1、第九章圆锥结合的互换性圆锥结合的互换性圆锥结合的互换性圆锥公差与配合的基本术语和基本概念圆锥公差的给定及标注方法与圆锥直径公差带的选择 圆锥结合是机器、仪器及工具结构中常用的典型结合。圆锥配合与圆柱配合相比较，具有同轴度精度高、紧密性好、间隙或过盈可以调整、可利用摩擦力来传递转矩等优点。一、概述一、概述1.圆锥圆锥 与轴线成一定角度，且一端相交于轴线的一条直线(母线)，围绕着该轴线旋转形成的圆锥表面与一定尺寸所限定的几何体，称为圆锥。外圆锥是外部表面为圆锥表面的几何体；内圆锥是内部表面为圆锥表面的几何体。圆锥表面 外圆锥 内圆锥 圆锥配合是机器结构中常用的典型结构，它具有较高的同轴度，配合自锁
2、性好、密封性好、可以自由调整间隙和过盈等特点，因而在工业生产中得到了广泛的应用。与光滑圆柱体结合相比较，圆锥结合具有以下特点：（1）对中性好，即易保证配合的同轴度要求对中性好，即易保证配合的同轴度要求。（2）配合性质可以调整配合性质可以调整，即可以调整配合间隙和过盈的大小来满足不同的工作要求，且可补偿表面的磨损，延长圆锥的使用寿命。（3）配合紧密且便于装拆配合紧密且便于装拆，结合的自锁性和密封性自锁性和密封性好，常被用在防止漏气、漏水等方面。（4）圆锥结合的结构较为复杂结构较为复杂，加工和检测也较为困难，故不如圆柱配合应用广泛。2.圆锥结合的特点圆锥结合的特点（1）间隙配合 这类配合有间隙，零
3、件易拆开，相互配合的内、外圆锥能相对运动。如机床顶尖、车床主轴的圆锥轴颈与滑动轴承的配合。（2）过渡配合 这类配合具有间隙，也可能具有过盈，要求内、外圆锥紧密配合，它用于对中定心和密封。当用于密封时，可以防止漏水和漏气，例如内燃机中气门与气门座的配合。为了使配合的圆锥面有良好的密封性，内、外圆锥要成对研磨，因而通常这类圆锥不具有互换性。（3）过盈配合 这类配合具有自锁性，用以传递扭矩。内、外锥体没有相对运动，过盈大小也可以调整，而且装卸方便。如机床上的刀具(钻头、立铣刀等)的锥柄与机床主轴锥孔的配合。3.圆锥配合的种类圆锥配合的种类 1圆锥角圆锥角 在与圆锥平行并通过轴线的截面内，两条素线(圆
4、锥表面与轴向截面的交线)间的夹角称为圆锥角。半锥角的代号为2。2圆锥直径圆锥直径 圆锥上垂直于轴线截面的直径。常用的圆锥直径有：最大圆锥直径D，最小圆锥直径d和给定截面圆锥直径dx。3圆锥长度圆锥长度L 最大圆锥直径与最小圆锥直径之间的轴向距离称为圆锥长度。二、二、常用术语及定义常用术语及定义 /2圆锥表面圆锥表面轴线轴线母线母线xLddxD 4锥度锥度C 两个垂直圆锥轴线截面的圆锥直径差与该两截面间的轴向距离之比称为锥度。如果最大圆锥直径为D，最小圆锥直径为d，圆锥长度为L，则锥度C为 锥度C与圆锥角的关系为：锥度关系式反映了圆锥直径、圆锥长度、圆锥角和锥度之间关系，这一关系式是圆锥的基本公
5、式。锥度一般用比例或分式形式表示。LdDC221:122ctgtgC GBT 1572001产品几何量技术规范(GPS)圆锥的锥度与锥角系列标准中规定了一般用途和特殊用途两种圆锥的锥度与锥角，适用于光滑圆锥。（1）一般用途圆锥的锥度与锥角 上述标准中对一般用途圆锥的锥度与锥角规定了21个基本值系列，锥角从120到小于1，或锥度从1:0.289到1:500。选用时，应优先选用表中第一系列，当不能满足需要时，选第二系列。（2）特殊用途圆锥的锥度与锥角 GBT 157一2001标准中对特殊用途圆锥的锥度与锥角规定了24个基本值系列，仅适用于表中所说明的特殊行业和用途。锥度与锥角系列锥度与锥角系列一般
