※简析形位公差选择的合理性

简析形位公差选择的合理性李国富

(鄂州大学机械系，湖北鄂州436000)摘要：针对形位公差项目选择中存在的一些问题，用简明的图示对比，该文阐述了形位公差之间的关系，论述了形位公差的选用原则，分析了合理选择各种形位公差的原理及方法。关键词：形位公差；被测要素；选用原则中图分类号：TH12文献标识码：文章编号：1008—9004(2007)02—0035—03鄂州大学学报2007年3月第14卷第2期P35〜371前言通常在机械零件的设计过程中，需考虑形位公差项目的合理选择，这不仅是设计工作的要求，同时也是保证零件使用的要求，是提高产品经济效益的一个重要方面。形位公差选择不合理，对机械零件的性能和生产成本造成不利的影响。鉴于工程图样上和个别教材上对形位公差项目之间的关系和概念的理解上存在的问题，结合教学和科研工作实际，对这些问题作如下分析，从而合理选择形位公差项目。2形状公差与位置公差的关系形状公差是指单一实际要素的形状所允许的变动全量，位置公差是指关联实际要素的方向或位置对基准所允许的变动全量，由于对同一要素给定的位置公差包容了形状公差，如果对统一要素给定的形状公差大于位置公差，将会出现保证了形状公差的要求，却不能保证位置公差要求的矛盾现象，所以对同一要素给定的形状公差应小于给定位置公差数值如给定平行度公差的要素，其直线度或平面度公差小于平行度公差；给定垂直度公差要素其给定的直线度或平面度公差值小于垂直度公差值；给定跳动公差的圆柱面，其给定的圆度或圆柱度公差小于圆跳动公差等【1】。在一般情况下，位置公差能够控制形状误差。如定位公差中，同轴度可以控制轴线的形状误差，对称度和位置度可以控制平面度误差；在跳动公差中，端面全跳动可以控制圆度、直线度、圆柱度误差，径向全跳动可以控制圆度、直线度、圆柱度误差。因此，在选择形状公差和位置公差时，当位置公差选定后，且能够控制相应的形状误差，并能满足使用要求，则可以不考虑形状公差的要求。如图1所示，同一斜面或平面上已经标注了倾斜度或平行度，一般可以不再标注平面度。

(1)合理rB(1)合理C(2)不合理C(3)合理 (4〕不合理图1形状公羞与位置公差的选择3形位公差的选择原则选择形位公差应充分保证零件的品质要求，尽可能方便生产，同时获得最佳经济效益3．1形位公差项目的选择形位公差项目选择的出发点随要素的几何特征、零件的结构特点和使用要求不同而变化。同一被测要素通常有若干个形位公差项目可供选择，对圆柱面就有圆度、圆柱度、素线的直线度、同轴度、位置度、圆跳动等形位公差项目可供使用。给定不同的形位公差项目，对零件的功能、加工方法、检测方法及评定方法都会产生不同的影响。所以，在保证零件功能的前提下，应根据不同的生产条件、检测条件和有利于生产等合理选择形位公差项目。3．2形位公差与尺寸公差的选择【2】对被测要素给定的形位公差值，与零件上的有关尺寸公差相互制约，相对于尺寸精度形位公差精度要求低，尺寸公差可控制形位公差的要求，此时便不再标注形位公差要求。当形位公差精度要求比尺寸精度要求高时，在零件图中则应注明形位公差的要求。对于定向和定位公差值，应小于有关的尺寸公差；如平行度公差值应小于相应的距离公差值，如果平行度公差值超过平行要素间的尺寸公差值，导致平行度误差超过尺寸公差，从而使尺寸误差超过尺寸公差，简单地说，从平行度来看零件是合格的，但从尺寸来看又是不合格的矛盾现象。3．3公差原则的选择选择公差原则时，应根据被测要素的功能要求，充分发挥出公差的职能和采取该公差原则的可行性、经济性。对尺寸公差与形位公差需要分别满足要求，两者不发生联系的要素，应采用独立原则当需要严格保证配合性质，如齿轮毂孔与轴颈的配合，应选用包容原则；当只要求保证可装配性，如凸缘上的螺栓孔组，控制螺栓中心线的位置度公差可选用最大实体原则；当零件要确保某一尺寸必须大于某一临界值且形位公差用以控制关联中心要素时，可采用最小实体原则【2】。4形位公差的选择【3〜5】4．1圆柱体轴线直线度与圆柱体素线直线度的选择圆柱体轴线直线度公差为形状误差，是用来控制圆柱体轴线的形状误差，公差带是直径为①t的圆柱面内的区域；圆柱体素线直线度公差是用来控制圆柱面上素线的形状误差，其公差带是轴剖面上距离为t的两平行直线之间的区域。虽然两者控制的被测要素不同，但是两者之间是相互联系的，当圆柱体轴线存在直线度误差，圆柱体素线必定存在直线度误差。反之，当圆柱体素线上存在直线度误差时，圆柱体轴线上直线度误差可能很小，有时还可能为零。所以，圆柱体素线直线度公差可以控制其轴线的直线度误差，但圆柱体轴线直线度公差不能控制其素线直线度误差。因此，设计圆柱体零件直线度公差要求时，一般标注其素线直线度；当确定了圆柱体素线直线度，就不需再选轴线直线度公差，如图2所示。(1)合理 (2)不合理图2删柱体轴线直线度与索线直线度的选择圆柱体轴线的直线度与素线的直线度的选择并非一层不变，在具体选用这两项公差时必须视具体情况具体分析。例如当被测要素只允许中间向材料外凸或内凹，只能选用素线直线度公差，对较长的圆柱体零件，当长度i与直径d之比i/d>8〜10时，在加工工艺上较

