1、5.3 Size Precision Design of Elements 零件的尺寸精度设计零件的尺寸精度设计在学过在学过机械制图机械制图课程相关内容的基础上，阅读尺寸精度课程相关内容的基础上，阅读尺寸精度设计教材内容，设计教材内容，1、极限与配合的基本术语和定义；、极限与配合的基本术语和定义；2、公差与配合标准；、公差与配合标准；3、配合制的选用；、配合制的选用；4、公差等级的选用；、公差等级的选用；5、配合种类的选用。、配合种类的选用。5.3.1 Contact Types of Elements and Using Demand 零件的结合类型及使用要求零件的结合类型及使用要求(1)用
2、作相对运动副用作相对运动副(2)用作固定连接用作固定连接(3)用作定位可拆连接用作定位可拆连接这类结合必须保证有适当的间隙。这类结合必须保证有适当的间隙。这类结合必须保证有一定的过盈。这类结合必须保证有一定的过盈。这类结合必须保证有较小的间隙或过盈。这类结合必须保证有较小的间隙或过盈。l 孔和轴孔和轴l 尺寸：尺寸：尺寸、基本尺寸、实际尺寸、作用尺寸、极限尺寸、尺寸、基本尺寸、实际尺寸、作用尺寸、极限尺寸、实体尺寸实体尺寸l 偏差与公差偏差与公差l 尺寸公差带图尺寸公差带图l 加工误差与公差的关系加工误差与公差的关系l 合格性判定原则合格性判定原则有关几何量精度的基本术语和定义有关几何量精度的
3、基本术语和定义l 孔和轴孔和轴孔孔 通常指工件的圆柱形内表面，也包括非圆柱形内表面（由二平行面通常指工件的圆柱形内表面，也包括非圆柱形内表面（由二平行面或切面形成的包容面）。或切面形成的包容面）。轴轴 通常指圆柱形外表面，也包括非圆柱形外表面（由二平行面或切面通常指圆柱形外表面，也包括非圆柱形外表面（由二平行面或切面形成的包容面）。形成的包容面）。由尺寸由尺寸DD1 1、D D2 2、D D3 3、D D4 4和和DD5 5等所确定的内表面都视作等所确定的内表面都视作孔，由尺寸孔，由尺寸d d1 1、d d2 2、d d3 3、d d4 4等所确定的外表面都视作轴。等所确定的外表面都视作轴。l
4、 尺寸：尺寸：尺寸、基本尺寸、实际尺寸、作用尺寸、极限尺寸、尺寸、基本尺寸、实际尺寸、作用尺寸、极限尺寸、实体尺寸实体尺寸1)尺寸尺寸是指用特定单位表示长度值的数字。国家标准规定在技术图样上所标是指用特定单位表示长度值的数字。国家标准规定在技术图样上所标注的长度尺寸均以注的长度尺寸均以毫米毫米为单位。为单位。2)基本尺寸基本尺寸 设计给定的尺寸。设计给定的尺寸。3)实际尺寸实际尺寸 通过测量而获得的尺寸（通过测量而获得的尺寸（Da,da）。）。孔和轴的基本尺寸分别用孔和轴的基本尺寸分别用D和和d表示。表示。4)极限尺寸极限尺寸 允许尺寸变化的两个界限值。允许尺寸变化的两个界限值。孔或轴允许的最
5、大尺寸为最大极限尺寸（孔或轴允许的最大尺寸为最大极限尺寸（Dmax、dmax）;孔或轴允许的最小尺寸为最小极限尺寸（孔或轴允许的最小尺寸为最小极限尺寸（Dmin、dmin）;5)作用尺寸作用尺寸孔的作用尺寸孔的作用尺寸Dfe：在配合面全长上，与实际孔内接的最大理想轴的尺寸；在配合面全长上，与实际孔内接的最大理想轴的尺寸；轴的作用尺寸轴的作用尺寸dfe：在配合面全长上，与实际轴外接的最大理想孔的尺寸在配合面全长上，与实际轴外接的最大理想孔的尺寸;6)实体尺寸实体尺寸偏差与公差偏差与公差2)2)尺寸公差（简称公差）：尺寸公差（简称公差）：允许尺寸的变动量。等于上极限尺寸减去下极允许尺寸的变动量。等
