第五章幾何精度

第5章機械精度設(shè)計學(xué)習(xí)指導(dǎo)本章學(xué)習(xí)目的是掌握極限與配合的選用：包括基準(zhǔn)制的選用；公差等級的選用和配合的選用。掌握幾何公差的選用：幾何公差項目的選擇；基準(zhǔn)要素的選擇；幾何公差等級的選擇；公差原則的選用。掌握表面粗糙度的選擇：表面粗糙度參數(shù)值的選用原則、方法和步驟。正確處理這三者之間的關(guān)系并用于零件的精度設(shè)計。5.1概述

系統(tǒng)設(shè)計參數(shù)設(shè)計精度設(shè)計系統(tǒng)設(shè)計：根據(jù)使用功能要求確定機械產(chǎn)品的基本工作原理和總體布局，以保證總體方案合理性和先進性。如傳動系統(tǒng)原理、位移、速度等。參數(shù)設(shè)計：根據(jù)產(chǎn)品的使用功能和可靠性要求來確定機構(gòu)各零件的結(jié)構(gòu)和尺寸。即確定機械產(chǎn)品幾何形體各要素的公稱尺寸。如選擇合適的形狀、尺寸、材料及處理方式等。精度設(shè)計：根據(jù)對機械的靜態(tài)和動態(tài)精度的要求以及制造的經(jīng)濟性來確定零件幾何要素允許的加工和裝配誤差。即尺寸精度、幾何精度和表面質(zhì)量等幾個方面的選擇與設(shè)計，并正確標(biāo)

注在零部件圖和裝配圖上。

如選擇合適的形狀、尺寸、材料及處理方式等。精度設(shè)計的基本原則：經(jīng)濟的滿足功能要求類比法計算法試驗法一、配合制的選用與使用要求無關(guān)。主要考慮結(jié)構(gòu)合理性，加工工藝性和經(jīng)濟性。（1）直接使用有一定公差等級（IT8～IT11）而不再進行機械加工的冷拔鋼材（這種鋼材是按基準(zhǔn)軸的公差帶制造）制作軸。若需要各種不同的配合時，可選擇不同的孔公差帶位置來實現(xiàn)。這種情況主要應(yīng)用在農(nóng)業(yè)機械和紡織機械中。1．一般情況下應(yīng)優(yōu)先選用基孔制2．必要時選用基軸制5.2尺寸精度的設(shè)計極限與配合的選用配合制、公差等級和配合種類的選擇在滿足使用要求的前提下，確保獲得最佳的技術(shù)經(jīng)濟效益（2）加工尺寸小于1mm的精密軸比同級孔要困難，因此在儀器制造、鐘表生產(chǎn)、無線電工程中，常使用經(jīng)過光軋成形的鋼絲直接做軸，這時采用基軸制較經(jīng)濟。（3）根據(jù)結(jié)構(gòu)上的需要，在同一基本尺寸的軸上裝配有不同配合要求的幾個孔件時應(yīng)采用基軸制。如下圖所示。間隙配合過渡配合過渡配合連桿活塞銷活塞g6H7m6m6+0fD_G7M7h6M7+0fD_圖5.1配合制選擇示例

若與標(biāo)準(zhǔn)件(零件或部件)配合，應(yīng)以標(biāo)準(zhǔn)件為基準(zhǔn)件、來確定采用基孔制還是基軸制。（4）與標(biāo)準(zhǔn)件配合的基準(zhǔn)制選擇

如平鍵、半圓鍵等鍵聯(lián)接，由于鍵是標(biāo)準(zhǔn)件，鍵與鍵槽的配合應(yīng)采用基軸制；滾動軸承外圈與箱體孔的配合應(yīng)采用基軸制，滾動軸承內(nèi)圈與軸的配合應(yīng)采用基孔制，如圖5-2所示選擇箱體孔的公差帶為J7，選擇軸頸的公差帶為k6。3．非基準(zhǔn)制配合的采用

