机械基础-学做一体化 课件 任务三 识读机械图纸上的标识

任务三识读机械图纸上的标识3.1光滑圆柱体的极限与配合3.2几何公差3.3表面粗糙度教学检测

3.1光滑圆柱体的极限与配合

3.1.1有关术语

1.尺寸

1)线性尺寸用特定单位表示长度尺寸值的数值称为线性尺寸，简称尺寸。在机械零件中，长度值包括直径、半径、宽度、深度、高度和中心距等。

2)基本尺寸(D，d)

由设计给定的尺寸，称为基本尺寸。孔用D表示，轴用d表示。

设计人员在设计时，根据使用要求，通过强度和刚度计算或由机械结构方面的考虑来给定基本尺寸。

图样中所标注的尺寸通常都是基本尺寸。如图3-1所示，

25 mm为中间轴的外径的基本尺寸，30 mm是齿轮衬套长度的基本尺寸。图3-1车床主轴箱中间轴的装配图和零件图

3)实际尺寸(Da，da)

零件加工后通过测量获得的某一孔、轴的尺寸称为实际尺寸。由于测量过程中，不可避免地会存在测量误差，因此所得的实际尺寸并非是尺寸的真实值。

由于零件表面存在着形状误差，使得同一表面上不同位置的实际尺寸也往往不一定相等。如图3-2所示，由于形状误差，沿轴向不同部位的实际尺寸不相等，不同方向的直径尺寸也不相等。图3-2实际尺寸

4)极限尺寸

一个孔或轴允许的尺寸的两个极端即最大尺寸和最小尺寸称为极限尺寸。极限尺寸是以基本尺寸为基数来确定的。

从机械加工和使用的角度来讲，不可能也没有必要将同一规格的零件都加工成同一尺寸，只需将零件的实际尺寸控制在一个范围内，即可满足使用要求。这个范围由上述两个极限尺寸确定。图3-1车床主轴箱中间轴的装配图和零件图

2.偏差和公差

(1)极限偏差：极限尺寸减去其基本尺寸所得的代数差。

由于极限尺寸有最大极限尺寸和最小极限尺寸之分，因而极限偏差有上偏差(孔用ES，轴用es)和下偏差(孔用EI，轴用ei)之分，如图3-4所示。图3-4极限偏差

(2)实际偏差：实际尺寸减去其基本尺寸所得的代数差。实际偏差也可以为正值、负值或零值。合格零件的实际偏差应在上、下偏差之间。

(3)尺寸公差：是最大极限尺寸减去最小极限尺寸之差，或上偏差减去下偏差之差。由定义可以看出，尺寸公差是允许尺寸的变动量。尺寸公差简称公差。

(4)尺寸公差带：为了清晰地表示上述各量及相互关系，一般采用极限与配合的示意图，在图中将公差和极限偏差部分放大，如图3-5所示。图3-5极限与配合示意图

为了使用方便，在实际应用中一般不画出孔和轴的全形，只将轴向截面(图3-5中右边部分)中有关公差部分按规定放大画出，这种图称为极限与配合图解，也称公差带图，如图3-6所示。图3-6公差带图

例3.1设计一个孔，其直径的基本尺寸为

50 mm，最大极限尺寸为

50.048 mm，最小极限尺寸为

50.009 mm，如图3-7所示。求孔的上、下偏差和公差，并画出公差带图。

图3-7计算示例

解(1)由式(3.1)和式(3.2)可知，孔的上、下偏差为

(2)画公差带图：

①作零线，在零线左端标注“0”“+”“-”，然后画单向尺寸线，并标上基本尺寸 50。

②选择合适比例(一般选在500∶1～1000∶1之间)画出公差带，标注极限偏差值，如图3-8所示。图3-8公差带图解

3.配合

1)基本概念

(1)配合：基本尺寸相同的，相互结合的孔和轴的公差带之间的关系。

(2)间隙与过盈：孔的尺寸减去相配合的轴的尺寸为正时是间隙，一般用X表示；孔的尺寸减去相配合的轴的尺寸为负时是过盈，一般用Y表示。间隙数值前应标“+”号；过盈数值前应标“-”号。