6、用途圆锥的锥度与锥角（摘自一般用途圆锥的锥度与锥角（摘自GB 157-2001）一般用途圆锥的锥度与锥角一般用途圆锥的锥度与锥角(续续)（摘自（摘自GB 157-2001）基准平面基准平面a5.基面距基面距a 外圆锥基面（轴肩）与内圆锥基面（端面）之间的距离称之为基面距。基面距决定内、外圆锥的轴肩的相对位置。圆锥公差国家标准锥度与锥角系列GBT 1572001是等效采用国际标准ISO11191998产量几何是技术规范(GPS)锥度与锥角系列制订，适用于锥度C从1:31:500，圆锥长度L从6-630mm的光滑圆锥工件。圆锥公差的项目有圆锥直径公差、圆锥角公差、圆锥的形状公差和给定截面圆锥直径公
7、差。三、圆锥公差三、圆锥公差1.1.圆锥公差的术语及定义圆锥公差的术语及定义 （1）基本圆锥 基本圆锥是设计时给定的圆锥。基本圆锥可以用两种形式确定：一种是以一个基本圆锥直径(最大圆锥直径D或最小圆锥直径d或给定截面圆锥直径dx)、基本圆锥长度L和基本圆锥角(或基本锥度C)来确定；另一种是以两个基本圆锥直径(D和d)和基本圆锥长度L来确定。（2）极限圆锥 极限圆锥是实际圆锥允许变动的界限。直径为最大极限尺寸的称为最大极限圆锥，直径为最小极限尺寸的称为最小极限圆锥。合格的实际圆锥必须在两极限圆锥限定的空间区域之内。（3）圆锥直径公差TD 允许圆锥直径的变动量称为圆锥直径公差。其数值为允许的最大极
8、限圆锥直径与最小圆锥直径之差，用公差表示为：minmaxminmaxddDDTD （4）圆锥角公差AT 允许圆锥角的变动量称为圆锥角公差。其数值为允许的最大与最小圆锥角之差。minmaxAT 圆锥角的极限偏差，可以按单向或双向取值。双向取值时，可以是对称的，也可以是不对称的。圆锥角公差有两种表示形式：(1)AT：以角度单位微弧度()或以度、分、秒(、”)表示圆锥角公差值。(2)ATD：以长度单位微米()表示公差值，它是用与圆锥轴线垂直且距离为L的两端直径变动量之差所表示的圆锥角公差。AT与ATD的关系如下：式中 ATD的单位为 ；AT的单位为 ；L单位为mm。310LATATDardmmard
9、（5）圆锥的形状公差TF 圆锥形状公差包括两种：1)圆锥素线直线度公差 在圆锥轴向平面内，允许实际素线形状的最大变动量。其公差带，是在给定截面上，距离为公差值TF的两平行直线间的区域。2)截面圆度公差 在圆锥轴线法向截面上，允许截面形状的最大变动量。它的公差带是半径差为公差值TF的两同心圆间区域。对一个具体的圆锥零件来说，并不都需要给定上述四项公差，而是按圆锥零件的功能要求和工艺特点选取公差项目。我国国家标准规定了两种圆锥公差的给定方法：第一种方法：给出圆锥的理论正确圆锥角(或锥度C)和圆锥直径公差TD，由TD确定两个极限圆锥。其圆锥直径误差、圆锥角误差和圆锥形状误差都应限制在圆锥直径公差带内
10、。第二种方法：同时给出给定截面圆锥直径公差TDS和圆锥角公差AT。此时，给出的TDS仅控制该给定截面圆锥直径误差。而给出的圆锥角公差不包括在给定截面圆锥直径公差带内，TDS和AT两种公差分别规定，分别满足要求。2圆锥公差给定方法圆锥公差给定方法圆锥公差给定方法方法一（包容要求）标注圆锥公差给定方法方法一（包容要求）标注b)公差区公差区 39.9690.031 400.0313030E30 400.031a)标注标注：同时给出给定截面圆锥直径公同时给出给定截面圆锥直径公T TDSDS和圆锥和圆锥角公差。并分别满足要求。角公差。并分别满足要求。给定截面圆锥直径公差给定截面圆锥直径公差TDS与圆锥角
