1、 主编零件加工后的几何要素不仅有尺寸误差,而且会有形状和各要素相互间的位置误差。零件的形状和位置误差亦将严重影响零件的质量和互换性。图6-1例如图6-1c所示的轴,尽管实际尺寸均在极限尺寸范围(图6-1a)之内,但由于轴线的直线度误差过大,影响了它与孔的配合。又如图6-2b所示,若尺寸公差与垂直度公差无关,尽管L和H的实际尺寸都符合尺寸公差(图6-2a)要求,但A对C,B对C或A对D,B对D的垂直度都是无法控制的。图6-2本章主要介绍形位公差的特征项目、通则、定义、符号、图样表示法及形位公差的选择原则。6.1形位公差的基本概念6.1.1要素图6-32.按在形状和位置公差中所处的地位分类3.按存
2、在的状态分类1.按结构特征分类图6-56.1.2形位公差概述形位公差是被测实际要素对其理想要素的变动量。图6-6图6-7图6-86.1.3基准的基本概念基准是用来确定被测要素的理想方向或位置的。1.基准和基准实际要素基准是理想的要素,它是确定要素间几何关系的依据。2.基准的三种类型3.基准符号基准符号由带小圆的大写字母用细实线与粗的短横线相连而成(图6-12)。图6-12图6-13图6-14图6-15图6-166.2形状公差及公差带形状公差是单一实际被测要素对其理想要素的允许变动量。状公差包括直线度公差、平面度公差、圆度公差、圆柱度公差、线轮廓度公差、面轮廓度公差六个项目,除了有基准要求的线轮
3、廓度公差、面轮廓度公差外,均是对单一要素的要求。6.2.1直线度公差直线度公差是限制实际直线对理想直线变动量的一项指标。图6-171.给定平面内的直线度公差如图6-17所示圆柱表面上任一素线的直线度公差为0.02mm,其公差带是在通过轴线的任一平面内,距离为公差值t=0.02mm的两平行直线之间的区域,实际圆柱表面上的任一素线必须位于此区域之内才是合格的。2.给定方向上的直线度公差如图6-18所示的刀口形直尺的测量面在箭头所指方向上的直线度公差为0.02mm,其公差带是在垂直于箭头所示方向,距离为公差值t=0.02mm的两平行平面之间的区域。图6-183.任意方向上的直线度公差如图6-19所示
4、的?d圆柱面的轴线必须位于直径为公差值?0.04mm的圆柱面内,其公差带是直径为公差值t=0.04mm的圆柱面内的区域。图6-19图6-206.2.2平面度公差平面度公差是限制实际表面对理想平面变动量的一项指标。6.2.3圆度公差圆度公差是限制实际圆对理想圆变动量的一项指标。图6-21圆柱度公差是限制实际圆柱面对理想圆柱面变动量的一项指标。图6-226.2.4圆柱度公差线轮廓度公差是对非圆曲线形状的要求,是限制实际曲线对理想曲线变动量的一项指标。图6-236.2.5线轮廓度公差图6-246.2.6面轮廓度公差面轮廓度公差是对曲面形状的要求,是限制实际曲面对理想曲面变动量的一项指标。图6-25图
5、6-266.3位置公差及公差带 位置公差是关联实际被测要素对其具有确定方向或位置的理想要素的允许变动量。位置公差分为定向公差、定位公差和跳动公差。图6-276.3.1定向公差 定向公差是关联实际被测要素对其具有确定方向的理想要素的允许变动量。1.平行度公差平行度公差是限制被测实际要素相对基准在平行方向上变动量的一项指标。2.垂直度公差垂直度公差是限制被测实际要素相对基准在垂直方向上变动量的一项指标。图6-283.倾斜度公差倾斜度公差是限制被测实际要素相对基准在倾斜方向上变动量的一项指标。图6-296.3.2定位公差定位公差是关联实际被测要素对其具有确定位置的理想要素的允许变动量,理想要素的位置
