机械基础 教学课件 ppt 作者 宋爱民 5

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1、,单元五 公差与配合,学习目标： 1.掌握极限与配合的基本概念及选择； 2.理解形状与位置公差的基本概念及选择； 3.掌握表面粗糙度的概念与标注.,单元五 公差与配合,课题5.1 光滑圆柱的极限与配合,课题5.2 形状和位置公差,课题5.3 表面粗糙度,课题5.1 光滑圆柱的极限与配合 一、基本术语及定义 1.尺寸 （1）基本尺寸（D，d） 基本尺寸是设计给定的尺寸。孔用D，轴用d表示。 （2）实际尺寸（Da，da） 实际尺寸是通过测量得到的尺寸。 （3）极限尺寸 极限尺寸是允许尺寸变化的两个界限值，其中较大的称为最大极限尺寸，较小的称为最小极限尺寸。 孔的最大极限尺寸以Dmax表示，最小极限

2、尺寸以Dmin表示；轴的最大极限尺寸以dmax表示，最小极限尺寸以dmin表示。设计中规定极限尺寸是为了限制加工中零件的尺寸变化，实际尺寸在两个极限尺寸之间为合格。,2.偏差 偏差是某一尺寸（实际尺寸、极限尺寸等）减去其基本尺寸所得的代数差。 （1）实际偏差 实际偏差是实际尺寸减去其基本尺寸所得的代数差。 （2）极限偏差 极限偏差分为上偏差和下偏差。 上偏差是最大极限尺寸减去其基本尺寸所得代数差。孔的上偏差以ES表示，轴的上偏差以es可表示为： ES=DmaxD (51) es=dmaxd (52) 下偏差是最小极限尺寸减去其基本尺寸所得的代数差。孔的下偏差以EI表示，轴的下偏差以ei表示。用

3、公式可表示为 EI=DminD (53) ei=dmind (54),3.尺寸公差及公差带 （1）尺寸公差（简称公差） 公差是允许尺寸的变动量，孔和轴的公差分别以TD和Td表示。公差等于最大极限尺寸与最小极限尺寸之代数差的绝对值，也等于上偏差与下偏差之代数差的绝对值。用公式可表示为： TD=| DmaxDmin|=|ESEI| (55) Td=|dmaxdmin|=|esei| (56) 应当注意，由于加工误差不可避免，所以公差不能取零，更不能为负值。因此，公差是绝对值。 （2）公差带 图5-1是公差与配合示意图，它表明了两个相互结合的孔、轴的基本尺寸、极限尺寸、极限偏差与公差的相互关系。在实

4、际运用中，为了简便，可以不必画出孔与轴全形，只要将有关部分放大画出就可以。这就是公差带图，如图5-2所示。,图5-1 公差与配合示意图 图5-2 公差带图,在公差带图中，确定偏差的基准直线称为零线，即零偏差线，它表示基本尺寸。零线以上的偏差为正偏差，零线以下的偏差为负偏差。 公差带是由代表上、下偏差的二条直线所限制的一个区域。公差带的垂直零线方向的宽度代表公差值。,4.配合 基本尺寸相同，相互结合的孔和轴公差带之间的关系，称为配合。在孔与轴配合中，孔的尺寸减去轴的尺寸，所得的代数差，此差值为正时为间隙，以X表示；为负时是过盈，以Y表示。 根据相互结合的孔和轴公差带之间的不同关系，配合可分为间隙

5、配合、过盈配合和过渡配合三大类。 （1）间隙配合 间隙配合是具有间隙（包括最小间隙等于零）的配合。此时孔的公差带在轴的公差带之上。如图5-3所示。 从图中可以看出：,最大间隙：Xmax=Dmaxdmin=ESei （5-8） 最小过盈：Xmin=Dmindmax=EIes （5-8）,图5-3 间隙配合,图5-4 过盈配合,（2）过盈配合 过盈配合是具有过盈（包括最小过盈等于零）的配合。此时孔的公差带在轴公差带之下，如图5-4所示。 从图中可以看出： 最大过盈：Ymax=Dmindmax=EIes (5-9) 最小间隙：Ymin= Dmaxdmin=ESei （5-10） （3）过渡配合 过渡

