《互换性与测量技术》课件第6章

第6章光滑极限量规设计6.1概述6.2工作量规的公差带6.3工作量规设计题与思考题

本章导读

1.了解光滑极限量规的特点、作用和种类;

2.理解泰勒原则的含义;

3.掌握工作量规公差带的分布及设计方法。

6.1概述

光滑工件尺寸通常采用普通计量器具或用光滑极限量规检验。而对于一个具体的零件，是选用计量器具还是选用光滑极限量规检验，要根据零件图样上遵守的公差原则来确定。当零件图样上被测要素的尺寸和几何公差遵守独立原则时，该零件加工后的实际尺寸和几何误差采用通用计量器具来检验;当零件图上被测要素的尺寸公差和几何公差遵守相关原则(包容要求)时，应采用光滑极限量规来检验。

光滑极限量规是一种没有刻度的专用检验工具，用它检验零件时，只能判别零件是否在规定的验收范围内，而不能测出零件实际尺寸和几何误差的数值。

光滑极限量规都是成对使用，其中一个是通规，另一个是止规。

6.1.1光滑极限量规的设计原理

1.极限尺寸判断原则(泰勒原则)

极限尺寸判断原则:要求其被测要素的实体处处不超过最大实体边界，而实际要素局部尺寸不得超过最小实体尺寸。

对于孔应满足:Dfe≥Dmin=DM

，Da≤Dmax=DL

对于轴应满足:dfe≤dmax=DM

，

da≥dmin=DL

由上述原则可知，孔和轴尺寸的合格性，应是作用尺寸和实际尺寸两者的合格性。

2.光滑极限量规的检验原理

(1)塞规:检验孔的量规，由通规和止规组成。如图6－1(b)所示。

①通规:按孔的最小极限尺寸设计，作用是防止孔的作用尺寸小于其最小极限尺寸。

②止规:按孔的最大极限尺寸设计，作用是防止孔的实际尺寸大于其最大极限尺寸。

(2)卡规:检验轴的量规，由通规和止规组成。如图62(b)所示。

①通规:按轴的最大极限尺寸设计，作用是防止轴的作用尺寸大于其最大极限尺寸。

②止规:按轴的最小极限尺寸设计，作用是防止轴的实际尺寸小于其最小极限尺寸。

3.用光滑极限量规检验工件

用光滑极限量规检验孔和轴，如图6－1、图6－2所示。图6－1用塞规检验孔

测量时，必须把通规和止规联合使用，只有当通规能够通过被测孔或轴，同时，止规不能通过被测孔或轴时，该孔或轴才是合格品。图6－2用环规检验轴

6.1.2光滑极限量规的分类

量规按检验对象的不同可分为孔用量规和轴用量规;按用途的不同可分为工作量规、验收量规和校对量规。

1.按检验对象的不同分类

(1)孔用量规:称为塞规，用于检验孔的合格性。

(2)轴用量规:分为环规和卡规，用于检验轴的合格性。其中环规用于检验较小尺寸的轴径，卡规用于检验较大尺寸或台阶形的轴径。

2.按用途的不同分类

(1)工作量规:零件制造中，生产工人检验工件时所使用的量规。应以新量规或磨损量小的量规用作工作量规，以促使操作者提高加工精度，保证工件的合格率。通规代号用“T”表示，止规代号用“Z”表示。

(2)验收量规:检验人员或者用户代表验收工件时所用的量规。一般选择磨损较多或者接近其磨损极限的通规和接近最小实体尺寸的止规作为验收量规，以使更多的合格件得以验收，并减少验收纠纷。

(3)校对量规:用于检验轴用工作量规的量规称为校对量规。校对量规有三种:

①“校通通”塞规(TT):是检验轴用通规的校对量规。校对时，应该通过，否则塞规不合格。

②“校止通”塞规(ZT):是检验轴用止规的校对量规。校对时，应该通过，否则塞规不合格。

③“校通损”塞规(TS):是检验轴用通规是否达到磨损极限的校对量规。校对时，不通过合格，否则该塞规已到或者超过磨损极限。

6.2工作量规的公差带

量规的制造精度比零件高得多，但不可能绝对准确地按某一指定尺寸制造，因此，对量规要规定制造公差。由于量规的实际尺寸与零件的极限尺寸不可能完全一样，多少会有些差别，因此在用量规检验零件以决定其是否合格时，实际上并不是根据零件规定的极限尺寸，而是根据量规的实际尺寸判断的。

为了确保产品质量，国标GB1957—2006规定了量规公差带不得超越被检零件的公差带。孔用和轴用工作量规的公差带分布如图6－3所示。图中，

T

1

为量规尺寸公差(制造公差)，

Z1为通规尺寸公差带的中心到零件最大实体尺寸之间的距离，称为位置要素。通规在使用过程中会逐渐磨损，为了使它具有一定的寿命，需要留出适当的磨损储量，即规定磨损极限，其磨损极限等于被检验零件的最大实体尺寸。因为止规遇到合格零件时不通过，磨损很慢，所以不需要磨损储量。图6－3量规的公差带分布

工作量规极限偏差的计算公式见表6－1。工作量规公差T

1和通端位置要素Z

1

值见表6－2。

6.3工作量规设计

6.3.1量规设计原则光滑极限量规依照极限尺寸判断原则检验孔、轴尺寸的合格性。这一原则1905年最先由泰勒(WilliamTaylor)提出，因此也称为“泰勒原则”。

1.极限尺寸判断原则的内容

1)作用尺寸(Matingsize)

