首页机械工程机械设计互换性与测量技术 02 第三章 尺寸公差、圆柱结合的精度设计与检测.pptx

02 第三章 尺寸公差、圆柱结合的精度设计与检测.pptx

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本课件讲解圆柱结合的精度设计,从孔轴定义、尺寸偏差与公差、配合分类与配合公差入手,进而说明配合制、标准公差系列、基本偏差系列,并给出配合制、公差等级、配合与未注尺寸公差的选用方法。

第三章尺寸公差与圆柱结合精度设计封面,标示章节主题与精度设计检测内容
第三章内容提要页,列出概述、极限与配合术语、标准构成原理等五项学习要点
圆柱结合使用要求示意图,对比相对运动副、固定连接与定位可拆连接三类配合要求
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第1页:第三章 尺寸公差与圆柱结合封面

章标题
第三章 尺寸公差、圆柱结合的精度设计与检测

第2页:第三章内容提要

内容提要

  1. 概述
  2. 《极限与配合》的基本术语和定义
  3. 《极限与配合》标准的构成基本原理——配合制、标准公差和基本偏差
  4. 圆柱结合的精度设计的基本内容和基本方法
  5. 未注尺寸公差的特点

第3页:圆柱结合的使用要求

圆柱结合的使用要求

用作相对运动副
这类结合必须保证有一定的间隙。
用作固定连接
这类结合必须保证有一定的过盈。
用作定位可拆连接
这类结合必须保证间隙不大,过盈也不能大。

二、极限与配合的基本结构:由标准公差系列与基本偏差系列构成。

第4页:孔与轴的定义

孔
通常指圆柱形的内表面,也包括非圆柱形的内表面,即由二平行平面或切平面形成的包容面。
轴
通常指圆柱形的外表面,也包括非圆柱形的外表面,即由二平行平面或切平面形成的被包容面。

第5页:尺寸、偏差与公差的术语

尺寸
以特定单位表示线性尺寸值的数字。
基本尺寸
设计给定的尺寸(孔 D、轴 d)。
实际尺寸
零件加工后通过测量获得的某一尺寸(Da、da)。
极限尺寸
允许尺寸变化的两个界限值(Dmax、Dmin,dmax、dmin)。
尺寸偏差
某一尺寸减其基本尺寸所得的代数差。孔:ES=Dmax-D,EI=Dmin-D;轴:es=dmax-d,ei=dmin-d。

第6页:尺寸公差的定义与计算式

尺寸公差(简称公差)
允许尺寸的变动量。
孔的公差
TD=|Dmax-Dmin|=|ES-EI|
轴的公差
Td=|dmax-dmin|=|es-ei|

第7页:零线与尺寸公差带图

零线
确定偏差的一条基准线,即零偏差线,通常零线表示基本尺寸。
尺寸公差带
由代表上、下偏差或最大、最小极限尺寸的两条直线所限定的一个区域。

第8页:例3.1 孔轴极限偏差与公差带图

例3.1 已知 D(d)=Φ25,Dmax=Φ25.021,Dmin=Φ25,dmax=Φ24.980,dmin=Φ24.967,求孔、轴的极限偏差和公差,画出尺寸公差带图的两种画法,并写出极限偏差在图样上的标注。

  • 孔:ES=+0.021,EI=0,TD=|ES-EI|=0.021
  • 轴:es=-0.020,ei=-0.033,Td=0.013

第9页:思考题:圆柱结合与公差区别

  1. 对圆柱结合的使用要求有哪些?
  2. 尺寸偏差和尺寸公差有何区别?