圖5-2基準(zhǔn)制選擇示例k6f50f110J7J7f110f9二、公差等級的選用1）在滿足使用要求的前提下，盡可能選較低的公差等級或較大的公差值。1.依據(jù)：TD＋Td≤Tf2.選擇原則:2）滿足工藝等價原則對于基本尺寸≤500mm有較高公差等級的配合，因孔比同級軸難加工，當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)公差≤IT8時，國標(biāo)推薦孔比軸低一級相配合，使孔、軸的加工難易程度相同。但對＞IT8級或基本尺寸＞500mm的配合，因孔的測量精度比軸容易保證，推薦采用孔、軸同級配合。1）計算—查表（下面將舉例說明）2）類比法：參照類似的機構(gòu)、工作條件和使用要求的經(jīng)驗資料，進行比照。（常用方法）3.方法:實質(zhì)是要具體解決機械零件使用要求與制造工藝與成本之間的矛盾。滿足使用要求的前提下，盡量選取較低的公差等級1）公差等級的應(yīng)用范圍，見表5-1；配合尺寸公差等級的應(yīng)用見表5-2。＃類比法應(yīng)考慮以下幾點：3）各種加工方法能夠達到的公差等級，見表5--3，可供選擇時參考。2）工藝等價4）相配零件或部件精度要匹配。如與滾動軸承相配合的軸和孔的公差等級與軸承的精度有關(guān)，如圖5-2所示。再如與齒輪相配合的軸的公差等級直接受齒輪的精度影響。5）根據(jù)配合性質(zhì)選擇公差等級：過盈、過渡配合的公差等級不能太低，一般孔的標(biāo)準(zhǔn)公差≤IT8，軸的標(biāo)準(zhǔn)公差≤IT7。間隙配合則不受此限制。但間隙小的配合，公差等級應(yīng)較高；而間隙大的配合，公差等級可以低些。例如，選用H6/g5和H11/a11是可以的，而選用H11/g11和H6/a5則不合適。6）在非基準(zhǔn)制配合中，有的零件精度要求不高，可與相配合零件的公差等級差2～3級，如圖2-20中箱體孔與軸承端蓋的配合。三、配合的選用1．根據(jù)使用要求確定配合的類別配合的選擇首先要確定配合的類別。選擇時，應(yīng)根據(jù)具體的使用要求確定是間隙配合還是過渡或過盈配合。例如，孔、軸有相對運動(轉(zhuǎn)動或移動)要求，必須選擇間隙配合；若孔、軸間應(yīng)無相對運動，應(yīng)根據(jù)具體工作條件的不同確定過盈、過渡甚至間隙配合。表5-4給出了配合類別選擇的大體方向。無相對運動要傳遞轉(zhuǎn)矩永久結(jié)合較大過盈的過盈配合可拆結(jié)合要精確同軸輕型過盈配合、過渡配合或基本偏差為H(h)①的間隙配合加緊固件②不要精確同軸間隙配合加緊固件②不需要傳遞轉(zhuǎn)矩，要精確同軸過渡配合或輕的過盈配合有相對運動只有移動基本偏差為H(h)、G(g)①等間隙配合轉(zhuǎn)動或轉(zhuǎn)動和移動的復(fù)合運動基本偏差A(yù)～F(a～f)①等間隙配合表5-4配合類別選擇的大體方向

計算法就是根據(jù)理論公式，計算出使用要求的間隙或過盈大小來選定配合的方法。對依靠過盈來傳遞運動和負(fù)載的過盈配合，可根據(jù)彈性變形理論公式，計算出能保證傳遞一定負(fù)載所需要的最小過盈和不使工件損壞的最大過盈。由于影響間隙和過盈的因素很多，理論的計算也是近似的，所以在實際應(yīng)用中還需經(jīng)過試驗來確定，一般情況下，很少使用計算法。

2．選定基本偏差（配合）的方法試驗法就是用試驗的方法確定滿足產(chǎn)品工作性能的間隙或過盈范圍。該方法主要用于對產(chǎn)品性能影響大而又缺乏經(jīng)驗的場合。試驗法比較可靠，但周期長、成本高，應(yīng)用也較少。

類比法就是參照同類型機器或機構(gòu)中經(jīng)過生產(chǎn)實踐驗證的配合的實例，再結(jié)合所設(shè)計產(chǎn)品的使用要求和應(yīng)用條件來確定配合。該方法應(yīng)用最廣。

用類比法選擇配合，首先要掌握各種配合的特征和應(yīng)用場合，尤其是對國家標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的優(yōu)先配合要非常熟悉。

3．用類比法選擇配合時應(yīng)考慮的因素p39表2-10是基軸本制常用和優(yōu)先配合。p38表2-9是尺寸至500mm基孔制優(yōu)先配合的特征及應(yīng)用。

配合的選擇應(yīng)盡可能地選用優(yōu)先配合，其次是常用配合，再次是一般配合。

如果仍不能滿足要求，可以選擇其他的配合。選擇方法主要是類比法。相對運動情況無定心要求的慢速轉(zhuǎn)動高速轉(zhuǎn)動中速轉(zhuǎn)動精密低速轉(zhuǎn)動或移動或手動移動選擇基本偏差c(C)d(D)或e(E)f(F)g(G)h(H)各類基本偏差在形成基孔制（或基軸制）配合時的應(yīng)用場合大致總結(jié)如下：間隙配合按相對運動速度選擇各種過盈配合基本偏差的比較與選擇

過盈程度選擇根據(jù)較小或小的過盈中等與大的過盈很大與特大的過盈傳遞扭矩的大小

加緊固件傳遞一定的扭矩與軸向力，屬輕型過盈配合。不加緊固件可用于準(zhǔn)確定心僅傳遞小矩，需軸向定位（過盈配合時）不加緊固件可傳遞較小的扭矩與軸向力，屬中型過盈配合

