须在相应的位置上标注“0”。,极限偏差尺寸标注为：公称尺寸标注时，需遵循以下几点原则： （1）上极限偏差下极限偏差； （2）上、下极限偏差应以小数点对齐； （3）若上、下极限偏差不等于0，则应注

6、意标出正负号； （4）若偏差为零时，必须在相应的位置上标注“0”，不能省略。 （5）当上、下极限偏差数值相等而符号相反时，应简化标注，如400.008。,（2）实际偏差 实际（组成）要素减其公称尺寸所得的代数差称为实际偏差。合格零件的实际偏差应在规定的上、下极限偏差之间。,【例11】 如图所示，某孔直径的公称尺寸为50 mm，上极限尺寸为50.048mm，下极限尺寸为50.009mm，求孔的上、下极限偏差。,【例12】 如图所示，计算轴 mm 的极限尺寸，若该轴加工后测得的实际（组成）要素为60.012mm，试判断该零件尺寸是否合格。,判断尺寸合格的方法有两种：零件的实际（组成）要素应在规定的上、下极限尺寸之间或零件的实际偏差应在规定的上、下极限偏差之间。,2.尺寸公差（T） 尺寸公差是指允许尺寸的变动量，简称公差。 公差是设计人员根据零件使用时的精度要求并考虑加工时的经济性，而对尺寸变动量给出的允许值。公差的数值等于上极限尺寸减下极限尺寸之差，也等于上极限偏差减下极限偏差之差。其表达式为 孔的公差 Th=Dmax-Dmin 轴的公差 Ts=dmax-dmin 由公式 可推导出 孔的公

7、差 Th=ES-EI 轴的公差 Ts=es-ei,公差以绝对值定义，没有正负的含义。因此，在公差值的前面不应出现“+”号或“-”号。另外，由于加工误差不可避免，所以公差不能取零值。,从加工的角度看，公称尺寸相同的零件，公差值越大，加工就越容易;反之，加工就越困难。,【例14】 如图所示，轴的公称尺寸为40mm，上极限尺寸为39.991mm，尺寸公差为0.025mm，求其下极限尺寸、上极限偏差和下极限偏差。,3.零线与尺寸公差带 为了说明尺寸、偏差和公差之间的关系，一般采用极限与配合示意图，如图所示。这种示意图是把极限偏差和公差部分放大而尺寸不放大画出来的。从图中可直观地看出公称尺寸、极限尺寸、极限偏差和公差之间的关系。,为了简化起见，在实际应用中常不画出孔和轴的全形，只要按规定将有关公差部分放大画出即可，这种图也称为公差带图。,（1）零线 在公差带图中，表示公称尺寸的一条直线称为零线。以零线为基准确定偏差。习惯上，零线沿水平方向绘制，在其左端标上“0”和“+”“-”号，在其左下方画上带单向箭头的尺寸线，并标上公称尺寸。正偏差位于零线上方，负偏差位于零线下方，零偏差与零线重合。,（2）公

8、差带 在公差带图中，由代表上极限偏差和下极限偏差或上极限尺寸和下极限尺寸的两条直线所限定的区域称为公差带。 公差带沿零线方向的长度可以适当选取。为了区别，一般在同一图中，孔和轴的公差带的剖面线方向应该相反。 确定公差带的要素有两个公差带大小和公差带位置。公差带的大小是指公差带沿着垂直于零线方向的宽度，由公差的大小决定。公差带的位置是指公差带相对零线的位置，由靠近零线的那个极限偏差决定。,四、配合,公称尺寸相同的、相互结合的孔和轴公差带之间的关系称为配合。,1回转构件 2圆柱销 3支座,1.间隙和过盈 孔的尺寸减去相配合的轴的尺寸所得的代数差为正时是间隙，为负时是过盈。,2.配合的类型,按孔、轴公差带之间相互位置关系的不同，配合分为间隙配合、过盈配合和过渡配合三类。,（1）间隙配合具有间隙（包括最小间隙等于零）的配合。,（2）过盈配合具有过盈（包括最小过盈等于零）的配合。,（3）过渡配合可能具有间隙或过盈的配合。,在一批间隙配合的孔和轴中，任意各取其一，孔尺寸总是大于或等于轴尺寸，装配后都会有间隙。当相配合的孔、轴之间要求有相对转动、摆动或滑动时，应采用间隙配合。 对于过盈配合的孔与轴，

9、不论它们的实际尺寸在各自公带内如何变动，孔的尺寸总是小于或等于轴的尺寸，配合后都会形成过盈。当相配合的孔、轴之间要求装配后相对固定，尤其是需传递一定的转矩或轴向力时，应采用过盈配合。 过渡配合是介于间隙配合与过盈配合之间的一种配合。在过渡配合中，孔的实际尺寸可能大于、小于或等于与之相配合的轴的实际尺寸，实际间隙或过盈都可能出现。过渡配合一般用于要求能够拆卸的定位配合，加键或紧固件后可传递一定的载荷。,13 极限与配合标准的基本规定,公差带的两个基本要素是公差带的大小和其相对零线的位置。 为了满足生产和使用的需要，国家标准对公差大小及公差带位置进行了标准化，相应规定出标准公差系列和基本偏差系列。,国家标准极限与配合中所规定的任一公差称为标准公差。标准公差数值见下表。从表中可以看出，标准公差值与两个因素有关，即标准公差等级和公称尺寸分段。,一、标准公差,标准公差数值表,1.标准公差等级,确定尺寸精确程度的等级称为公差等级。 各种机器零件和零件上不同部位的作用不同，要求尺寸的精确程度就不同。有的尺寸要求必须制造得很精确，有的尺寸则不必那么精确。为了满足生产的需要，国家标准设置了20个公差等级，即IT01，IT0，IT1，IT2，IT3，IT18。“IT”表示标准公差，其后的阿拉伯数字表示公差等级。IT01精度最高，其余精度依次降低，IT18精度最低。其关系如下：,公差等级是划分尺寸精确程度高低的标志。虽然在同一公差等级中，不同公称尺寸对应不同的标准公差值，但这些尺寸被认为具有同等的精确程度。例如，公称尺寸20mm 的IT6数值为0.013mm，公称尺寸400mm 的IT6数值为0.036mm，二者虽然标准公差值相差很大，但不能因此认为前者比后者精确，它们具有同样的精确程度。,2.公称尺寸分段 在相同加工精度条件下（相同的加工设备及加工技术等），加工误差随公称尺寸的增大而增大。因此从理论上讲，同一公差等级的标准公差数值也应随公称尺寸的增大而增大。 在实际生产中使用的公称尺

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