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互换性与测量技术 第2版 教学课件 ppt 作者 周文玲 互换性(第2版) PPT 第3章

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    • 1、互换性与测量技术,第3章 几何公差及其检测,3.1 几何公差概述 3.2 几何公差及其检测 3.3 公差原则 3.4 几何公差的选择,第3章 章节内容,第2章 尺寸极限与配合,3.1 几何公差概述,图样上给出的零件是没有误差的理想几何体,但是,由于在加工过程中机床、夹具、刀具和工件所组成的工艺系统本身存在各种误差,以及加工过程中出现受力变形、振动、磨损等各种干扰,致使加工后的零件的实际形状和相互位置,与理想几何体的规定形状和线、面相互位置存在差异,这种形状上的差异就是形状误差,而相互位置的差异就是位置误差,统称为形位误差。,零件的形位误差对零件使用性能的影响可归纳为以下几个方面。 影响零件的功能要求。 影响零件的配合性质。 影响零件的自由装配性。 设计零件时必须根据零件的功能要求和考虑制造时的经济性,对其形位误差加以必要和合理的限制,即合理确定零件的形位公差。,3.1.1 几何公差的研究对象 形位公差研究的对象即几何要素。任何机械零件都是由点、线、面组合而成的,构成零件特征的点、线或面统称为几何要素,简称要素。,图31 零件的几何要素, 按存在状态可分为实际要素和理想要素。 实际要素

      2、零件上实际存在的要素。通常用测量得到的要素来代替实际要素。 理想要素 具有几何学意义的要素,它们不存在任何误差。图样上表示的要素均为理想要素。 2.按结构特征可分为轮廓要素和中心要素。 轮廓要素 构成零件外形的点、线、面各要素。 中心要素 指零件上球面的中心点,圆柱面、圆锥面的轴线,槽面的中心平面等。,3.按要素在形位公差中所处的地位可分为被测要素和基准要素。 被测要素 图样上给出了形位公差要求的要素,是被检测的对象。 4. 按被测要素的功能关系可分为单要素和关联要素。 单要素 仅对要素本身提出功能要求,而给出形状公差的要素。 关联要素 指与其它要素有功能关系并给出位置公差要求的要素。,2.1.2 几何公差的项目和符号 特征项目及符号 根据国家标准GB/T11821996形状和位置公差 通则、定义、符号和图样表示方法的规定,形位公差的特征项目共有14个。各项目名称及符号见表3l。, 几何公差带 形位公差带具有形状、大小、方向和位置四个特征。这四个特征会在图样标注中体现出来。,图32 几何公差带的形状, 形状 公差带的形状由被测要素的理想形状和给定的公差特征项目所确定。常见的形位公差带形

      3、状如图32所示。 大小 公差带的大小由公差值t确定,指公差带的宽度或直径。如果公差带是圆形或圆柱形的,则在公差值前加注,如果是球形,则加注S。 方向 公差带的宽度方向就是给定的方向或垂直于被测要素的方向。 位置 是指公差带位置是固定的还是浮动的。,3.1.3 几何公差的标注 区分被测(基准)要素是轮廓要素还是中心要素 当被测(基准)要素为中心要素时,指引线的箭头(基准符号的连线)应与尺寸线对齐,如图35a和图35b所示。,图35中心要素的注法 a) 被测要素为中心要素时的注法 b) 基准要素为中心要素时的注法,当被测(基准)要素为轮廓要素时,箭头(基准符号)指向该轮廓要素或指向其引出线上,并应明显地与尺寸线错开,如图36a和图36b所示。,图36被测轮廓要素的注法 a) 被测要素为轮廓要素时的注法 b) 基准要素为轮廓要素时的注法, 区分指引线的箭头指向是公差带的宽度方向还是直径方向 指引线的箭头指向不同,框格中公差值标注也是有区别的。若指引线的箭头指向公差带的宽度方向,形位公差值框格中只标出数值;若指引线的箭头指向公差带的直径方向,形位公差框格中,在数值前加注“”;若是公差带是球体,