2)配合类型

(1)间隙配合：具有间隙(包括最小间隙等于零)的配合称为间隙配合。此时，孔的公差带在轴的公差带之上，如图3-9所示。图3-9间隙配合

当孔为最大极限尺寸，而与其相配的轴为最小极限尺寸时，配合处于最松状态，此时的间隙称为最大间隙，用Xmax表示；当孔为最小极限尺寸，而与其相配的轴为最大极限尺寸时，配合处于最紧状态，此时的间隙称为最小间隙，用Xmin表示。

最大间隙与最小间隙统称为极限间隙，它们表示间隙配合中允许间隙变动的两个界限值。

(2)过盈配合：具有过盈(包括最小过盈等于零)的配合称为过盈配合。此时，孔的公差带在轴的公差带之下，如图3-10所示。图3-10过盈配合

当孔为最小极限尺寸，而与其相配的轴为最大极限尺寸时，配合处于最紧状态，此时的过盈称为最大过盈，用Ymax表示；当孔为最大极限尺寸，而与其相配的轴为最小极限尺寸时，配合处于最松状态，此时的过盈称为最小过盈，用Ymin表示。

最大过盈与最小过盈统称为极限过盈，它们表示过盈配合中允许过盈变动的两个界限。

(3)过渡配合：可能具有间隙或过盈的配合称为过渡配合。此时，孔的公差带与轴的公差带相互交叠，如图3-11所示。图3-11过渡配合

(4)配合公差：允许间隙或过盈的变动量。配合公差一般用Tf表示，用公式表示如下：

3.1.2尺寸公差国家标准的组成及规定

1.标准公差

标准公差是根据公差等级、公称尺寸分段等计算，再经圆整后确定的。实际使用时，可通过查表得到。为了保证零部件具有互换性，必须按国家规定的标准公差对零部件的加工尺寸提出明确的公差要求。在机械产品中，常用尺寸是指小于或等于500的尺寸，它们的标准公差值详见表3.1。

2.基本偏差

1)基本偏差代号

基本偏差是国家标准规定的，用来确定公差带相对于零线位置的上极限偏差或下极限偏差，一般为靠近零线的那个偏差，根据实际需要，国家标准对孔和轴各规定了28个基本偏差，分别用一个或两个拉丁字母表示，如图3-12所示。图3-12基本偏差系列图

2)基本偏差数值

基本偏差数值是根据实践经验和理论分析计算得到的，实际使用时可查表3.2和表3.3。从表中可以看到，代号为H的孔的基本偏差EI总是等于零，因此将代号为H的孔称为基准孔；代号为h的轴的基本偏差es总是等于零，因此将代号为h的轴称为基准轴。

基本偏差决定了公差带中的一个极限偏差，即靠近零线的那个偏差，从而确定了公差带的位置，而另一个极限偏差的数值，可由极限偏差和标准公差的关系式进行计算。

孔：

EI = ES - IT或ES = EI + IT

轴：

ei = es - IT或es = ei + IT

其中，IT表示相应的公差值。

3.配合制

(1)基孔制。基孔制配合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一种制度。在基孔制配合中，孔为基准孔，孔的下偏差为零。

基孔制的孔为基准孔，基本偏差代号为H，基准孔的下偏差EI = 0，如图3-13所示。基孔制中，a～h用于间隙配合，j～zc用于过渡配合和过盈配合。图3-13基孔制配合

(2)基轴制。基轴制配合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一种制度。在基轴制配合中，轴称为基准轴，轴的上偏差为零。

基轴制的轴为基准轴，基本偏差代号为h，基准轴的下偏差ei = 0，如图3-14所示。基轴制中，A～H用于间隙配合，J～ZC用于过渡配合和过盈配合。图3-14基轴制配合