第10页:配合的定义与间隙配合

配合
基本尺寸相同、相互结合的孔和轴公差带之间的关系。
间隙或过盈
孔的尺寸减轴的尺寸所得的代数差,X=D-d≥0 称间隙,Y=D-d≤0 称过盈。
间隙配合
具有间隙(包括最小间隙等于零)的配合。Xmax=Dmax-dmin=ES-ei;Xmin=Dmin-dmax=EI-es。

第11页:过盈配合

过盈配合
具有过盈(包括最小过盈等于零)的配合。
最大过盈
Ymax=Dmin-dmax=EI-es
最小过盈
Ymin=Dmax-dmin=ES-ei

第12页:过渡配合

过渡配合
可能具有间隙或过盈的配合。
最大间隙
Xmax=Dmax-dmin=ES-ei
最大过盈
Ymax=Dmin-dmax=EI-es

第13页:配合公差及其计算公式

配合公差是指允许间隙或过盈的变动量,反映配合的松紧变化程度,表示配合精度,是评定配合质量的重要综合指标;在数值上是一个没有正、负号也不能为零的绝对值。

三类配合的配合公差计算公式
配合类别配合公差公式
间隙配合Tf=|Xmax-Xmin|
过盈配合Tf=|Ymin-Ymax|
过渡配合Tf=|Xmax-Ymax|
共同公式Tf=TD+Td

第14页:配合计算例题图(三组公差带)

本页为三组 Φ50 孔、轴配合的公差带图,源文件仅提取到零散的尺寸偏差数值(如 +0.025、-0.025、-0.041、+0.059、+0.043、+0.018、+0.002),具体的孔轴配对关系建议对照原课件图片补充。

第15页:例3.2 三组配合的极限间隙与配合公差

解:按下式分别计算三组配合的极限间隙或极限过盈与配合公差,并画出公差带图、说明配合类别。

例3.2 Φ50 三组配合的计算结果
组别计算过程结果(mm)配合类别
(1)Xmax=ES-ei=+0.025-(-0.041);Xmin=EI-es=0-(-0.025)Xmax=+0.066,Xmin=+0.025,Tf=0.041间隙配合
(2)Ymax=EI-es=0-(+0.059);Ymin=ES-ei=+0.025-(+0.043)Ymax=-0.059,Ymin=-0.018,Tf=0.041过盈配合
(3)Xmax=ES-ei=+0.025-(+0.002);Ymax=EI-es=0-(+0.018)Xmax=+0.023,Ymax=-0.018,Tf=0.041过渡配合

第16页:配合制与基孔制基轴制

配合制
用标准化的孔、轴公差带组成各种配合的制度。
基孔制
基本偏差为一定的孔的公差带,与不同基本偏差的轴的公差带形成各种配合;基准孔代号为 H,基本偏差 EI=0。
基轴制
基本偏差为一定的轴的公差带,与不同基本偏差的孔的公差带形成各种配合;基准轴代号为 h,基本偏差 es=0。

第17页:配合制图(基孔制与基轴制)

本页源文件仅提取到页码,主要内容为基孔制与基轴制的公差带对照图,建议对照原课件图片补充。

第18页:思考题:配合制的作用

什么是配合制?为什么要规定配合制?

第19页:3.1 概述小结

3.1 概述

  1. 基本术语和定义
  2. 配合制

第20页:标准公差因子与标准公差

标准公差
极限与配合制标准中所规定的任一公差,其数值由公差等级和孔、轴基本尺寸确定。
标准公差因子 i(D≤500mm)
i=0.45·³√D+0.001D,式中前者反映加工误差,后者反映测量误差。
标准公差因子 I(D>500~3150mm)
I=0.004D+2.1
公差计算式
T=a·i=a·f(D),a 为公差等级系数(公差单位),单位为 μm;D 为基本尺寸的几何平均值(mm)。

第21页:公差等级与标准公差代号

公差等级
共 20 个等级:01,0,1,…,18;常用的等级为 1,2,…,18 共 18 个等级。
标准公差代号
标准公差代号为 IT,例如 5 级则为 IT5。

标准公差的计算公式摘自 GB/T 1800.3-1998,见表 3.1(单位 μm)。

第22页:标准公差计算公式与尺寸分段

  • IT01、IT0、IT1:式中常数项和 D 的系数按 R10/2 派生系列变化。
  • IT5~IT18:公差等级系数 a 按 R5 系列变化。
  • IT2~IT4:按几何级数插入 IT1 与 IT5 之间。
  • 插入级示例:IT7.5=1.25IT7,IT7.25=1.12IT7。

