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《精密仪器设计》——零件的几何精度
时间:2023-08-12 00:06 点击次数:153

  :具有几何参数误差的零件,必将影响其预定的使用功能,在设计时应视其功能要求的严格程度规定一个合理的:在同一规格的一批零件或部件中,任取其一,不需任何挑选、调整或修配,就能装在仪器上,达到规定的功能要求,这样的一批零件或部件称为具有互换性。仪器制造中的互换性,通常包括几何参数(尺寸、形状等)、力学性能(如硬度、强度)和理化性能(如化学成分、线膨胀系数)等方面的互换性。几何参数的互换性由公差保证。

  轴:通常是指工件的圆柱形外表面,也包括其它非圆柱形外表面(由二个平行平面或切面形成的被包容面)中由单一尺寸确定的部分(形成轴的被包容面充满材料)。孔:通常指工件的圆柱形内表面,也包括其它非圆柱形内表面(由二个平行平面或切面形成的包容面)中由单一尺寸确定的部分(形成孔的包容面内没有材料)

  尺寸:以特定单位表示线性尺寸的数值,由数字+长度单位组成,Φ50mm。基本尺寸(L、l):通过它由上下偏差算出极限尺寸的尺寸。结合强度、刚度计算和结构等方面的考虑,并按标准尺寸选取确定。基本尺寸是由设计人员根据设计方法确定的理想尺寸。实际尺寸(La、la):通过测量获得的某一孔、轴的尺寸。实际尺寸通过测量可以获得多组数据。极限尺寸:一个孔或轴允许的尺寸的两个极端。最大极限尺寸(Lmax、lmax):孔或轴允许的最大尺寸。最小极限尺寸(Lmin、lmin):孔或轴允许的最小尺寸。实际尺寸应位于极限尺寸之内,也可等于极限尺寸。最大实体尺寸(MMS):孔或轴具有允许的材料裕量为最多时的状态下的极限尺寸。最大实体极限(MML):对应于孔或轴最大实体尺寸的那个极限尺寸称为最大实体极限,即轴的最大极限尺寸、孔的最小极限尺寸。

  最小实体尺寸(LMS):孔或轴具有允许材料裕量为最少时状态下的极限尺寸。最小实体极限:对应于孔或轴最小实体尺寸的那个极限尺寸,轴的最小极限尺寸,孔的最大极限尺寸。

  尺寸偏差(简称偏差):某一尺寸减其基本尺寸所得的代数差。最大极限尺寸减其基本尺寸称为上偏差(ES/es),最小极限尺寸减其基本尺寸称为下偏差(EI/ei)。极限偏差:上下偏差统称为极限偏差。实际偏差:实际尺寸减基本尺寸所得的代数差。实际偏差应位于极限偏差之内。

  尺寸公差(简称公差):允许尺寸的变动量,它是最大极限尺寸减最小极限尺寸之差或上偏差减下偏差之差。是一个没有符号的绝对值。孔的公差:Th=Lmax-Lmin=ES-EI,轴的公差:Ts=lmax-lmin=es-ei。零线和尺寸公差带(简称公差带):零线——表示基本尺寸的一条直线,以其为基准确定偏差和公差。公差带——在公差带图中,由代表上偏差和下偏差或最大极限尺寸和最小极限尺寸的两条平行直线所限定的一个区域。公差带由公差带大小和公差带位置两个要素确定,前者由“标准公差”确定,后者由基本偏差确定。基本偏差:在国际“极限与配合”中所确定公差带相对零线位置的那个极限偏差(上偏差或下偏差),一般为靠近零线的那个偏差(靠近原则)。基本偏差就是靠近零线的那个极限偏差,要么为上偏差,要么为下偏差。

  配合:基本尺寸相同,相互结合的孔或轴公差带之间的关系。间隙:孔的尺寸减去相配合的轴的尺寸之差为正,称为间隙。过盈:孔的尺寸减去相配合的轴的尺寸之差为负,称为过盈。

  1、间隙配合:具有间隙(包括最小间隙等于零)的配合。此时孔的公差带在轴的公差带之上。

  最大间隙:Xmax=ES-ei=Lmax-lmin。最小间隙:Xmin=EI-es=Lmin-lmax。

  上偏差(ES/es),下偏差(EI/ei)。轴用小写字母表示,孔用大写字母。

  2、过盈配合:具有过盈(包括最小过盈等于零)的配合。此时孔的公差带在轴的公差带下方。

  最大过盈:Ymax=EI-es=Lmin-lmax。最小过盈:Ymin=ES-ei=Lmax-lmin。

  3、过渡配合:具有间隙或过盈的配合。孔的公差带与轴的公差带相互交叠。最大间隙

  Xmax=Lmax-lmin=ES-ei。最大过盈:Ymax=Lmin-lmax=EI-es。

  配合公差(Tf):允许间隙或过盈的变动量。它等于组成配合的孔、轴公差之和。Tf=Th+Ts。间隙配合 Tf=Xmax-Xmin。过盈配合 Tf=Ymin-Ymax。过渡配合 Tf=Xmax-Ymax。

