(第7章典型结合件的精度设计及其检测)机械精度设计与检测

第七章典型结合件的精度设计及其检测二、键结合的互换性

本章主要内容三、螺纹结合的互换性四、圆锥结合的互换性重点要求 抓住每种零部件的公差特点； 掌握各结合的配合的选择及应用； 掌握各结合公差带及配合的图样标注方法。一、滚动轴承配合的精度设计一、滚动轴承的特点轴承图样轴承外观1、滚动轴承的结构7.1滚动轴承配合的精度设计滚动轴承的组成：外圈内圈滚动体保持器7.1滚动轴承配合的精度设计常见的滚动体有五种形状；一种是球形，四种是滚子。7.1滚动轴承配合的精度设计2、滚动轴承的分类按承载方向向心轴承推力轴承接触角

—滚动体与外圈滚道接触点（或线）的法线与径向平面之间的夹角。接触角越大，承受轴向载荷的能力越强7.1滚动轴承配合的精度设计7.1滚动轴承配合的精度设计按滚动体形状分球轴承滚子轴承圆柱滚子圆锥滚子球面滚子滚针在外廓尺寸相同的条件下，滚子轴承比球轴承的承载能力和耐冲击能力都好，但球轴承摩擦小、高速性能好。

7.1滚动轴承配合的精度设计7.1滚动轴承配合的精度设计7.1滚动轴承配合的精度设计7.1滚动轴承配合的精度设计二、滚动轴承的互换性与精度在机器中，轴承内圈d与轴径配合，外圈D与壳体孔配合，为完全互换。由于内外圈与滚动体配合非常精密，故采用不完全互换。φdφD本节主要解决轴承内圈与轴、外圈与壳体孔的配合。1、滚动轴承结合的互换性7.1滚动轴承配合的精度设计

滚动轴承按其内外圈基本尺寸的公差和旋转精度分为五级：其名称和代号由低到高分别为：GB/T307.3-2005

2、滚动轴承的精度

/P0(G)/P6(E)/P5(D)/P4(C)/P2(B)—普通级—中等级精密级—超精级应用最广，一般减速器、电机等精密传动轴、普通机床主轴精密机床主轴、精密仪器机构高精度机床和仪器主轴7.1滚动轴承配合的精度设计G、E、D、C四种精度等级轴承的价格之比大约是1:2:3:7，用得最多的是G级轴承，凡轴承上没有精度等级标记的就是G级7.1滚动轴承配合的精度设计滚动轴承内、外经公差带的特点：滚动轴承配合采用的基准制：

φdφD内圈与轴颈：φd——基孔制

外圈与座孔：φD——基轴制理由：需要注意的是：轴承的公差带并非采用一般的公差带，而是采用轴承标准专门规定的公差带，内外径公差带的分布如下：轴承是标准件7.1滚动轴承配合的精度设计/P0/P6/P5/P4/P2/P0/P6/P5/P4/P2+0－Dd轴承外径Dmp的公差带轴承内径dmp的公差带+0－轴承公差带的特点是：1、所有公差带是单向负偏差，上偏差为0；2、上下偏差所限制的是平均直径的实际偏差。注意：内径用d表示，外径用D表示，与前面的孔轴规定的表示方法不一致7.1滚动轴承配合的精度设计表7－10、11向心轴承内圈公差；外圈公差（P145-146）3、滚动轴承与结合件的配合

轴承内圈公差带d轴径公差带共17种，多为过渡或小过盈配合与轴承内圈配合的轴颈公差带7.1滚动轴承配合的精度设计

轴承外圈公差带D外壳孔公差带共16种，大多为过渡配合与轴承外圈配合的壳体孔公差带7.1滚动轴承配合的精度设计

由于轴承是标准件，所以轴承配合的选择就是确定与轴承相配合的轴颈和壳体孔的公差带代号。主要依据以下几点：1、轴承内外圈相对于负荷的方向；2、轴承承受负荷的大小；3、轴承的游隙；4、其他工作条件。三、滚动轴承结合的精度设计7.1滚动轴承配合的精度设计