6、于上极限尺寸减去下极限尺寸所得的差值。限尺寸所得的差值。孔公差孔公差T Th h=D=Dmaxmax-D-Dmin min =ES-EI =ES-EI 轴公差轴公差T Ts s=d=dmaxmax-d-dmin min =es-ei =es-ei 1)1)偏差：偏差：某一尺寸减去公称尺寸所得的代数差。包括某一尺寸减去公称尺寸所得的代数差。包括实际偏差实际偏差和和极限偏差极限偏差。极限偏差又分上极限偏差，简称上偏差（孔极限偏差又分上极限偏差，简称上偏差（孔ESES、轴、轴eses）和下极限偏差，）和下极限偏差，简称下偏差（孔简称下偏差（孔EIEI、轴、轴eiei）。）。ES=DES=Dmaxma
7、x-D es=d-D es=dmaxmax-D-D EI=D EI=Dminmin-D ei=d-D ei=dminmin-D-D 公差与极限偏差：公差与极限偏差：区别区别 数值上数值上：极限偏差是代数值，可：极限偏差是代数值，可+、-或或0；公差是非公差是非0的绝对值（零意味着加工误差不存在）。的绝对值（零意味着加工误差不存在）。作用上作用上：极限偏差控制合格零件实际偏差；：极限偏差控制合格零件实际偏差；公差控制合格零件实际尺寸允许变动的范围（精度）；公差控制合格零件实际尺寸允许变动的范围（精度）；极限偏差表示公差带的位置，影响配合的松紧（种类）；极限偏差表示公差带的位置，影响配合的松紧（种
8、类）；公差表示公差带的宽度，影响配合的精度（公差表示公差带的宽度，影响配合的精度（Tf=Th+Ts）;工艺上工艺上：对某一具体零件，公差反映加工的难易程度，是制定加工工：对某一具体零件，公差反映加工的难易程度，是制定加工工艺的主要依据；艺的主要依据；极限偏差是调整机床对刀的依据。极限偏差是调整机床对刀的依据。联系联系：公差是上、下偏差之差的绝对值。公差是上、下偏差之差的绝对值。l 尺寸公差带图尺寸公差带图公差带公差带 表示零件的尺寸相对其基表示零件的尺寸相对其基本尺寸所允许变动的范围，称为公本尺寸所允许变动的范围，称为公差带。差带。用图所表示的公差带，称为公差带图，如图所示。用图所表示的公差带
9、，称为公差带图，如图所示。在公差带图中，代表基本尺寸的一条直线，称为在公差带图中，代表基本尺寸的一条直线，称为零线零线。零线以上的偏差。零线以上的偏差为为正偏差正偏差，零线以下的偏差为，零线以下的偏差为负偏差负偏差。公差带图中的基本尺寸的单位为。公差带图中的基本尺寸的单位为mmmm，偏差和公差的单位通常为，偏差和公差的单位通常为mm。画出公称尺寸为画出公称尺寸为 50mm50mm，上极限尺寸，上极限尺寸为为 50.02550.025mmmm、下极限尺寸为下极限尺寸为 5050 mmmm的孔与上极限尺寸为的孔与上极限尺寸为 49.97549.975mm mm、下极限尺寸为下极限尺寸为 49.95
10、949.959mmmm的轴的公的轴的公差差带图。带图。尺寸公差带图举例：尺寸公差带图举例：0+-50+25-25-41l 加工误差与公差的关系加工误差与公差的关系 加工误差是无法避免的，其误差值在加工误差是无法避免的，其误差值在一定范围内变化是允许的，加工后的零一定范围内变化是允许的，加工后的零件的误差只要不超过零件的公差，零件件的误差只要不超过零件的公差，零件是合格的。所以是合格的。所以公差是设计给定的公差是设计给定的，用，用于限制加工误差的；于限制加工误差的；误差则是加工过程误差则是加工过程中产生中产生的。的。工件在加工过程中，由于工艺系统误差的影响，使加工后的零件的几工件在加工过程中，由