  最大过盈最小过盈,最大间隙最小间隙,不知道你们晕了没,其实只要记住无论是过盈还是间隙都是用孔的尺寸减去轴的尺寸,最大最小分别为公差带之间的两个极值就行。

  极限制:经标准化的公差与偏差制度。配合制:同一极限制的孔和轴组成配合的一种制度。标准规定:基孔制和基轴制,它们是规定配合系列的基础。基孔制配合: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。特点:1、孔为基准孔;2、孔基本偏差为下偏差,且为零,孔的最小极限尺寸与基本尺寸相等,用H表示;3、可形成间隙配合、过渡配合和过盈配合。基轴制配合: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。特点:1、轴为基准轴;2、轴的基本偏差为上偏差(es),且为零,轴的最大尺寸与基本尺寸相等,用h表示;3、可形成间隙配合、过渡配合和过盈配合。光滑圆柱件的极限与配合及其选择标准公差系列标准公差:极限与配合制中所规定的任一公差。由标准公差等级和基本尺寸所决定。标准公差等级:确定尺寸精确程度的等级。同一公差等级对所有基本尺寸的一组公差被认为具有同等精确程度。(也就是说下表的任一列具有相同的精确程度)表示方法:IT+数字,如IT1、IT2、…

  要求加工两个圆柱体,其基本尺寸分别为Φ10mm和Φ100mm,要求:(1)Ø10mm圆柱体,其实际尺寸在[10,10.058]范围内合格,尺寸变动量为0.058mm;(2)Ø100mm圆柱体,其实际尺寸在[100,100.14]范围内合格,尺寸变动量为0.14mm。实际上两个圆柱体的加工要求具有同样的精确程度,公差等级正是衡量这一程度的指标。

  (1)基本偏差代号:用拉丁字母表示,孔用(A…ZC),轴用小写(a…zc),各28个,组成了孔、轴的基本偏差。

  js与JS是公差带对称分布于零线两侧,其偏差为±IT/2,j与J是公差带不对称分布于零线两侧。

  (2)公差带代号及其表示公差带代号用基本偏差字母和公差等级数字组成,例如H7、h7、P7等表示公差带代号。公差带的表示方法用基本尺寸后跟所要求的公差带代号或对应的偏差值。如ф50H8,ф50f8。注意这里有两个概念,一是公差带代号,一是公差带的表示方法,两者的组成内容不一样。(3)配合代号及其表示配合代号用孔、轴公差带代号按分数形式表示,分子为孔的公差带代号,分母为轴的公差带代号。配合的表示方法用基本尺寸后跟孔、轴公差代号表示。这里同样是说两个概念,一个是配合代号,一个是配合的表示方法。极限与配合的选择(一)、配合制(基孔制/基轴制)的选择一般情况下应优先选用基孔制配合。因为轴类零件相比于孔类零件更易于加工。(二)、公差等级的选择在满足使用要求的前提下,尽量选用较低的公差等级。对于基本尺寸≤500mm的配合时,由于孔比同级轴加工困难,当标准公差等级≤IT8时,采用孔比轴低一级相配合(如H7/h6,K7/h6);标准公差等级IT8或基本尺寸500mm时,采用同级孔、轴相配合(如H11/h11或H9/k9)。公差等级的选择方法通常采用类比法,选择时应熟悉各公差等级的一般应用场合。

  (三)、配合的选择配合的选择就是确定满足使用要求的相配孔、轴的公差带代号。在选定好配合制,并根据使用要求(极限间隙或过盈)确定出孔轴公差等级后,配合的选择实际上只需确定出相配件的基本偏差代号。配合的选择方法:计算法:按零件的使用要求,根据一定理论和公式计算出所需间隙或过盈,并依此确定适当的配合。试验法:通过专门试验确定所需间隙或过盈,进而选定适当的配合。类比法:参照同类产品经过生产实践验证的已用配合的实用情况,结合产品的使用要求确定所需配合。用类比法选择配合的步骤1,确定配合的类别:熟悉各类配合的特性和应用,根据结合件间的相对运动情况及结构特点来确定。