6、由基准及理论正确尺寸确定。1.同轴度公差同轴度公差是限制被测轴线偏离基准轴线的一项指标。图6-302.对称度公差对称度公差是限制被测线、面偏离基准直线、平面的一项指标。图6-313.位置度公差位置度公差是限制被测要素实际位置对理想位置变动量的一项指标。图6-326.3.3跳动公差跳动公差是关联实际被测要素绕基准轴回转一周或连续回转时所允许的最大跳动量。1.圆跳动公差圆跳动公差是限制一个圆要素的形状和位置变动量的综合指标。2.全跳动公差 全跳动公差是限制一个圆柱要素的形状和位置变动量的一项综合指标,分为径向全跳动公差和端面全跳动公差。,6.4形位公差的选用形位公差未注公差值相关标准将直线度和平面
7、度、垂直度、对称度、圆跳动的未注公差值分为H、K、L三个公差等级,按基本长度范围列出公差值,该公差值可不标注在图样上,但应在标题栏附近或在技术要求、技术文件(如企业标准)中注出标准号及公差等级代号,例如:GB/T 1184-X。如果由于功能需要对某个要素提出更高的公差要求时,应按照相关标准的规定在图样上直接标注,更低的公差要求只有对工厂经济效益有利时才需注出。6.4.1形位公差项目的选择对形位公差要求比较高的18级形位公差等级,应注明形位公差值。6.4.2基准的确定在确定位置公差时,必须给出基准。6.4.3形位公差值的确定形位公差分为12个公差等级,公差数值可根据主参数在相应形位公差表中查出。
8、6.5表面粗糙度在零件的制造过程中,经切削、铸造、锻造等方法所形成的表面,都是有形状误差的,这些形状误差可分为表面粗糙度(微观形状误差)、表面波纹度(波度)、形状误差(宏观几何形状误差)。目前,虽然没有划分三者的标准,但通常都是按波距大小来区分的:波距小于1mm的为表面粗糙度;波距在110mm之间的为表面波度;波距大于10mm的为形状误差。6.5.1表面粗糙的基本术语及参数1.基本术语2.评定参数为了评定实际轮廓,常需要在高度方向规定适当的参数。6.5.2表面粗糙度的选用及标注表面粗糙度的选用主要是确定评定参数。1.评定参数的选择选择基本评定参数Ra或Rz、Ry及其数值,其数值见表6-2、表6
9、-3。表6-3微观不平度十点高度(Rz)和轮廓最大高度(Ry)数值系列表(GB/T 10311995 )(单位:m)表6-2轮廓算术平均偏差(Ra)数值系列表(GB/T 10311995) (单位:m)表6-4评定参数值的应用举例表6-4评定参数值的应用举例2.图样标注1.形位公差有多少项?写出各项名称及代号。2.举例说明尺寸公差带与形位公差带的区别,并画出九种主要形位公差带形状。3.说明如图6-48所示的零件图中,底面a、端面b、孔表面c和孔的轴线d分别是什么要素(被测要素或基准要素;单一要素或关联要素;轮廓要素或中心要素),并说明所标各项形位公差的公差带形状。图6-484.试分别说明径向圆
10、跳动与同轴度;端面圆跳动与垂直度;线轮廓度与面轮廓度之间的区别。5.说明如图6-49所示两种形状公差的公差带的异同。图6-496.图6-50所示为锥齿轮毛坯,若按使用要求规定其各有关要素的形位公差如下,试用国家标准规定的方法把它们标注在图样上。7.表面粗糙度国家标准中规定了哪些评定参数(写出名称和代号)?哪些是基本参数?8.在表面粗糙度标准中,已经规定了取样长度,为什么还要规定评定长度?9.解释Ra、Rz、Ry的含义。10.解释如图6-51所示零件图样上标注的各表面粗糙度要求的含义。图6-50图6-517.1金属材料的力学性能机械零件或工程结构在使用时都要受到外力的作用,金属材料在外力作用下所