尺寸分段:由于 i=f(D),不同 D 值得到的公差值数目庞大,不便工程应用。D≤3 不分段;D≤180 继承旧标准不均匀分段;D>180 按 R10 系列分段(细分时按 R20)。同一尺寸段内,各个基本尺寸的同一公差等级的标准公差数值相同。

第23页:表3.2 标准公差数值(图片页)

本页为表 3.2 标准公差数值(摘自 GB/T 1800.3-1998)的表格图片,源文件未提取到具体数值,建议对照原课件图片补充。

第24页:例3.6 与例3.7 公差等级计算

例3.6 已知 D=Φ30,求 IT7、IT8。

  • 查表 3.2 得 IT7=21μm,IT8=33μm。
  • 按公式计算:IT7=a(0.45·³√D+0.001D)=16×(0.45·³√30+0.001×30)=20.96,修约为 21μm;IT8=32.75,修约为 33μm。

例3.7 已知 d1=Φ100,d2=Φ8,Td1=35μm,Td2=22μm,确定两轴加工的难易程度。由表 3.2 得 d1 为 IT7,d2 为 IT8;d2 比 d1 公差等级的精度低,故 d2 容易加工。

3.3 基本偏差——基本偏差系列使公差带位置标准化,确定公差带相对零线位置的上偏差或下偏差,一般为靠近零线的那个偏差。

第25页:基本偏差系列图

本页源文件仅提取到页码,主要内容为基本偏差系列(公差带位置标准化)的图,建议对照原课件图片补充。

第26页:基本偏差代号及其特点

  • 基本偏差代号用拉丁字母表示:26-5(去掉 I、L、O、Q、W)+7(CD、EF、FG、JS、ZA、ZB、ZC)=28 个;大写字母代表孔,小写字母代表轴。
  • 对孔:A-H 为 EI,J-ZC 为 ES;对轴:a-h 为 es,j-zc 为 ei。
  • 基准孔 H:EI=0;基准轴 h:es=0。
  • JS(js)为对称偏差:JS(js)=±ITn/2;若 n 为 7~11 级且 ITn 为奇数时,取 ±(ITn-1)/2。
  • J(j)为近似对称:对 J 仅保留 J6、J7、J8,对 j 保留 j5、j6、j7、j8,其余由 JS(js)代替。
  • 基本偏差原则上与标准公差无关。

第27页:基本偏差形成配合的特性

各种基本偏差形成配合的特性
基本偏差范围形成的配合松紧变化规律
A-H 与 h、a-h 与 H11 种间隙配合A 与 h、a 与 H 间隙最大,依次减小,H 与 h、h 与 H 最小间隙为零
JS、J-N 与 h、js、j-n 与 H5 种过渡配合JS 与 h、js 与 H 较松、获间隙概率大,依次变紧,N 与 h、n 与 H 获过盈概率大
P-ZC 与 h、p-zc 与 H12 种过盈配合P 与 h、p 与 H 过盈最小,依次增大,ZC 与 h、zc 与 H 过盈最大

孔、轴基本偏差计算公式由试验和统计分析得到,其计算公式见表 3.3。

第28页:基本偏差计算公式表(表3.3)

本页为表 3.3 孔、轴基本偏差计算公式的,源文件仅提取到页码,建议对照原课件图片补充具体公式。

第29页:基本偏差数值表与另一极限偏差计算

孔、轴基本偏差数值表
由表 3.3 计算式取 D=√(Dn·Dn+1) 代入,按规定进行尾数修约后得表 3.4(轴)和表 3.5(孔),对应关系见图 3.12。
孔另一极限偏差
A-H:ES=EI+TD;J-ZC:EI=ES-TD。
轴另一极限偏差
a-h:ei=es-Td;j-zc:es=ei+Td。

第30页:例1与例2 查表确定极限偏差

例1 查表确定 Φ30F8 的极限偏差:由表 3.5 得 EI=+20μm,由表 3.2 得 IT8=33μm,ES=EI+IT8=+53μm,故 Φ30F8 标注为 φ30+0.053+0.020。

