1、第二章第二章机械零件的几何精度机械零件的几何精度第一节第一节互换性概念互换性概念一、互换性1互换性概念指同一规格的一批零、部件中，任取其中一件，不不需要任何挑选或附加加工需要任何挑选或附加加工(如钳工修理)就能进行装配，并能满足使用性能要求的一种特性。例如手表、自行车等的零件损坏后，只要换上同样规格的零件，就能恢复手表和自行车的功能。2实现互换性的意义实现互换性的意义凡重复生产、分散制造、集中装配的产品都应当具有互换性。(1)便于组织生产协作，进行专业化生产，提高生产效率，降低产品成本(2)便于及时更换失效的零件，方便维修，从而延长了机器的使用寿命(3)便于
2、简化设计计算、制图工作，缩短设计周期，并有利于用计算机进行辅助设计，这对发展系列产品、改进产品性能都有重大作用。零部件的互换性，通常包括几何参数、机械性能、物理化学性能的互换。本章仅讨论几何参数的互换。3互换性分类互换性完全互换性不完全互换性零件在装配时允许有附加的选择或调整但不允许修配，装配后能满足预定的使用性能要求零件在装配或更换时，不需任何选择、调整和修配，就能满足预定的使用性能要求零件加工完后再用测量器具将零件按实际尺寸的大小分为若干组（通常分为24组），使每组零件间的实际尺寸差别减少，然后按相应组进行装配(例如大孔与大轴相配，小孔与小轴相配
3、)分组装配法是典型的不完全互换性分组装配法既保证装配精度和使用要求，又解决加工困难的问题。二、标准化、系列化及通用化1.标准化标准化：为在一定的范围内获得最佳秩序，对实际的或潜在的问题制定共同的和重复使用的规则的活动3.通用化：对不同规格的同类产品或不同类产品规定采用同一结构和尺寸的零件、部件2.系列化：对某些零、部件的技术参数协调、简化和统一，制定其技术参数的标准，如齿轮的模数等我国标准国家标准企业标准行业标准地方标准由国务院标准化行政主管部门制定,适用于需要在全国范围内统一的技术要求由国务院有关行政主管部门制定（如机械行业标准JB），适用于没
5、讲，孔是包容面，轴是被包容面。2基本尺寸基本尺寸通过它并应用上、下偏差可算出极限尺寸的尺寸。是设计者通过计算或根据经验而确定的，可以是一个整数或一个小数值。（示意图）孔-D轴-d3实际尺寸实际尺寸通过测量获得的某一孔、轴的尺寸。孔和轴的实际尺寸分别用Da和da表示。由于存在测量误差实际尺寸不一定是尺寸的真值；由于形状误差，同一表面不同部位的实际尺寸往往不相等，因此实际尺寸只是接近真值的一个随机尺寸。真值是客观存在的未知量，故只能以测得的尺寸作为实际尺寸。1尺寸尺寸以特定单位表示线性尺寸值的数值。如直径、宽度、高度、中心距等4极限尺寸极限尺寸一个孔或轴允许的
6、尺寸的两个极端。实际尺寸应位于其中，也可达到极限尺寸。孔或轴允许的最大尺寸称为最大极限尺寸；孔或轴允许的最小尺寸称为最小极限尺寸。（示意图）孔和轴的最大极限尺寸分别用Dmax和dmax表示，最小极限尺寸分别用Dmin和dmin表示。尺寸合格条件尺寸合格条件：DDminminDDaaDDmaxmaxddminminddaaddmaxmax三、偏差、公差、公差带的术语及定义三、偏差、公差、公差带的术语及定义：某一尺寸减其基本尺寸所得的代数差。上偏差上偏差：最大极限尺寸减其基本尺寸所得的代数差。用代号ES(孔)、es(轴)表示。即ES=Dmax-D
7、es=dmax-d：极限尺寸减其基本尺寸所得的代数差。（示意图）：实际尺寸减其基本尺寸所得的代数差。下偏差：下偏差：最小极限尺寸减其基本尺寸所得的代数差。用代号EI(孔)、ei(轴)表示。即EI=Dmin-Dei=dmin-d实际偏差在极限偏差范围内即为合格实际偏差在极限偏差范围内即为合格。说明：。例：已知某孔和轴的基本尺寸均为40mm，孔的最大极限尺寸为40.038mm，最小极限尺寸为40.007mm，轴的最大极限尺寸为40.015mm，最小极限尺寸为39.987mm。求孔和轴的极限偏差，若某一轴实际尺寸为39.98mm，判断其合格性。解孔的上偏差ES=D
8、max-D=40.038-40=+0.038mm孔的下偏差EI=Dmin-D=40.007-40=+0.007mm轴的上偏差es=dmax-d=40.015-40=+0.015mm轴的下偏差ei=dmin-d=39.987-40=-0.013mm轴的实际偏差=39.98-40=-0.02mm，不合格：允许尺寸的变动量。孔和轴的公差分别用Th、Ts表示。计算：TD=Dmax-Dmin=ES-EITd=dmax-dmin=es-ei说明：。。基本尺寸相同的零件，公差值越大，精度要求越基本尺寸相同的零件，公差值越大，精度要求越低，加工