  间隙配合:有间隙,结合件之间有相对运动的配合(转动或移动),也可用于一般定位配合或虽无相对运动却要求装拆方便的场合。 过盈配合:有过盈,结合件间没有相对运动,靠过盈量保证相对静止或传递转矩的配合。过盈量小时,作精确定位,可加键、销紧固件传递转矩;过盈量大时,靠孔轴结合力传递转矩,前者可以拆卸,后者不能拆卸。 过渡配合:可能有间隙,也可能有过盈,但所得间隙或过盈量均较小。主要用于定位精确并要求拆卸的相对静止的联接。若附加键、销等紧固件,也可传递转矩。值得注意的是过渡配合是对于一批零件而言,这些零件的一部分是过盈配合,一部分是间隙配合。

  2,确定相配件的基本偏差代号:配合类别确定后,再根据工作条件来考虑配合的松紧程度,并参照实例具体确定与基准件相配的孔或轴的基本偏差代号。

  :a~h(A~H),a~c(A~C)特大间隙,f(F)可得中等间隙,能保证良好的液体摩擦,h(H)可得间隙为零的配合,适用于精确定心并便于拆卸的配合。

  :p~zc(P~ZC),p~r(P~R)过盈量不大的轻型过盈配合,常用于负荷轻,可拆卸,并有定位精度要求的定位配合;s~t(S~T)中等过盈量的中型过盈配合,中等负荷,不需拆卸的过盈配合,可传递不大扭矩;u~v(U~V)大过盈量重型过盈配合,用于重负荷,承受冲击载荷时的永久性或半永久性过盈配合;x~z(X~Z)更大过盈量的特重过盈配合,须试验后应用。 过渡配合:js~n(JS~N),公差等级一般为IT5~IT8,js(JS)平均间隙较小的较松过渡配合,适用于略有过盈的定位配合;k(K)可得平均间隙近于零的配合,适用于稍有过盈的配合;n(N)较大的平均过盈,适用于定心精度要求高,受冲击载荷不常拆卸的配合。

  形状和位置误差对零件的使用功能有很大影响。为了充分满足零件的功能要求,除了给定尺寸公差外,还需要对零件的形状和位置误差加以限制,合理规定相应的形状和位置公差。

  (一)要素要素:零件上的特征部分-点、线、面,是规定形位公差的具体对象。要素就是点、线、面的等价。要素又可分为这几种:实际要素:零件上实际存在的要素(点、线和面)。理想要素:图样上具有几何意义的要素(点、线和面),设计时图样上给出的要素(点、线和面)均为理想要素。轮廓要素:构成零件几何外形的要素(点、线和面)。中心要素:由轮廓要素取得圆心、球心、轴线或中心线和中心平面。被测要素:图样上给出了形状或位置公差的要素(点、线和面)。基准要素:用来确定被测要素(点、线和面)方向或位置的要素,分为基准点、基准线和基准面。单一要素:仅对其本身给出形状公差的要素(点、线和面)。关联要素:对其它要素有功能关系,给有位置公差的要素(点、线和面)(二)形位公差带限制实际要素变动的区域称为形位公差带。形位公差带具有规定的形状、大小、方向和位置。

  零件的实际状态取决于尺寸、形状和位置误差的综合影响。为了保证设计要求,如何根据总的几何精度要求合理地分配尺寸公差,形状公差和位置公差,以及正确评估它们的量值关键在于必须明确尺寸公差与位置公差之间的关系,即它们相互有关或无关。

  :确定和处理尺寸公差与形状和位置公差的理论基础,分为独立原则和相关要求。

  1,局部实际尺寸(Da、da):在实际要素的任意正截面上,两对应点之间测得的距离。(易知局部实际尺寸应位于最大极限尺寸和最小极限尺寸之间)

  体外作用尺寸:①对于单一要素,指在被测要素的给定长度上,与实际内表面(孔)外相接的最大理想面或实际外表面(轴)外相接的最小理想面的直径或宽度,尺寸为Dfe或dfe。②对于关联要素,该理想面的轴线或中心平面必须与基准保持图样给定的几何关系,其尺寸为Dfe或dfe.

  :实际上即为零件装配时起作用的尺寸,是由被测要素的实际尺寸和形状(或位置)误差综合形成的。零件没有形状误差,其体外作用尺寸等于实际尺寸,否则,孔的体外作用尺寸小于该孔的最小局部实际尺寸,轴的体外作用尺寸大于该孔的最大局部实际尺寸。(孔、轴如果是弯的,与孔相配的零件直径变小,与轴相配的零件直径变大)。对于轴类来说:Dfe<Dfe<Da。孔类:dfe>dfe>da。

  该图形象说明了为什么Damp;amp;amp;amp;#39;fe<Dfe<Da。damp;amp;amp;amp;#39;fe>dfe>da。

  体内作用尺寸:①对于单一要素,是指在被测要素的给定长度上,与实际内表面(孔)体内相接的最小理想面或与实际外表面(轴)体内相接的最大理想面的直径或宽度Dfi或dfi。②对于关联要素,该理想面的轴线或中心平面必须与基准保持图样上给定的几何关系,其尺寸为Dfi或dfi.