11、表现的特性称为力学性能。力学性能是检验材料质量和设计零件时选用材料的主要依据。常用的力学性能主要有强度、塑性、硬度、冲击韧度和疲劳强度等。7.1.1强度强度是金属材料在外力作用下抵抗永久变形和断裂的能力,即材料被破坏前所能承受的最大应力。图7-17.1.2塑性塑性是金属材料在外力作用下产生变形而不断裂的能力。7.1.3硬度 硬度是指金属材料抵抗局部变形(特别是塑性变形、压痕或划痕)的能力,它是衡量金属软硬程度的指标。冲击韧度是指金属材料在冲击载荷作用下抵抗破坏的能力,一般以aK表示。7.1.5疲劳强度 疲劳强度是指金属材料经受无限次动循环而不断裂的最大应力。7.1.4冲击韧度图7-27.2铁碳
12、合金基础知识钢铁是工业中广泛应用的金属材料,其基本组成元素是铁和碳,统称为铁碳合金。铁碳合金常温时多呈灰黑色,又称黑色金属。7.2.1铁碳合金的基本组织 在铁碳合金中,铁与碳相互作用形成一系列化合物 7.2.2铁碳合金相图铁碳合金相图(图7-3)是表示在极缓慢冷却(或加热)的条件下,不同成分的铁碳合金在不同温度时所具有的组织状态的图形。图7-31.铁碳合金相图中主要特性线的含义特性线是铁碳合金组织发生转变的界线。2.铁碳合金的分类7.3钢的热处理钢的热处理是把钢在固态下加热到一定温度后,保温一段时间,再以适当的速度冷却,从而改变钢的组织,以获得预期性能的工艺方法。热处理分为常规热处理、表面热处
13、理和化学热处理。 7.3.1常规热处理7.3.2表面热处理有些零件要求表面有较高的硬度和强度,而中心部分有足够的塑性和冲击韧度,这时应对零件进行表面热处理。化学热处理是把钢件放在化学介质中,加热到预定的温度,保温一定时间,使该介质元素渗入到工件的表层中,从而改变表层的成分、组织和性能的热处理方法。7.3.3化学热处理7.4工业常用钢的分类、牌号和应用工业中常用的钢有碳钢和合金钢。7.4.1碳钢碳钢是指wC2.11%的铁碳合金,工业上常用铸铁中碳的质量分数一般在2.5%4.0%范围内。铸铁是一种脆性材料,不适合制造受冲击、受变载作用的零件,但它具有良好的铸造性、减摩性、减振性和切削性,生产工艺简
14、单,成本低,广泛用于制造结构形状复杂的零件,如箱类、壳类和底座类零件。1.什么是金属材料的力学性能?研究金属材料力学性能有什么意义?2.什么是金属材料的强度、塑性、冲击韧度及疲劳强度?它们各用什么符号表示?3.铁碳合金有哪几种基本组织?说明它们的性能特点。4.什么是铁碳合金相图?铁碳合金相图有哪些方面的应用?5.为什么钢适于压力加工成形,铸铁适于铸造成形?6.什么是热处理?热处理的主要目的是什么?热处理有哪些种类?7.退火的目的是什么?生产上常用的退火方法有哪几种?8.什么是淬火?淬火的目的是什么?9.回火的方法有哪几种?其用途是什么?10. 什么是调质处理?什么零件应进行调质处理?11. 什
15、么零件要进行表面淬火处理?12. 化学热处理有哪几种?13. 钢的分类方法有哪几种?14.指出下列碳素钢牌号的含义:Q23520钢45钢T815.什么是合金钢?常用的合金钢有哪几种?16.手用钢锯条、机床主轴、汽车钢板弹簧、丝锥、游标卡尺和汽车变速齿轮,各选用何种钢制造?为什么?17.试比较碳素工具钢与低合金刀具钢的性能及用途。18.什么是铸铁?与钢相比有什么性能特点?19.根据碳存在的形式铸铁可分为哪几类?各有何性能特点?20.灰铸铁的哪些性能优于钢?8.1非铁金属工业上将钢铁材料以外的金属及合金,统称为非铁金属。非铁金属及合金具有许多特殊性能,是工业生产中不可缺少的金属材料。常用的非铁金属