11、公差与圆锥角公差AT的关系的关系AT/2dmaxTDS/2AT/2AT/2dminAT/2给定截面给定截面 6030 555 450.0460圆锥公差给定方法方法二标注圆锥公差给定方法方法二标注7.3 圆锥配合四四、圆锥配合的特征、圆锥配合的特征 圆锥配合是由基本圆锥直径和基本圆锥角或基本锥度相同的内、外圆锥形成的。圆锥尺寸公差带的数值是按直径给定的，所指的间隙或过盈是指垂直于圆锥轴线方向即直径上的，而与圆锥角大小无关。本标准的适用范围内(锥度1：3至1：500)，最大差值不超过2可忽略不计。圆锥配合区别于圆柱配合的主要特点是内、外圆锥的相对轴向位置的不同，可以获得间隙配合、过渡配合或过盈配合
12、。因此，圆锥配合按内、外圆锥相对位置的确定方法分为两类：结构型圆锥配合和位移型圆锥配合。1结构型圆锥配合结构型圆锥配合 用适当的结构、使内、外圆锥保持固定的相对轴向位置，配合性质完全取决于内、外圆锥直径公差带的相对位置的圆锥配合称为结构型圆锥配合。实现轴向位置固定的方法可以是内、外圆锥基准平面之间直接接触(图a)，也可以采用其它附加的结构，保持内、外圆锥基准平面之间的距离(图b)。结构型圆锥配合 2.位移型圆锥配合位移型圆锥配合 用调整内、外圆锥相对轴向位置的方法，获得要求的配合性质的圆锥配合称为位移型圆锥配合。图a表示由内圆锥与外圆锥相接触的实际初始位置Pa起，向左移动距离Ea到达终止位置P
13、f，则形成间隙配合；图b表示内圆锥由实际初始位置Pa起，在一定的轴向装配力的作用下，向右移动Ea到达终止位置Pf，则形成过盈配合。24圆锥尺寸标注圆锥尺寸标注12/5/2022第八章 25公差锥度法标注圆锥公差的示例公差锥度法标注圆锥公差的示例b)公差区公差区 39.9690.031 400.0313030E30 400.031a)标注标注给定截面圆锥直径公差给定截面圆锥直径公差TDS与圆锥角公差与圆锥角公差AT的关系的关系AT/2dmaxTDS/2AT/2AT/2dminAT/2给定截面给定截面 6030 555 450.0460圆锥公差给定方法方法二标注圆锥公差给定方法方法二标注7.3.2
14、 7.3.2 圆锥配合的术语及定义圆锥配合的术语及定义 由于结构型圆锥配合的性质与圆柱配合一样，是由内、外圆锥直径公差带相对位置决定的，所以，圆锥配合国家标准主要对位移型圆锥配合的有关术语作了如下规定：1实际初始位置实际初始位置Pa 在不施加轴向力的情况下，相互结合的内、外实际圆锥的表面接触时的轴向位置，称为实际初始位置。实际初始位置可以以内圆锥相对于外圆锥的位置表示，也可以以外圆锥相对于内圆锥的位置表示。2极限初始位置极限初始位置(P1、P2)实际初始位置允许变动的两个界限。内、外圆锥以最大实体圆锥相接触时的轴向位置，称为极限初始位置P1；内、外圆锥以最小实体圆锥相接触时的轴向位置，称为极限
15、初始位置P2。合格的内、外圆锥相接触时，其实际初始位置Pa一定位于极限初始位置P1和P2之间。极限初始位置和初始位置公差极限初始位置和初始位置公差 3初始位置公差初始位置公差Tp 实际初始位置允许的变动量。它等于两极限初始位置之间的距离。初始位置公差与相互结合的内、外圆锥直径公差(TDi，TDe)的关系为 式中 C锥度；TDi 内圆锥直径公差；TDe外圆锥直径公差。)(1DeDiPTTCT 4终止位置终止位置Pf 相互结合的内、外圆锥，为得到要求的配合性质(间隙或过盈)所规定的相对轴向位置，称为终止位置。终止位置由给定的轴向位移值或轴向装配力来达到。5轴向位移轴向位移Ea 内圆锥或外圆锥从实际