9、越容易，反之，精度要求越高，加工越困难。低，加工越容易，反之，精度要求越高，加工越困难。计算上例的孔、轴的公差孔的公差Th=Dmax-Dmin=40.038-40.007=0.031mm或Th=ES-EI=+0.038-（+0.007）=0.031mm轴的公差Ts=dmax-dmin=40.015-39.987=0.028mm或Ts=es-ei=+0.015-（-0.013）=0.028mm可标注为孔，轴40038.007.040015.0013.0***公差与偏差的区别：公差与偏差的区别：（）从数值看（
10、）从数值看公差是一个没有正、负符号的绝对值，不能为零公差是一个没有正、负符号的绝对值，不能为零偏差是代数量，可能正、负或零偏差是代数量，可能正、负或零极限偏差用于限制实际偏差，实际偏差取决极限偏差用于限制实际偏差，实际偏差取决于机床的调整，不反映加工难易程度。单个于机床的调整，不反映加工难易程度。单个零件能测出。零件能测出。（）从作用看（）从作用看公差表示制造精度要求，反映加工难易程度，公差表示制造精度要求，反映加工难易程度，限制误差，对单个零件无公差可言限制误差，对单个零件无公差可言3.公差带公差带(2)(2)公差带图解：公差带图解：用图示方法表示的公差带（其实就是画放
11、大了的孔、轴公差带）a)a)零线：零线：公差带图解中，表示基本尺寸的公差带图解中，表示基本尺寸的一条直线。通常将零线水平绘制，其左下一条直线。通常将零线水平绘制，其左下方画上带单箭头的尺寸线，并注上基本尺方画上带单箭头的尺寸线，并注上基本尺寸值。左端注上相应寸值。左端注上相应“0”、“+”、“-”，正偏差位于零线上方，负偏差位于零线下正偏差位于零线上方，负偏差位于零线下方。方。：零件的尺寸相对其基本尺寸所允许变动的范围。（示意图）b）画法：）画法：1)零线。零线。2)确定公差带大小、位置。确定公差带大小、位置。3)孔孔、轴、轴(或或)或在公差带里写孔、轴。
12、或在公差带里写孔、轴。4)作图比例基本一致，单位作图比例基本一致，单位m、mm均可。均可。5)基本尺寸相同的孔、轴公差带才能画在一张图上。基本尺寸相同的孔、轴公差带才能画在一张图上。画法演示画法演示cc))公差带特性：公差带特性：大小大小TT标准公差标准公差位置位置极限偏差极限偏差基本偏差基本偏差标准化标准化标准化标准化两个要素两个要素例：画尺寸公差带图：轴25孔25020.0033.0021.004基本偏差基本偏差确定公差带相对零线位置的那个极限偏差。一般为靠近零线的那个偏差（偏差绝对值较小的那个偏差），它可以是上偏差或下偏
13、差。eies基本尺寸基本偏差为下偏差基本偏差为上偏差EIES孔轴轴孔0+-基本偏差基本偏差公差带在零线上方,基本偏差为下偏差。公差带在零线下方,基本偏差为上偏差。四、极限制四、极限制1极限与配合极限与配合国家标准国家标准国家标准极限与配合（GB/T1800）分别规定了“标准公差系列”（公差大小）和“基本偏差系列”（公差带位置），从而使公差值和基本偏差标准化。2标准公差系列标准公差系列标准公差系列是国家标准制定出的一系列标准标准公差系列是国家标准制定出的一系列标准公差数值。国家标准所规定的任一公差值称为标准公差数值。国家标准所规定的任一公
14、差值称为标准公差，用以确定公差带的大小。公差，用以确定公差带的大小。极限制：标准化的公差与偏差的制度标准公差系列由不同标准公差等级和不同基本尺寸不同标准公差等级和不同基本尺寸段的标准公差段的标准公差构成，如表所示。国家标准将标准公差等级规定为20个等级，依次为IT01IT0IT1IT18等级高低公差值小大标准公差等级标准公差等级是指确定尺寸精度的等级对于相同的基本尺寸，标准公差等级是决定标准公差大小的唯一参数，即同一公差等级的所有基本尺寸具有同等的精度和加工难易程度。IT7称为低于IT7级IT7称为高于IT7级精度高低加工难度相当3基本偏差系
15、列（1）基本偏差代号国标对孔和轴分别规定了28种基本偏差，分别用一个或两个拉丁字母按一定的顺序表示（按英文读音），孔大写、轴小写。（a）分布简图如下图孔和轴同字母的基本偏差相对于零线基本呈对称分布孔轴a零线基本尺寸hAZCzcH（2）特点b)对于轴，a至h的基本偏差为上偏差es,除h的基本偏差为零外，其余均为负值，其绝对值依次逐渐减小；j至zc的基本偏差为下偏差ei，除j和k外，其基本偏差为正值，其绝对值依次逐渐增大。对于孔，A至H的基本偏差为下偏差EI，除H的基本偏差为零外，其余均为正值，其绝对值依次逐渐减小；J至
