电动工具五金《公差与配合》02

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1、几何产品公差设计,一、概述,1. 设计基本方法 不论是尺寸的公差与配合或是形状与位置公差设计都有三种方法 ： 1）经验法（或 查表法） 2）实验法 3）计算法,2、设计原则 不论采用什麽方法来确定孔、轴的配合或 形状 与 位置公差，最终都必须使设计结果达到下列基本要求： ）满足机器设备对该部分的功能要求； ）满足机器设备的精度、质量要求； ）满足机器设备制造成本即经济性方面的要求； ）满足产品的互换性生产和标准化方面的要求。,1. 精度设计,公差等级的选择: 既要考虑质量，又要考虑成本 原则：在满足使用性能要求的前提下，尽量选取较低的公差等级去实现。,二、尺寸极限与配合设计,参考表格,续表,2

2、、机械结构精度设计的原理与原则 在设计机械结构尤其是精密机械结构时，要对其精度进行分配和综合，即按要求的总精度确定各部分的精度，再按各部分已确定的精度进行综合。进行精度分配和综合时，要以充分的科学理论和实验为依据。在机械结构精度设计时，通常遵循以下主要的原理与原则。 1)阿贝（Abbe）原则 即：若使量仪给出正确的测量结果，必须将仪器的读数线尺安放在被测尺寸的延长线上。例如 千分尺 万能 侧长仪形式 游标卡尺不符合阿贝原则,2）补偿原则 机械结构设计时，要尽量让产生的误差互相抵消和补偿，以减小总误差。 如参考资料中结构,3）运动学设计原理 任一物体在空间都有6个自由度，要使它完全定位，需要配置

3、6个约束； 要使物体相对于固定的坐标运动，只能配置少于6个约束才能实现。 因此，设计物体运动时应遵守下列条件： （1）物体相对运动数等于自由度数减去约束数。 （2）要求约束条件为点接触，（但大多做不到，改为采用半运动学设计原理）,4）误差配置原则 结构设计时不但要考虑零件本身的精度，而且要分析各零件误差对结构的综合影响。 例如： 前轴承精度比后轴承精度高，有利于减小端部振摆。,轴承精度对主轴的影响 （a）轴承精度装置对主轴精度的影响；（b）轴承安装对主轴精度的影响,5）误差缩放原则 在传动机构中误差不仅传递，而且随传动比进行缩放。设计时要特别注意影响误差的主要环节。 如多极齿轮传动,6）基准统

4、一原则 零件设计时，以下4个基准应注意遵守基准统一原则，以减少制造误差和测量误差。 （1）设计基准。零件工作图上标注尺寸的基准。 （2）工艺基准。加工时的定位基准，以此加工其它表面。 （3）测量基准。以它为测量基准，测量与此有关的被测量要素。 （4）装配基准。以它为基准，确定零件间的相互位置。 这4种基准如统一于同一基准，就可避免因基准不重合而造成的制造误差、测量误差和装配误差。,7）变形最小原则 精密机械设备的零、部件受到自重、外载、温度变化工艺内应力以及振动等因素的作用，都会产生变形误差。 变形最小原则即要求上述各种变形误差最小。 减小变形方法： （1）提高零、部件的结构刚度。提高零、部件

5、的结构刚度， （2）减小温度的影响。 （3）减小内应力产生的变形。,3 精度分配 精度分配是精度设计的基本任务之一。 精度分配是根据产品允许的总公差，将其经济，又合理地分配到零部件上，并制定各零部件的公差和技术要求。 （1）精度分配依据。 产品的使用性能要求、精度指标和总体技术要求； 产品的工作原理； 产品制造厂的水平； 产品的经济性要求； 国家、部门、企业的有关公差等技术标准；,（2）精度分配步骤。 整个设计过程都要考虑对精度的影响： 如选择机构、总体布局等。 并兼顾产品设计、制造和测量检验,（3）精度分配方法 精度是以误差大小进行量化表达的，因此，进行精度分配就要对误差进行分配 总系统误差

6、。有时系统误差仅是某个变量的函数，可用产品的误差方程表示。例如，测长机不同长度范围内可用不同的总系统误差 产品设计时，一般要求总系统误差13产品允许的总误差，先以此来制定控制它的公差。最后再来综合平衡。 总随机误差。一般将各分项随机误差按均方根法来综合。 总随机误差的分配方法是： 等作用分配原则和不等作用分配原则。,等作用的公差分配原则 假设各零、部件误差相等地作用于总随机误差，则各部分的公差为： Ti=T总/（n+m）1/2 式中：（nm）包括未定系统误差和随机误差，且T总2/3产品允许的总误差。 不等作用分配原则 考虑各部分对总误差的影响不同，即概率论中的不等权 。 应加权计算：,Pi为权