16、有以下几种:8.1.1铝及铝合金1.铝 纯铝呈银白色,塑性好,强度低,适于压力加工,有良好的耐蚀性,导电、导热性好,仅次于银、铜、金。2.变形铝合金3.铸造铝合金 用于制造铸件的铝合金称为铸造铝合金,其力学性能较变形铝合金稍差,但铸造性能好,可铸造形状复杂的零件毛坯。8.1.2铜及铜合金1.纯铜 纯铜呈紫红色,俗称紫铜,具有良好的导电性、导热性、耐蚀性和焊接性能,用于制造导电、导热和耐蚀器件。2.黄铜 铜和锌的合金称为黄铜。青铜是指除黄铜、白铜(以镍为主要合金元素的铜合金)以外的铜合金。 3.青铜8.1.3钛及钛合金 8.2非金属材料非金属材料通常指除金属材料以外的工程材料,主要有高分子材料、
17、陶瓷材料和复合材料等。8.2.1高分子材料8.2.2陶瓷材料 陶瓷材料是指用各种粉状原料做成一定形状后,在高温窑炉中烧制而成的一种无机非金属固体材料。8.2.3复合材料 复合材料是指为了达到某些特殊性能要求而将两种或两种以上物理、化学性质不同的物质,经人工组合得到的固体材料。1.铝合金有何性能特点?2.什么是黄铜?黄铜多应用于哪些领域?3.什么是锡青铜?锡青铜有哪些应用?4.钛及钛合金的主要性能特点是什么?5.高分子材料的性能有何特点?6.试述工程塑料的类型和特性?7.复合材料有哪些特点?螺纹联接是利用具有螺纹的零件将需要相对固定的零件联接在一起的联接方式。这种联接具有结构简单、工作可靠、装拆
18、方便、成本低等优点,因此应用广泛。螺旋传动由螺杆、螺母和机架组成,可将回转运动变换为直线运动。它们都是利用螺纹零件工作的。9.1螺纹的类型与应用9.1.1螺纹的形成与分类 1.螺纹的形成螺纹的形成过程如图9-1所示,将一直角三角形绕在一圆柱体上,其斜边则形成螺纹。图9-12.螺纹的分类 9.1.2普通螺纹的主要参数 普通螺纹主要参数有8个,即大径、小径、中径、螺距、线数、导程、牙型角和螺纹升角等,如图9-3所示。图9-39.1.3螺纹的应用 常用的螺纹有普通螺纹、管螺纹、矩形螺纹、梯形螺纹和锯齿形螺纹等。图9-41.联接螺纹2.传动螺纹9.2螺纹联接9.2.1螺纹联接的应用 螺纹联接是利用螺纹
19、零件构成可拆卸的固定联接。表9-1螺纹联接的基本类型、特点及应用表9-1螺纹联接的基本类型、特点及应用表9-1螺纹联接的基本类型、特点及应用9.2.2螺纹联接的预紧和防松1.螺纹联接的预紧绝大多数螺纹联接装配时都需要把螺母拧紧,使螺栓和被联接件受到预紧力的作用,这种联接叫做紧螺纹联接。2.螺纹联接的防松螺纹联接件常为单线螺纹,满足自锁条件,在受静载荷和工作温度变化不大时,不会自行脱落。表9-2常见的螺纹防松方法表9-2常见的螺纹防松方法9.2.3螺纹连接的装配1.双头螺柱的装配方法由于双头螺柱没有尖顶,无法将旋入端紧固,常采用双螺母对顶或螺钉与双头螺柱对顶的方法来装配双头螺柱。图9-5a)用两个螺母拧入方法b)用长螺母拧入2.螺母和螺钉的装配方法9.3螺旋传动 螺旋传动利用螺杆和螺母组成的螺旋副来实现传动要求,它主要用于将回转运动转变为直线运动,同时传递动力。如图9-6所示,借助开合螺母与长螺杆啮合实现车床纵向进给运动。图9-62.常用的螺纹有哪些特点?传动用什么螺纹?联接用什么螺纹?3.按用途不同,螺旋传动可分为哪几种类型?4.螺纹联接的基本形式有哪几种?各用在什么场合?5.螺纹联接为什么会松动?常用的防松方法有哪些?1.螺纹的主要参数有哪些?
