※簡析形位公差選擇的合理性

簡析形位公差選擇的合理性李國富

(鄂州大學(xué)機(jī)械系，湖北鄂州436000)摘要：針對形位公差項(xiàng)目選擇中存在的一些問題，用簡明的圖示對比，該文闡述了形位公差之間的關(guān)系，論述了形位公差的選用原則，分析了合理選擇各種形位公差的原理及方法。關(guān)鍵詞：形位公差；被測要素；選用原則中圖分類號：TH12文獻(xiàn)標(biāo)識碼：文章編號：1008—9004(2007)02—0035—03鄂州大學(xué)學(xué)報2007年3月第14卷第2期P35?371前言通常在機(jī)械零件的設(shè)計過程中，需考慮形位公差項(xiàng)目的合理選擇，這不僅是設(shè)計工作的要求，同時也是保證零件使用的要求，是提高產(chǎn)品經(jīng)濟(jì)效益的一個重要方面。形位公差選擇不合理，對機(jī)械零件的性能和生產(chǎn)成本造成不利的影響。鑒于工程圖樣上和個別教材上對形位公差項(xiàng)目之間的關(guān)系和概念的理解上存在的問題，結(jié)合教學(xué)和科研工作實(shí)際，對這些問題作如下分析，從而合理選擇形位公差項(xiàng)目。2形狀公差與位置公差的關(guān)系形狀公差是指單一實(shí)際要素的形狀所允許的變動全量，位置公差是指關(guān)聯(lián)實(shí)際要素的方向或位置對基準(zhǔn)所允許的變動全量，由于對同一要素給定的位置公差包容了形狀公差，如果對統(tǒng)一要素給定的形狀公差大于位置公差，將會出現(xiàn)保證了形狀公差的要求，卻不能保證位置公差要求的矛盾現(xiàn)象，所以對同一要素給定的形狀公差應(yīng)小于給定位置公差數(shù)值如給定平行度公差的要素，其直線度或平面度公差小于平行度公差；給定垂直度公差要素其給定的直線度或平面度公差值小于垂直度公差值；給定跳動公差的圓柱面，其給定的圓度或圓柱度公差小于圓跳動公差等【1】。在一般情況下，位置公差能夠控制形狀誤差。如定位公差中，同軸度可以控制軸線的形狀誤差，對稱度和位置度可以控制平面度誤差；在跳動公差中，端面全跳動可以控制圓度、直線度、圓柱度誤差，徑向全跳動可以控制圓度、直線度、圓柱度誤差。因此，在選擇形狀公差和位置公差時，當(dāng)位置公差選定后，且能夠控制相應(yīng)的形狀誤差，并能滿足使用要求，則可以不考慮形狀公差的要求。如圖1所示，同一斜面或平面上已經(jīng)標(biāo)注了傾斜度或平行度，一般可以不再標(biāo)注平面度。