机器工作时，轴上的作用力作用在轴承上，套圈与负荷有三种关系：（1）轴承内外圈相对于负荷的方向局部负荷旋转负荷摆动负荷—套圈相对负荷方向固定。

通常采用较松的配合。—套圈相对负荷方向旋转。

通常采用较紧的配合。—套圈相对负荷方向摆动。

通常采用较旋转负荷稍松的配合。1、轴颈和座孔的尺寸精度7.1滚动轴承配合的精度设计（2）轴承承受负荷的大小根据轴承实际承受的当量径向动负荷Pr和额定动负荷Cr的关系，可将负荷大小分为三种类型：轻负荷Pr≤0.07Cr正常负荷0.07Cr＜Pr≤0.15Cr重负荷Pr＞0.15Cr轴承在负载的作用下，套圈会发生变形，使配合面受力不均匀，引起松动。负荷越重，配合应该越紧。7.1滚动轴承配合的精度设计（3）轴承的径向游隙

游隙是滚动体与内外圈之间的间隙包括径向游隙和轴向游隙。轴承游隙分为2、0、3、4、5组一般机器上，轴承与轴孔配合松紧适中，多选用0组游隙。当轴承与轴孔配合较紧时，应选大游隙轴承，3、4、5。7.1滚动轴承配合的精度设计1）轴承工作的温度2）轴是否轴向游动3）轴承的旋转速度4）整体或剖分式外壳（4）其他因素考虑上述因素后，就可确定轴颈及外壳孔的公差带，这里最关键的因素是：轴承套圈相对于负荷的方向和轴承承受负荷的大小；表7－13、14轴颈公差带的应用表7－12、15座孔公差带的应用7.1滚动轴承配合的精度设计2、轴径和外壳孔形位公差与粗糙度形位公差轴颈、外壳孔轴肩、孔肩表7－16轴颈与外壳孔的形位公差表7－17轴颈与外壳孔的粗糙度7.1滚动轴承配合的精度设计3、图样标注

在装配图上的标注：φ55j6φ100H7在装配图上，不用标注轴承的公差等级代号，只需标注与之相配合的轴颈和壳体孔的公差带代号。7.1滚动轴承配合的精度设计在零件图上的标注：0.0040.01

AA0.631.25A0.025A0.011.62本节结束7.1滚动轴承配合的精度设计7.2键结合的互换性键的作用：（1）传递转矩（3）导向键的分类单键花键平键半圆键楔形键普通平键导向平键矩形花键渐开线花键(矮胖)本章只介绍普通平键和矩形花键的精度设计。(2)传递运动平键结合和花键结合在机器的键结合中有着广泛的应用。花键分为矩形花键和渐开线花键两种，以矩形花键应用最多。平键结合花键结合7.2键结合的互换性平键配合尺寸：键宽b；非配合尺寸：键高h，键长L

1、平键结合的特点一、平键结合7.2键结合的互换性基轴制平键配合的基准制平键是由型钢制成的标准件，根据第3章所讲的基准制的选择原则可知：键与轴槽配合采用

键与轮毂槽配合采用

基轴制平键国标只规定了一种公差带:H87.2键结合的互换性配合种类宽度b公差带应用键轴键槽轮毂键槽松联结h8H9D10导向平键，轮毂在轴上移动正常联结N9Js9轮毂与轴相对固定，载荷不大紧密联结P9P9载荷较大，有冲击或双向扭矩。平键的配合种类有三种：松联结正常联结紧密联结2、平键结合的精度选择7.2键结合的互换性松联结正常联结紧密联结h8h8h8平键结合的公差带图7.2键结合的互换性3.配合表面的对称度的选用

为保证键与键槽的配合要求，需规定键槽两侧面的中心平面对其轴线的对称度公差。其公差值按GB/T1184－2001取7～9级。对称度轴槽标注示例图轮毂槽标注示例图AABB7.2键结合的互换性配合表面：表面粗糙度Ra上限值一般取1.6～3.2μm；取6.3μm。

