(圓柱體公差配合與其標準化)機械精度設計與檢測

(圓柱體公差配合與其標準化)機械精度設計與檢測第一頁，共74頁。3.1概述：圓柱結合的使用要求

圓柱結合（包括平行平面的結合）是機械產(chǎn)品中應用最廣泛的一種結合形式。根據(jù)不同的使用要求，可分為以下三類：

◆用作相對運動副：保證有配合間隙

◆用作固定連接：保證有一定的過盈◆用作定位可拆卸連接第二頁，共74頁。3.2.1孔和軸的定義軸——通常是指圓柱形外表面；也包括非圓柱形外表面?？住ǔＪ侵笀A柱形內(nèi)表面；也包括非圓柱形內(nèi)表面?？?為包容面，軸:為被包容面

目的：擴大標準應用范圍。3.2基本術語與定義第三頁，共74頁。3.2.2、有關尺寸的定義與術語

1、尺寸

是用特定單位（mm)表示線性尺寸值的值。包括直徑、長度、寬度、高度、中心距等。

２、基本尺寸

設計確定的尺寸；是設計者根據(jù)使用要求，通過計算或根據(jù)經(jīng)驗決定的。

相配合的孔、軸基本尺寸相同，孔、軸（D、d）

應盡量按標準選取

第四頁，共74頁。3、極限尺寸允許尺寸變化的兩個界限值。它以基本尺寸為基數(shù)來確定。

最大極限尺寸：允許的最大尺寸。

最小極限尺寸：允許的最小尺寸。

代號：孔（Dmax、

Dmin）

軸（dmax、dmin）第五頁，共74頁。4、實際尺寸

通過測量所得的尺寸,孔、軸分別用Da與da表示。

由于存在測量誤差，實際尺寸并非被測尺寸的真值。

實際尺寸尺寸合格條件（1）：

Dmin≤Da≤Dmax

dmin≤da≤dmax第六頁，共74頁。5、最大實體尺寸(MMS)

(maximummaterialsize

）

最大實體狀態(tài)（MMC）(maximummaterialcondition）：

-孔或軸允許的材料量為最多時的狀態(tài)

最大實體尺寸：在最大實體狀態(tài)下的極限尺寸

孔：DM——Dmin

軸：dM——dmax第七頁，共74頁。6、最小實體尺寸（LMS）（leastmaterialsize

）

最小實體狀態(tài)(LMC）

(leastmaterialcondition)：

-孔或軸允許的材料量為最少時的狀態(tài)最小實體尺寸：在最小實體狀態(tài)下的極限尺寸

孔：DL——Dmax

軸：dL——dmin第八頁，共74頁。3.2.3、偏差與公差可為正值、負值或零極限偏差:

極限尺寸（最大最小尺寸）與基本尺寸之差。

孔

軸上偏差

ES=Dmax－Des=dmax－d

下偏差

EI=Dmin－D

ei=dmin－d

實際偏差：

實際尺寸與基本尺寸之差。

Ea=Da－D

ea=da－d

偏差:某尺寸與基本尺寸的代數(shù)差。

合格尺寸的實際偏差必須在上下偏差之間。第九頁，共74頁。尺寸合格條件：

孔：EI≤

Ea

≤ES

軸：ei≤ea≤es第十頁，共74頁。2、尺寸公差（公差T）

允許尺寸的變動量。

孔公差：TD＝|Dmax－Dmin|＝|ES－EI|軸公差：Td＝|dmax－dmin|＝|es－ei|

為絕對值第十一頁，共74頁。3、公差與偏差的區(qū)別

偏差表示實際尺寸與基本尺寸偏離的程度

加工時調(diào)整機床刀具與零件相對位置的依據(jù)

其值為代數(shù)差（可為正值、負值或零）公差反映一批零件實際尺寸的離散程度反映加工精度的高低

其值為絕對值第十二頁，共74頁。4、尺寸公差帶圖

公差帶：由上下偏差所表示的區(qū)域。

公差帶圖反映了尺寸、偏差、公差的關系；

零線：確定偏差位置的一條基準線；標注基本尺寸線、基本尺寸值和符號“＋、0、－”。注意在公差帶圖上，必須注上基本尺寸和偏差值！第十三頁，共74頁。3.2.4、有關配合的術語1、配合

