材料性能及其加工第12章尺寸公差與配合課件

1、第12章尺寸公差與配合本章知識點先導(dǎo)案例第一節(jié) 基本術(shù)語及定義第二節(jié) 標(biāo)準(zhǔn)公差與基本偏差系列第三節(jié) 優(yōu)先和常用配合第四節(jié) 尺寸公差與配合的使用知識擴展先導(dǎo)案例解決本章小結(jié)思考題第1頁，共71頁。本章知識點1.掌握公差與配合的基本術(shù)語及定義。2.掌握尺寸公差與配合的選用方法。3.了解優(yōu)先和常用配合公差帶。返回第2頁，共71頁。先導(dǎo)案例觀察圖片中三組孔和軸有什么不同，各有什么特點?返回第3頁，共71頁。第一節(jié) 基本術(shù)語及定義一、基本術(shù)語和定義1.孔和軸孔:通常指圓柱形內(nèi)表面及其他內(nèi)表面中(由兩平行平面或切平面形成的包容面)，由單一尺寸確定的部分。軸:通常指圓柱形外表面及其他外表面中(由兩平行平面或

2、切平面形成的包容面)，由單一尺寸確定的部分。圖12-1所示的各表面，如D1, D2, D3和D4各尺寸確定的各組平行平面或切平面所形成的包容面都稱為孔;如d1, d2, d3和d4各尺寸確定的圓柱形外表面和各組平行平面或切平面所形成的被包容面都稱為軸。因而孔、軸分別具有包容和被包容的功能。下一頁返回第4頁，共71頁。第一節(jié) 基本術(shù)語及定義如果兩個平行平面或切平面既不能形成包容面，也不能形成被包容面，則它們既不是孔也不是軸。如圖12-1中由L1L2和L3各尺寸確定的各組平行平面和切平面。2.有關(guān)尺寸的術(shù)語1)尺寸用特定單位表示長度值的數(shù)值。如直徑、長度、寬度、高度、中心距等。在機械制造中,常用m

3、m, um作為特定單位。2)基本尺寸設(shè)計給定的尺寸標(biāo)稱值稱為基本尺寸，一般要符合標(biāo)準(zhǔn)尺寸系列?？子肈表示，軸用d表示。3)實際尺寸上一頁下一頁返回第5頁，共71頁。第一節(jié) 基本術(shù)語及定義通過測量獲得的某一孔、軸的尺寸。由于存在測量器具、方式、人員和環(huán)境等因數(shù)造成的測量誤差，所以實際尺寸并非尺寸的真值，且同一表面不同部位的實際尺寸往往也不相同?？子肈a表示，軸用da表示。4)極限尺寸一個孔或軸允許的兩個極端尺寸。其中較大的一個稱為最大極限尺寸，較小的一個稱為最小極限尺寸?？追謩e用Dmax,和Dmm表示，軸分別用dmax和dmin表示。在一般情況下，完工零件的合格條件是實際尺寸均不得超出最大和最小

4、極限尺寸。表達式為上一頁下一頁返回第6頁，共71頁。第一節(jié) 基本術(shù)語及定義對于孔對于軸 5)最大實體狀態(tài)和最大實體尺寸孔或軸具有允許的材料量為最多時的狀態(tài)稱為最大實體狀態(tài)(MMC)。在最大實體狀態(tài)下的極限尺寸稱為最大實體尺寸(MMS)。6)最小實體狀態(tài)和最小實體尺寸孔或軸具有允許的材料量為最少時的狀態(tài)稱為最小實體狀態(tài)(LMC)。在最小實體狀態(tài)下的極限尺寸稱為最小實體尺寸(LMS)。上一頁下一頁返回第7頁，共71頁。第一節(jié) 基本術(shù)語及定義最大和最小實體狀態(tài)都是設(shè)計規(guī)定的合格零件的材料量所具有的材料量的兩個極限狀態(tài)，如圖12-2所示。3.有關(guān)偏差和公差的術(shù)語1)偏差偏差是某一尺寸(實際尺寸、極限尺