4.配合表面的表面粗糙度的选用

非配合表面:Ra3.2Ra6.3Ra3.2Ra6.3轴槽标注示例图轮毂槽标注示例图7.2键结合的互换性5、平键配合的图样标注

例：某轴孔配合为φ25H8/h7，采用正常普通平键联结，试确定轴槽和轮毂槽的公差，并将它们标注在零件图上。(8级)轴槽标注示例图轮毂槽标注示例图表7－20平键的公称尺寸和槽深的尺寸及极限偏差(P156)表7－21平键、键及键槽剖面尺寸及公差(P157)二、花键配合1、花键按键齿形分类

矩形花键联结应用最广泛花键的优点：定心精度高；导向性好；承载能力强

7.2键结合的互换性小径d定心内花键外花键N×d×D×B＝6×23×26×6其表示方法为：2、矩形花键的基本尺寸及定心方式

（GB/T1144-2001)规定，矩形花键用小径定心

7.2键结合的互换性D，d，B为单一尺寸，查尺寸公差表P161表7-23

定心尺寸d精度要求高；非定心尺寸，精度较低。

配合制度：基孔制

；一般用途，精密传动

3、矩形花键的公差与配合

7.2键结合的互换性内、外花键小径d的极限尺寸应遵守包容要求

位置度公差（键、槽对称度等）按GB/T1144-2001选取，P161表7-24、7-256×7H11EQS

E

34H10

6.3

28H7

3.2

0.02

M

A

M

A

34a11

0.8

3.2

6×7d10EQS

0.02

M

A

M

E

A

矩形花键的位置度公差标注4、矩形花键的形位公差

7.2键结合的互换性6×7H11EQS

E

34H10

6.3

A

28H7

3.2

A

0.015

28h7

34a11

0.8

3.2

E

6×7d10EQS

A

0.015

A

矩形花键的对称度公差标注7.2键结合的互换性加工表面内花键外花键Ra不大于小径1.60.8大径6.33.2键侧6.31.6花键表面粗糙度推荐值(μm)（P162表7-26）5、矩形花键的表面粗糙度

7.2键结合的互换性

矩形花键的尺寸公差带代号和配合代号按照花键规格规定的次序标注，即N×d×D×B

其中：N：键数，d：小径，D：大径，B：键宽内花键：外花键：花键副：

6、矩形花键连接的图样标注

7.2键结合的互换性N×d×D×B＝6×23×26×6表示方法为：矩形花键连接的图样标注

7.2键结合的互换性本节结束根据螺纹的用途，可将其分为以下三类：

紧固螺纹

传动螺纹

管螺纹

用于连接和紧固各种机械零件

使用要求：保证旋合性和连接强度

用于传递动力和位移使用要求：传递动力可靠，传递位移准确

用于管道系统中的管件连接

使用要求：保证连接强度和密封性

7.3螺纹结合的互换性一、螺纹结合的特点

基本牙型：螺纹轴线的剖面上螺纹的轮廓形状；削去顶部和底部后所形成的内、外螺纹共有的理论牙型。是规定螺纹极限偏差的基础。

1、普通螺纹的基本牙型和主要参数

7.3螺纹结合的互换性7.3螺纹结合的互换性大径(D、d）—与外螺纹牙顶或内螺纹牙底相切的假想圆柱的直径。是公称直径

小径（D1、d

1）—与外螺纹牙底或内螺纹牙顶相切的假想圆柱的直径。

中径（D2、d

2）—螺纹牙型上沟槽和凸起宽度相等的地方假想圆柱的直径。7.3螺纹结合的互换性螺距（P）:指相邻两牙在中径线上对应两点的轴向距离。牙型角(α):指在螺纹牙型上，相邻牙侧间的夹角。

牙型半角(α/2):指在螺纹牙型上，牙侧与螺纹轴线的垂线间的夹角。旋合长度:指两个相互配合的螺纹沿螺纹轴线方向相互旋合部分的长度。

2.影响螺纹结合精度的因素几何参数大径d、D小径D1、d1中径D2、d2牙型角α、牙侧角α1、α2螺距P旋合长度影响螺纹结合精度的几何参数误差Δd2、ΔD2ΔP∑7.3螺纹结合的互换性