11、于工艺系统误差的影响，使加工后的零件的几何参数与理想值不相符合，其差别称为何参数与理想值不相符合，其差别称为加工误差加工误差。其中有：。其中有：尺寸误差尺寸误差；几何形状误差和位置误差。几何形状误差和位置误差。l 合格性判定原则合格性判定原则 工件除线性尺寸外，还存在形状误差，为正确地判断工件工件除线性尺寸外，还存在形状误差，为正确地判断工件尺寸的合格性，规定了极限尺寸判断原则，即泰勒原则。其尺寸的合格性，规定了极限尺寸判断原则，即泰勒原则。其内容为：内容为：孔或轴的作用尺寸不超过最大实体尺寸，孔或轴的作用尺寸不超过最大实体尺寸，任何位置的实际尺寸不允许超过最小实体尺寸。任何位置的实际尺寸不允
12、许超过最小实体尺寸。极限与配合示意图极限与配合示意图具有间隙的配合具有间隙的配合(包括间包括间隙为零隙为零)称为间隙配合。当配合为间隙配合时，孔的公差称为间隙配合。当配合为间隙配合时，孔的公差带在轴的公差带上方。带在轴的公差带上方。具有过盈的配合具有过盈的配合(包括过包括过盈为零盈为零)称为过盈配合。当配合为过盈配合时，孔的公差带称为过盈配合。当配合为过盈配合时，孔的公差带在轴的公差带下方。在轴的公差带下方。可能具有间隙，可能具有可能具有间隙，可能具有过盈过盈(针对大批零件而言针对大批零件而言)的配合称为过渡配合。当配合的配合称为过渡配合。当配合为过渡配合时，孔的公差带和轴的公差带相互交叉。为
13、过渡配合时，孔的公差带和轴的公差带相互交叉。配合公差带图配合公差带图把公差和基本偏差标准化的制度称把公差和基本偏差标准化的制度称为极限制。配合制是同一极限制的孔和轴组成配合的一种制为极限制。配合制是同一极限制的孔和轴组成配合的一种制度，也叫基准制。度，也叫基准制。l 国标规定了两种平行的配合制：国标规定了两种平行的配合制：基孔制配合基孔制配合和和基轴制配合基轴制配合。是指基本偏差为一是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成各种配合的定的孔的公差带与不同基本偏差的轴的公差带形成各种配合的一种制度。孔的公差带在零线上方，孔的最小极限尺寸等于基一种制度。孔的公差带在零线上方，孔的
14、最小极限尺寸等于基本尺寸，孔的下偏差本尺寸，孔的下偏差EI为零，孔称为基准孔，其代号为为零，孔称为基准孔，其代号为“H”。是指基本偏差为一是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。轴的公差带在零线下方，轴的最大极限尺寸等于基一种制度。轴的公差带在零线下方，轴的最大极限尺寸等于基本尺寸，轴的上偏差本尺寸，轴的上偏差es 为零，轴称为基准轴，其代号为为零，轴称为基准轴，其代号为“h”。是以国家标准是以国家标准制定的一系列由不同的基本尺寸和不同的公差等级组成制定的一系列由不同的基本尺寸和不同的公差等级组成的标
15、准公差值。标准公差值是用来确定任一标准公差值的标准公差值。标准公差值是用来确定任一标准公差值的大小，也就是确定公差带的大小的大小，也就是确定公差带的大小(宽度宽度)。l 由由（IT01IT18共共20级）级）、公差单位公差单位和和基本尺基本尺寸分段寸分段三项内容组成。三项内容组成。国家标准国家标准GB/T1804-2000制定了制定了线性尺寸的一般公差和极限尺寸。线性尺寸的一般公差和极限尺寸。一般公差：一般公差：车间普通工艺条件下，机床设备一般加工能力可车间普通工艺条件下，机床设备一般加工能力可保证的公差。保证的公差。主要用于较低精度的非配合尺寸。主要用于较低精度的非配合尺寸。线性尺寸的未注公
