第五章几何精度

第5章机械精度设计学习指导本章学习目的是掌握极限与配合的选用：包括基准制的选用；公差等级的选用和配合的选用。掌握几何公差的选用：几何公差项目的选择；基准要素的选择；几何公差等级的选择；公差原则的选用。掌握表面粗糙度的选择：表面粗糙度参数值的选用原则、方法和步骤。正确处理这三者之间的关系并用于零件的精度设计。5.1概述

系统设计参数设计精度设计系统设计：根据使用功能要求确定机械产品的基本工作原理和总体布局，以保证总体方案合理性和先进性。如传动系统原理、位移、速度等。参数设计：根据产品的使用功能和可靠性要求来确定机构各零件的结构和尺寸。即确定机械产品几何形体各要素的公称尺寸。如选择合适的形状、尺寸、材料及处理方式等。精度设计：根据对机械的静态和动态精度的要求以及制造的经济性来确定零件几何要素允许的加工和装配误差。即尺寸精度、几何精度和表面质量等几个方面的选择与设计，并正确标

注在零部件图和装配图上。

如选择合适的形状、尺寸、材料及处理方式等。精度设计的基本原则：经济的满足功能要求类比法计算法试验法一、配合制的选用与使用要求无关。主要考虑结构合理性，加工工艺性和经济性。（1）直接使用有一定公差等级（IT8～IT11）而不再进行机械加工的冷拔钢材（这种钢材是按基准轴的公差带制造）制作轴。若需要各种不同的配合时，可选择不同的孔公差带位置来实现。这种情况主要应用在农业机械和纺织机械中。1．一般情况下应优先选用基孔制2．必要时选用基轴制5.2尺寸精度的设计极限与配合的选用配合制、公差等级和配合种类的选择在满足使用要求的前提下，确保获得最佳的技术经济效益（2）加工尺寸小于1mm的精密轴比同级孔要困难，因此在仪器制造、钟表生产、无线电工程中，常使用经过光轧成形的钢丝直接做轴，这时采用基轴制较经济。（3）根据结构上的需要，在同一基本尺寸的轴上装配有不同配合要求的几个孔件时应采用基轴制。如下图所示。间隙配合过渡配合过渡配合连杆活塞销活塞g6H7m6m6+0fD_G7M7h6M7+0fD_图5.1配合制选择示例

若与标准件(零件或部件)配合，应以标准件为基准件、来确定采用基孔制还是基轴制。（4）与标准件配合的基准制选择

如平键、半圆键等键联接，由于键是标准件，键与键槽的配合应采用基轴制；滚动轴承外圈与箱体孔的配合应采用基轴制，滚动轴承内圈与轴的配合应采用基孔制，如图5-2所示选择箱体孔的公差带为J7，选择轴颈的公差带为k6。3．非基准制配合的采用