基本尺寸相同的、相互結合的孔和軸公差帶之間的關系，反映孔和軸之間的松緊程度2、間隙或過盈(孔的尺寸)-(軸的尺寸)≥0

間隙“X”≤0

過盈“Y”軸基本尺寸0+-孔軸孔孔軸第十四頁，共74頁。3、配合的類別1）間隙配合:具有間隙或間隙為零時的配合。

特點：孔的公差帶在軸公差帶之上。（包括Xmin＝0）XmaxXminESesei+0_φ20最大間隙：Xmax=Dmax－dmin=ES－ei最小間隙：Xmin=Dmin－dmax=EI－es

平均間隙：Xav=(Xmax+Xmin)/2

φ20ESei+0_Xmin=0Xav第十五頁，共74頁。2）過盈配合：

具有過盈或過盈量為零的配合。

特點：孔的公差帶在軸公差帶之下。（包括Ymin＝0）YminYmax最小過盈：Ymin=Dmax－dmin=ES－ei

最大過盈：Ymax=Dmin－dmax=EI－es平均過盈：Yav=(Ymax+Ymin)/2

φ20ES=eies+0_EIYmin=0ESesei+0_φ20EIYav第十六頁，共74頁。3）過渡配合:

可能具有間隙或過盈的配合。

特點：孔的公差帶與軸公差帶相互交疊。ESesei+0_φ30XmaxYmax最大間隙：Xmax=Dmax－dmin=ES－ei最大過盈：Ymax=Dmin－dmax=EI－es平均過盈（間隙）：Yav(

Xav)

=(Xmax+Ymax)/2YavESesei+0_φ30第十七頁，共74頁。配合公差帶圖:可直觀地表達孔、軸的配合性質(zhì)，即配合松緊及其變動情況

橫坐標(零線)是確定間隙或過盈的一條基準直線縱坐標值:表示極限間隙或極限過盈的數(shù)值。橫坐標上為正值，表示間隙；

下為負值，表示過盈。兩個極限值之間區(qū)域的寬度為配合公差。配合公差反映配合精度第十八頁，共74頁。標準化標準化基本偏差EI基本偏差es＋0－標準公差標準公差

基本偏差指靠近零線或位于零線的極限偏差。公差帶的兩個要素公差帶的大小公差帶的位置標準公差極限偏差基本偏差下面討論這兩個要素的標準化第十九頁，共74頁。標準公差等級：

國家標準規(guī)定的公差等級共20個，代號為：

IT01、IT0、IT1、IT2、…、IT18高低目的是滿足不同行業(yè)、不同精度的產(chǎn)品要求

一般應用普遍的是：IT12~IT5；

粗加工可達IT12~IT11；

一般精加工可達IT8~IT7（精車IT6，精磨外圓IT5）；

精密加工（研磨、珩磨、等）可達IT5~IT3。標準公差值是如何確定的？3.3公差帶大小的標準化標準公差數(shù)值表表3-2第二十頁，共74頁。標準公差：IT（ISOTolerance）：是國標規(guī)定的，用以確定公差帶大小的任一公差值。公差用于控制加工誤差，所以公差的計算由加工誤差試驗統(tǒng)計規(guī)律得來經(jīng)驗公式：3.3公差帶大小的標準化3.3.1、標準公差值的確定方法標準公差等級與標準公差因子的乘積。第二十一頁，共74頁。二、標準公差因子及其計算式的確定

標準公差因子是計算標準公差的基本單位，它是通過對不同尺寸的零件加工后產(chǎn)生的加工誤差的統(tǒng)計分析發(fā)現(xiàn)的。標準公差因子i

與零件尺寸的關系如圖所示:在常用尺寸段（≤500mm)內(nèi),呈立方拋物線關系當尺寸較大時，接近線性關系第二十二頁，共74頁。標準公差因子：D等于基本尺寸所屬尺寸分段的首尾兩尺寸的幾何平均值，單位mm。其中：D的單位為

mm

I

的單位為μmi=0.45(D)1/3+0.001D式中D取為平均尺寸：第二十三頁，共74頁。三、標準公差的計算及a值的確定公差等級公式公差等級公式公差等級公式IT010.3+0.08DIT610iIT13250iIT00.5+0.12DIT716iIT14400iIT10.8+0.2DIT825iIT15640iIT2（IT1）(IT5/IT1)1/4