6、配合是可能具有间隙或过盈的配合。此时孔与轴的公差带相互交叠，如图4-5所示。 从图中可以看出： 最大间隙：X max =Dmaxdmin=ESei 最大过盈：Ymax =Dmindmax=EIes,图5-5 过渡配合,二、极限与配合国家标准的构成 1标准公差是国际表列的用以确定公差带大小的任一公差值。标准公差数值见表5-1，从表中可以看出，标准公差由公差等级和基本尺寸决定。 （1）公差等级 确定尺寸精确程度的等级称为公差等级。标准规定了20个公差等级，分别为IT01、IT1、IT2IT18。其中IT01精度最高，其余依次降低，IT18精度最低。 （2）基本尺寸分段 在实际生产中使用基本尺寸很多

7、，如果每一个基本尺寸对应一个公差值，就会使公差表格非常庞大，为了简化表格，便于应用，国家标准对基本尺寸500mm的范围内分13个尺寸段，见表5-1。 2基本偏差系列 基本偏差是用以确定公差带相对零线位置的那个偏差。它可以是上偏差或下偏差，一般为靠近零线的那个偏差。,表5-1 标准公差数值,（1）基本偏差代号 GB/T 1800.21998对孔和轴分别规定了28种基本偏差，其代号用拉丁字母表示，大写表示孔，小写表示轴。28种基本偏差代号，由26个拉丁字母中去掉5个容易与其它含义混淆的字母I（i）、L(l)、O(o)、Q(q)、W(w)，再加上7个双写字母CD(cd)、EF(ef)、FG(fg)、

8、JS(js)、ZA(za)、ZB(zb)、ZC(zc)组成。这28种基本偏差代号反映28种公差带位置，构成了基本偏差系列。见图5-6。28种孔、轴基本偏差数值，详见有关手册。 （2）公差带和配合的代号 公差带的位置由基本偏差确定，公差带的大小由标准公式确定，因此孔、轴公差带代号由基本偏差代号和标准公差等级代号组成。如H8、F8、k7等为孔的公差带代号，h7、f6、n9等为轴的公差带代号。公差带可用三种方法标注。,图5-6 基本偏差系列示意图,例如：15H7； 15H7 ；15H7（ ） 30g8； 30 ； 30g8（ ） 配合代号由孔、轴公差带组合表示，写成分数形式，分子为孔的公差带，分母为

9、轴的公差带。 例如： 50 或15H8/f7 40 或40K7/h6,3一般、常用和优先的公差带 国际标准规定20个公差等级的标准公差和28个基本偏差，可组合543种孔公差带和544种轴公差带，这么多的公差带都应用，显然不经济。因此，GB/T1801-1999对尺寸至500mm的孔、轴规定了一般，常用和优先公差带。见图5-7和图5-8所示。,图5-7中，列出105种孔的一般公差带，方框内为44种常用公差带，圆圈内为13种优先公差带。,图5-7 一般、常用和优先孔公差带,图5-8中，列出116种轴的一般公差带，方框内为59种常用公差带，圆圈内为13种优先公差带。 选用公差带时，应按优先、常用，一

10、般公差带顺序选取。,图5-8 一般、常用和优先轴公差带,4基准制 国标规定了两种等效的基准制：基孔制和基轴制。 基孔制是基本偏差为一定孔的公差带与不同基本偏差的轴的公差带形式各种配合的一种制度。如图5-9a所示。基孔制配合的孔为基准孔，基本偏差的下偏差EI，且EI=0，用H表示，而轴为非基准件。 基轴制是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的一种制度。如图5-9所示。基轴制配合的轴为基准轴，基本偏差为上偏差es，且es=0，而孔为非基准件。 图5-9中，二条虚线表示基准孔或基准轴可以具有不同公差值，并由此使配合类别发生变化。,(a) 基孔制 (b)基轴制 图5-9