(1)螺纹的基本偏差

螺纹的基本偏差用来确定公差带相对于基本牙型的位置。与一般轴孔类似

螺纹公差带由基本偏差和公差两个要素构成。内螺纹：G、H两种外螺纹：e、f、g、h四种1、普通螺纹的公差带二、普通螺纹的公差与配合7.3螺纹结合的互换性螺纹公差用来确定公差带的大小，它表示允许螺纹直径的尺寸变动范围。GB/T197—2003对螺纹中径和顶径规定的公差等级如下：

(2）螺纹的公差等级

螺纹直径公差等级内螺纹小径D14、5、6、7、8内螺纹中径D24、5、6、7、8外螺纹大径d4、6、8外螺纹中径d23、4、5、6、7、8、97.3螺纹结合的互换性

将螺纹公差等级代号和基本偏差代号组合，就构成了螺纹公差带代号，例如：

5H6H——表示内螺纹中径公差带代号为5H、顶径（小径）公差带代号为6H。

6f——表示外螺纹中径与顶径（大径）公差带代号相同，均为6f。

切记中径公差带代号在前，顶径公差带代号在后。与一般轴孔相反。7.3螺纹结合的互换性

(3）螺纹的公差带代号

标准规定了三组旋合长度： 短旋合长度组——S 中等旋合长度组——N 和长旋合长度组——L（4）螺纹的旋合长度

设计时通常采用中等旋合长度；强度较低零件上的螺纹，应选择长旋合长度；对空间位置受限制或受力不大的螺纹，可选择短旋合长度；对于调整用的螺纹，可根据调整行程的长短选择旋合长度。7.3螺纹结合的互换性１、螺纹的公差精度及其选用

三、螺纹的精度设计螺纹的公差精度分为：精密级、中等级、粗糙级

公差精度和公差等级有何关系呢？公差等级仅反映了中经和顶径尺寸精度的高低，但要综合评价螺纹质量，还应考虑旋合长度，因为旋合长度越长的螺纹，产生的螺距累积误差就越大。公差等级旋合长度公差精度一般用途的螺纹多采用中等级

7.3螺纹结合的互换性２、螺纹公差带与配合的选用

9e8e(g8g)(8e)8g8H(8G)7H(7G)粗糙

(7e6e)(7g6g)(7h6h)6e6f6h(5h6h)(5g6g)7H(7G)6G

5H(5G)

中等

(5h4h)(5g4g)4h(4g)(3h4h)6H5H4H精密LNSLNS外螺纹公差带

内螺纹公差带公差精度

6H6g带方框的红色字体为大量生产的紧固螺纹。括号内字体。不符合红色字体一般字体不符合7.3螺纹结合的互换性3、螺纹标记简化标记：1、粗牙螺纹的螺距可省略不标注；2、公差带６H和６g不标注；3、中等旋合长度组代号N不标注；4、右旋螺纹不标注旋向代号。M12×1－5h6h－L－LH