5、寸等)減其基本尺寸所得的代數(shù)差。實際偏差:實際尺寸減去其基本尺寸所得到的代數(shù)差?？椎膶嶋H偏差 軸的實際偏差 極限偏差:即極限尺寸減其基本尺寸所得的代數(shù)差。它包含上偏差和下偏差。上一頁下一頁返回第8頁，共71頁。第一節(jié) 基本術(shù)語及定義最大極限尺寸減其基本尺寸所得的代數(shù)差稱為上偏差。以公式表示為孔的上偏差軸的上偏差 最小極限尺寸減其基本尺寸所得的代數(shù)差稱為下偏差。以公式表示為孔的下偏差軸的下偏差完工零件尺寸合格性的條件也常用偏差的關(guān)系表示為對于孔對于軸 上一頁下一頁返回第9頁，共71頁。第一節(jié) 基本術(shù)語及定義極限偏差與極限尺寸的關(guān)系如圖12-3所示。2)尺寸公差(簡稱公差)指最大極限尺寸與最小極限

6、尺寸之差，或上偏差與下偏差之差，以公式表示為孔的公差軸的公差3)尺寸公差帶以基本尺寸為零線，以適當(dāng)?shù)谋壤嫵鰞蓸O限偏差，以表示尺寸允許變動的界限，即范圍，稱為公差帶圖。如圖12-4所示。上一頁下一頁返回第10頁，共71頁。第一節(jié) 基本術(shù)語及定義二、有關(guān)配合的術(shù)語和定義1.配合基本尺寸相同，相互結(jié)合的孔、軸公差帶之間的關(guān)系稱為配合，如圖12-5所示。這種關(guān)系決定結(jié)合零件間松緊程度。2.配合的種類1)間隙配合具有間隙(包括最小間隙為零)的配合稱為間隙配合。此時，孔的公差帶在軸的公差帶之上，如圖12-6所示。表示間隙配合松緊程度的特征值是最大極限間隙Xmax和最小極限間隙Xmin，其值可用下式計算，

7、即上一頁下一頁返回第11頁，共71頁。第一節(jié) 基本術(shù)語及定義上一頁下一頁返回實際生產(chǎn)中，平均間隙更能體現(xiàn)其配合性質(zhì)，其值為 2)過盈配合具有過盈(包括最小過盈等于零)的配合稱為過盈配合。 此時，孔的公差帶在軸的公差帶之下，如圖12-7所示。第12頁，共71頁。第一節(jié) 基本術(shù)語及定義表示過盈配合松緊程度的特征值是最大極限過盈Ymax和最小極限過盈Ymin，其值可用下式計算:實際生產(chǎn)中，平均過盈更能體現(xiàn)其配合性質(zhì):上一頁下一頁返回第13頁，共71頁。第一節(jié) 基本術(shù)語及定義3)過渡配合可能具有間隙也可能具有過盈的配合稱為過渡配合。此時，孔的公差帶與軸的公差帶相互重疊，如圖12-8所示。表示過盈配合松

8、緊程度的特征值是最大極限間隙Xmax和最大極限過盈Ymax，其值可用下式計算:實際生產(chǎn)中，過渡配合的平均松緊程度可能表示為平均間l潦，也可能表示為平均過盈。上一頁下一頁返回第14頁，共71頁。第一節(jié) 基本術(shù)語及定義3.配合公差配合公差是指允許間隙或過盈的變動量。它是評定配合質(zhì)量的一個重要的綜合指標(biāo)，用代號Tf表示。對于間隙配合 對于過盈配合 對于過渡配合同時配合公差又可表示為上一頁下一頁返回第15頁，共71頁。第一節(jié) 基本術(shù)語及定義4.配合公差帶圖配合公差的特性也可用配合公差帶來表示。配合公差帶的圖示方法如圖12-9所示。左邊為間隙配合，中間為過渡配合，右邊為過盈配合。5.基準(zhǔn)制配合制是同一極