7、重由经验确定，对难以实现的误差项可适当增大，对容易实现的误差项尽可能缩小,（4）公差调整 按等作用原则分配误差时，由于没有考虑各零、部件的实际情况，从而造 成有的公差偏松，有的偏紧，很不经济。 通常，要在企业实际工艺水平和技术水平的基础上，定出以下3个方面的公差评定等级，作为衡量标准。 经济公差极限在通用设备上，采用最经济的加工方法所能达到的精度。 生产公差极限在通用设备上，采用特殊工艺装备，不考虑效率因素进行加工所能达到的精度。 技术公差极限在特殊设备、良好的实验条件下，进行加工和检验时，所能达到的精度。,调整公差时，首先要确定调整对象，一般先调整系统误差，误差传递系数较大和容易调整的误差项

8、目。 对于随机误差的调整，一般要求是：大多数在经济公差极限内，少数在生产公差极限内，个别的在技术公差极限内，对于极个别的超过技术公差极限，应采取补偿方法解决。 要求控制系统误差的公差等级比随机误差高，补偿环节少而经济效果显著，即认为是合格的。 通过反复调整仍达不到上述要求，需考虑更改设计方案。,（5）误差补偿 误差补偿是调整公差的一种有效手段。误差补偿的方法很多，如工艺补偿法和设计补偿法。工艺补偿法如轴系回转精度的误差抵消；大件导轨精度的综合修刮；坐标定位精度的综合修正等方法。 设计补偿法 精度设计时，采取措施减小或消除误差的影响 零、部件参数对产品精度影响是：误差值和误差传递系数。可用下列方

9、法： 误差值补偿 即直接减小误差源，达到预期的精度要求 分级补偿补偿件有多级选择 可调补偿如导轨镶条，可用螺丝连续调整间隙。 自动补偿采用微机自动补偿装置，可自动减小或消除某个或一系列系统误差的影响。,误差传递系数补偿 这是通过改变或选择误差函数中的传递系数值，减小或消除误差的方法。 综合补偿 利用机械、电气和光学等技术手段，使其可能产生的误差相互削弱或抵消；或者故意引进新的误差，以减小某些误差的影响。 如采用公差相关原则、误差平均效应原理、测量基准件独立原理、栅距或电子细分原理和微机自动补偿原理等进行误差的综合补偿。,1. 光滑圆柱结合的特点与要求 从使用的角度出发可分为： 有相对运动的结合

10、（需要间隙量） 有相对转动的结合 有相对移动的结合 无相对运动的结合 需要传递力或扭矩的结合（需要过盈量） 不传递力或扭矩而只用来定位的结合（不需要、但有少量）,三、光滑圆柱结合的配合计算和选择,设计方法： 类比法（经验法、查表法） 试验法 计算法 类比法仍然是最为常用的一种方法 对于理论和计算方法较为成熟，而且较为重要的结合，亦常用计算法确定结合精度 试验法主要用来确定重要的结合，而且往往和计算法或类比法并用,2. 过盈配合的设计原理与方法,1 ）过盈配合的特点 所谓过盈是指孔的尺寸减去相配合的轴的尺寸所得的负差值 用于固定联结中，过盈配合应用甚广 将轴装人孔后，由于材料的弹性或弹一塑性变形

11、，在配合面间产生压力 工作时，即靠与此压力相伴的摩擦力传递一定的轴向力、扭矩或两者的复合载荷 不需要任何紧固件（螺钉。键、销等） 这种配合的定心性好，承载能力高，承受变载和冲击的性能好，但配合面加工精度要求较高，装配不便。,零件变形可能有以下几种情况： 弹性变形：配合压力产生一种与变形成正比的应力，此应力在配合面处，通常是在孔的内径处最大，而实心轴在整个半径上是保持不变的。如图所示。 弹一塑性变形：当应力超过零件材料的屈服极限时，便产生塑性变形，塑性环型区从轴和孔的配合表面向外扩展，在此塑性区内，应力与应变关系不再遵循虎克（Hooke）定律。这种在圆筒上同时存在弹性和塑性区的情况，称为弹一塑性