作用尺寸是指在被测要素的给定长度上，与实际内表面体外相接的最大理想面或与实际外表面体外相接的最小理想面的直径或宽度。对于单一要素，实际内、外表面的作用尺

寸分别用Dfe

、dfe

表示，见图6－4。图6－4单一要素作用尺寸

2)孔或轴的作用尺寸不允许超过最大实体尺寸

对于孔，其作用尺寸应不小于它的最小极限尺寸;对于轴，其作用尺寸应不大于它的最大极限尺寸，即

DM≥Dmin

，

dM≤dmax

(6－1)

3)孔或轴任何部位的实际尺寸不允许超过最小实体尺寸对于孔，其实际尺寸应不大于它的最大极限尺寸;对于轴，其实际尺寸应不小于它的最小极限尺寸，即

Da≤Dmax

，

da≥dmin

(6－2)

这两条内容体现了孔、轴尺寸公差带的控制功能，即不论作用尺寸还是任一局部实际尺寸，均应位于给定公差带内。

极限尺寸判断原则为综合检验孔、轴尺寸的合格性提供了理论基础，光滑极限量规就是由此而设计出来的;通规根据式(6－1)设计，体现最大实体尺寸控制作用尺寸;止规根

据式(6－2)设计，体现最小实体尺寸控制实际尺寸。

2.极限尺寸判断原则对量规的要求

如图6－5所示，

1为零件的实际轮廓，

2为该工件的尺寸公差带。可以看出

x方向已小于下极限尺寸，

y

方向已大于上极限尺寸，故该工件为不合格品。但若用(b

)和(e)在图示位置测量，则通规通过，止规不通过，认为该工件为合格品。若再用(a)和(d)组合测量，通规和止规都通不过去，则判定该工件为不合格品。图6－5泰勒原则的实际应用

泰勒原则认为:光滑极限量规的通规测量面应该是全形(轴向剖面为整圆)且长度与零件长度相同，如图6－5(a)所示，用于控制工件的作用尺寸;止规测量面应该是两点状的，

如图6－5(d)所示，测量面的长度则应短些，用于控制工件的实际尺寸(止规表面与被测件为点接触)。

在量规的实际应用中，往往由于量规制造和使用方面的原因，要求量规的形状完全符合极限尺寸判断原则是困难的，有时甚至不能实现，因而不得不使用偏离极限尺寸判断原

则的量规。例如，标准通规的长度，常不等于零件的配合长度;大尺寸的孔和轴通常要用非全形的通规(杆规)和卡规来检验，代替笨重的全形通规;曲轴的轴颈只能用卡规检验，不能用环规检验;由于点接触易产生磨损，止规不得不采用小平面或圆柱面;检验小孔用的止规为了增加刚度和便于制造，常采用全形塞规;检验薄壁零件时，为防止两点状止规造成零件变形，也常采用全形止规。

为了尽量减少在使用偏离极限尺寸判断原则的量规检验时造成的误判，操作量规一定要正确。例如，使用非全形的通端塞规时，应在被检孔的全长上沿圆周的几个位置上检验，

使用卡规时，应在被检轴的配合长度的几个部位并围绕被检轴的圆周的几个位置上检验。

6.3.2光滑极限量规的结构形式

光滑极限量规的结构形式很多，图6－6分别给出了几种常用的轴用、孔用量规的结构形式，供设计时选用。其具体尺寸参见国标GB/T10920—2008《螺纹量规和光滑极限量规型式与尺寸》。国标规定的量规的结构形式及应用尺寸范围如图6－7所示。图6－6常见量规的结构形式图6－7量规的结构形式及应用尺寸范围

6.3.3绘制量规公差带图

量规公差带图如图6－8所示，量规工作尺寸的标注见图6－9。图6－8量规公差带图(偏差单位为μm)图6－9量规工作尺寸的标注

例6－1

已知配合ϕ25H8/f7，试设计孔、轴用工作量规。

解:(1)由国标查出孔与轴的上、下偏差为

25H8孔:ES=+0.033，

EI=0

25f7轴:es=-0.020，

ei=-0.041

(2)由表6－2查得工作量规的制造公差T

1

和位置要素Z

1

ϕ25H8孔用塞规:制造公差T

1

=0.0034，位置要素Z1

=0.005

ϕ25f7轴用卡规:制造公差

T1

=0.0024，位置要素Z1

=0.0034

(3)工作量规的极限偏差计算:

①ϕ25H8孔用塞规:

②ϕ25f7轴用卡规:

6.3.4量规的主要技术要求

量规的技术要求包括量规材料、硬度、几何公差和表面粗糙度等。

1.量规材料

量规测量部位可用淬硬钢(合金工具钢、碳素工具钢、渗碳钢)或硬质合金等耐磨材料制造，也可在测量面上镀上厚度大于磨损量的铬层、氮化层等耐磨材料。

2.硬度

量规测量面的硬度取决于被检验零件的公称尺寸、公差等级和粗糙度以及量规的制造工艺水平，一般测量表面的硬度不小于60HRC。

3.几何公差

工作量规的几何公差为量规尺寸公差的50%，考虑到制造和测量的困难，当量规制造公差小于或等于0.002时，其几何公差为0.001。

4.表面粗糙度

量规表面粗糙度值的大小，随上述因素和量规结构形式的变化而异，一般不低于光滑极限量规国标推荐的表面粗糙度数值(见表6－3)。

注:校对量规测量面的表面粗糙度值比被校对的轴用量规测量面的粗糙度值小50%。

习题与思考题

6.1计算检验ϕ30H7、ϕ