难保证其轴线的直线度，这时给出轴线的直线度公差较好，如图3所示。rEE(2)不合理(2)不合理⑴合理图3较K零件轴线育线度与素线点线度的选择4．2圆柱度与圆度、直线度的选择圆度公差是控制回转体垂直于轴线正截面内的形状误差，公差带是在垂直于轴线的任一正截面上，半径差为t的两同心圆之间的区域；素线直线度公差是控制圆柱体轴线方向截面内的形状误差，公差带是距离为公差值t的两平行平面之间的区域；圆柱度公差用来控制任一正截面和轴线方向截面的形状误差，公差带是半径差为t的两个同轴圆柱面之间的区域。从上面三者公差带可以看出，圆柱度公差能控制圆度和素线直线度公差，当回转体给定了圆柱度公差后，通常不再给出圆度或素线直线度公差要求。但是，从零件检测方面考虑，圆度与直线度的检测比网柱度容易，对于普通精度要求的圆柱体零件，选用圆度与直线度控制形状公差较好，如图4所示。4．3圆柱体轴线的直线度与圆柱体轴线的同轴度的选择圆柱体轴线直线度公差是用来控制圆柱体轴线的形状误差，其公差带是直径为t的圆柱内的区域；圆柱体轴线的同轴度是控制基准轴线与被测轴线之间的位置关系，其公差带是直径为t的圆柱面内的区域，该圆柱面的轴线与基准轴线同轴，两者所控制的要素密切相关；同一要素上圆柱体轴线的同轴度公差，可以控制圆柱体轴线直线度公差，标注了轴线同轴度的公差以后，通常不必再标注该轴线的直线度公差，如图5所示。(1)合理 (2)不合理图5圆柱体轴銭的直线度与同轴度的选择4．4端面圆跳动与垂直度的选择端面圆跳动公差，是在与基准同轴的任一半径位置的测量圆柱面上距离为t的两圆之间的区域，端面垂直度是距离为公差t且垂直于基准轴线的两平行平面之间的区域。由此可见,端面圆跳动既能反映端面的任一圆周上各点沿轴线相对的位置关系，又能反映该圆周与基准轴线的垂直关系；但它仅能反映端面上任一圆周对基准轴线的垂直关系，而不能反映整个端面对基准轴线的垂直关系。垂直度反映整个端面对基准轴线的垂直关系，端面对基准轴线的垂直度就是端面圆跳动和形状误差的综合体现。当零件端面圆跳动误差为零时，它可能仍然存在垂直度误差；反之，当零件垂直度误差为零时，它的端面圆跳动亦为零。因此，若采用端面圆跳动来替代垂直度公差，则零件精度降低，不能满足使用要求。通过两者的检测方法对比，垂直度检测方法较复杂，端面圆跳动检测方法较简单。所以，对这两个公差项目的选择，应具体问题具体分析，主要决定于零件所起的作用。当零件端

面对基准的垂直度要求不高，应优先选择端面圆跳动，典型零件如低速运动转轴上的轴肩，以及齿轮毛坯或起一般固定联接作用的端面等；当零件对垂直度有一定要求时，应注明垂直度公差要求，典型零件如立式钻床工作台、铣床工作台等，如图6所示。4．5径向圆跳动与同轴度的选择径向圆跳动是垂直于基准轴线的任一测量平面内，半径差为t且圆心在基准轴线上的两同心圆之间的区域，是以被测件各个测量平面测得的跳动量中的最大值为该工件的径向圆跳动；同轴度是被测轴线对基准轴线之间的位置关系，是以被测零件中若干个截面测得的读数差中最大绝对值作为该零件的同轴度误差，两者所控制的要素不同。径向圆跳动控制综合性误差，它既包含被测轴线对基准轴线的平移、倾斜及轴线弯曲等同轴度误差，又包含同一横截面的圆度形状误差，因此，径向圆跳动与同轴度之问联系密切。当圆柱面轴线对基准轴线之间有同轴度误差时，假定形状误差为零，但径向圆跳动并不为零，其圆跳动误差不小于同轴度误差。反之，如果有径向圆跳动误差时，同轴度误差会很小，甚至为零通过检测方法的比较，同轴度误差检测比径向圆跳动误差检测复杂，使用测量仪器较多。所以，在满足零件的使用要求前提下，应优先选择径向圆跳动，如图7所示。11(1〕合理 〔2)不合理图7径向圆跳动与同轴度的选择5结论形位误差对零件的正常使用产生很大的影响，因此，正确、合理地选择形位公差对保证零件的功能要求，提高经济效益是十分重要的。【参考文献】李国富•合理选择零件技术要求的探讨[J