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1、课题一 公差与配合的基本术语和定义,主编,1-1互换性与标准化,一、互换性 1.互换性的意义 在机械制造行业中，零件的互换性是指在同一规格的一批零部件中，可以不经选择、修配或调整，任取一件都能装配在机器上，并能达到规定的使用性能要求。能够保证具有互换性的生产，称为遵守互换性原则的生产。 互换性可分为广义的互换性和狭义的互换性。广义的互换性是指机器的零件在各种性能。,2.互换性的分类 互换性按其互换程度可分为完全互换和不完全互换。 (1)完全互换 完全互换是指同一规格的一批零部件装配前不经选择，装配时也不需修配和调整，装配后即可满足预定的使用要求。完全互换一般用于大批量生产的零部件，适合于任何场
2、合，如螺栓、圆柱销等标准件的装配。 (2)不完全互换 当装配精度要求很高时，若采用完全互换将使零件的尺寸公差很小，加工困难、成本很高，甚至无法加工。为了便于加工，这时可将其制造公差适当放大，在完工后，再用量仪将零件按实际尺寸分组，按组进行装配。这样，既能保证装配精度与使用要求，又能降低成本。此时，仅是组内零件可以互换，组与组之间不可互换，因此称不完全互换。不完全互换一般用于生产批量小、装配精度高的零部件。,3. 互换性的作用 按互换原则组织生产，是现代化生产的重要原则之一，其优点如下： 1)在设计方面，有利于最大限度采用标准件、通用件，大大简化绘图和计算工作，缩短设计周期，便于计算机辅助设计(
3、CAD)。 2)在加工制造方面，可合理地进行生产分工和专业化协作，便于采用高效专用设备，尤其对计算机辅助制造(CAM)的产品，不但产量和质量高，且加工灵活性大、生产周期短、成本低、便于装配自动化。 3)在使用、维修方面，可以减少机器的维修时间和费用，保证机器能连续持久地运转，提高了机器的使用寿命。 总之，互换性在提高产品质量和可靠性、提高经济效益等方面均具有重大意义。互换性生产对现代化建设也具有十分重要的意义。,二、标准化与计量 为实现互换性，国家标准把公差数值标准化，以满足相互联系的各个生产环节之间互相衔接的要求，进而形成一个共同的技术标准，将产品和技术要求统一起来。标准化和计量是实现互换性
4、生产的基础，是组织现代化生产的重要手段。 1.标准化的意义与分类 (1)标准化的意义 标准化是组织现代化生产的重要手段，是实行科学管理的基础，也是对产品设计的基本要求之一。通过标准化的实施，可获得最佳的社会经济效益。标准化是个总称，它包括系列化和通用化的内容。 (2)标准的分类 按照适用领域、有效作用范围和发布权力不同，标准一般分为：国际标准，区域标准等。,2.计量工作 自新中国成立以来，我国逐步统一计量制度，建立了各种计量器具的传递系统，颁布了计量条例和计量法，使机械制造业的基础工作沿着科学、先进的方向迅速发展，促进了企业计量管理和产品质量水平的不断提高。,1-2优先数与优先数系,制定公差标
5、准以及设计零件的结构参数时，都需要通过数值表示。任何产品的参数值不仅与自身的技术特性有关，还直接、间接地影响与其配套的系列产品的参数值。如螺母直径数值影响并决定螺钉直径数值以及丝锥、螺纹塞规、钻头等系列产品的直径数值。这种技术参数的传播扩散在生产实际中是极为普遍的现象。 为满足不同的需求，产品必然出现不同的规格，形成系列产品。产品数值的杂乱无章会给组织生产、协作配套、使用维修带来困难，因此必须把实际应用的数值限制在较小范围内，并进行优选、协调、简化和统一。凡在科学数值分级制度中被确定的数值，称为优先数。按一定公比由优先数所形成的十进制几何级数系列，称为优先数系。,优先数系的五个系列中，任一个项