  最大实体状态(MMC)和最大实体尺寸(Dm、dm):最大实体状态指实际要素在给定长度上处处位于尺寸极限之内,并具有实体最大(也即材料裕量最多)时的状态。实际要素在最大实体状态下的极限尺寸称为最大实体尺寸Dm或dm,即内表面(孔)为最小极限尺寸Lmin,外表面(轴)为最大极限尺寸lmax。

  最小实体状态(LMC)和最小实体尺寸(DL、dL):指实际要素在给定长度上处处位于尺寸极限之内,并具有实体最小(材料裕量为最少)时的状态。实际要素在最小实体状态下的极限尺寸称为最小实体尺寸DL或dL,即内表面(孔)为最大极限尺寸Lmax,外表面(轴)为最大极限尺寸lmin。

  最大实体实效状态(MMVC):在给定长度上,实际要素处于最大实体状态且其中心要素的形状或位置误差等于给出公差值时的综合极限状态。

  最大实体实效尺寸:最大实体实效状态下的体外作用尺寸称为最大实体实效尺寸DMV或dMV。外表面(轴) dMV=dM+t,内表面(孔) DMV=DM-t。

  最小实体实效状态(LMVC):在给定长度上实际要素处于最小实体状态,且其中心要素的形状或位置误差等于给出公差值时的综合极限状态。

  最小实体实效尺寸:最小实体状态下的体内作用尺寸称为最小实体实效尺寸DLV或dLV。外表面(轴):dLV=dL-t,内表面(孔):DLV=DL+t。

  4,边界:由设计给定具有理想形状的极限包容面。该极限包容面的直径或距离称为边界尺寸。对于内表面(孔)来说来说 ,其边界为一个具有理想形状的外表面(轴);对于外表面(轴)来说,其边界为一个具有理想形状的内表面(孔)。

  公差原则:确定尺寸(线性尺寸和角度尺寸)公差和形位公差之间相互关系的原则。

  1、独立原则(IP):指图样上给定的每一个尺寸和形状、位置要求均是独立的,应分别满足要求的公差原则。独立原则特点:

  (3)要素的形位误差由形位公差控制,不论局部实际尺寸如何,其形位误差允许达到给定的最大值。

  2、相关要求:图样上给定的尺寸公差与形位公差相互有关的公差要求,包括包容要求(ER)、最大实体要求(MMR)、最小实体要求(LMR)和可逆要求。

  (1)包容要求:实际要素应遵守其最大实体边界,其局部实际尺寸不得超出最小实体尺寸的一种公差要求。

  (2)最大实体要求:被测实际要素的实际轮廓应遵守其最大实体实效边界(MMVB),当其实际尺寸偏离最大实体尺寸时,允许其形位误差值超出在最大实体状态下给出的公差值的一种要求。

  特点:①被测要素遵守最大实体实效边界,即被测要素的体外作用尺寸不超过最大实体实效尺寸;②当被测要素的局部实际尺寸处处均为最大实体尺寸时,允许的形位误差为图样上给定的形位公差值;③当被测要素的实际尺寸偏离最大尺寸后,其偏离量可补偿给形位公差,允许形位误差为图样上给定的形位公差值与偏离量之和;④局部实际尺寸必须在最大实体尺寸和最小实体尺寸之间变化。⑤最大实体要求的符号为“ M”表示。当应用于基准要素时,在基准字母代号后标注符号“M”。

  ,当最大实体要求应用于基准要素时,基准要素应遵守相应的边界(MMVB或MMB)。若基准要素的实际轮廓偏离其相应边界,即其(基准要素)体外作用尺寸偏离其相应边界尺寸,则允许基准在一定范围内浮动,其浮动范围等于基准要素的体外作用尺寸与其相应边界尺寸之差。

  特点:1、由加工方法和其它因素形成;2、直接影响零件的配合性质、疲劳强度、耐磨性、抗腐蚀性及密封等性能;3、影响零件外观质量。

  1,取样长度l:用于判别具有表面粗糙度特征的一段基准线长度。规定和选择这段长度是为了限制和减弱表面波纹度对表面粗糙度测量结果的影响。

  2,评定长度ln:评定轮廓表面粗糙度所必须的一段长度,包括一个或几个取样长度,一般取ln=5l,规定评定长度是为了合理反映表面不均匀性对表面粗糙度特性的影响。

  3、轮廓中线m:用于评定或测量表面粗糙度参数值的基准线。包括最小二乘中线和算术平均中线)轮廓最小二乘中线:具有几何轮廓形状并划分轮廓的线,且在取样长度内使轮廓上各点的轮廓偏距的平方和最小的基准线。

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