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1、形状和位置公差标准的应用 形状和位置的精度设计对保证产品质量和降低制 造成本具有十分重要的意义。其形状和位置的精度会 直接影响机器和设备的性能和各项精度指标，如轴类 零件的旋转精度、结合件的联接强度和密封性、齿轮 零件的承载均匀性等。 形状和位置的精度设计主要包括形位公差项目的选 择、公差值的选择、公差原则的选择和基准的选择。 形位公差项目的选择 形位公差项目的选择，取决于零件的几何特征与功能要求 ，同时还要考虑检测的方便性。 形状公差项目主要是按要素的几何形状特征制定的，因此 要素的几何特征自然是选择形状公差项目的基本依据。平面零 件的形状误差应选择平面度公差；导轨导向面的形状误差应选 择直
2、线度公差；圆柱形零件的形状误差可选择圆度、圆柱度、 轴线的直线度、素线的直线度等。 位置公差项目是按要素间几何方位关系制定的，所以关联 要素的公差项目应以它与基准间的几何方位关系为基本依据。 对线(轴线)、面可规定定向和定位公差，对点要素只能规定位 置度公差，只有回转零件才规定同轴度公差和跳动公差。 形位公差项目的选择 为了检测方便，有时可将所需的公差项目用控制 效果相同或相近的公差项目来代替。例如要素为一 圆柱面时，圆柱度是理想的项目，因为它综合控制 了圆柱面的各种形状误差，但是由于圆柱度检测不 便，故可选用圆度、直线度几个分项，或者选用径 向跳动公差等进行控制。又如径向圆跳动可综合控 制圆
3、度和同轴度误差，而径向圆跳动误差的检测简 单易行，所以在不影响设计要求的前提下，可尽量 选用径向圆跳动公差项目。同样可近似地用端面圆 跳动代替端面对轴线的垂直度公差要求。端面全跳 动的公差带和端面对轴线的垂直度的公差带完全相 同，可互相替代。 形位公差值的选择 形位公差要求的高低是用公差等级数字的大小来 表示的。按国家标准的规定，对14项形位公差特征 ，除线、面轮廓度及位置度未规定公差等级外，其 余项目均有规定。一般划分为12级，即112级，1 级精度最高，12级精度最低；圆度和圆柱度则最高 级为0级，划分为13级。 直线度、平面度公差值 圆度、圆柱度公差值 平行度、垂直度及倾斜度公差值 同轴
4、度、对称度、圆跳动及全跳动公差值 选用形位公差值时，应考虑零件的功能要求，并考虑 加工的经济性和零件的结构、检测性等情况外，还应考 虑形位公差项目、尺寸公差及表面粗糙度之间的情况 形位公差的选择 1形状公差与位置公差的关系 同一要素上给定的形状公差值应小 于位置公差值，定向公差值应小于定位公差值。如同一平面上， 平面度公差值应小于该平面对基准平面的平行度公差值。 2形位公差和尺寸公差的关系 圆柱形零件的形状公差一般情况下 应小于其尺寸公差值；线对线或面对面的平行度公差值应小于其 相应距离的尺寸公差值。圆度、圆柱度公差值约为同级的尺寸公 差的50，因而一般可按同级选取。例如：尺寸公差为IT6，则
5、圆 度、圆柱度公差通常也选6级，必要时也可比尺寸公差等级高12 级。 3形位公差与表面粗糙度的关系 通常表面粗糙度Ra值约占形状公 差值的20-25。 4.考虑零件的结构特点 对于刚性较差的零件(如细长轴)和结构特 殊的要素(如跨距较大的轴和孔、宽度较大的零件表面)，在满足 零件功能要求的前提下，可适当降低成1-2级选用。 形位公差的选择 基准的选择 基准是确定关联要素方向和位置的依据。在选 择选择基准时，一般应根据设计和使用要求，并考 虑基准统一原则以及零件的结构特征等。 基准的选择 1根据零件的功能要求及对被测要素间的几何关系来选择基准 。如轴类零件，常以两个轴承为支承运转，其运动轴线是安