图5-2基准制选择示例k6f50f110J7J7f110f9二、公差等级的选用1）在满足使用要求的前提下，尽可能选较低的公差等级或较大的公差值。1.依据：TD＋Td≤Tf2.选择原则:2）满足工艺等价原则对于基本尺寸≤500mm有较高公差等级的配合，因孔比同级轴难加工，当标准公差≤IT8时，国标推荐孔比轴低一级相配合，使孔、轴的加工难易程度相同。但对＞IT8级或基本尺寸＞500mm的配合，因孔的测量精度比轴容易保证，推荐采用孔、轴同级配合。1）计算—查表（下面将举例说明）2）类比法：参照类似的机构、工作条件和使用要求的经验资料，进行比照。（常用方法）3.方法:实质是要具体解决机械零件使用要求与制造工艺与成本之间的矛盾。满足使用要求的前提下，尽量选取较低的公差等级1）公差等级的应用范围，见表5-1；配合尺寸公差等级的应用见表5-2。＃类比法应考虑以下几点：3）各种加工方法能够达到的公差等级，见表5­-3，可供选择时参考。2）工艺等价4）相配零件或部件精度要匹配。如与滚动轴承相配合的轴和孔的公差等级与轴承的精度有关，如图5-2所示。再如与齿轮相配合的轴的公差等级直接受齿轮的精度影响。5）根据配合性质选择公差等级：过盈、过渡配合的公差等级不能太低，一般孔的标准公差≤IT8，轴的标准公差≤IT7。间隙配合则不受此限制。但间隙小的配合，公差等级应较高；而间隙大的配合，公差等级可以低些。例如，选用H6/g5和H11/a11是可以的，而选用H11/g11和H6/a5则不合适。6）在非基准制配合中，有的零件精度要求不高，可与相配合零件的公差等级差2～3级，如图2-20中箱体孔与轴承端盖的配合。三、配合的选用1．根据使用要求确定配合的类别配合的选择首先要确定配合的类别。选择时，应根据具体的使用要求确定是间隙配合还是过渡或过盈配合。例如，孔、轴有相对运动(转动或移动)要求，必须选择间隙配合；若孔、轴间应无相对运动，应根据具体工作条件的不同确定过盈、过渡甚至间隙配合。表5-4给出了配合类别选择的大体方向。无相对运动要传递转矩永久结合较大过盈的过盈配合可拆结合要精确同轴轻型过盈配合、过渡配合或基本偏差为H(h)①的间隙配合加紧固件②不要精确同轴间隙配合加紧固件②不需要传递转矩，要精确同轴过渡配合或轻的过盈配合有相对运动只有移动基本偏差为H(h)、G(g)①等间隙配合转动或转动和移动的复合运动基本偏差A～F(a～f)①等间隙配合表5-4配合类别选择的大体方向

计算法就是根据理论公式，计算出使用要求的间隙或过盈大小来选定配合的方法。对依靠过盈来传递运动和负载的过盈配合，可根据弹性变形理论公式，计算出能保证传递一定负载所需要的最小过盈和不使工件损坏的最大过盈。由于影响间隙和过盈的因素很多，理论的计算也是近似的，所以在实际应用中还需经过试验来确定，一般情况下，很少使用计算法。

2．选定基本偏差（配合）的方法试验法就是用试验的方法确定满足产品工作性能的间隙或过盈范围。该方法主要用于对产品性能影响大而又缺乏经验的场合。试验法比较可靠，但周期长、成本高，应用也较少。

类比法就是参照同类型机器或机构中经过生产实践验证的配合的实例，再结合所设计产品的使用要求和应用条件来确定配合。该方法应用最广。

用类比法选择配合，首先要掌握各种配合的特征和应用场合，尤其是对国家标准所规定的优先配合要非常熟悉。

3．用类比法选择配合时应考虑的因素p39表2-10是基轴本制常用和优先配合。p38表2-9是尺寸至500mm基孔制优先配合的特征及应用。

配合的选择应尽可能地选用优先配合，其次是常用配合，再次是一般配合。

如果仍不能满足要求，可以选择其他的配合。选择方法主要是类比法。相对运动情况无定心要求的慢速转动高速转动中速转动精密低速转动或移动或手动移动选择基本偏差c(C)d(D)或e(E)f(F)g(G)h(H)各类基本偏差在形成基孔制（或基轴制）配合时的应用场合大致总结如下：间隙配合按相对运动速度选择各种过盈配合基本偏差的比较与选择