9、限制的孔和軸組成配合的一種制度，亦稱為基準(zhǔn)制。國家標(biāo)準(zhǔn)對配合的組成規(guī)定了兩種配合制度，即基孔制和基軸制配合。1)基孔制基本偏差為一定的孔的公差帶與不同基本偏差的軸的公差帶形成各種配合的一種制度，如圖12-10 （a）所示?；字粕弦豁撓乱豁摲祷氐?6頁，共71頁。第一節(jié) 基本術(shù)語及定義配合中的孔稱為基準(zhǔn)孔，代號為H,是基孔制配合中的基準(zhǔn)件。軸為非基準(zhǔn)件。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，基準(zhǔn)孔下偏差(EI)為基本偏差，其數(shù)值為零。上偏差(ES)為正值，即其公差帶偏置在零線上側(cè)。2)基軸制基本偏差為一定的軸的公差帶與不同基本偏差的孔的公差帶形成各種配合的一種制度，如圖12-10 (b)所示?；S制配合中的軸稱為基準(zhǔn)軸，

10、代號為h,是基軸制配合中的基準(zhǔn)件?？诪榉腔鶞?zhǔn)件。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，基準(zhǔn)軸上偏差es為基本偏差，其數(shù)值為零。下偏差ei為負(fù)值，即其公差帶偏置在零線下側(cè)。上一頁返回第17頁，共71頁。第二節(jié) 標(biāo)準(zhǔn)公差與基本偏差系列一、標(biāo)準(zhǔn)公差標(biāo)準(zhǔn)公差是國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的用以確定公差帶大小的任一公差值。標(biāo)準(zhǔn)公差數(shù)值由公差等級和基本尺寸決定，見表12-1所列。在基本尺寸至500 mm內(nèi)規(guī)定了ITO1, ITO, IT1,、IT18共20個等級，精度依次降低。IT表示國際公差，數(shù)字表示公差等級代號。如IT7表示標(biāo)準(zhǔn)公差7級或7級標(biāo)準(zhǔn)公差。二、基本偏差及其代號基本偏差是用來確定公差帶相對零線的位置的。不同位置的公差帶與基準(zhǔn)件將形成不

11、同的配合。基本偏差的數(shù)量將決定配合種類的數(shù)量。為了滿足各種不同松緊程度的配合需要，下一頁返回第18頁，共71頁。第二節(jié) 標(biāo)準(zhǔn)公差與基本偏差系列上一頁下一頁返回同時盡量減少配合種類，以利互換，國家標(biāo)準(zhǔn)對孔和軸分別規(guī)定了28種基本偏差，價別用拉丁字母表示，其中，孔用大寫字母表示，軸用小寫字母表示。28種基本偏差代號，由26個拉丁字母中去掉了5個易與其他參數(shù)相混淆的字母I, L, O,Q, W，剩下的21個字母加上7個雙寫字CD,EF, FG, ZA, ZB, ZC, JS組成。這28種基本偏差代號反映了28種公差帶的位置，構(gòu)成了基本偏差系列，如圖12-11所示?？椎幕酒钪?，AG的基本偏差是下偏

12、差EI (正值); H的基本偏差EI=0 ,是基準(zhǔn)孔;JZC的基本偏差是上偏差ES(除J和K外，其余皆為負(fù)值);JS的基本偏差是 ES=+IT/2或EI=-IT/2。第19頁，共71頁。第二節(jié) 標(biāo)準(zhǔn)公差與基本偏差系列軸的基本偏差中，ag的基本偏差是上偏差es(負(fù)值);h的基本偏差es =0,是基準(zhǔn)軸;Jzc的基本偏差是下偏差ei(除J外，其余皆為正值);Js的基本偏差為es=+IT/2或ei=-IT/20基本偏差系列圖中僅繪出了公差帶的一端，未繪出公差帶的另一端，它取決于公差大小。因此，任何一個公差帶代號都由基本偏差代號和公差等級數(shù)聯(lián)合表示，如H7, h6,G8 ，r7等。基本偏差是公差帶位置