6、装 轴承的两轴颈的公共轴线。因此可选这两处轴颈的公共轴线( 组合基准)为基准。 2根据装配关系应选零件上相互配合、相互接触的定位要素作 为各自的基准。如盘、套类零件多以其内孔轴线径向定位装配 或以其端面轴向定位，因此根据需要可选其轴线或端面作为基 准。 3从零件结构考虑，应选较宽大的平面、较长的轴线作为基准 ，以使定位稳定。 4对结构复杂的零件，一般应选三个基准面，以确定被测要素 在空间的方向和位置。 5从加工检测方面考虑，应选择在夹具、量具中定位的相应要 素作基准，应尽量使工艺基准、测量基准与设计基准统一。 公差原则的应用 公差原则(tolerancing principle)是确定和处理
7、尺寸(线性尺寸和角度尺寸)公差和形位公差之间关系 的原则，包括独立原则和相关要求。目前, 公差原则 的国家标准有：GB/T4249-1996和GB/T16671-1996。 分类 有关术语和定义-体外作用尺寸 在被测要素的给定长度 上，与实际内表面（孔） 体外相接的最大理想面， 或与实际外表面（轴）体 外相接的最小理想面的直 径或宽度，称为体外作用 尺寸，即通常所称作用尺 寸。 有关术语和定义-体外作用尺寸图例 50 -0.025 -0.050 B A1 A2 A3 A4 0.012 局部实际尺寸和单一要素的体外作用尺寸 有关术语和定义-体外作用尺寸图例 A1 A2 A3 B G基准平面 90
8、 10 -0.028 -0.013 G 0.01 G 关联体外作用尺寸 有关术语和定义-体内作用尺寸 在被测要素的给定长 度上，与实际内表面（孔 ）体内相接的最小理想面 ，或与实际外表面（轴） 体内相接的最大理想面的 直径或宽度，称为体内作 用尺寸。 有关术语和定义实体状态 最大实体状态（MMC）：实际要素在给 定长度上具有最大实体时的状态 最大实体尺寸（MMS）：实际要素在最 大实体状态下的极限尺寸 最小实体状态（LMC）：零件处于允许 的材料量最少时的状态 最小实体尺寸（LMS）：实际要素在最 小实体状态下的极限尺寸 200-0.03 有关术语和定义最大实体边界 n边界：由设计给定的具有理
9、想形状的极限包容面 。 n最大实体边界：尺寸为最大实体尺寸的边界。 有关术语和定义-最大实体实效状态、尺寸 在给定长度上，要素处于最大实体尺寸且其中 心要素的形状或位置误差等于给出公差值时的体 外作用尺寸。 孔、轴的最大实体实效尺寸与其最大实体尺寸 、形位公差之间有如下关系： 有关术语和定义最大实体实效边界 n边界：由设计给定的具有理想形状的极限包容面。 n最大实体实效边界：尺寸为最大实体实效尺寸的边 界。 有关术语和定义-最大实体实效状态、尺寸 有关术语和定义-最大实体实效状态、尺寸 尺寸代号 独立原则 n定义：图样上给定的每 一个尺寸和形状、位置 要求均是独立的，应分 别满足要求。 n标注
10、：不需加注任何符 号。 30 0 -0.033 标注 0 0.015 独立原则的应用 n应用：应用较多，在有配合要求或虽无配合要 求，但有功能要求的几何要素都可采用。适用 于尺寸精度与形位精度精度要求相差较大，需 分别满足要求，或两者无联系，保证运动精度 、密封性，未注公差等场合。 n测量：应用独立原则时，形位误差的数值一般 用通用量具测量。 包容要求 n定义：实际要素应遵守最大实体边界，其局部实际尺 寸不得超过最小实体尺寸。 n标注：在单一要素尺寸极限偏差或公差带代号之后加 注符号“ E ” n应用：适用于单一要素。主要用于需要严格保证配合 性质的场合。 n边界：最大实体边界。 n测量：可采
11、用光滑极限量规（专用量具） 包容要求标注 30 0 -0.033 30h7 E E 包容要求应用举例 n如图所示，圆柱表面遵守包容要求。 n圆柱表面必须在最大实体边界内。该边界的尺寸为最 大实体尺寸20mm， n其局部实际尺寸在 19.97mm20mm内。 200-0.03 E Da/mm0 20（dM） 19.97 -0.03 0.03 0.02 -0.02 直线度/mm 最大实体要求 n定义：控制被测要素的实际轮廓处于其最大实体实效 边界之内的一种公差要求。当其实际尺寸偏离最大实 体尺寸时，允许其形位误差值超出其给出的公差值， 即形位误差值能得到补偿。 n标注：应用于被测要素时，在被测要素