IT940iIT161000iIT3（IT1）(IT5/IT1)1/2

IT1064iIT171600iIT4（IT1）(IT5/IT1)3/4IT11100iIT182500iIT57iIT12160i

IT5～IT18標準公差計算公式：IT=a·i

a

——公差等級系數(shù)（反映精度的高低）

1、標準公差的計算公式第二十四頁，共74頁。2、尺寸分段

分段目的：簡化公差數(shù)值表分段原則：先密后疏

i

的計算采用段內(nèi)首尾的幾何平均值。Dj=

=97.98例如：80－120尺寸段i＝2.173

若基本尺寸為90，IT6=？第二十五頁，共74頁。3.4.1、基本偏差系列基本偏差——國家標準規(guī)定的用以確定公差帶相對于零線位置的上偏差或下偏差，是指靠近零線的極限偏差。1．基本偏差的代號

孔、軸基本偏差各有28種，用英文字母表示?？子么髮懽帜?，軸用小寫字母。

孔：A、B…Z去掉：I,L,O,Q,W增加：CD,EF,FG,JS,ZA,ZB,ZC軸：a、b…z去掉：i,l,o,q,w增加：cd,ef,fg,js,za,zb,zc3.4、公差帶位置的標準化第二十六頁，共74頁?？椎幕酒钕盗?/p>

A~H:為下偏差EIJ~ZC:為上偏差ESH:EI=0

JS:偏差對稱于零線第二十七頁，共74頁。軸的基本偏差系列

a~h:為上偏差esj~zc:為下偏差eih:es=0js:偏差對稱于零線第二十八頁，共74頁?？纵S第二十九頁，共74頁。2、配合制配合制也稱基準制；為簡化配合國家規(guī)定有：基孔制和基軸制。

基孔制：基本偏差為一定的孔的公差帶與不同基本偏差軸的公差帶形成各種配合的一種制度。其中孔為基準孔，其下偏差為零。代號為“H”。0+-基本尺寸孔軸軸軸軸軸軸軸間隙配合過渡配合過盈配合

過渡或過盈軸第三十頁，共74頁?；S制：基本偏差為一定的軸的公差帶與不同基本偏差孔的公差帶形成各種配合的一種制度。其中軸為基準軸，其上偏差為零。代號“h”。

0+-

軸孔孔孔孔孔孔孔間隙配合過渡配合過盈配合

過渡或過盈孔基本尺寸第三十一頁，共74頁。3.4.2、軸的基本偏差的計算軸的基本偏差：由表3-3經(jīng)驗公式算出，其數(shù)值見表3-4?；S制：定義軸的上偏差ei為零。

這些經(jīng)驗公式是以基孔制為依據(jù)，根據(jù)設計要求、生產(chǎn)實踐和科學實驗，經(jīng)統(tǒng)計分析得到的。例如:f的計算公式：

k的計算公式：第三十二頁，共74頁。3.4.3、孔的基本偏差的計算

孔的基本偏差由同名配合的軸的基本偏差換算而得。

換算的前提是：基孔制配合與同名的基軸制配合的配合性質(zhì)必須相同。

(按表3-4計算）例如：H9/f9F9/h9H6/r5R6/h5H7/f6F7/h6由于孔比軸難加工，故對高精度的孔軸配合，即公差等級較高時，孔通常比軸低一個公差等級。

第三十三頁，共74頁。通用規(guī)則特殊規(guī)則EI＝－es適合A—HES＝－ei適合J－ZC低公差等級ES＝－ei+△△＝ITn-ITn-1適合J－ZC高公差等級根據(jù)以上換算規(guī)則，得出孔的基本偏差的計算公式為以下兩條規(guī)則：◆特殊規(guī)則

