机械设计基础公差与配合课件

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1、几何精度规范学 基础 众所周知，机械产品是固态产品，主要是由具有 一定的几何形状的零部件安装组成。 固态产品的特点就是具有特定的几何外型。而几 何外型的特性对产品的使用功能具有直接的影响。 固态产品在设计后需要加工制造、装配调试后才 能形成成品。由于加工和装配过程中，存在着误差， 使得设计的理想成品和实际成品在几何特性上就存在 差异。 几何精度规范学就是处理这些差异的。 机械是由多个部件和零件组合而成的。大 规模生产时，要求由不同工厂、不同车间、不 同工人生产的相同规格的零件具有互换性，以 便在装配时不需要特意选择、修配和调整就能 组成机械或仪器。为了实现零件的互换性，必 须保证零件的尺寸、几

2、何形状和相对位置以及 表面粗糙度的一致性。 互换性：指机器和零件相互之间互以代换且能保 证使用要求的一致性。 所谓零件的互换性指：当装配一台机器或部件时 ，只要在一批相同规格的零件中任取一件装配到机器 或部件上，不需选择、修配和调整就能满足性能要求 。 （表现为：装配前不需要选择，装配时不需要修 配，装配后不需要调整即可以满足预定功能要求。） 在当前全球化大生产的条件下，按照专业协 作的原则进行生产，是提高产品质量，降低生 产成本，从而提高经济效益的必由之路。 专业化协作生产的基础就是共同遵守相同的标 准规范。 既标准化：安装强制性标准对产品性能 或者外观几何尺寸实现统一规格而采取的措施 。

3、标准化的主要形式有简单化、统一化、系 列化、通用化和组合化。 简单化：在一定范围内缩减对象事物的类 型数目，使之在既定的时间内足以满足一般性 需要的标准化形式。 统一化：是把同类事物两种以上的表现形 态归并成一种，或限定在一定范围内的标准化 形式。 系列化：对同一类产品中的一组产品同时 进行标准化的一种形式，是使某一类产品系统 的结构优化、功能最佳的标准化形式。 通用化：指在互相独立的系统中，选择和 确定具有功能互换性或尺寸互换性的子系统或 功能单元的标准化形式。 组合化：是按照标准化原则，设计并制造 出若干个通用性较强的单元，根据需要拼合成 不同用途的物品的标准化形式。 一、尺寸的含义和常识

4、 用特定的单位表示长度值和角度值的数值称为尺寸。 代表长度值的尺寸称为长度尺寸，也称线性尺寸或简称尺寸 。 代表角度值的尺寸称为角度尺寸，也简称角度。 线性尺寸分为可 以形成配合的尺寸 （配合尺寸）和 非配合尺寸。如装 配在一起且基本尺 寸相同的孔和轴的 尺寸为配合尺寸， 而孔的中心距，齿 轮的宽度、台阶的 高度等为非配合尺 寸。 1.孔： 由单一尺寸所确定的包容面 2.轴： 由单一尺寸确定的被包容面 3.基本尺寸 设计给定的尺寸称为基本尺寸。它只代表尺寸的 基本大小或名义值。 孔的基本尺寸用D表示，轴的基本尺寸用d表示。 4.实际尺寸 通过测量得到的尺寸称为实际尺寸。由于测量存 在着误差，所

5、以实际尺寸不是被测尺寸的真值。 5.极限尺寸 允许尺寸变化的极限值称为极限尺寸。通常规定 两个界限值，其中较大的一个界限值称为最大极限尺寸，较小 的一个界限值称为最小极限 尺寸。 孔的最大极限尺寸用Dmax表示， 最小极限尺寸用Dmin表示， 轴的最大极限尺寸用dmax表示， 最小极限尺寸用dmin表示。 二、尺寸偏差和公差 1.尺寸偏差 某一尺寸 减去其基本尺寸所得到 的代数差称为尺寸偏差， 简称偏差。 2.实际偏差 实际尺寸 减去其基本尺寸所得到 的代数差称为实际偏差。 3.极限偏差 极限尺寸减去其基本尺寸所得到的代数差称为极限 偏差。最大极限尺寸减去其基本尺寸所得到的代数差称为上偏 差。