过盈程度选择根据较小或小的过盈中等与大的过盈很大与特大的过盈传递扭矩的大小

加紧固件传递一定的扭矩与轴向力，属轻型过盈配合。不加紧固件可用于准确定心仅传递小矩，需轴向定位（过盈配合时）不加紧固件可传递较小的扭矩与轴向力，属中型过盈配合

不加紧固件可传递大的扭矩与轴向力、特大扭矩和动荷，属重型、特重型过盈配合装卸情况用于需要拆时，装入时使用压入机用于很少拆卸时

用于不拆卸时，一般不推荐使用。对于特重型过盈配合（后三种）需经试验才能应用应选择的基本偏差p（P）、r（R）s（S）、t（T）u（U）、v(V)、x（X）、y（Y）、z（Z）盈、隙情况过盈率很小稍有平均间隙过盈率中等平均过盈接近为零过盈率较大平均过盈较小过盈率大平均过盈稍大定心要求要求较好定心时要求定心精度较高时要求精密定心时要求更精密定心时装配与拆卸情况木锤装配拆卸方便木锤装配拆卸比较方便最大过盈时需相当的压入力，可以拆卸用锤或压力机装配拆卸较困难应选择的基本偏差js（JS）k（K）m（M）n（N）各种过渡配合基本偏差的比较与选择用类比法选择配合时还必须考虑如下一些因素：受载情况拆装情况配合件的结合长度和形位误差配合件的材料温度的影响

装配变形的影响

生产类型

TDD

maxD

minTdd

maxdminf6f60H7。f80H7u64.已知配合的极限盈、隙时，基本偏差的确定方法间隙配合

可按Xmin来选择基本偏差代号对基孔制间隙配合有es≤-Xmin对基轴制间隙配合有EI≥+Xmin过渡配合

可按Xmax来选择基本偏差代号对基孔制过渡配合有TD-ei≤Xmax对基轴制过渡配合有ES-(-Td)≤Xmax过盈配合

可分别按Ymin来选择基本偏差代号基孔制过渡配合有TD-ei≤Ymin对基轴制过渡配合有ES-(-Td)≤Ymin计算—查表法确定基本偏差代号的计算公式p128例5－2则孔为：因为所以

实际应用时，计算出的公差数值和极限偏差数值不一定与表中的数据正好一致。应按照实际的精度要求，适当选择。

因此，满足要求。在大批生产条件下，一般规定/Tf＜10％仍可满足使用要求（Δ为实际极限盈隙与给定极限盈隙的差值）。例5-3图所示为钻模的一部分。钻模板4上装有固定衬套2，快换钻套1与固定衬套配合，在工作中要求快换钻套1能迅速更换。在压紧螺钉3松开（不必取下）的情况下，当快换钻套1以其铣成的缺边A对正压紧螺钉3时，可以直接进行装卸；当快换钻套1的台阶面B旋至螺钉3的下端面时，拧紧螺钉3，快换钻套1就被固定，防止了它的轴向窜动和周向转动。若用如图a)所示钻模来加工工件上的12mm孔，试选择固定衬套2与钻模板4、快换钻套1与固定衬套2以及快换钻套1的内孔与钻头之间的配合（基本尺寸见图）。3压紧螺钉41钻套2固定衬套f12f25f18A缺边B台阶面图5-7钻模钻模板解（1）基准制的选择对固定衬套2与钻模板4的配合以及快换钻套1与固定衬套2的配合，因结构无特殊要求，按国标规定，应优先选用基孔制。（2）公差等级的选择参看表5-1，钻模夹具各元件的连接，可按用于配合尺寸的IT5～IT12级选用。参看表5-2，重要的配合尺寸，对轴可选IT6，对孔可选IT7。本例中钻模板4的孔、固定衬套2的孔、钻套的孔统一按IT7选用。而固定衬套2的外圆、钻套1的外圆则按IT6选用。对钻头与钻套1内孔的配合，因钻头属标准刀具，应采用基轴制配合。（3）配合种类的选择

固定衬套2与钻模板4的配合，要求联接牢靠，在轻微冲击和负荷下不能发生松动，即使固定衬套内孔磨损了，需更换拆卸的次数也不多。因此参看表5-5可选平均过盈率大的过渡配合n，本例配合选为f25H7/n6.钻套1与固定衬套2的配合,要求经常用手更换，故需一定间隙保证更换迅速。但因又要求有准确的定心，间隙不能过大，为此参看表5-5可选精密滑动的配合g。本例选为f18H7/g6。至于钻套1内孔，因要引导旋转着的刀具进给，既要保证一定的导向精度，又要防止间隙过小而被卡住。根据钻孔切削速度多为中速，参看表2-15应选中等转速的基本偏差F，本例选为f12F7。必须指出：