16、初始位置Pa到终止位置Pf移动的距离，称为轴向位移Ea。相互结合的内、外圆锥，向相互脱离的方向位移，即产生间隙；反之则产生过盈。其位移大小将决定间隙或过盈量的大小。6极限轴向位移极限轴向位移(Eamax，Eamin)轴向位移允许变动的界限称为极限轴向位移。最大(极限)轴向位移Eamax是使圆锥配合得到最大间隙(smax)或最大过盈(max)时，内圆锥或外圆锥的轴向位移。最小(极限)轴向位移Eamin是使圆锥配合得到最小间隙(smin)或最小过盈(min)时，内圆锥或外圆锥的轴向位移。7轴向位移公差轴向位移公差TE 轴向位移时允许变动量称为轴向位移公差。它等于最大、最小轴向位移之差。轴向位移公差
17、反映了配合松紧变动的大小。它的给定取决于对配合精度的要求。其数值与允许的最大过盈(或间隙)、最小过盈(或间隙)有关，它们之间的关系为式中 Eamax、Eamin最大、最小轴向位移；max、min最大、最小过盈；smax、smin最大、最小间隙；TE轴向位移公差；C锥度。锥度。)(1minmaxminmaxCEETaaE)(1minmaxssC7.3.3 7.3.3 圆锥配合的确定圆锥配合的确定 1结构型圆锥配合结构型圆锥配合 圆锥体配合与圆柱体配合一样，也有基孔制与基轴制。圆锥配合国标推荐优先采用基孔制配合，即内圆锥直径基本偏差用H表示。1)圆锥公差带的确定 圆锥配合的圆锥直径公差带的代号和数
18、值，采用极限与配合国标(GBl8001998)规定的标准公差系列与基本偏差系列。由圆锥角或锥度和圆锥直径公差带，即可确定极限圆锥的大小和位置。标准公差系列由IT01，IT0，IT1，ITl8共20个公差等级组成。IT01级公差等级最高，公差值最小。ITl8级公差等级最低，其公差值最大。标准公差IT可确定圆锥直径公差带的大小，即确定两个极限圆锥之间的距离。基本偏差系列由A(a)ZC(zc)顺序排列的28个拉丁字母表示。大写代表孔(指内圆锥)，小写代表轴(指外圆锥)。基本偏差是上、下偏差中的一个，除J和j外，均指靠近零线的那个偏差。由基本偏差可确定圆锥直径公差带相对于基本圆锥直径的位置。2)圆锥配
19、合的确定 圆锥结合内、外圆锥直径公差带，国标规定按极限与配合国标选取。配合的基本偏差，通常在D(d)至ZC(zc)中选择。若从国标(GB18011998)中给出的常用配合不能满足要求，可按国标(GB1800-1998)的规定，组成所需的配合。对于高精度的配合，允许按由功能要求计算得到的极限间隙或极限过盈确定配合。结构型圆锥配合的圆锥直径配合公差，等于两结合圆锥内、外直径公差之和。其公差值的大小，直接影响配合精度。因此，对这类配合，推荐内、外圆锥直径公差不低于IT9级。2位移型圆锥配合位移型圆锥配合 1)圆锥直径公差带的确定 由于位移型圆锥配合的配合性质是由初始位置开始的轴向位移决定的。内、外圆