      4、则在数值前加注“S”。,3.2 几何公差及其检测,3.2.1 形状公差及检测 形状误差和形状公差 形状误差是指被测实际要素的形状对其理想要素的变动量,或称偏离量。形状公差是为限制形状误差而设置的,除轮廓度项目有基准要求外,形状公差用于单一要素,故形状公差是单一要素的形状所允许的变动全量。形状误差值不大于相应的公差值,则认为合格。, 形状误差的评定准则最小条件 被测实际要素与其理想要素进行比较时,理想要素相对于实际要素的位置不同,评定的形状误差值也不同。为了使评定结果唯一,国家标准规定,最小条件是评定形状误差的基本准则。所谓最小条件就是被测实际要素对其理想要素的最大变动量为最小。,以给定平面内的直线度为例来说明,如图310所示,被测要素的理想要素为直线,其位置有多种情况,如图中的I、位置等,相应的包容区域的宽度为f1、f2、f3(f1f2f3)。根据最小条件的要求,I位置时两平行直线之间的包容区域宽度最小,故取fl为直线度误差。这种评定形状误差的方法称为最小区域法。 图310 直线度误差的最小包容区域, 形状公差带及检测方法 形状公差限制零件本身形状误差的大小,其中直线度、平面度、圆度和

      5、圆柱度四个项目为单一要素,属于形状公差。对于线轮廓度、面轮廓度中有基准要求的应看作位置公差,其余仍属形状公差。 表3-2列出了部分形状公差的公差带定义、标注示例和解释。,3.2.2 位置公差及检测 1.基准 位置误差是指关联被测实际要素的方向或位置对其理想要素的变动量。而理想要素的方向或位置由基准确定。 (1) 基准的种类 设计时,在图样上标出的基准通常分为三种,单一基准、组合基准或公共基准和基准体系。,1) 单一基准 由一个要素建立的基准称为单一基准。如图311所示。图中由一个平面要素建立基准,该基准就是基准平面A。,图311 单一基准,2)组合基准(公共基准) 由两个或两个以上的要素建立的一个独立基准称为组合基准或公共基准。如图312所示。由两段轴线A、B建立起公共基准轴线AB。在公差框格中标注时,将各个基准字母用短横线相连起来写在同一格内,以表示作为一个基准使用。,图312 组合基准,3) 基准体系(三基面体系) 由三个相互垂直的平面所构成的基准体系即三基面体系。如图313所示。应用三基面体系时,应注意基准的标注顺序,选最重要的或最大的平面作为第一基准A,选次要或较长的平面作为第

      6、二基准B,选不重要的平面作第三基准C。,图313 三基面体系,(2)基准的建立和体现 评定位置误差的基准应是理想的基准要素。但基准要素本身也是实际加工出来的,也存在形状误差。因此,基准应该由基准实际要素根据最小条件(或最小区域法)来建立。在实际检测中,基准的体现方法用得最广泛的是模拟法。,模拟法是用形状足够精确的表面模拟基准。例如以平板表面体现基准平面,如图314所示。以心轴表面体现基准孔的轴线,如图315所示 图314 用平板模拟基准平面 图315 用心轴模拟基准孔轴线,2. 位置公差带及检测方法 定向公差与公差带 定向公差是关联实际要素对其具有确定方向的理想要素的允许变动量。理想要素的方向由基准及理论正确尺寸(角度)确定。当理论正确角度为0时,称为平行度公差;为90时,称为垂直度公差;为其他任意角度时,称为倾斜度公差。这三项公差都有面对面、线对线、面对线和线对面这四种情况。 表3-3列出了部分定向公差的公差带定义、标注示例和解释。,定向公差带具有如下特点: 定向公差带相对于基准有确定的方向,而其位置往往是浮动的。 定向公差带具有综合控制被测要素的方向和形状的功能。如平面的平行度公差

      7、,可以控制该平面的平面度和直线度误差;轴线的垂直度公差可以控制该轴线的直线度误差。在保证使用要求的前提下,对被测要素给出定向公差后,通常不再对该要素提出形状公差要求。, 定位公差与公差带 定位公差是关联实际要素对其具有确定位置的理想要素的允许变动量。理想要素的位置由基准及理论正确尺寸(长度或角度)确定。当理论正确尺寸为零,且基准要素和被测要素均为轴线时,称为同轴度公差;当理论正确尺寸为零,基准要素或被测要素为其他中心要素(中心平面)时,称为对称度公差;在其他情况下均称为位置度公差。 表3-4列出了部分定位公差的公差带定义、标注和解释示例。,定位公差带具有如下特点: 定位公差带相对于基准具有确定的位置,其中,位置度公差带的位置由理论正确尺寸确定,同轴度和对称度的理论正确尺寸为零,图上可省略不注。 定位公差带具有综合控制被测要素位置、方向和形状的功能。, 跳动公差与公差带 与定向、定位公差不同,跳动公差是针对特定的检测方式而定义的公差特征项目。它是被测要素绕基准要素回转过程中所允许的最大跳动量,也就是指示器在给定方向上指示的最大读数与最小读数之差的允许值。跳动公差可分为圆跳动和全跳动。 表