16、差规定四个等级：线性尺寸的未注公差规定四个等级：f 精密级；精密级；m 中等级；中等级；c 粗糙级；粗糙级；v 最粗级；最粗级；基本偏差系列示意图基本偏差系列示意图5.3.2 Selection of Size Tolerance and Fit 尺寸公差与配合的选用尺寸公差与配合的选用l 尺寸公差与配合的选用是机械设计和制造的一个很重要的尺寸公差与配合的选用是机械设计和制造的一个很重要的环节，公差与配合选择的是否合适，直接影响到机器的使环节，公差与配合选择的是否合适，直接影响到机器的使用性能、寿命、互换性和经济性。用性能、寿命、互换性和经济性。l 公差与配合的选用主要包括：公差与配合的选用主
17、要包括：配合制的选用配合制的选用【基孔制或【基孔制或和和基轴制】基轴制】、公差等级的选用和配合种类、公差等级的选用和配合种类【间隙配合、过盈【间隙配合、过盈配合、过渡配合】配合、过渡配合】的选用的选用。l 基孔制和基轴制是两种平行的配合制。基孔制配合能满足基孔制和基轴制是两种平行的配合制。基孔制配合能满足要求的，用同一偏差代号按基轴制形成的配合，也能满足要求的，用同一偏差代号按基轴制形成的配合，也能满足使用要求。如：使用要求。如：H7/k6与与K7/h6的配合性质基本相同，称为的配合性质基本相同，称为“同名配合同名配合”。所以，。所以，。l 一般一般孔通常采用定尺寸刀具（如钻头、孔通常采用定尺
18、寸刀具（如钻头、铰刀、拉刀等）加工和定尺寸量具（如塞规、心轴等）检铰刀、拉刀等）加工和定尺寸量具（如塞规、心轴等）检验，而一种规格的定尺寸刀具和量具，只能满足一种孔公验，而一种规格的定尺寸刀具和量具，只能满足一种孔公差带的需要；孔比轴难加工。差带的需要；孔比轴难加工。按基轴制直接成形的轴（后续不加按基轴制直接成形的轴（后续不加工）；同一基本尺寸的轴上装配几个零件而且配合性质不工）；同一基本尺寸的轴上装配几个零件而且配合性质不同时；与标准件或标准部件配合的孔或轴。同时；与标准件或标准部件配合的孔或轴。根据使用要求，根据使用要求，活塞销与活塞孔的配合为过渡配合活塞销与活塞孔的配合为过渡配合，活塞销
19、活塞销与连杆套筒的配合为间隙配合（转动处）与连杆套筒的配合为间隙配合（转动处）。如果选用如果选用配合，三处配合分别为配合，三处配合分别为H7/m6、H7/g6 和和H7/m6，图，图(b)，必须把轴做成中间小、两头大的台阶形式才能满足各部分的配合，必须把轴做成中间小、两头大的台阶形式才能满足各部分的配合要求，而且不利于加工和装配；要求，而且不利于加工和装配；如果选用如果选用配合，三处配合分别为配合，三处配合分别为M7/h6、G7/h6 和和M7/h6，图，图(c)，就可把轴做成光轴，这样有利于加工和装配。就可把轴做成光轴，这样有利于加工和装配。l 公差等级选择的基本原则，就是在能够满足使用要求