基本尺寸>3至500mm，≤IT8的J、K、M、N

以及≤IT7的P~ZC具體數(shù)值見表3-5(P41)。

第三十四頁，共74頁。3、孔、軸另一偏差的計算孔、軸另一偏差(上偏差或下偏差）根據(jù)孔、軸基本偏差和選用的標準公差計算

對于孔：

A至H

ES＝EI＋IT

J至ZC

EI＝ES－IT

對于軸：

a至h

ei=es-IT

j至zc

es=ei+IT

本節(jié)結束第三十五頁，共74頁。一、公差帶的代號公差帶代號:由基本偏差代號和公差等級組合而成例如：H7、F8，m7、t6

公差帶代號在零件圖上的標注3.5公差帶與配合的優(yōu)化第三十六頁，共74頁。20等級和28種基本偏差，導致標準公差帶的數(shù)量：20X28＝560種

二、優(yōu)先、常用、一般公差帶一般用：116種常用：59種

優(yōu)先用：13種表3-6軸的優(yōu)先、常用、一般公差帶P51第三十七頁，共74頁。一般用：105種常用：44種

優(yōu)先用：13種表3-7孔的優(yōu)先、常用、一般公差帶P51第三十八頁，共74頁。三、配合代號及優(yōu)先配合公差帶代號:由基本偏差和公差等級代號組合而成例如：H7、F8，m7、t6

公差帶代號標注在零件圖上

配合代號:由孔和軸的公差帶組合用分數(shù)形式表示例如：Φ50φ50H7/f6；φ50G7/h6

。配合代號標注在裝配圖上。1、配合代號第三十九頁，共74頁。2.5光滑軸孔配合hH基孔制a－h(huán)：間隙配合js－n：過渡配合p－zc：過盈配合基軸制A－H：間隙配合JS－N：過渡配合P－ZC：過盈配合第四十頁，共74頁。指出下列配合的種類基軸制A－H：間隙配合JS－N：過渡配合P－ZC：過盈配合基孔制a－h(huán)：間隙配合js－n：過渡配合p－zc：過盈配合間隙配合過盈配合過渡配合間隙配合第四十一頁，共74頁。2、優(yōu)先配合與常用配合常用配合：59種

優(yōu)先配合：13種表3-8基孔制優(yōu)先常用配合第四十二頁，共74頁。常用配合：47種

優(yōu)先配合：13種表3-9基軸制優(yōu)先常用配合第四十三頁，共74頁。公差與配合在圖樣上的標注第四十四頁，共74頁。3.6.1、配合制的選用

基孔制和基軸制屬于平行配合制，即基孔制配合能滿足要求的，基軸制配合也能滿足使用要求。如：H7/k6與K7/h6的配合性質(zhì)完全相同，稱為“同名配合”。所以，配合制的選擇與功能要求無關，主要考慮加工的經(jīng)濟性和結構的合理性。3.6圓柱結合的精度設計第四十五頁，共74頁?？蓽p少孔用定值刀具和光滑極限塞規(guī)的規(guī)格和數(shù)量

實際工作中一般情況下優(yōu)先選用基孔制從工藝上看，對較高精度的中、小尺寸孔，廣泛采用定值刀、量具加工和檢驗

采用基孔制鉆頭、鉸刀、塞規(guī)（1）優(yōu)先選用基孔制

第四十六頁，共74頁。a）使用冷拉棒料直接作軸（IT9～IT11）（2）特殊情況下采用基軸制

b）一軸與多個孔配合且松緊不一樣時（結構需要）

1.活塞2.活塞銷3.連桿第四十七頁，共74頁。1.活塞2.活塞銷3.連桿第四十八頁，共74頁。（3）與標準件配合時，應以標準件作基準Φ55k6

Φ100J7

第四十九頁，共74頁。（4）必要時采用非標準制Φ55k6

Φ100J7

Φ100J7/e9Φ55D9/k6φ58H7/r6第五十頁，共74頁。3.6.2、公差等級的選擇

基本要求：協(xié)調(diào)使用要求與制造工藝、加工成本之間的關系。

選擇方法：類比法、計算法

選擇原則：在滿足使用要求的前提下，盡量選取低的等級。第五十一頁，共74頁。（1）類比法選擇a)熟悉各個公差等級的應用情況

IT01～IT1用于量塊的尺寸公差

IT2～IT5用于精密配合、量規(guī)公差

IT5～IT12用于配合尺寸公差，其中

IT5軸與IT6孔：用于高精度的重要配合

IT6軸與IT7孔：應用廣、較高精度的重要配合

Φ55k6

Φ100J7

Φ100J7/e9Φ55D9/k6φ58H7/r6IT7軸與IT8孔：中等精度要求的配合

IT9－IT12：用于不重要的配合

IT12～IT18用于非配合尺寸

第五十二頁，共74頁。b)

熟悉各種加工方法可以達到的等級

c)