(1)合理rB(1)合理C(2)不合理C(3)合理 (4〕不合理圖1形狀公羞與位置公差的選擇3形位公差的選擇原則選擇形位公差應(yīng)充分保證零件的品質(zhì)要求，盡可能方便生產(chǎn)，同時獲得最佳經(jīng)濟(jì)效益3．1形位公差項(xiàng)目的選擇形位公差項(xiàng)目選擇的出發(fā)點(diǎn)隨要素的幾何特征、零件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和使用要求不同而變化。同一被測要素通常有若干個形位公差項(xiàng)目可供選擇，對圓柱面就有圓度、圓柱度、素線的直線度、同軸度、位置度、圓跳動等形位公差項(xiàng)目可供使用。給定不同的形位公差項(xiàng)目，對零件的功能、加工方法、檢測方法及評定方法都會產(chǎn)生不同的影響。所以，在保證零件功能的前提下，應(yīng)根據(jù)不同的生產(chǎn)條件、檢測條件和有利于生產(chǎn)等合理選擇形位公差項(xiàng)目。3．2形位公差與尺寸公差的選擇【2】對被測要素給定的形位公差值，與零件上的有關(guān)尺寸公差相互制約，相對于尺寸精度形位公差精度要求低，尺寸公差可控制形位公差的要求，此時便不再標(biāo)注形位公差要求。當(dāng)形位公差精度要求比尺寸精度要求高時，在零件圖中則應(yīng)注明形位公差的要求。對于定向和定位公差值，應(yīng)小于有關(guān)的尺寸公差；如平行度公差值應(yīng)小于相應(yīng)的距離公差值，如果平行度公差值超過平行要素間的尺寸公差值，導(dǎo)致平行度誤差超過尺寸公差，從而使尺寸誤差超過尺寸公差，簡單地說，從平行度來看零件是合格的，但從尺寸來看又是不合格的矛盾現(xiàn)象。3．3公差原則的選擇選擇公差原則時，應(yīng)根據(jù)被測要素的功能要求，充分發(fā)揮出公差的職能和采取該公差原則的可行性、經(jīng)濟(jì)性。對尺寸公差與形位公差需要分別滿足要求，兩者不發(fā)生聯(lián)系的要素，應(yīng)采用獨(dú)立原則當(dāng)需要嚴(yán)格保證配合性質(zhì)，如齒輪轂孔與軸頸的配合，應(yīng)選用包容原則；當(dāng)只要求保證可裝配性，如凸緣上的螺栓孔組，控制螺栓中心線的位置度公差可選用最大實(shí)體原則；當(dāng)零件要確保某一尺寸必須大于某一臨界值且形位公差用以控制關(guān)聯(lián)中心要素時，可采用最小實(shí)體原則【2】。4形位公差的選擇【3?5】4．1圓柱體軸線直線度與圓柱體素線直線度的選擇圓柱體軸線直線度公差為形狀誤差，是用來控制圓柱體軸線的形狀誤差，公差帶是直徑為①t的圓柱面內(nèi)的區(qū)域；圓柱體素線直線度公差是用來控制圓柱面上素線的形狀誤差，其公差帶是軸剖面上距離為t的兩平行直線之間的區(qū)域。雖然兩者控制的被測要素不同，但是兩者之間是相互聯(lián)系的，當(dāng)圓柱體軸線存在直線度誤差，圓柱體素線必定存在直線度誤差。反之，當(dāng)圓柱體素線上存在直線度誤差時，圓柱體軸線上直線度誤差可能很小，有時還可能為零。所以，圓柱體素線直線度公差可以控制其軸線的直線度誤差，但圓柱體軸線直線度公差不能控制其素線直線度誤差。因此，設(shè)計圓柱體零件直線度公差要求時，一般標(biāo)注其素線直線度；當(dāng)確定了圓柱體素線直線度，就不需再選軸線直線度公差，如圖2所示。(1)合理 (2)不合理圖2刪柱體軸線直線度與索線直線度的選擇圓柱體軸線的直線度與素線的直線度的選擇并非一層不變，在具體選用這兩項(xiàng)公差時必須視具體情況具體分析。例如當(dāng)被測要素只允許中間向材料外凸或內(nèi)凹，只能選用素線直線度公差，對較長的圓柱體零件，當(dāng)長度i與直徑d之比i/d>8?10時，在加工工藝上較