16、ZC的基本偏差为上偏差ES，除J、K、M外，其基本偏差为负值，其绝对值依次逐渐增大(c)Js完全对称，完全对称，J基本对称基本对称（孔（孔ES，只有，只有J6、J7、J8；轴只有；轴只有j5、j6、j7、j8，逐步被，逐步被Js取代）取代）(d)基本偏差原则上与公差等级无基本偏差原则上与公差等级无关，有一些除外关，有一些除外（K、M、N等有等有两种位置）。例：两种位置）。例：AH(ah)与公差等级无关与公差等级无关。(g)“AZC”（azc）除）除J（j）以外，以外，20个等级齐全。个等级齐全。(f)K、M、N等有两种位置等有两种位置,K、k的基本偏差值可为正
17、值或负值，的基本偏差值可为正值或负值，N的基本偏差值可为负值或零，的基本偏差值可为负值或零，M基本偏差值可为正值、负值基本偏差值可为正值、负值或零。或零。(2)基本偏差数值为方便起见，国家标准分别编制出轴和孔的基本偏差数值表。实际使用时，可直接查表。轴的基本偏差数值孔的基本偏差数值轴或孔的另一个偏差(上偏差或下偏差)数值，可根据基本偏差和选用的标准公差等级，按下列关系式计算:轴ei=es-IT或es=ei+IT孔EI=ES-IT或ES=EI+IT。解查表2-1得：标准公差IT7=21m=0.021mm，IT8=33m=0.033mm查表2-2得：
18、f的基本偏差（上偏差）es=-20m=-0.020mmf7的下偏差ei=es-IT=-0.020-0.021=-0.041mm轴30f7的极限尺寸dmax=d+es=30-0.020=29.980mmdmin=d+ei=30-0.041=29.959mm查表2-3得：M的基本偏差（上偏差）ES=-8+=-8+12=+4m=+0.004mmM8的下偏差EI=ES-IT=+0.004-0.033=-0.029mm孔30M8的极限尺寸Dma=D+ES=30+0.004=30.004mmDmin=D+EI=30-0.029=29
19、.971mm公差带图解如图所示。例题:确定轴30f7、孔30M8的极限偏差和极限尺寸，并画出公差带图解。五、公差带代号及公差带系列五、公差带代号及公差带系列1公差带代号公差带代号由于公差带由公差大小和基本偏差（公差带位置）确定，因此，公差带代号都是由基本偏差代号和标准公差等级数联公差带代号都是由基本偏差代号和标准公差等级数联合表示合表示，如h8、m7、G6、F8等2公差带系列公差带系列根据国标GB/T1800.2-1998提供的20个标准公差和28种基本偏差，可以组成许多不同大小与位置的孔、轴公差带。在基本尺寸500mm范围内，孔的公差带有2027+3（J6、J7、
20、J8）=543种，轴的公差带有2027+4（j5、j6、j7、j8）=544种。是不经济的，并使得标准繁杂、不利于生产。选用时，以优先、常用、一般、任一孔、选用时，以优先、常用、一般、任一孔、轴公差带为顺序。轴公差带为顺序。六、线性尺寸的未注公差线性尺寸的未注公差：一般公差是指在车间一般加工条件下可以保证的公差。它是机床在正常维护和操作下，可达到的经济加工精度(即线性尺寸未注公差)。GB/T1804-2000对线性尺寸的一般公差规定了四个公差等级，即f(精密级)、m(中等级)、c(粗糙级)和v(最粗级)。线性尺寸的极限偏差数值见表第三节第三节配合精度配合精度一、配
21、合的术语及定义（一）配合配合是指基本尺寸相同的、相互结合的孔和轴公差带之间的关系。配合反映了机器上相互结合的零件间松紧程度有三个含义必须是孔和轴基本尺寸相同对一批零件而言（二）间隙或过盈孔的尺寸减去相配合的轴的尺寸所得的代数差，此差值为正时是间隙，一般用X表示；为负时是过盈，一般用Y表示。1间隙配合间隙配合孔的公差带在轴公差带上方，即具有间隙的配合孔的公差带在轴公差带上方，即具有间隙的配合（包括（包括Xmin0的配合）。对一批零件而言，所有孔的尺寸的配合）。对一批零件而言，所有孔的尺寸轴轴的尺寸的尺寸孔轴Xmax孔轴XmaxXminXmin=0特