20、锥直径公差带仅影响配合的接触精度和装配的初始位置，而与配合性质无关。因此，内、外圆锥直径公差带的基本偏差并不反映配合的松紧。圆锥直径公差带的基本偏差，根据加工条件，国标推荐选用H、h或JS、js的配合公差带。而圆锥直径基本偏差，将影响初始位置和终止位置上配合的基面距，应通过计算来选取或校核内、外圆锥直径公差带。2)配合的确定配合的确定 位移型圆锥配合是通过给定相互结合的内、外圆锥的轴向位移或装配力来确定的。轴向位移方向将决定是间隙配合还是过盈配合。从初始位置开始，向内、外圆锥相互脱开的方向位移，将形成间隙配合；反之形成过盈配合。轴向位移的大小，将决定配合间隙量或过盈量的大小。轴向位移量的极限值
21、由功能要求的极限间隙或极限过盈量计算得到。极限间隙或极限过盈量可以通过计算法或类比法从国标中规定的极限间隙或极限过盈中选择。对于较重要的联结，也可直接采用计算值。40圆锥尺寸标注圆锥尺寸标注1 圆锥公差与配合的基本术语和基本概念圆锥公差与配合的基本术语和基本概念 一、圆锥的主要几何参数一、圆锥的主要几何参数 1.圆锥角是指在通过圆锥轴线的截面内，两条素线间的夹角。2.圆锥直径是指圆锥在垂直于其轴线的截面上的直径，常用的圆锥直径有最大圆锥直径D、最小圆锥直径d。3.圆锥长度L是指最大圆锥直径截面与最小圆锥直径截面之间的轴向距离。12/5/2022第八章 42二、有关圆锥公差的术语二、有关圆锥公差
22、的术语 1.公称圆锥 公称圆锥是指设计时给定的理想形状的圆锥。公称圆锥可用两种形式确定：一个公称圆锥直径（最大圆锥直径D或最小圆锥直径d）、公称圆锥长度L、公称圆锥角（或公称锥度C）。两个公称圆锥直径（D 和d）和公称圆锥长度L。12/5/2022第八章 432极限圆锥、圆锥直径公差和圆锥直径公差区 极限圆锥是指与公称圆锥共轴且圆锥角相等、直径分别为上极限直径和下极限直径的两个圆锥。12/5/2022第八章 4412/5/2022第八章 453.极限圆锥角、圆锥角公差和圆锥角公差区极限圆锥角是指允许的上极限或下极限圆锥角，它们分别用符号max和min表示。12/5/2022第八章 46三、有关
23、圆锥配合的术语三、有关圆锥配合的术语 1圆锥配合及其种类 圆锥配合是指基本圆锥相同的内、外圆锥直径之间，由于结合松紧的不同所形成的相互关系。圆锥配合分为下列三种配合：(1)间隙配合 (2)过盈配合 (3)过渡配合2圆锥配合的形成圆锥配合的形成 圆锥配合的形成可以分为结构型圆锥配合和位移型圆锥配合两种。结构型圆锥配合 结构型圆锥配合是指由内、外圆锥本身的结构或由结构尺寸确定装配位置，内、外圆锥公差区之间的相互关系。12/5/2022第八章 4712/5/2022第八章 48 结构型圆锥配合可以是间隙配合、过渡配合或结构型圆锥配合可以是间隙配合、过渡配合或 过盈配合。过盈配合。图图8-5 由结构形
24、成的圆锥间隙配合由结构形成的圆锥间隙配合图图8-6 由基面距形成的圆锥过盈配合由基面距形成的圆锥过盈配合12/5/2022第八章 49 位移型圆锥配合 位移型圆锥配合是指由规定内、外圆锥在装配时作一定相对轴向位移（Ea）确定的相互关系。位移型圆锥配合可获得间隙配合或过盈配合。12/5/2022第八章 502 圆锥公差的给定及标注方法圆锥公差的给定及标注方法与圆锥直径公差带的选择与圆锥直径公差带的选择 一、圆锥公差项目 1圆锥直径公差 圆锥直径公差 TD是以公称圆锥直径（一般取最大圆锥直径D）为公称尺寸，按GBT180022009规定的标准公差。12/5/2022第八章 512圆锥角公差圆锥角公