13、標(biāo)準(zhǔn)化的唯一參數(shù)，除去JS和js以及J， j，K，k，和N以外，原則上基本偏差和公差等級無關(guān)。三、軸的基本偏差上一頁下一頁返回第20頁，共71頁。第二節(jié) 標(biāo)準(zhǔn)公差與基本偏差系列軸的基本偏差計算公式如表12-2所列。它是以基孔制配合為基礎(chǔ)來考慮的，ah用于間隙配合，基本偏差的絕對值等于最小間隙，其中a, b, c用于大間隙和熱動配合，考慮發(fā)熱月彭脹的影響，采用與直徑成正比關(guān)系的公式計算(其中c適用于直徑大于40mm時)。d, e,f主要用于旋轉(zhuǎn)運動，為了保證良好的液體摩擦，最小間隙應(yīng)與直徑成平方根關(guān)系，但考慮到表面粗糙度的影響，間隙應(yīng)適當(dāng)減小，故d, e, f的計算公式是按此要求確定的。g主要用

14、于滑動和半液體摩擦，或用于定位配合，間隙要小，所以，直徑的指數(shù)有所減小?；酒頲d, ef, fg的絕對值，分別按c與d, e與f,嶼g絕對值的幾何平均值確定，適用于尺寸較小的旋轉(zhuǎn)運動件。jn與基準(zhǔn)孔形成過渡配合，其基本偏差為下偏差ei，數(shù)值基本上一頁下一頁返回第21頁，共71頁。第二節(jié) 標(biāo)準(zhǔn)公差與基本偏差系列上根據(jù)經(jīng)驗與統(tǒng)計的方法確定。Pzc與基準(zhǔn)孔形成過盈配合，其基本偏差為下偏差ei，數(shù)值大小按與一定等級的孔相配合所要求的最小過盈而定。最小過盈系數(shù)的系列符合優(yōu)先數(shù)系，規(guī)律性較好，便于應(yīng)用。在實際工作中，軸的基本偏差數(shù)值不必用公式計算，為方便使用，計算結(jié)果的數(shù)值己列成表，如表12-3所列，

15、使用時可直接查表。當(dāng)軸的基本偏差確定后，另一個極限偏差可根據(jù)軸的基本偏差數(shù)值和標(biāo)準(zhǔn)公差值按下列關(guān)系計算，即上一頁下一頁返回第22頁，共71頁。第二節(jié) 標(biāo)準(zhǔn)公差與基本偏差系列四、孔的基本偏差數(shù)值孔的基本偏差數(shù)值是由相同字母軸的基本偏差，在相應(yīng)的公差等級的基礎(chǔ)上通過換算得到。換算的原則是:基本偏差字母代號同名的孔和軸，分別構(gòu)成的基軸制與基孔制的配合，在相應(yīng)公差等級的條件下，其配合的性質(zhì)必須相同，即具有相同的極限間隙或極限過盈，這種配合稱為同名配合。如H9/f9與F9/h9, H7/p6與P7/h6。由于孔比軸加工困難，因此，國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，為使孔和軸在加工工藝上等價，在較高精度等級的配合中，孔比軸的

16、公差等級低一級。在較低精度等級的配合中，孔與軸采用相同的公差等級。在孔與軸的基本偏差換算中，有以下兩種規(guī)則。上一頁下一頁返回第23頁，共71頁。第二節(jié) 標(biāo)準(zhǔn)公差與基本偏差系列1.通用規(guī)則用同一字母表示的孔、軸基本偏差的絕對值相等，而符號相反?？椎幕酒钍禽S的基本偏差相對于零線的倒影(反射關(guān)系)，如圖12-12所示。對于孔2.特殊規(guī)則當(dāng)孔、軸基本偏差代號對應(yīng)時，孔的基本偏差ES和軸的基本偏差ei符號相反，而絕對值相差一個值，即 上一頁下一頁返回第24頁，共71頁。第二節(jié) 標(biāo)準(zhǔn)公差與基本偏差系列此式適用于3mmIT8級的配合，由于孔的測量精度比軸容易保證，推薦采用同級孔、軸配合，如H9/h9 。