不加緊固件可傳遞大的扭矩與軸向力、特大扭矩和動荷，屬重型、特重型過盈配合裝卸情況用于需要拆時，裝入時使用壓入機用于很少拆卸時

用于不拆卸時，一般不推薦使用。對于特重型過盈配合（后三種）需經(jīng)試驗才能應(yīng)用應(yīng)選擇的基本偏差p（P）、r（R）s（S）、t（T）u（U）、v(V)、x（X）、y（Y）、z（Z）盈、隙情況過盈率很小稍有平均間隙過盈率中等平均過盈接近為零過盈率較大平均過盈較小過盈率大平均過盈稍大定心要求要求較好定心時要求定心精度較高時要求精密定心時要求更精密定心時裝配與拆卸情況木錘裝配拆卸方便木錘裝配拆卸比較方便最大過盈時需相當(dāng)?shù)膲喝肓?，可以拆卸用錘或壓力機裝配拆卸較困難應(yīng)選擇的基本偏差js（JS）k（K）m（M）n（N）各種過渡配合基本偏差的比較與選擇用類比法選擇配合時還必須考慮如下一些因素：受載情況拆裝情況配合件的結(jié)合長度和形位誤差配合件的材料溫度的影響

裝配變形的影響

生產(chǎn)類型

TDD

maxD

minTdd

maxdminf6f60H7。f80H7u64.已知配合的極限盈、隙時，基本偏差的確定方法間隙配合

可按Xmin來選擇基本偏差代號對基孔制間隙配合有es≤-Xmin對基軸制間隙配合有EI≥+Xmin過渡配合

可按Xmax來選擇基本偏差代號對基孔制過渡配合有TD-ei≤Xmax對基軸制過渡配合有ES-(-Td)≤Xmax過盈配合

可分別按Ymin來選擇基本偏差代號基孔制過渡配合有TD-ei≤Ymin對基軸制過渡配合有ES-(-Td)≤Ymin計算—查表法確定基本偏差代號的計算公式p128例5－2則孔為：因為所以

實際應(yīng)用時，計算出的公差數(shù)值和極限偏差數(shù)值不一定與表中的數(shù)據(jù)正好一致。應(yīng)按照實際的精度要求，適當(dāng)選擇。

因此，滿足要求。在大批生產(chǎn)條件下，一般規(guī)定/Tf＜10％仍可滿足使用要求（Δ為實際極限盈隙與給定極限盈隙的差值）。例5-3圖所示為鉆模的一部分。鉆模板4上裝有固定襯套2，快換鉆套1與固定襯套配合，在工作中要求快換鉆套1能迅速更換。在壓緊螺釘3松開（不必取下）的情況下，當(dāng)快換鉆套1以其銑成的缺邊A對正壓緊螺釘3時，可以直接進行裝卸；當(dāng)快換鉆套1的臺階面B旋至螺釘3的下端面時，擰緊螺釘3，快換鉆套1就被固定，防止了它的軸向竄動和周向轉(zhuǎn)動。若用如圖a)所示鉆模來加工工件上的12mm孔，試選擇固定襯套2與鉆模板4、快換鉆套1與固定襯套2以及快換鉆套1的內(nèi)孔與鉆頭之間的配合（基本尺寸見圖）。3壓緊螺釘41鉆套2固定襯套f12f25f18A缺邊B臺階面圖5-7鉆模鉆模板解（1）基準(zhǔn)制的選擇對固定襯套2與鉆模板4的配合以及快換鉆套1與固定襯套2的配合，因結(jié)構(gòu)無特殊要求，按國標(biāo)規(guī)定，應(yīng)優(yōu)先選用基孔制。（2）公差等級的選擇參看表5-1，鉆模夾具各元件的連接，可按用于配合尺寸的IT5～IT12級選用。參看表5-2，重要的配合尺寸，對軸可選IT6，對孔可選IT7。本例中鉆模板4的孔、固定襯套2的孔、鉆套的孔統(tǒng)一按IT7選用。而固定襯套2的外圓、鉆套1的外圓則按IT6選用。對鉆頭與鉆套1內(nèi)孔的配合，因鉆頭屬標(biāo)準(zhǔn)刀具，應(yīng)采用基軸制配合。（3）配合種類的選擇

固定襯套2與鉆模板4的配合，要求聯(lián)接牢靠，在輕微沖擊和負(fù)荷下不能發(fā)生松動，即使固定襯套內(nèi)孔磨損了，需更換拆卸的次數(shù)也不多。因此參看表5-5可選平均過盈率大的過渡配合n，本例配合選為f25H7/n6.鉆套1與固定襯套2的配合,要求經(jīng)常用手更換，故需一定間隙保證更換迅速。但因又要求有準(zhǔn)確的定心，間隙不能過大，為此參看表5-5可選精密滑動的配合g。本例選為f18H7/g6。至于鉆套1內(nèi)孔，因要引導(dǎo)旋轉(zhuǎn)著的刀具進給，既要保證一定的導(dǎo)向精度，又要防止間隙過小而被卡住。根據(jù)鉆孔切削速度多為中速，參看表2-15應(yīng)選中等轉(zhuǎn)速的基本偏差F，本例選為f12F7。必須指出：