20、的前公差等级选择的基本原则，就是在能够满足使用要求的前提下，应尽量选择低的公差等级。提下，应尽量选择低的公差等级。l 选用公差等级时，应从工艺、配合及有关零件、部件或机选用公差等级时，应从工艺、配合及有关零件、部件或机构的特点，并参考已被实践证明合理的实例来考虑。构的特点，并参考已被实践证明合理的实例来考虑。l 选用方法：类比法、计算查表法选用方法：类比法、计算查表法各公差等级的应用范围各公差等级的应用范围l 配合种类的选择主要是根据配合种类的选择主要是根据零件的功能要求零件的功能要求，确定配合的，确定配合的类型及配合种类。类型及配合种类。当相配合的孔、轴间有相对运动时，选当相配合的孔、轴间有
21、相对运动时，选择间隙配合择间隙配合；当相配合的孔、轴间无相对运动时，不经常当相配合的孔、轴间无相对运动时，不经常拆卸，而需要传递一定的扭矩，选择过盈配合拆卸，而需要传递一定的扭矩，选择过盈配合；当相配合当相配合的孔、轴间无相对运动，而需要经常拆卸时，选择过渡配的孔、轴间无相对运动，而需要经常拆卸时，选择过渡配合。合。l 配合代号的选择：尽量选择国家标准中规定的公差带和配配合代号的选择：尽量选择国家标准中规定的公差带和配合。当优先配合不能满足要求时，再从常用配合中选择，合。当优先配合不能满足要求时，再从常用配合中选择，常用配合不能满足要求时，再选择一般的配合。常用配合不能满足要求时，再选择一般的
22、配合。一般、常用和优先一般、常用和优先孔公差带孔公差带：总总105种，方框常用种，方框常用44种，圆圈优先种，圆圈优先13种种一般、常用和优先一般、常用和优先轴公差带轴公差带：总总116种，方框常用种，方框常用59种，圆圈优先种，圆圈优先13种种基孔制基孔制优先、常用配合：总优先、常用配合：总59种，优先种，优先13种种基轴制基轴制优先、常用配合：总优先、常用配合：总47种，优先种，优先13种种实例：实例：C616型车床尾座装配图中有关部位的配合型车床尾座装配图中有关部位的配合见：见：机械精度设计与机械精度设计与测量技术测量技术，北京大学，北京大学出版社出版社2008，p43-44配合尺寸在图
23、中的标注配合尺寸在图中的标注5.4 Geometrical Precision Design 几何精度设计几何精度设计l 任何机械产品都要经过图样设计、机械加工和装配调试等过任何机械产品都要经过图样设计、机械加工和装配调试等过程。在加工过程中，不论加工设备和方法如何精密、可靠，程。在加工过程中，不论加工设备和方法如何精密、可靠，都不可避免地会出现都不可避免地会出现。l 除了尺寸方面的误差外，还会存在各种形状和位置除了尺寸方面的误差外，还会存在各种形状和位置【Form and Location】方面的误差。例如，要求直、平、圆的地方面的误差。例如，要求直、平、圆的地方达不到理想的直、平、圆，要求
24、同轴、对称或位置淮确的方达不到理想的直、平、圆，要求同轴、对称或位置淮确的地方达不到绝对的同轴、对称或位置准确。地方达不到绝对的同轴、对称或位置准确。l 实际加工所得到的零件形状和几何体的相互位置相对于其理实际加工所得到的零件形状和几何体的相互位置相对于其理想的形状和位置关系存在差异，这就是形状和位置的误差想的形状和位置关系存在差异，这就是形状和位置的误差(简称简称)，统称为，统称为。几何误差不仅会影响机械产品的质量（如工作精度、联几何误差不仅会影响机械产品的质量（如工作精度、联接强度、运动平稳性、密封性、耐磨性、噪声和使用寿命接强度、运动平稳性、密封性、耐磨性、噪声和使用寿命等），还会影响零