例2 查表确定 Φ25P7 的极限偏差:由表 3.5 得 ES=-22+Δ=-22+8=-14μm,由表 3.2 得 IT7=21μm,EI=ES-IT7=-35μm,故 Φ25P7 标注为 φ25-0.014-0.035。

第31页:表3.2 标准公差数值(复见)

本页为表 3.2 标准公差数值(摘自 GB/T 1800.3-1998)的表格图片,源文件未提取到具体数值,建议对照原课件图片补充。

第32页:表3.4 轴的基本偏差数值

本页为表 3.4 轴的基本偏差数值表(教材 P46~47)的,源文件未提取到具体数值,建议对照原课件图片补充。

第33页:表3.5 孔的基本偏差数值

本页为表 3.5 孔的基本偏差数值表(教材 P48~49)的,源文件未提取到具体数值,建议对照原课件图片补充。

第34页:思考题:标准公差与基本偏差

  1. 什么是标准公差?国家标准规定了多少个标准公差等级?
  2. 什么是基本偏差?为什么要规定基本偏差?

第35页:配合制的选用原则

3.4 圆柱结合的精度设计 精度设计内容包括:配合制(基准制)、公差等级、配合、未注尺寸公差。

优先选用基孔制
一般情况下应优先选用基孔制。
选用基轴制的情况
①采用冷拉钢材直接作轴,常用于农业、纺织机械;②直径小的光轧钢丝作轴,常用于仪器仪表;③结构上的需要,如一轴与多孔配合且配合性质不同的情况。

第36页:基轴制的补充选用条件

  • 与标准零部件配合时,基准件的选用由配合的标准件决定。
  • 为满足特殊的需要,允许采用任一适当的孔、轴公差带组成配合。

第37页:标准公差等级的选用原则

二、标准公差等级的选用

选用原则:在充分满足使用条件下,考虑工艺的可能性,应尽量选用精度较低的公差等级。

第38页:公差等级的选用方法

选用方法:计算法、类比法和计算查表法。

类比法
根据具体情况,参照已被实践证明合理的实例来选用;需要有实践经验并参考有关资料,例如表 3.6 标准公差等级的应用范围、表 3.7 各种加工方法可能达到的标准公差等级。

第39页:公差等级应用范围表(图片页)

本页源文件仅提取到页码,主要内容为标准公差等级应用范围的图,建议对照原课件图片补充。

第40页:例3.10 计算查表法确定公差等级

计算查表法:根据使用要求确定的极限间隙或过盈 → 由 Tf=|Xmax-Xmin|=TD+Td 查表 3.2 → 确定孔和轴的公差等级。

例3.10 已知 D(d)=φ95,要求 Xmax≤+55μm,Xmin≥+10μm,确定孔、轴公差等级。Tf=|Xmax-Xmin|=45μm≥ITn+IT(n-1);查表 3.2 得 IT5=15μm、IT6=22μm、IT7=35μm。若孔、轴都选 6 级,Tf=44<45 虽符合公式要求,但不符合孔必须比轴低一级的要求;故孔选 6 级、轴选 5 级,Tf=37<45,符合要求的是 TD=IT6、Td=IT5。

第41页:表3.2 标准公差数值(查表用)

本页为教材 P41 表 3.2 标准公差数值的,源文件未提取到具体数值,建议对照原课件图片补充。

第42页:思考题:基轴制与公差等级

  1. 在什么情况下采用基轴制配合?
  2. 选择公差等级的原则是什么?是否公差等级愈高愈好?

第43页:配合的类别与种类选用

三、配合的选用

配合类别的选用
根据使用要求和孔轴间有无相对运动确定:有相对运动用间隙配合;无相对运动需传递载荷用过盈配合;需精确定位且可拆卸用过渡配合。
配合种类的选用方法
计算法、试验法、类比法;类比法是确定机械和仪器配合种类最常用的方法。

应尽量选用标准的常用、优先的公差带和配合。

第44页:图3.18 配合选用示例(图片页)

本页为图 3.18 的图片页(讲义 P57),源文件未提取到文字内容,建议对照原课件图片补充。

第45页:图3.19 配合选用示例(图片页)