17、上一頁下一頁返回第33頁，共71頁。第四節(jié) 尺寸公差與配合的使用（2）選擇公差等級，既要滿足設(shè)計要求，又要考慮工藝的可能性和經(jīng)濟性。也就是說，在滿足使用要求的情況下，盡量擴大公差值，即盡量選用較低的公差等級。國家標(biāo)準(zhǔn)各公差等級與加工方法的大致關(guān)系見表12-7所列。國家標(biāo)準(zhǔn)推薦的各公差等級的應(yīng)用范圍如下:ITO1, ITO, IT1級一般用于高精度量塊和其他精密尺寸標(biāo)準(zhǔn)塊的公差。它們大致相當(dāng)于量塊的1, 2, 3級精度的公差。IT2IT5級用于特別精密零件的配合。ITSIT12用于常用配合尺寸公差，見表12-8所列。12級以下由于精度低，主要用于非配合尺寸，在配合尺寸中應(yīng)用較少。三、選用實例上一

18、頁下一頁返回第34頁，共71頁。第四節(jié) 尺寸公差與配合的使用例12-2有一孔、軸配合，基本尺寸為100mm，要求配合的過盈或間隙在一0.048+0.041mm范圍內(nèi)。試確定此配合的孔、軸公差帶和配合代號。解: 1)選擇基準(zhǔn)制由于沒有特殊的要求，所以應(yīng)優(yōu)先選用基孔制，即孔的基本偏差代號為H。2)確定孔、軸公差等級由給定條件可知，此孔、軸結(jié)合為過渡配合，其允許的配合公差為上一頁下一頁返回第35頁，共71頁。第四節(jié) 尺寸公差與配合的使用因為Tf=Th+TS =0.089mm,假設(shè)孔與軸為同級配合，則查表12-1 可知，44.5m介于IT7=35m和IT8=54m之間，而在這個公差等級范圍內(nèi)，國家標(biāo)準(zhǔn)

19、要求孔比軸低一級的配合，于是取孔公差等級為IT8，軸的公差等級為IT7，計算配合公差:上一頁下一頁返回第36頁，共71頁。第四節(jié) 尺寸公差與配合的使用故滿足設(shè)計要求。3)確定軸的基本偏差代號由于采用的是基孔制配合，則孔的基本偏差代號為H8，孔的基本偏差為EI=0，孔的另一個極限偏差為根據(jù)ES-ei=Xmax=0.041mm,所以軸的下偏ei=ES-Xmax=0.054-0.041=0.013(mm)。查表12-3得ei=0.013mm，對應(yīng)的軸的基本偏差代號為m，即軸為m7。軸的另一個極限偏差為上一頁下一頁返回第37頁，共71頁。第四節(jié) 尺寸公差與配合的使用4)選擇的配合為5)驗算因此，滿足要

20、求。說明:實際應(yīng)用時，計算出的公差數(shù)值和極限偏差數(shù)值不一定與表中的數(shù)據(jù)正好一致。應(yīng)按照實際的精度要求，適當(dāng)選擇。 上一頁返回第38頁，共71頁。知識擴展配合種類的選用。根據(jù)使用要求，應(yīng)盡可能地選用優(yōu)先和常用配合。如果優(yōu)先和常用配合不能滿足要求，可選一般用途的孔、軸公差帶，并按使用要求組成需要的配合。若仍不能滿足要求，則可從國家標(biāo)準(zhǔn)所提供的544種軸公差帶和543種孔公差帶中選取合適的公差帶，組成所需要的配合。確定了基準(zhǔn)制以后，選擇配合就是根據(jù)使用要求一一配合公差(間隙或過盈)的大小，確定與基準(zhǔn)件相配的孔、軸的基本偏差代號，同時確定基準(zhǔn)件及配合件的公差等級。對間隙配合，由于基本偏差的絕對值等于最

21、小間隙，故可按最小間隙確定基本偏差代號。對過盈配合，在確定基準(zhǔn)件的公差等級后，即可按最小過盈選定配合件的基本偏差代號，并根據(jù)配合公差的要求確定孔、軸公差等級。下一頁返回第39頁，共71頁。知識擴展機器的質(zhì)量大多取決于對其零部件所規(guī)定的配合及技術(shù)條件是否合理，許多零件的尺寸公差，都是由配合的要求決定的。一般選用配合的方法有下列三種。1.計算法計算法是根據(jù)一定的理論和公式，計算出所需的間隙或過盈。如:影響配合間隙量和過盈量的因素很多，而目理論的計算是近似的，所以，在實際應(yīng)用時需經(jīng)過試驗來確定。一般情況下，很少使用計算法。2.試驗法試驗法是對產(chǎn)品性能影響很大的一些配合，用試驗的方法來確定機器工作性能