25、件的互换性。等），还会影响零件的互换性。车削形成的形状误差车削形成的形状误差钻削形成的位置误差钻削形成的位置误差l 几何误差（形状和位置误差）的存在是不可避免的，零件在几何误差（形状和位置误差）的存在是不可避免的，零件在使用过程中也并不需要绝对消除这些误差，只需根据具体的使用过程中也并不需要绝对消除这些误差，只需根据具体的功能要求，把误差控制在功能要求，把误差控制在定的范围内即可，有了允许的变定的范围内即可，有了允许的变动范围便可实现互换性生产。动范围便可实现互换性生产。l 因此，在机械产品设计过程中，要对零件作因此，在机械产品设计过程中，要对零件作，以保证产品质量，满足所需要的性能要求。以保
26、证产品质量，满足所需要的性能要求。就是研究机械零件的几何就是研究机械零件的几何要素（点、线、面）在形状及其相互间方向或位置方面的精要素（点、线、面）在形状及其相互间方向或位置方面的精度问题。度问题。掌握几何公差的基本概念（要素）；掌握几何公差的基本概念（要素）；掌握掌握几何几何公差的标注方法（框格表示法、被测要素、基准公差的标注方法（框格表示法、被测要素、基准要素的标注）；要素的标注）；掌握掌握几何几何公差带类型、特点及标注方法；公差带类型、特点及标注方法；掌握公差原则的基本概念及常用的公差原则；掌握公差原则的基本概念及常用的公差原则；熟悉熟悉几何几何公差的选择和应用。公差的选择和应用。几何公
27、差项目及符号（几何公差项目及符号（GB/T 1182-2008)形形状状公公差差方方向向公公差差位位置置公公差差跳动跳动公差公差形状或方向形状或方向或位置公差或位置公差l 形状公差标注（形状公差标注（4项）项）l 方向公差标注（方向公差标注（3项）项）l 位置公差标注（位置公差标注（3项）项）位置度、同轴度和对称度位置度、同轴度和对称度l 跳动公差标注（跳动公差标注（2项）项）l 轮廓公差标注（线、面轮廓公差标注（线、面2项，形状、方向、位置项，形状、方向、位置）无基准线轮廓度（形状）无基准线轮廓度（形状）有基准线轮廓度（位置）有基准线轮廓度（位置）无基准面轮廓度（形状）无基准面轮廓度（形状）
28、有基准面轮廓度（形状）有基准面轮廓度（形状）l 包括公差项目的选择、公差值的选择、公差原则的选择和包括公差项目的选择、公差值的选择、公差原则的选择和基准要素的选择。基准要素的选择。5.5 Surface Roughness of Elements 零件的表面粗糙度零件的表面粗糙度 表面粗糙度是指零件表面加工后，形成的由较小间距和表面粗糙度是指零件表面加工后，形成的由较小间距和峰谷组成的峰谷组成的特性。表面粗糙度对零件的使用性特性。表面粗糙度对零件的使用性能、可靠性和寿命有直接影响。能、可靠性和寿命有直接影响。l 轮廓的算术平均偏差轮廓的算术平均偏差(arithmetical mean devi
29、ation of the assessed profile)在一个取样长度内，轮廓上各点纵坐在一个取样长度内，轮廓上各点纵坐标标Z(x)绝对值的算术平均值绝对值的算术平均值l 轮廓的最大高度轮廓的最大高度(maximum height of profile)在一个在一个取样长度内，最大轮廓峰高取样长度内，最大轮廓峰高Zp和最大轮廓谷深和最大轮廓谷深Z 之和之和基本符号基本符号去除材料的去除材料的扩展符号扩展符号不去除材料不去除材料的扩展符号的扩展符号允许任意工艺允许任意工艺去除材料去除材料不去除材料不去除材料一级锥齿轮传动的精一级锥齿轮传动的精度设计和结构设计度设计和结构设计 轴的精度设计和结构设计轴的精度设计和结构设计