難保證其軸線的直線度，這時給出軸線的直線度公差較好，如圖3所示。rEE(2)不合理(2)不合理⑴合理圖3較K零件軸線育線度與素線點(diǎn)線度的選擇4．2圓柱度與圓度、直線度的選擇圓度公差是控制回轉(zhuǎn)體垂直于軸線正截面內(nèi)的形狀誤差，公差帶是在垂直于軸線的任一正截面上，半徑差為t的兩同心圓之間的區(qū)域；素線直線度公差是控制圓柱體軸線方向截面內(nèi)的形狀誤差，公差帶是距離為公差值t的兩平行平面之間的區(qū)域；圓柱度公差用來控制任一正截面和軸線方向截面的形狀誤差，公差帶是半徑差為t的兩個同軸圓柱面之間的區(qū)域。從上面三者公差帶可以看出，圓柱度公差能控制圓度和素線直線度公差，當(dāng)回轉(zhuǎn)體給定了圓柱度公差后，通常不再給出圓度或素線直線度公差要求。但是，從零件檢測方面考慮，圓度與直線度的檢測比網(wǎng)柱度容易，對于普通精度要求的圓柱體零件，選用圓度與直線度控制形狀公差較好，如圖4所示。4．3圓柱體軸線的直線度與圓柱體軸線的同軸度的選擇圓柱體軸線直線度公差是用來控制圓柱體軸線的形狀誤差，其公差帶是直徑為t的圓柱內(nèi)的區(qū)域；圓柱體軸線的同軸度是控制基準(zhǔn)軸線與被測軸線之間的位置關(guān)系，其公差帶是直徑為t的圓柱面內(nèi)的區(qū)域，該圓柱面的軸線與基準(zhǔn)軸線同軸，兩者所控制的要素密切相關(guān)；同一要素上圓柱體軸線的同軸度公差，可以控制圓柱體軸線直線度公差，標(biāo)注了軸線同軸度的公差以后，通常不必再標(biāo)注該軸線的直線度公差，如圖5所示。(1)合理 (2)不合理圖5圓柱體軸銭的直線度與同軸度的選擇4．4端面圓跳動與垂直度的選擇端面圓跳動公差，是在與基準(zhǔn)同軸的任一半徑位置的測量圓柱面上距離為t的兩圓之間的區(qū)域，端面垂直度是距離為公差t且垂直于基準(zhǔn)軸線的兩平行平面之間的區(qū)域。由此可見,端面圓跳動既能反映端面的任一圓周上各點(diǎn)沿軸線相對的位置關(guān)系，又能反映該圓周與基準(zhǔn)軸線的垂直關(guān)系；但它僅能反映端面上任一圓周對基準(zhǔn)軸線的垂直關(guān)系，而不能反映整個端面對基準(zhǔn)軸線的垂直關(guān)系。垂直度反映整個端面對基準(zhǔn)軸線的垂直關(guān)系，端面對基準(zhǔn)軸線的垂直度就是端面圓跳動和形狀誤差的綜合體現(xiàn)。當(dāng)零件端面圓跳動誤差為零時，它可能仍然存在垂直度誤差；反之，當(dāng)零件垂直度誤差為零時，它的端面圓跳動亦為零。因此，若采用端面圓跳動來替代垂直度公差，則零件精度降低，不能滿足使用要求。通過兩者的檢測方法對比，垂直度檢測方法較復(fù)雜，端面圓跳動檢測方法較簡單。所以，對這兩個公差項(xiàng)目的選擇，應(yīng)具體問題具體分析，主要決定于零件所起的作用。當(dāng)零件端

面對基準(zhǔn)的垂直度要求不高，應(yīng)優(yōu)先選擇端面圓跳動，典型零件如低速運(yùn)動轉(zhuǎn)軸上的軸肩，以及齒輪毛坯或起一般固定聯(lián)接作用的端面等；當(dāng)零件對垂直度有一定要求時，應(yīng)注明垂直度公差要求，典型零件如立式鉆床工作臺、銑床工作臺等，如圖6所示。4．5徑向圓跳動與同軸度的選擇徑向圓跳動是垂直于基準(zhǔn)軸線的任一測量平面內(nèi)，半徑差為t且圓心在基準(zhǔn)軸線上的兩同心圓之間的區(qū)域，是以被測件各個測量平面測得的跳動量中的最大值為該工件的徑向圓跳動；同軸度是被測軸線對基準(zhǔn)軸線之間的位置關(guān)系，是以被測零件中若干個截面測得的讀數(shù)差中最大絕對值作為該零件的同軸度誤差，兩者所控制的要素不同。徑向圓跳動控制綜合性誤差，它既包含被測軸線對基準(zhǔn)軸線的平移、傾斜及軸線彎曲等同軸度誤差，又包含同一橫截面的圓度形狀誤差，因此，徑向圓跳動與同軸度之問聯(lián)系密切。當(dāng)圓柱面軸線對基準(zhǔn)軸線之間有同軸度誤差時，假定形狀誤差為零，但徑向圓跳動并不為零，其圓跳動誤差不小于同軸度誤差。反之，如果有徑向圓跳動誤差時，同軸度誤差會很小，甚至為零通過檢測方法的比較，同軸度誤差檢測比徑向圓跳動誤差檢測復(fù)雜，使用測量儀器較多。所以，在滿足零件的使用要求前提下，應(yīng)優(yōu)先選擇徑向圓跳動，如圖7所示。11(1〕合理 〔2)不合理圖7徑向圓跳動與同軸度的選擇5結(jié)論形位誤差對零件的正常使用產(chǎn)生很大的影響，因此，正確、合理地選擇形位公差對保證零件的功能要求，提高經(jīng)濟(jì)效益是十分重要的?！緟⒖嘉墨I(xiàn)】李國富?合理選擇零件技術(shù)要求的探討[J