螺纹特征代号旋向代号（左旋）

旋合长度为L组（数值不标注）

外螺纹公差带（中径5h，顶径6h）

尺寸代号（公称直径为12mm，单线细牙螺纹，螺距为1mm）

内螺纹：M20×1.5

左—6G

内外螺纹配合时：M20×2—6H/5g6g—S

7.3螺纹结合的互换性1、作用中径

作用中径（d2fe、D2fe）——

在规定的旋合长度内，恰好包容实际外螺纹的假想内螺纹的中径，称为该外螺纹的作用中径。

d2fe7.3螺纹结合的互换性四、普通螺纹的合格性判断

2、螺纹中径合格性判断原则（泰勒原则）

实际螺纹的作用中径不允许超出最大实体牙型的中径，并且实际螺纹任何部位的实际中径不允超出最小实体牙型的中径。

对于外螺纹

d2fe≤d2max且d2a≥d2min对于内螺纹

D2fe≥D2min且D2a≤D2max泰勒原则与包容要求实质相同7.3螺纹结合的互换性1、综合测量

用螺纹量规检验螺纹属于综合测量。在成批生产中，普通螺纹均采用综合量法。综合测量是根据前面介绍的螺纹中径合格性的准则（泰勒原则），使用螺纹量规（综合极限量规）进行测量。螺纹量规分为“通规”和“止规”，检验时，“通规”能顺利与工件旋合，“止规”不能旋合或不完全旋合，则螺纹为合格。反之，“通规”不能旋合，则说明螺母过小，螺栓过大，螺纹应返修。当“止规”能通过工件，则表示螺母过大，螺栓过小，螺纹是废品。7.3螺纹结合的互换性五、普通螺纹的检测通端螺纹环规止端螺纹环规d2maxd2mind1maxdmaxdmin通端光滑卡规环规检验外螺纹7.3螺纹结合的互换性

塞规检验内螺纹D2maxD2minD1minDminD1max止端螺纹塞规通端螺纹塞规通端光滑塞规止端光滑塞规7.3螺纹结合的互换性

对大尺寸普通螺纹、精密螺纹和传动螺纹，除了可旋合性和联接可靠以外，还有其它精度和功能要求，生产中一般都采用单项测量。单项测量螺纹的方法很多，最典型的是用万能工具显微镜测量螺纹的中径、螺距和牙型半角。用工具显微镜将被测螺纹的牙型轮廓放大成像，按被测螺纹的影像，测量其螺距、牙型半角和中径，因此该法又称为影像法。在实际生产中，测量外螺纹中径多用三针量法，该方法简单，测量精度高，应用广泛。2、单项测量7.3螺纹结合的互换性本节结束一、圆锥结合的特点

（1）间隙或过盈可以调整。（2）对中性好，即易保证配合的同轴度要求。（3）圆锥结合具有较好的自锁性和密封性。（4）结构复杂，影响互换性的参数比较多，加工和检验都比较困难，不适合于孔轴轴向相对位置要求较高的场合。§7.4圆锥结合的互换性二、圆锥的主要几何参数(自学）圆锥角、大小圆锥直径、圆锥长度、锥度(P198图5-21)§7.4圆锥结合的互换性三、圆锥公差项目、公差值和给定方法《圆锥公差》（GB/T11334—2005）规定了四项圆锥公差项目:1.圆锥公差项目和公差值（1）圆锥直径公差TD及圆锥直径公差区TD

=Dmax－Dmin=dmax－dmin

其公差区是由两个极限圆锥所限定的区域，如图7-39所示。

公差等级、数值、公差带的代号（一般取最大圆锥直径D）为公称尺寸按GB/T1800.3—2009《极限与配合》表2-1规定选取；公差等级选IT5~IT8§7.4圆锥结合的互换性（2）圆锥角公差AT及其公差区

圆锥角公差:圆锥角的允许变动量.AT=αmax－αmin

公差区是两个极限圆锥角所限定的区域，如图7-40所示.AT按加工精度的高低分为12个等级，其中AT1级精度最高，AT12级精度最低。§7.4圆锥结合的互换性（3）圆锥的形状公差TF

包括圆锥素线直线度公差和截面圆度公差。

TF在一般情况下，不单独给出，而是由对应的两极限圆锥公差带限制；当对形状精度有更高要求时，应单独给出相应的形状公差。其数值可从GB/T1184—2008《形状和位置公差未注公差》附录中选取，但应不大于圆锥直径公差值的一半。§7.4圆锥结合的互换性（4）给定截面圆锥直径公差TDS及其公差区

TDS指在垂直圆锥轴线的给定截面内，圆锥直径的允许变动量；给定截面圆锥直径公差区是在给定圆锥截面内，由直径等于两极限圆锥直径的同心圆所限定的区域，如图7-41所示

TDS=dxmax－dxminTDS它是以给定截面圆锥直径dx为公称尺寸，按GB/T1800.3—2009《极限与配合》中规定的标准公差选取。§7.4圆锥结合的互换性2、圆锥公差的给定方法(两种)方法一:给出圆锥的理论正确圆锥角α（或锥度C）和圆锥直径公差TD，由TD确定两个极限