6、值均为优先数。按公比计算得到的优先数的理论值，除10的整数幂外，都是无理数，工程技术上不能直接应用，实际应用的都是经过圆整后的近似值。 优先数系的基本系列见表1-1。,1-3零件的加工误差与公差,一、加工误差 工件加工时，任何一种加工方法都不可能把工件做得绝对准确，一批完工工件的尺寸之间会存在着不同程度的差异。由于工艺系统误差和其他因素的影响，甚至在相同的加工条件下，一批完工工件的尺寸也是各不相同的。通常称一批工件的尺寸变动为尺寸误差。制造技术水平的提高，可以减少尺寸误差，但永远也不能消除尺寸误差。,从满足产品使用性能要求来看，也不要求一批相同规格的零件尺寸完全相同，而是根据使用要求的高低，允
7、许存在一定的误差。加工误差包括下列几种情况，如图1-1所示。,1.尺寸误差 尺寸误差是指一批工件的尺寸变动，即加工后零件的实际尺寸和理想尺寸之差，如直径误差、孔距误差等。 2.形状误差 形状误差是指加工后零件的实际表面形状对于其理想形状的差异(或偏离程度), 如圆度、直线度等。 3.位置误差 位置误差是指加工后零件的表面、轴线或对称平面之间的相互位置对于其理想位置的差异(或偏离程度)，如同轴度、位置度等。 4.表面粗糙度 表面粗糙度是指零件加工表面上具有的较小间距和峰谷所形成的微观几何形状误差。,二、公差 公差是指允许尺寸、几何形状和相互位置误差变动的范围，用以限制加工误差。它是由设计人员根据
8、产品使用性能的要求给定的。规定公差的原则是在保证满足产品使用性能的前提下，给出尽可能大的公差。它反映了一批工件对制造精度的要求和经济性要求，并体现加工的难易程度。公差越小，加工越困难，生产成本越高，所以公差值不能为零，应是绝对值。 规定公差T的大小顺序，应为T尺寸T位置T形状表面粗糙度误差。,1-4极限与配合,一、极限与配合的基本术语和定义 为了研究零件几何参数的互换性，正确掌握有关标准及其应用，统一设计、制造、检测维修，必须对标准的基本概念、术语及定义作出统一规定。 1.基本术语和定义 (1)尺寸要素 由一定大小的线性尺寸或角度尺寸确定的几何形状称为尺寸要素。 (2)孔和轴 1)孔。孔通常指
9、工件圆柱形内尺寸要素，也包括非圆柱形内的尺寸要素(由两平行平面或切平面形成的包容面)。 2)轴。轴通常指工件圆柱形外尺寸要素，也包括非圆柱形外尺寸要素(由两平行平面或切平面形成的包容面)。,如果两平行平面或切平面既不能形成包容面，也不能形成被包容面，则它们既不是孔也不是轴。图1-2所示是由L1、L2和L3各尺寸确定的各组平行平面和切平面。,图1-3 最大和最小实体状态(4)有关偏差和公差的术语 1)偏差。偏差是某一尺寸(实际尺寸、极限尺寸等)减其公称尺寸所得的代数差。 实际偏差。实际偏差是实际尺寸减去其公称尺寸所得到的代数差。 孔的实际偏差：Ea=DaD； 轴的实际偏差：ea=dad。 极限偏
10、差。极限偏差是极限尺寸减其公称尺寸所得的代数差，包括上极限偏差和下极限偏差。,极限尺寸与极限偏差的关系如图1-4所示。 2)尺寸公差。尺寸公差简称公差，是指上极限尺寸减下极限尺寸之差，或上极限偏差减下极限偏差之差，以公式表示如下: 孔的公差：TD=DmaxDmin= ESEI； 轴的公差：Td=dmaxdmin=esei。,3)零线与公差带。由于公差与偏差的数值与尺寸数值相比差别很大，不便用同一比例尺表示，故采用公差与配合图解(简称公差带图)来表示，如图1-5所示。,2.有关配合的术语和定义 (1)配合 配合是指公称尺寸相同并且相互结合的孔和轴公差带之间的关系。这种关系决定结合零件间的松紧程度
11、，如图1-6所示。 (2)间隙和过盈 在孔与轴的配合中，孔的尺寸减去相配合的轴的尺寸之差为正时，称为间隙，用“X”表示，其中“+”号代表间隙，数值代表间隙量的大小；当孔的尺寸减去相配合的轴的尺寸之差为负时，称为过盈，用“Y”表示，其中“”代表过盈，数值代表过盈量的大小，如图1-7所示。,(3)配合的种类 根据孔轴公差带之间的关系，配合分为间隙配合、过盈配合和过渡配合三类。 1)间隙配合。具有间隙(包括最小间隙等于零)的配合称为间隙配合。此时，孔的公差带在轴的公差带之上，如图1-8所示。,2)过盈配合。具有过盈(包括最小过盈等于零)的配合称为过盈配合。此时，孔的公差带在轴的公差带之下，如图1-1