6、最小极限尺寸减去其基本尺寸所得到的代数差称为下偏差 孔的偏差代号为：上偏差ES ，下偏差 EI； 孔的偏差代号为：上偏差es ， 下偏差ei 。 4.尺寸公差 允许尺寸的变动量称为尺寸公差，简称公差。公 差等于最大极限尺寸与最小极限尺寸之差。也等于上偏差减下 偏差。 5.标准公差 标准公差由国家标准规定的，用以确定公差带大 小的任一公差，常用IT表示。 为了确定不同加工精度要求下的标准公差值，国家标准规 定了20个标准公差等级，按加工精度由高到低的顺序依次为： IT01, IT0, IT1, IT2, IT3, IT16, IT17, IT18。 机械设计中最常用的公差等级是411级。4级、5

7、级用于特 别精密的零件，6级、7级用于重要的零件，8级、9级用于工作 速度中等及具有中等精度要求的零件，10级、11级用于低速机 械中的低精度零件。 6.基本偏差 基本偏差是由国 家标准规定的，用以 确定公差带相对于零 线位置的上偏差或下 偏差。在一般情况下 ，基本偏差是靠近零 线的那个极限偏差。 它与公差等级无关， 只表示公差带的位置 。国家标准分别对孔 和轴的尺寸规定了28 种基本偏差，孔的基 本偏差代号用大写字 母表示，轴的基本偏 差代号用小写字母表 示 7.尺寸公差带及代号 由最大极限尺寸与最小极限尺寸所限定的 区域称为尺寸公差带。尺寸公差带具有两个特征：大小和位置 。 大小由标准公差

8、数值确定。它体现对零件加工精度的要求 位置由基本偏差确定。公差带的代号由基本偏差代号与标准公 差等级代号组成，如H6, h8, E7, m9等， 8.优先、常用和一般公差带 由基本偏差代号与标准公差等级 可组成500多种公差带，为了减少与之相适应的定值刀具、量具 和工装的品种和规格，对基本尺寸小于500mm的孔和轴，规定了 优先公差带（圆圈中）、常用公差带（方框中）和一般公差带 。 设计时，应优先使用优先公差带，其次才使用常用公差带 ，再其次才考虑使用一般公差带。 孔的优先、常用和一般公差带 轴的优先、常用和一般公差带 三、尺寸的配合 同一基本尺寸的孔和轴的结合称为配合。在机械设计中，轴 和孔

9、的结合，是应用最广泛的一种尺寸配合，它是由圆柱体的 内外表面构成的，由直径和长度尺寸确定。直径对圆柱结合的 功能要求影响最大，而长度的影响较小。 1配合的种类及选择 根据相互结合的孔和轴公差带不同的相对位置关系，可以 把配合分为三类：间隙配合、过盈配合、 过渡配合。 间隙配合过渡配合过盈配合 基准孔 原则上，任意一对孔和轴的标准公差带都可以构成配合，但 实际上，为了生产的经济性，国家标准规定了优先配合和常用 配合的种类，见附表1-1和1-2。 2配合制及选择 为了以尽可能少的标准公差形成最多种的配合，标准规定了 两种配合制：基孔制和基轴制。 基孔制和基轴轴制是两种平行的配合制，都可以得到结结合

10、性 质质基本相同的标标准配合，所以配合制的选择选择 与功能要求无关 ，主要考虑虑工艺艺的经济经济 性和结结构的合理性。在一般情况下， 优优先选选用基孔制，可以大大减少孔的极限尺寸的种类类，从而减 少定尺寸刀具、量具的数目，这这是因为为在常用尺寸段，加工同 一精度等级级的孔比加工轴轴要困难难。 （1）基孔制 基本偏差为H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的制度。 间隙配合过渡配合过盈配合 基准孔 （2）基轴制 基本偏差为h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的制度。 基准轴 间隙配合过渡配合过盈配合 （3）配合制的选用原则 考虑到工艺的经济性和结构的合理性，国家

11、标准规定，一般情 况下优先选用基孔制。（主要是考虑加工刀具和检验量具，如 钻头、铰刀、拉刀等）。 考虑到结构和工艺上的特点，在一些特殊场合选用基轴制更为 合理。如小于1mm的精密轴比孔更难以制造，直接采用经过光轧 成型的钢丝做轴，不再加工，在仪器、仪表、电子产品中因此 常采用基轴制。再如农业机械中直接采用冷拔钢材直接做轴时 等。 与标准件配合时，应按标准件来选择配合制，例如滚动轴承内 圈与轴颈的配合必须采用基孔制，而外圈与外壳孔或轴承座孔 则必须采用基轴制。 3. 尺寸配合在图纸上的标注 在装配图或部件图中，标注配合尺寸公差时，可以标公差 带代号，可以标极限偏差，也可以两者都标。如直径为50m