本页为图 3.19 的图片页(讲义 P57),源文件未提取到文字内容,建议对照原课件图片补充。

第46页:讲义P58 配合选用图(图片页)

本页为讲义 P58 的,源文件未提取到文字内容,建议对照原课件图片补充。

第47页:讲义P61 配合选用图(图片页)

本页为讲义 P61 的,源文件未提取到文字内容,建议对照原课件图片补充。

第48页:讲义P62 配合选用图(图片页)

本页为讲义 P62 的,源文件未提取到文字内容,建议对照原课件图片补充。

第49页:讲义P63 配合选用图(图片页)

本页为讲义 P63 的,源文件未提取到文字内容,建议对照原课件图片补充。

第50页:表3.2 标准公差数值(查表用)

本页为教材 P41 表 3.2 标准公差数值的,源文件未提取到具体数值,建议对照原课件图片补充。

第51页:例3.11 确定孔轴公差带与配合代号

例3.11 已知 D(d)=φ40,要求 X=+20~+90μm,若采用基孔制,试确定孔、轴公差带和配合代号,并画出尺寸公差带图。

  1. 确定基准制:由题意为基孔制,孔的基本偏差代号为 H。
  2. 确定孔、轴公差等级:Tf=|+90-(+20)|=70=TD+Td,查表 3.2 得 TD=IT8=39μm,Td=IT7=25μm。
  3. 确定轴的基本偏差代号:由 Xmax=ES-ei≤[Xmax]=+90、Xmin=EI-es≥[Xmin]=+20、Td=es-ei=25 联立求解,得 -26≤es≤-20;查表 3.4 得轴的基本偏差代号为 f,es=-25μm。

第52页:例3.11 公差带图与配合代号

由式(2)解得 es≤-20,由式(1)和式(3)解得 es≥-26,即 -26≤es≤-20;查 P46 表 3.4 轴的基本偏差数值,得该轴的基本偏差代号为 f,其基本偏差数值 es=-25μm。

确定孔、轴公差带和配合代号:孔为 H8,轴为 f7,配合为 φ40H8/f7。

第53页:线性尺寸的未注公差选用

四、线性尺寸的未注公差的选用

线性尺寸的未注公差(一般公差)
在车间一般工艺条件下和机械加工能力可能达到的公差,在零件图上不标注它们的公差;若生产中产生纠纷,按表 3.13 和表 3.14(GB/T 1804—2000)验收。
未注尺寸公差的公差等级
代号公差等级
f精密级
m中等级
c粗糙级
v最粗级

第54页:未注公差的图样标注示例

图样标注:在图样标题栏附近或技术要求中注出标准号和公差等级。例如图中 Φ225 加工后应按 Φ225±0.2 验收,R3 加工后应按 3±0.2 验收;未注尺寸公差为 f 级时,标注为"技术要求:未注尺寸公差 GB/T 1804—f"。

第55页:第三章本章重点

本章重点

  1. 《极限与配合》的基本术语和定义及其运算关系、尺寸公差带的图解。
  2. 标准公差和基本偏差的应用。
  3. 圆柱结合的精度设计内容和基本方法。
  4. 未注尺寸公差的应用。

第56页:思考题:配合类别与基本偏差确定

如何选择配合类别?确定配合的非基准件的基本偏差有哪些方法?

第57页:表3.2 标准公差数值(复见)

本页为教材 P41 表 3.2 标准公差数值的,源文件未提取到具体数值,建议对照原课件图片补充。

第58页:表3.4 轴的基本偏差数值(复见)

本页为表 3.4 轴的基本偏差数值(教材 P46~47)的,源文件未提取到具体数值,建议对照原课件图片补充。

第59页:表3.5 孔的基本偏差数值(复见)

本页为表 3.5 孔的基本偏差数值表(教材 P48~49)的,源文件未提取到具体数值,建议对照原课件图片补充。

第60页:讲义P64 图片页

本页为讲义 P64 的,源文件未提取到文字内容,建议对照原课件图片补充。

第61页:讲义P67 图片页

本页为讲义 P67 的,源文件未提取到文字内容,建议对照原课件图片补充。

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