      8、3-5列出了部分跳动公差带定义、标注和解释示例。,跳动公差带具有如下特点: 跳动公差带的位置具有固定和浮动双重特点,一方面公差带的中心(或轴线)始终与基准轴线同轴,另一方面公差带的半径又随实际要素的变动而变动。 跳动公差具有综合控制被测要素的位置、方向和形状的作用。 跳动公差适用于回转表面或其端面。,3.2.2 几何公差的检测原则 GB19581980形状和位置公差 检测规定列出了很多种形位公差的检测方案,就其原理,可将这些方案概括为下列五种检测原则。 与理想要素比较原则 将被测要素与理想要素相比较,量值由直接法或间接法获得。图示为用刀口尺测量直线度误差,是以刀口作为理想直线,被测直线与之比较。根据光隙大小或用厚薄规(塞尺)测量来确定直线度误差。, 测量坐标值原则 测量被测实际要素的坐标值,经数据处理获得形位误差值。 几何要素的特征总是可以在坐标中反映出来,用坐标测量装置(如三坐标测量仪、工具显微镜)测得被测要素上各测点的坐标值后,经数据处理就可获得形位误差值。该原则对轮廓度、位置度测量应用更为广泛。 测量特征参数原则 测量被测实际要素具有代表性的参数表示形位误差值。例如以平面上任意方

      9、向的最大直线度来近似表示该平面的平面度误差;用两点法测圆度误差;在一个横截面内的几个方向上测量直径,取最大直径与最小直径之差的一半作为圆度误差。, 测量跳动原则 被测实际要素绕基准轴线回转过程中,沿给定方向测量其对参考点或线的变动量。跳动公差是按检测方法定义的,所以测量跳动的原则主要用于图样上标注了圆跳动或全跳动时误差的测量。例如图3-20所示,用v形架模拟基准轴线,并对零件轴向限位。在被测要素回转一周的过程中,指示器最大与最小读数之差为该截面的径向圆跳动误差;若被测要素回转的同时,指示器缓慢地轴向移动,在整个过程中指示器最大读数与最小读数之差为该工件的径向全跳动误差。 图3-20 径向跳动误差测量, 控制实效边界原则 检验被测实际要素是否超过实效边界,以判断被测实际要素合格与否。按最大实体要求(或同时采用最大实体要求及可逆要求)给出形位公差时,意味着给出了一个理想边界最大实体实效边界,要求被测实体不得超越该边界。判断被测实体是否超越最大实体实效边界的有效方法是用功能量规检验。 功能量规是模拟最大实体实效边界的全形量规。若被测实际要素能被功能量规通过,则表示该项形位公差要求合格。,例如,图321a所示零件的位置度误差可用图324b所示的功能量规检测。被测孔的最大实体实效尺寸为7.506mm,故量规4个小测量圆柱的基本尺寸也为7.506mm,基准要素B本身遵循最大实体要求,应遵守最大实体实效边界,边界尺寸为10.015mm,故量规定位部分的基本尺寸也为l0.015mm(图中量规各部分的尺寸都是基本尺寸,实际设计量规时,还应按有关标准规定定的公差)。检验时,量规能插人工件中,并且其端面与工件A面之间无间隙,工件上4个孔的位置度误差就是合格的。,图3-21 用功能量规检验位置度误差,3.3 公差原则,零件上几何要素的实际状态是由要素的尺寸和形位误差综合作用的结果,两者都会影响零件的配合性质,因此在设计和检测时需要明确形位公差与尺寸公差之间的关系。处理形位公差与尺寸公差之间关系的原则称为公差原则。公差原则分为独立原则和相关要求。相关要求又分为包容要求、

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