25、差 圆锥角公差AT 共分12个公差等级，它们分别用ATl、AT2、ATl2表示，其中ATl精度最高，等级依次降低，ATl2精度最低。GB/T113342005 圆锥公差规定了圆锥角公差的数值。12/5/2022第八章 52 3圆锥的形状公差圆锥的形状公差 圆锥的形状公差TF推荐按GB/T 11841996中附录B“图样上注出公差值的规定”选取，常用素线直线度公差和横截面圆度公差。在图样上可以按需要对圆锥标注这两项形状公差或其中的某一项公差，或者标注圆锥的面轮廓度公差。12/5/2022第八章 53二、圆锥公差的给定及标注方法二、圆锥公差的给定及标注方法 面轮廓度法 面轮廓度法是指给出圆锥的理论
26、正确圆锥角（或锥度C）、理论正确圆锥直径（D或d）和圆锥长度L，标注面轮廓度公差。12/5/2022第八章 54面轮廊度法标注圆锥公差的示例面轮廊度法标注圆锥公差的示例12/5/2022第八章 55基本锥度法 基本锥度法是指给出圆锥的公称圆锥角和圆锥直径公差TD。标注公称圆锥直径（D或d）及其极限偏差（按相对于该直径对称分布取值）。基本锥度法通常适用于有配合要求的结构型内、外圆锥。12/5/2022第八章 56基本锥度法标注圆锥公差的示例基本锥度法标注圆锥公差的示例12/5/2022第八章 57公差锥度法公差锥度法 公差锥度法是指同时给出圆锥直径（最大或最小圆锥直径）极限偏差和圆锥角极限偏差，
27、并标注圆锥长度，它们各自独立，分别满足各自的要求,可以按独立原则解释。12/5/2022第八章 58公差锥度法标注圆锥公差的示例公差锥度法标注圆锥公差的示例12/5/2022第八章 59三、圆锥直径公差带三、圆锥直径公差带(公差区公差区)的选择的选择1结构型圆锥配合的内、外圆锥直径公差带的选择 结构型圆锥配合也分基孔制配合和基轴制配合。优先选用基孔制配合 结构型圆锥配合的配合性质由相互结合的内、外圆锥直径公差带之间的关系决定。可以是间隙配合、过渡配合或过盈配合 2位移型圆锥配合的内、外圆锥直径公差带的选位移型圆锥配合的内、外圆锥直径公差带的选择择 位移型圆锥配合的内、外圆锥直径公差带的基本偏差
28、采用H/h或JS/js。其轴向位移的极限值按GB/T 18012009规定的极限间隙或极限过盈来计算。第第8章章 圆锥的公差配合及检测圆锥的公差配合及检测互换性与技术测量互换性与技术测量例：圆锥配合基本直径例：圆锥配合基本直径D=100D=100，c=1:50c=1:50，要求形成要求形成H8/u7H8/u7相同配合性质，计算轴向位移？相同配合性质，计算轴向位移？由由GB180179GB180179可知，可知，100 H8/u7100 H8/u7为基孔制过盈配合。为基孔制过盈配合。mmmITESdDEIHmmmITeiesdDmeiu 70701245454808100159159159015
29、935124)101(124100minmaxmin7maxminmax7 表表第第8章章 圆锥的公差配合及检测圆锥的公差配合及检测互换性与技术测量互换性与技术测量例：圆锥配合基本直径例：圆锥配合基本直径D=100D=100，c=1:50c=1:50，要求形成要求形成H8/u7H8/u7相同配合性质，计算轴向位移？相同配合性质，计算轴向位移？mmmcmmEETEmmmcEmmmcEaaaa45.44450)70159(50)(145.45.395.795.7795015.3350070501minmaxminmaxmaxmaxminmin 轴轴向向位位移移公公差差最最大大轴轴向向位位移移最最小小轴轴向向位位移移