4.常用与优先的公差带与配合

在公差标准中，孔公差带有543种，轴公差带有544种。为了尽可能减少加工零件定值刀具和量具的规格，国标对孔和轴规定了一般、常用和优先公差带。

在图3-15中列出了105种孔的一般公差带，方框内为44种常用公差带，圆圈内为13种优先公差带。图3-15基本尺寸至500 mm一般、常用和优先孔公差带

在图3-16中列出了116种轴的一般公差带，方框内为59种常用公差带，圆圈内为13种优先公差带。图3-16基本尺寸至500 mm一般、常用和优先轴公差带

国标在规定限制公差带的同时，又规定了59种基孔制常用配合、13种优先配合(见表3.4)、47种基轴制常用配合和13种优先配合(见表3.5)。在使用时，同样首先考虑优先配合。

5.一般公差——线性尺寸的未注公差

一般公差尺寸即未注公差尺寸，并不是没有公差，其极限偏差有四个等级，即f(精密级)、m(中等级)、c(粗糙级)、v(最粗级)。线性尺寸的极限偏差数值见表3.6。

6.公差与配合在图样上的标注

(1)公差带代号：包括基本尺寸、基本偏差代号、公差等级等，见图3-17。例如：H8、F7等为孔的公差带代号；h7、r6等为轴的公差带代号。图3-17公差带代号

(2)配合代号：包括基本尺寸、基准制、公差等级、配合性质等。孔、轴公差带写成分数形式，分子为孔公差带代号，分母为轴公差带代号。

例3.4如图3-18所示为车床尾座螺母零件图，试对图中标注

32h6进行解读。图3-18车床尾座螺母零件图

例3.5如图3-19所示为车床尾座装配图，试对其中标注

32H7/h6进行解读。图3-19车床尾座装配图

3.2几何公差

3.2.1几何公差概述1.几何公差的研究对象及分类1)几何公差的研究对象几何公差的研究对象是构成零件几何特征的点、线、面等几何要素，如图3-20所示。图3-20零件几何要素

2)几何要素的分类

几何要素按结构特征可分为组成(轮廓)要素和导出(中心)要素。

几何要素按所处地位可分为被测要素和基准要素。

几何要素按存在状态可分为拟合(理想)要素和实际要素。

几何要素按功能要求可分为单一要素和关联要素。

2.几何公差的几何特征与符号

国家标准将几何公差分为形状公差、方向公差、位置公差和跳动公差。各个公差项目的名称和符号如表3.7所示。

3.几何公差的标注

1)采用框格标注

几何公差框格可有2～5格，第一格填写项目符号，第二格填写公差值及相关符号，第三格以后填写基准代号及有关符号，如图3-21所示。图3-21几何公差的标注示例1

2)区分被测要素和基准要素

被测要素用箭头指示，基准要素用基准符号指示。3)区分组成要素和导出要素

组成要素不能与尺寸线对齐，而导出要素必须与尺寸线对齐。

如图3-22所示图3-22几何公差的标注示例2

3.2.2几何公差带项目及其特点

1.形状公差带

直线度、平面度、圆度和圆柱度都是形状公差，是限制单一被测实际要素对其理想要素允许的变动量。它们的公差带是限制单一实际被测要素变动的区域。

(1)如图3-23所示，直线度的公差带为直径为公差值t的小圆柱，实际轴线应位于此小圆柱内。图3-23圆柱面轴线直线公差带

(2)如图3-24所示，平面度的公差带为两平行平面，实际平面应位于此两平行平面之间。图3-24平面度公差带

(3)如图3-25所示，圆度的公差带为在给定横截面上半径差为公差值t的两同心圆之间限定的区域。图3-25圆度公差带

(4)如图3-26所示，圆柱度公差带为半径差为公差值t的两同轴圆柱面所限定的区域。图3-26圆柱度公差带

(5)线轮廓度与面轮廓度是对非圆曲线或曲面的形状精度要求，可以仅限定形状误差，也可在限制形状、方向或位置误差的同时，还对其基准提出要求。线轮廊度属于形状公差，面轮廊度属于方向或位置公差。它们是关联要素在方向或位置上相对于基准所允许的变动全量。