12、形位公差框格 中的公差值后标注符号“ M ”；应用于基准要素时，应 在形位公差框格内的基准字母代号后标注符号“ M ”。 最大实体要求的应用 n应用：适用于中心要素。主要用于只要求可装配性 的零件，能充分利用图样上给出的公差，提高零件的 合格率。 n边界：最大实体要求应用于被测要素，被测要素遵 守最大实体实效边界。即：体外作用尺寸不得超出最 大实体实效尺寸，其局部实际尺寸不得超出最大实体 尺寸和最小实体尺寸。 n最大实体实效尺寸：MMVS=MMSt t被测要素的形位公差，“+”号用于轴，“-”号用于 孔。 最大实体要求应用举例 如图所示，该轴应满足下列要求： n实际尺寸在19.7mm20mm之
13、内； n实际轮廓不超出最大实体实效边界，即其体外作用尺寸不大于最大实体实 效尺寸dMMVS=dMMS+t=20+0.1=20.1mm n当该轴处于最小实体状态时，其轴线直线度误差允许达到最大值，即等于 图样给出的直线度公差值（0.1mm）与轴的尺寸公差(0.3mm)之和 0.4mm。 20 0-0.3 0.1 M Da/mm19.7 20（dMMS） 20.1(dMMVS) 0.1 0.4 -0.3 -0.2 0.3 直线度/mm 最大实体要求应用实例 如图所示，被测轴应满足下列要求： n实际尺寸在11.95mm12mm之内； n实际轮廓不得超出关联最大实体实效边界，即关联体外作用尺 寸不大于
14、关联最大实体实效尺寸dMMVS=dMMS+t=12+0.04=12.04mm n当被测轴处在最小实体状态时，其轴线对A基准轴线的同轴度误 差允许达到最大值，即等于图样给出的同轴度公差（ 0.04 ）与轴的尺寸公差（0.05）之和（ 0.09 ）。 12 -0. 05 25 -0.05 0.04 M A 0 包容要求与最大实体要求的区别 包容要求最大实体要求 公差原则含义 dm dMMS=dmax da dLMS=dmin DmDMMS=Dmin DaDLMS=Dmax 边界尺寸为最大实体尺寸 MMS(dmax，Dmin) dmdMMVS=dMMS+t形位 dmindadmax DmDMMVS=
15、DMMS-t形位 DminDaDmax 边界尺寸为最大实体实效尺寸 MMVSMMSt 标注单一要素 在尺寸公差带后 加注 E 用于被测要素 时 在形位公差框格第二格 公差值后加 M 用于基准要素 时 在形位公差框格相应的 基准要素后加 M 主要用途用于保证配合性质用于保证零件的可装配性 轴轴 孔孔 公差原则或公差要求的选择 独立原则 独立原则是处理形位公差和尺寸公差关系的基本原则以下三 种情况采用独立原则： 1.尺寸精度和形位精度均有较严格的要求且需要分别满足，或 者二者要求相差较大例如：为了保证与轴承内圈的配合性质 ，对减速器中的输出轴上与轴承相配合的轴颈分别提出尺寸精 度和圆柱度要求；打印机、印刷机的滚筒，其圆柱度要求较高 ，而尺寸精度要求较低，应分别提出要求。 2.有特殊功能要求的要素，往往对其单独提出形位公差要求例 如，对导轨的工作面提出直线度或平面度要求。 3.尺寸公差与形位公差无联系的要素。 公差原则或公差要求的选择 公差要求 需要严格保证配合性质的场合采用包容要求 无配合性质要求、只要求保证可装配性的场合采用最 大实体要求 公差原则或公差要求的选择 包容要求 轴 孔 Xmin MMC MMC 公差原则或公差要求的选择 最大实体要求 轴 孔 V.C V.C 公差原则的主要特点