22、征参数：特征参数：由于孔和轴的实际尺寸在其公差带内变动，因此其配合的间隙是变动的，其极限值为最大间隙Xmax和最小间隙Xmin。最大间隙为孔的最大极限尺寸减去轴的最小极限尺寸所得的代数差，最小间隙为孔的最小极限尺寸减去轴的最大极限尺寸所得的代数差XmaxDmaxdminESeiXminDmindmaxEIes(三三)配合的种类配合的种类按孔和轴公差带的关系不同，配合可分为间隙配合、过盈配合、过渡配合。2过盈配合过盈配合具有过盈(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，配合后都具有过盈孔孔轴轴Ymin=0YmaxYmin
23、Ymax特征参数特征参数：由于孔和轴的实际尺寸在其公差带内变动，因此其配由于孔和轴的实际尺寸在其公差带内变动，因此其配合的过盈是变动的，。最大过盈合的过盈是变动的，。最大过盈Ymax为孔的最小极限尺寸减去轴为孔的最小极限尺寸减去轴的最大极限尺寸所得的代数差，最小过盈的最大极限尺寸所得的代数差，最小过盈Ymin为孔的最大极限尺为孔的最大极限尺寸减去轴的最小极限尺寸所得的代数差。即寸减去轴的最小极限尺寸所得的代数差。即YminDmaxdminESeiYmaxDmindmaxEIes3过渡配合过渡配合:孔、轴公差带相互重叠，即可能具有孔、轴公差带相互重叠，即可能具有X或或Y的配合，的
24、配合，此时孔的公差带与轴的公差带相互交叠。此时孔的公差带与轴的公差带相互交叠。轴孔轴孔轴孔YmaxXmaxYmaxXmaxXmaxYmax特征参数：特征参数：配合可能具有间隙或过盈，配合可能具有间隙或过盈，XmaxDmaxdminESeiYmaxDmindmaxEIes配合种类演示XmaxXminXmaxYmax|ESei（EIes）|TDTd|YminYmax|若要提高配合精度（即减少Tf）可减小相配合的孔、轴尺寸公差（即提高相配合的孔、轴加工精度）。Tf（三）配合公差（三）配合公差配合公差是一个没有符号的绝对值，表示了配合精度，是评定
25、配合质量的一个重要参数。配合公差越大，则配合时形成的间隙或过盈出现的差别越大，即配合精度越低；反之，配合精度越高。1基孔制基孔制二、配合制、配合制配合制是指同一极限制的孔和轴组成配合的一种制度。国家规定了两种配合制度：基孔制和基轴制。基孔制：指基本偏差为一定的孔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。基孔制孔基准件上偏差ES=+IT下偏差EI=0轴是非基准件基轴制：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不同配合性质的一种制度。2.基轴制基轴制基轴制轴基准件上偏差es=0下偏差ei=-IT孔是非基准件三、配合代号
26、国标规定，配合的代号用孔和轴公差带代号写成分数形式表示，分子孔的公差带代号，分母轴的公差带代号,如H9/d9或。若指某一确定基本尺寸的配合，则基本尺寸标在配合代号之前，如40H9/d9或40。四、常用和优先配合对基孔制:规定了59种常用配合，13种优先配合，如表所示由于不同的孔、轴公差可以组合成多种多样的配合。即使是常用孔和轴的公差带也可任意组合两千多种配合。对基轴制：规定了47种常用配合，13种优先配合，
27、如表所示五、极限与配合的选择五、极限与配合的选择极限与配合的选择极限与配合的选择：是在基本尺寸已经确定的情况下进行的尺寸精度设计，主要包括公差等级、配合制和配合种类的选择。选用原则选用原则：在满足机械产品使用要求的前提下获得最佳的技术经济效益。其选择方法有计算法、试验法和类比法。目前应用最多的、最主要的方法是类比法。1配合制的选择配合制的选择（1）一般情况下应优先选用基孔制）一般情况下应优先选用基孔制（2）基轴制的选择）基轴制的选择1）直接使用有一定公差等级（）直接使用有一定公差等级（IT8IT11）而不再进行机械加）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
28、差带制造）制作轴。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。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。直接做轴，这时采用基轴制较经济。3）根据结构上的需要）根据结构上的需要，在同一基本尺寸的轴上装配有不同配，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。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