12、m ，公差带为h7的轴与直径为50mm，公差带为H8的孔的配合在 图样上的三种标注方法如下：(优先选择第一种) 1) 注出公差带代号(大批量)。 2) 注出极限偏差数值(小批量)。 3) 两者同时注出 (批量不定)。 零件图上尺寸公差的标注 装配图中尺寸公差的标注 装配图中最好只注配合代号， 不注公差数值。 (1) 基孔制配合的标注方法 基本尺寸 基准孔代号（）公差等级 轴的基本偏差代号公差等级 基本尺寸 孔的基本偏差代号公差等级 基本轴代号()公差等级 （）基轴制配合的标注方式 和标准件的配合， 要以标准件为基准。 如和滚动轴承的配合。 轴承内圈与轴的配合为基孔制，只标注轴的公差 30k6

13、轴承外圈与座孔的配合为基轴制，只标注孔的公差 62F7 四、形状和位置公差 在机械零件的设计时，除了要规定尺寸公差外，还要对其几 何形状和位置规定合理的精度要求，以限制零件的形状和位置的 误差，从而满足零件的装配要求和保证产品的工作性能。 零件的实际形状和位置对其理想形状和位置的差异就是形状和位 置误差，允许形状和位置误差的变动量称为形状和位置公差。 特征项目符号含义图样标注 形 状 公 差 直线度 被测要素对理想直线的允许变动，公差带是 距离为公差值的两平行线间的区域 平面度 被测要素对理想平面的允许变动，公差带是 距离为公差值的两平行平面间区域 圆 度 被测要素对理想圆的允许变动，公差带是

14、在 同一正截面上，半径差为公差值的两同心圆 之间的区域 圆柱度 被测要素对理想圆柱的允许变动，公差带是 半径差为公差值的两同轴圆柱面之间的区域 位 置 公 差 平行度 被测要素相对于基准线（或面）保持等距 离的状况 垂直度 被测要素相对于基准线（或面）保持90 夹角的状况 同轴度 被测要素（轴线）相对于基准轴线保持在 同一直线的状况 对称度 被测要素（两对称中心）相对于基准面（ 或线）保持在同一平面（或直线）内的状 况 圆跳动 被测要素（回转表面）在限定的测量面内 ，相对于基准保持固定位置的状况 全跳动 被测要素（回转表面）绕基准轴线作连续 旋转时，沿整个被测表面上的跳动量。 标注实例 d 0

15、.05A A 五、 表面粗糙度 表面粗糙度是指零件表面的微观几何形状误差。它主要 是在零件加工过程中，由刀痕、塑性变形、刀具 和零件间摩擦和震动等原因造成。 表面粗糙度可用轮廓算术平均偏差及微观不 平度十点高度来评定。 （1） 轮廓算术平均偏差 在取样长度内，被测表面实际轮廓上 各点至轮廓中线距离绝对值的平均值，即 （2） 微观不平度十点高度 在取样长度内，5个最大的轮廓峰 高的平均值与5个最大的轮廓谷深的平均值之和，即 （m） 机械设计中，通常是用来作为表面粗糙度的评定参数。表 面粗糙度的标准值系列如下： 100，50，25，12.5，6.3，3.2，1.6，0.8，0.4，0.2，0.1，

16、 0.05，0.025，0.012。 数值越大，表面越粗糙。 表面粗糙度代号及含义 代号含义 基本符号，表示表面可用任何方法获得。当不加粗糙度参数 值或有关说明时，仅适用于简化代号标注 表示粗糙度是以去除材料的方法获得的，如车、铣、刨等。 表示粗糙度是以不去除材料的方法获得的，如铸造、冲压等 ， 或保持材料供货时的表面。 用去除材料方法获得的表面，表面粗糙度（Ra）最大允许值 为3.2m。 在上述三个符号的长边上均可加一横 线，用于标注有关说明和参数 在上述三个带横线符号上均可加一小 圆，表示所有表面具有相同的表面粗 糙度要求 代号中数字的方向必须 与尺寸数字方向一致。对其 中使用最多的一种代(符号) ，可以统一标注在图纸右上 角，并加注“其余”两字，代( 符)号的大小应是图形上其它 代号的1.4倍。 附录2 渐开线圆柱齿轮传动的精度及选择 1、依据： GB/T 10095.12001 2、精度等级：13个精度等级。第0级最高，第12级的最低。 0 、1、2、 3、4、5、 6、7、8、9、 10、11、1