11、基孔制和基轴制配合公差带,三、极限与配合的选择 1基准制的选择 基准制选择主要应从结构、工艺以及经济几方面来考虑。一般情况下，应先选用基孔制，这样可以减少孔用定值刀具、量具的数量，比较经济。有时受结构，原材料限制或与标准件配合的情况下选用基轴制。 2公差等级的选择 公差等级的高低直接影响产品的使用性能和经济性，公差等级过低，将不能满足使用要求。反之，如果不合理地提高公差等级，将使成本增加。公差等级选用原则在满足使用要求的前提下，尽量选用较低的公差等级。 一般情况下采用类比法确定公差等级，选择时可参考表5-2公差等级应用，表5-3各种加工方法的加工精度。另外对于公差等级要求较高的孔、轴（一般高于

12、IT8），孔可以轴低一个公差等级。过渡配合，过盈配合公差等级一般应高于IT8。,表5-2 公差等级应用,表5-3 各种加工方法的加工精度,3配合的选择 公差等级和基准制确定后配合的选择，主要是确定非基轴和非基准孔公差带的位置，即选择非基准件基本偏差代号。 选择配合的步骤分：配合类别的选择和非基准件的基本偏差代号的选择。 配合类别的选择，对于孔、轴配合使用要求，一般有三种情况：装配后有相对运动要求的，应选间隙配合；装配后要靠过盈传递载荷的，应选过盈配合；装配后有定位精度要求或需拆卸的，应选过渡配合或小间隙，小过盈配合。 配合类别确定后，可根据表5-4结合工作条件、使用要求选择非基准件基本偏差代号

13、。选择非基准件偏差代号时，应按优先、常用、一般顺序选用。,表5-4 各种基本偏差的应用说明,课题5.2 形状和位置公差,一、形位公差的基本概念 1几何要素 几何要素（简称要素）是构成零件几何特征的点、线和面。要素是形状和位置公差的研究对象，如图5-10所示，零件的球面、圆锥面、圆柱面、端面和球心等。可从不同角度对要素进行分类。,图5-10 零件的几何要素,（1）按结构特征分 轮廓要素：构成零件外形的点、线、面各要素。如图5-10中的球面、圆锥面、圆柱面、端面以及圆柱面和圆锥面的素线。 中心要素：轮廓要素对称中心所表示的点、线、面各要素。如图5-10的球心、轴线等。 （2）按存在的状态分 实际要

14、素：零件实际存在要素。通常用测量得到的要素来代替实际要素。 理想要素：具有几何意义的要素，它们不存在任何误差。图样上表示的要素均为理想要素。 （3）按所处的地位分 被测要素：图样上给出形状或（和）位置公差要求的要素，是检测的对象。 基准要素：来确定被测要素方向或（和）位置的要素。 （4）按功能关系分 单一要素：仅对其本身给出形状公差要求的要素。 关联要素：与基准要素有功能关系，并给出位置公差要求的要素。,2形位公差的特征项目和形位公差带 按国家标准，形位公差特征项目共有14个，各项目的名称及符号见表5-5所列。,表5-5 形状和位置公差项目的名称及符号,续表,形位公差带是限制被测实际要素变动的

15、一个区域。这是一个几何图形，只要被测实际要素完全落在给定的公差带内，就表示该要素合格，否则就为不合格。形位公差带比尺寸公差带要复杂些，它是空间或平面内的区域，由形状、大小（公差值）、方向和位置（分固定和浮动两种）四要素构成。 二、形状公差及公差带 形状公差是单一实际要素的形状所允许的变动全量。形状公差带是限制实际被测要素变动的一个区域。各项形状公差标注示例及公差带见表5-6所示。参见教材表5-6。,直线度、平面度、圆度和圆柱度公差带的特点不涉及基准，其方向与位置是浮动的。轮廓度无基准要求时为形状公差，公差带的形状由理论正确尺寸（带方向的尺寸）确定，其位置是浮动的；有基准要求时为位置公差，其公差带的形状和位置由理论正确尺寸和基准确定，公差带的位置是固定的。 三、位置公差及公差带 位置公差是关联实际要素的位置对基准所允许的变动全量。按其特征分为： （1）定向公差：关联实际要素对基准在方向上允许的变动全量； （2）定