12、0所示。其尺寸公差带图如图1-11所示。,3)过渡配合。可能具有间隙或过盈的配合称为过渡配合。此时，孔的公差带与轴的公差带相互交叠，如图1-12 所示。它是介于间隙配合与过盈配合之间的一类配合，但其间隙或过盈都不大。其尺寸公差带图如图1-13所示。,(4)配合公差 配合公差是指组成配合的孔与轴公差之和。它是允许间隙或过盈的变动量，用代号Tf表示。 (5)配合公差带图 配合公差的特性也可用配合公差带来表示。配合公差带的图示方法，称为配合公差带图。配合公差带图能直观反映配合的特性，其大小和位置反映了设计精度和使用要求，其特点如下： 1)零线代表间隙或过盈等于零； 零线以上的纵坐标为正值，代表间隙；
13、 零线以下的纵坐标为负值，代表过盈。 2)符号“”代表配合公差带，配合公差带 3)配合公差带图直观地反映配合 的性质和配合的精度。 配合公差带图如图1-14所示。,(6)极限制与配合制 孔轴的配合是否满足使用要求，主要看是否可以保证极限间隙或极限过盈的要求。显然，满足同一使用要求的孔、轴公差带的大小和位置是无限多的。如图1-16a、b、c所示的三个配合，均能满足同样的使用要求。图1-16d所示为其配合公差带图。,配合制是同一极限制的孔和轴组成的一种配合制度，也称为基准制。国家标准中规定了两种等效的基准制：基孔制和基轴制。 1)基孔制。指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
14、成各种配合 的一种制度，如图1-17a所示。 2)基轴制。指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1-17b所示。,3.极限与配合的国家标准 综上所述，各种配合都是孔、轴公差带的组合，而孔、轴公差带是由它的大小和位置决定的，标准公差决定公差带的大小，基本偏差决定公差带的位置。为了使公差与配合实现标准化，国家标准规定了两个基本系列，即标准公差系列和基本偏差系列。 (1)标准公差系列 标准公差系列是GB/T 1800.32009规定的一系列标准公差数值，见表1-2。 1)标准公差及其分级。标准公差是国家标准规定的用以确定公差带大小的任一公差值。公差数
15、值是根据标准公差因子、公差等级系数和公称尺寸分段经计算后得到的。 2)标准公差因子i和I。标准公差因子i和I是用以确定标准公差的基本单位，它是公称尺寸D的函数，是制定标准公差数值系列的基础。标准公差因子与公称尺寸之间呈一定的相关关系。 3)公差等级系数a。在公称尺寸一定的情况下，公差等级系数a的大小反映了加工方法的难易程度，也是决定标准公差大小 IT=ai的唯一参数，成为从 IT5IT18各级标准公差包含的公差因子数。,对于公称尺寸500mm的更高等级，主要考虑测量误差，其公差计算用线性关系式，而IT2IT4 的公差值大致在IT1IT5的公差值之间，按几何级数分布。 公称尺寸500mm的标准公
16、差的计算式见表1-3。,4)尺寸分段。由于公差因子i是公称尺寸的函数，按标准公差计算式计算标准公差值时，如果每一个公称尺寸都要有一个公差值，将会使编制的公差表格非常庞大。 5)标准公差数值。在公称尺寸和公差等级已定的情况下，按表1-3的标准公差计算式计算出对应的标准公差数值，再经尾数圆整，最后编出标准公差数值表。实际应用中，标准公差数值可直接查表1-2，不必另行计算。,(2)基本偏差系列 基本偏差是由国家标准规定的，用以确定公差带位置的极限偏差。 在一般情况下，基本偏差是离零线较近的极限偏差。当尺寸公差带在零线上时，以下极限偏差为基本偏差；当尺寸公差带在零线下方时，以上极限偏差为基本偏差，如图1-18所示。,为了满足各种不同的使用需要，国家标准分别对孔、轴尺寸规定了28种标准基本偏差，每种