應遵循工藝等價的原則

當公差等級在IT8以上時，孔比軸低一級；如：H8/m7、K7/h6；

當公差等級在IT8以下時，孔與軸同級；如：H9/h9、D9/h9，

IT8級的孔可與同級的軸配合，也可以與高一級的軸配合。如：H8/f8、H8/k7。

第五十三頁，共74頁。Φ55k6

Φ100J7

Φ100J7/e9Φ55D9/k6φ58H7/r6e)盡量降低成本。

d)相配合的零、部件的精度應相匹配。第五十四頁，共74頁。（2）計算法選擇公差等級

間隙配合計算——主要用于滑動軸承過盈配合計算——根據(jù)連接強度和材料許用應力計算第五十五頁，共74頁。例：一軸孔配合，基本尺寸Φ30mm，要求間隙在＋20～＋55μm之間，試選出配合。

解：1）選擇基準制：采用基孔制孔基本偏差代號為H。2）確定公差等級：

Tf=55-20=35μm

先取TD=Td=Tf/2=17.5μm

由附表3-2查得

TD=IT7=21μmTd=IT6=13μm第五十六頁，共74頁。3）選配合ES＝＋0.021es＝？ei=－0.0335520+0_φ30－0.020希望es=-20μm查表3-4

配合為：得基本偏差為fes＝-20μmei=-33μm4）驗算最大最小間隙量第五十七頁，共74頁。選擇配合的任務：就是根據(jù)零件的功能要求，確定配合的種類，進而確定基本偏差代號。

H

選擇方法：

類比法、計算法和試驗法三種。類比法是選擇配合種類的主要方法。應用類比法選擇時，要考慮以下因素：

各種基本偏差形成的配合特征及應用；配合件的工作情況其他因素第五十八頁，共74頁。(1)各類基本偏差形成配合的特征及應用

以基孔制說明

a)間隙配合

用于工作時有相對運動或裝拆頻繁的連接。H/aH/b……H/h間隙逐漸減小常用間隙配合H/d——大間隙配合H/f——中等間隙配合H/g——小間隙配合H/h——Xmin=0第五十九頁，共74頁。b)過渡配合

用于既要求對中性，又要求裝拆方便的配合，傳遞載荷必須加鍵或銷等。H/jsH/jH/kH/mH/n逐漸變緊常用過配合H/js——較松H/k——一般（標準定心配合）H/n——較緊第六十頁，共74頁。

利用過盈來保證固定或傳遞載荷，過盈配合傳遞載荷有時需要加鍵或銷連接。H/pH/r……H/zc越來越緊常用過盈配合H/p——

小過盈配合H/r——中等過盈配合H/s——半永久連接H/u——永久連接c)過盈配合

傳遞轉(zhuǎn)矩需加鍵第六十一頁，共74頁。

運動精度定心精度拆卸情況載荷大小

軸孔溫差

（2）工作條件對配合的松緊要求二者均要求時，選小間隙配合二者均要求時，選過渡、小間隙配合載荷越大，選擇的配合要求越緊溫差越大選擇的配合應該越松第六十二頁，共74頁。（3）裝配變形對配合選擇的影響

第六十三頁，共74頁。（4）生產(chǎn)類型對配合選擇的影響

第六十四頁，共74頁。代表車間的一般加工的經(jīng)濟加工精度3.7、線性尺寸的未注公差(freetolerance)

線性尺寸的未注公差是指在普通工藝條件下，機床設備一般的加工能力就可保證的公差。用于精度較低的場合。分為f,m,c,v四個等級。見表3-16.

未注公差尺寸又稱自由尺寸。在圖紙上一般不注其公差值，但這類尺寸不是沒有任何要求和限制。其極限偏差按以下方法確定：±1/2IT（JS或js）即對稱偏差標注。第六十五頁，共74頁。1、公差要求很低。如非配合尺寸，但從裝配方便、減輕重量、節(jié)約材料以及外形統(tǒng)一美觀提出限制性要求。2、可由工藝保證的尺寸。如沖壓件，只要沖模的尺寸正確，則工件尺寸變動范圍有限。3、簡化制圖。突出重要尺寸，對其余尺寸不詳細一一標出。第六十六頁，共74頁。線性尺寸一般公差的圖樣表示方法本節(jié)結束第六十七頁，共74頁。1．圖樣標注φ30