线(面)轮廓度公差带是包络一系列直径为公差值t的圆的两包络线(面)之间的区域，实际线(面)上各点应在公差带内，如图3-27、图3-28所示。图3-27线轮廓度公差带图3-28面轮廓度公差带

线轮廓度与面轮廓度公差带的特点：理想要素必须用带方框的理论正确尺寸表示出来，公差带对称于理想要素，位置可固定，亦可浮动(视有无基准而定)。

2.方向公差带

方向公差有平行度、垂直度和倾斜度三个项目及线轮廓度、面轮廓度。方向公差是关联被测要素对其具有确定方向的理想要素允许的变动量。为方向公差带相对基准有确定的方向，位置浮动，并具有综合控制被测要素形状和方向的功能。

如图3-29所示，公差带为与基准A平行的两平行平面。此公差带不但控制了被测平面的方向(平行度)，而且控制了被测要素的形状(平面度)。图3-29平行度公差带

如图3-30所示，公差带为相对基准A垂直的直径为0.1 mm的小圆柱。当满足垂直度要求时，被测要素轴线的形状误差(直线度)亦不会超过0.1 mm。图3-30垂直度公差带

当被测要素和基准要素的方向角大于0°小于90°时，可以使用倾斜度，如图3-31所示。此时，倾斜角须用方框表示。图3-31倾斜度公差带

3.位置公差带

位置公差有同轴(心)度、对称度和位置度三个项目及线轮廓度、面轮廓度。位置公差是关联被测要素对其有确定位置的理想要素允许的变动量。位置公差带相对基准有确定的方向，位置固定，并具有综合控制被测要素形状、方向和位置的功能。位置公差带被测要素的理想位置一般必须由基准和理论正确尺寸共同确定。

(1)如图3-32所示，位置度公差带被测要素的理想位置由理论正确尺寸100 mm和基准A、B共同确定，公差带相对理想位置对称分布。当满足位置度要求时，位置度公差带被测要素平面的形状误差(平面度)、定向误差(倾斜度)亦不会超过0.1 mm。图3-32位置度公差带

(2)如图3-33所示，同轴度的理论正确尺寸为零(省略未标)，公差带的理想位置与基准轴线重合。当满足同轴度要求时，被测要素轴线的直线度、平行度误差亦不会超过0.02 mm。图3-33同轴度公差带

(3)如图3-34所示，对称度的理论正确尺寸为零(省略未标)，公差带的理想位置与基准平面重合。当满足对称度要求时，被测要素平面的平面度、平行度误差亦不会超过0.02 mm。图3-34对称度公差带

4.跳动公差

跳动公差分为圆跳动和全跳动。跳动公差是被测实际要素绕基准轴线连续回转时所允许的最大跳动量。

(1)圆跳动是被测实际要素某一固定参考点围绕基准轴线做无轴向移动，回转一周中，由位置固定的指示器在给定方向上测得的最大与最小读数之差，如图3-35、图3-36所示。图3-35测量径向圆跳动图3-36测量端面圆跳动

(2)全跳动是被测实际要素绕基准轴线做无轴向移动的连续回转，同时指示器沿理想要素连续移动，由指示器在给定方向上测得的最大与最小读数之差，如图3-37、图3-38所示。图3-37测量径向全跳动图3-38测量端面全跳动

3.2.3几何公差值

按国家标准规定，除线轮廓度、面轮廓度以及位置度未规定公差等级外，其余几何公差特征项目均有规定。一般划分为12级，即1～12级，精度依次降低，仅圆度和圆柱度划分为13级，即增加了一个0级。表3.8和表3.9列出了常用等级的公差值。