22、的最佳間隙或過盈。試驗法比較可靠，但周期長、成本高，應(yīng)用也較少。 上一頁下一頁返回第40頁，共71頁。知識擴展3.類比法類比法是在同類型機器或機構(gòu)中，按經(jīng)過生產(chǎn)實踐驗證的己用配合的實用情況，再考慮所設(shè)計機器的使用要求，確定需要的配合。要掌握這種方法，首先必須分析機器或機構(gòu)的功用、工作條件及技術(shù)要求，進而研究結(jié)合零件的工作條件及使用要求;其次要了解各種配合的特性和應(yīng)用。這種方法應(yīng)用最廣?；境叽?00mm基孔制常用和優(yōu)先配合的特征及應(yīng)用場合如表12-9所列。上一頁返回第41頁，共71頁。先導(dǎo)案例解決圖片中二組孔和軸情況分別是:左圖是軸比孔小、中圖是軸比孔大、右圖是軸與孔差不多。其特點分別是:左圖

23、是間隙配合、中圖是過盈配合、右圖是過渡配合。返回第42頁，共71頁。本章小結(jié)掌握尺寸公差與配合的基本術(shù)語及定義，理解尺寸公差與配合的選用方法，熟悉優(yōu)先和常用配合。本章重點介紹尺寸公差與配合的選用方法。同時它也是本章的難點。這部分知識是公差與配合的重要知識點，也是今后學(xué)習(xí)機械加工的必要基礎(chǔ)知識。返回第43頁，共71頁。思考題（1）按表中給出的數(shù)值，計算表中空格的數(shù)值，并將計算結(jié)果填入相應(yīng)的空格內(nèi)（表中數(shù)值單位為mm）。下一頁返回第44頁，共71頁。思考題（2）試根據(jù)下表中的數(shù)值，計算并填寫該表空格中的數(shù)值(單位為mm)。上一頁下一頁返回第45頁，共71頁。思考題（3）什么是尺寸公差?它與極限尺寸

24、、極限偏差有何關(guān)系?（4）選用公差等級要考慮哪些因素?是否公差等級越高越好?（5）說明下列配合符號所表示的基準(zhǔn)制、公差等級和配合類別(間隙配合、過渡配合或過盈配合)，查表計算其極限間隙或極限過盈，并畫出其尺寸公差帶圖。35H7/g6;40K7/h6;30H8/f7;5OS8/h8(6)設(shè)有一基本尺寸為60 mm的配合，經(jīng)計算確定其間隙應(yīng)為(+30+110) wm若己決定采用基孔制，試確定此配合的孔、軸公差帶代號，并畫出其尺寸公差帶圖。（7）設(shè)有一基本尺寸為110mm的配合，經(jīng)計算確定，為保證連接可靠，其過盈不得小于一40m;為保證裝配后不發(fā)生塑性變形，其過盈不得大于一110m。若己決定采用基軸

25、制，試確定此配合的孔、軸公差帶代號，并畫出其尺寸公差帶圖。 上一頁返回第46頁，共71頁。圖12-1 孔和軸（注意：此頁右下方有一個“返回”按鈕，要與相應(yīng)頁建立起超鏈接）返回第47頁，共71頁。圖12-2 最大實體狀態(tài)和最小實體狀態(tài)（注意：此頁右下方有一個“返回”按鈕，要與相應(yīng)頁建立起超鏈接）返回第48頁，共71頁。圖12-3 極限尺寸、公差與偏差 （注意：此頁右下方有一個“返回”按鈕，要與相應(yīng)頁建立起超鏈接）返回第49頁，共71頁。 圖12-4 公差帶圖 返回第50頁，共71頁。 圖12-5 公差與配合示意圖返回第51頁，共71頁。圖12-6 間隙配合返回第52頁，共71頁。圖12-7 過盈配合（注意：此頁右下方有一個“返回”按鈕，要與相應(yīng)頁建立起超鏈接）返回第53頁，共71頁。圖12-8 過渡配合（注意：此頁右下方有一個“返