12、范围 在高应力过盈配合中，塑性变形可扩展到包容件外表面或被包容件外表面，即配合件处于全部塑性状态 如果塑性变形超过了一个或另一个零件的外表面，则配合的强度迅速降低，甚至使零件破坏。形成这种变形情况是不允许的。,弹性变形范围内的应力状态,2）弹性范围内过盈配合计算方法 过盈联结可传递轴向力、转矩或轴向力与转矩同时作用的载荷，个别情况下也可承受弯矩 计算的目的：是为了保证联结件的结合强度和配合零件的强度，使在外载荷作用下配合零件没有移动 a)计算承受和传递外载所必须的最小允许过盈量 b)计算最大允许过盈量，使不发生塑性变形 计算依据：假设以两个简单厚壁圆筒在弹性范围内的相联结 结合压力面产生的变形

13、与应力成线性关系，亦即联结件的应力低于其材料的屈服极限,有效过盈量的计算公式 包容件的直径变化量：,包容件的直径变化量：,结合压力，N/mm2 结合直径，mm 包容件、被包容件的直径比 包容件、被包容件的弹性模量 包容件、被包容件的泊松比,，,，,传递负荷所需的的最小结合压力,承受轴向力：,传递力：,其中：,传递扭矩：,包容件传递负荷所需的最小直径变化量：,被包容件传递负荷所需的最小直径变化量：,其中：,其中：,传递负荷所需的最小有效过盈量：,考虑平压的最小有效过盈量：,可查表,容许的最大有效过盈的计算,包容件不产生塑性变形所容许的最大结合力,塑性材料,脆性材料,其中,其中,被包容件不产生塑性

14、变形所容许的最大结合力,塑性材料,脆性材料,其中,联结件不产生塑性变形的最大结合压力,取,中较小者,联结件不产生塑性变形的传递力,包容件不产生塑性变形所容许的最大直径变化量,联结件不产生塑性变形所容许的最大有效过盈量,被包容件不产生塑性变形所容许的最大直径变化量,可查表,系数Ca和Ci表,系数a、 b、 c 与qa 、 qi的关系曲线,3）配合的选择 选择过盈配合可参考基孔制与基轴制优先、常用配合极限间隙或极限过盈中过盈配合部分 要求选出的配合：,配合的选择步骤： 初选基本过盈量b 基本过盈量是选择过盈配合孔轴基本偏差的依据 对基孔制配合，其值等于轴的基本偏差的绝对值 对基轴制配合，其值等于孔

15、的基本偏差的绝对值,为保证过盈联结传递给定的负荷，应满足： 为保证联结件不产生塑性变形，应满足：,一般情况：,材料强度足够大,材料强度储备小,按初选的基本过盈b况和结合直径df， 由公差带图（图3 9 所示）查出配合的基本偏差代号 按基本偏差代号和emax、 min，由基孔制与基轴制优先常用配合表中确定适用的配合。,4）校核计算 过盈联结的最小传递力Fimin 和联结件的最大应力max 。可按表34的公式进行校核计算。,最小传递力,包容件最大应力,塑性材料,被包容件最大应力,脆性材料,弹性模量、泊松比和线膨胀系数表,各基本偏差代号的 df与 b 关系曲线,3. 过盈配合计算举例：,已知条件：

16、见表3-5,已知：,计算步骤和结果,1）. 计算传递负荷所需的的最小结合压力,2）. 计算包容件和被包容件的直径比,，,，,4）. 计算被包容件传递负荷所需的最小直径变化量,3）. 计算包容件传递负荷所需的最小直径变化量,6）. 计算考虑压平量的有效过盈量,5）. 计算传递负荷所需的最小有效过盈量,7）. 计算包容件不产生塑性变形所容许的最大结合压力,8）. 计算被包容件不产生塑性变形所容许的最大结合压力,9）. 计算联结件不产生塑性变形所容许的最大结合压力,10）. 计算联结件不产生塑性变形时的可传递力,（取上述7、8结果中的较小者）,11）. 计算包容件不产生塑性变形所容许的最大直径变化量,12）. 计算被包容件不产生塑性变形所容许的最大直径变化量,13）. 计算联结件不产生塑性变形所容许的最大有效过盈量,1. 选定配合的要求,选定配合,2. 初选基本过盈量,3. 确定基本偏差代号 u,