几何公差值的选用原则：在保证零件功能的前提下，尽可能选用最经济的公差值。实际应用中常用类比法选择，主要考虑以下几个问题：

(1)几何公差与尺寸公差的关系：T形状 < T位置 < T尺寸；

(2)有配合要求时形状公差与尺寸公差的关系：T形状 = KT尺寸，K为关系系数，通常K = 0.25～0.65；

(3)形状公差与表面粗糙度的关系：通常Ra约占形状公差值的20%～25%。

例3.6解读图3-39所示齿轮图上标注的几何公差的含义。图3-39齿轮图上标注的几何公差

3.3表 面 粗 糙 度

3.3.1表面粗糙度的概念

为了保证零件的使用要求，除了要对零件各部分结构的尺寸、形状和位置给出公差要求外，还应根据功能需要对其表面结构给出要求。表面结构是表面粗糙度、表面波纹度和表面几何形状误差的总称，如图3-40所示。图3-40表面结构示意图

由于机械加工中切削刀痕或机床振动等原因，零件加工表面上会出现较小间距的峰谷，这些峰谷所组成的微观几何形状特征称为表面粗糙度。它是一种微观几何形状误差，也称为微观不平度。

目前大部分零件的表面结构是通过限制表面粗糙度来给出要求。表面粗糙度值越大，则表面越粗糙，零件的耐磨性越差，配合性质越不稳定(使间隙增大，过盈减小)，对应力集中越敏感，疲劳强度越差。所以，在设计零件时提出表面粗糙度要求，是几何精度设计中不可缺少的一个方面。

3.3.2表面粗糙度的评定

1.取样长度和评定长度

为了减弱表面波纹度及形状误差的影响，国家标准规定了取样长度lr；为了全面、合理地反映某表面测量范围内的粗糙度特征，国家标准规定了评定长度ln，它应包含一个或几个取样长度，一般取ln = 5lr，如图3-41所示。图3-41取样长度和评定长度

取样长度和评定长度的取值可见表3.10。

2.基准线

基准线是用于评定表面粗糙度参数的给定线。标准规定，基准线的位置可用轮廓的算术平均中线近似地确定。轮廓的算术平均中线是指划分轮廓使上、下两边面积相等的线，如图3-42所示。图3-42幅度参数

3.表面粗糙度评定参数

(1)轮廓算术平均偏差Ra：在一个取样长度内，被测实际轮廓上各点到轮廓中线的纵坐标值Z(x)绝对值的算术平均值(见图3-42)。其表达式近似为

Ra值越大，表面越粗糙(表3.11)。Ra充分反映了表面微观几何形状在幅度方面的特性，并且用轮廓仪测定Ra的方法比较简便，因此，Ra是普遍采用的参数，但不能用于过于粗糙或太光滑的表面。

(2)轮廓最大高度Rz：在个取样长度内，最大轮廓峰高与轮廓谷深之和(见图3-12)。

Rz对不允许出现较深加工痕迹的表面和小零件的表面质量有着实际意义，尤其在交变应力作用下，是防止出现疲劳破坏的一项保证措施。因此，Rz主要应用于有交变应力作用的场合以及不便使用Ra的小零件表面(表3.12)。

3.3.3表面粗糙度的标注

1.表面粗糙度的符号

表面粗糙度的符号及说明如表3.13所示。

2.表面结构完整图形符号的组成及其注法

表面结构完整图形符号是在表面结构基本符号的周围，注上表面结构的单一要求和补充要求。如图3-43所示图3-43表面粗糙度的代号

幅度参数是基本参数，是标准规定的必选参数。不论是选用Ra还是选用Rz作为评定参数，参数值前都需标出相应的参数代号Ra和Rz。表面结构代号的标注方法及其意义见表3.14，其中，图样上标注表面粗糙度参数的上限值或下限值时，表示在表面粗糙度参数的所有实测中，允许超过规定值