第6章 圓錐結(jié)合的互換性及其檢測(cè).ppt

6 1概述6 2圓錐幾何參數(shù)偏差對(duì)圓錐互換性的影響6 3圓錐公差6 4錐度與錐角的測(cè)量 第6章圓錐結(jié)合的互換性及其檢測(cè) 開(kāi)始 6 1 1圓錐配合的特點(diǎn)6 1 2圓錐配合的基本參數(shù)6 1 3圓錐配合的形成方法6 1 4圓錐配合的種類(lèi)6 1 5圓錐配合的使用要求 6 1概述 在機(jī)械行業(yè)中圓錐配合是機(jī)械設(shè)備常用的典型結(jié)構(gòu) 圓錐配合的特點(diǎn)是 可自動(dòng)定心 對(duì)中性良好 而且裝拆簡(jiǎn)便 配合間隙或過(guò)盈的大小可以自由調(diào)整 能利用自鎖性來(lái)傳遞扭矩以及良好的密封性等優(yōu)點(diǎn) 但是 圓錐配合在結(jié)構(gòu)上比較復(fù)雜 其加工和檢測(cè)較困難 國(guó)家于2001年頒布了GB T157 2001 圓錐的錐度與錐角系列 GB T11334 2005 圓錐公差 GB T12360 2005 圓錐配合 等標(biāo)準(zhǔn) 錐度與錐角的標(biāo)準(zhǔn)化 對(duì)保證圓錐配合的互換性具有重要意義 6 1 1圓錐配合的特點(diǎn) 6 1 2圓錐配合的基本參數(shù) 圖6 1圓錐表面 1 圓錐表面 與軸線成一定角度 且一端相交于軸線的一條線段 母線 圍繞著該軸線旋轉(zhuǎn)形成的表面 2 圓錐 由圓錐表面與一定尺寸所限定的幾何體 3 圓錐直徑 圓錐在垂直于其軸線的截面上的直徑 常用的圓錐直徑有 最大圓錐直徑D 內(nèi) 外圓錐的最大直徑分別用Di De 最小圓錐直徑d 內(nèi) 外圓錐的最小直徑分別用di de 給定截面上的圓錐直徑Dx dx 見(jiàn)圖6 2 4 圓錐長(zhǎng)度 最大圓錐直徑截面與最小圓錐直徑截面之間的軸向距離 內(nèi) 外圓錐長(zhǎng)度分別為L(zhǎng)i和Le 見(jiàn)圖6 2 5 圓錐的結(jié)合長(zhǎng)度Lp 內(nèi) 外圓錐結(jié)合部分的軸向距離 6 圓錐角 錐角 在通過(guò)圓錐軸線的截面內(nèi) 兩條素線間的夾角 見(jiàn)圖6 2 圓錐素線角 2 圓錐素線與軸線間的夾角 并且等于圓錐角的一半 7 錐度C 兩個(gè)垂直圓錐軸線截面的圓錐直徑D和d之差與其兩截面間的軸向距離L之比 見(jiàn)圖6 2 即錐度C與圓錐角 的關(guān)系為錐度一般用比例或分式表示 例如 C 1 20或1 20來(lái)表示 圖6 2圓錐的幾何參數(shù) 8 基面距 相互配合的內(nèi) 外圓錐基準(zhǔn)平面之間的距離 用Ea表示 如圖6 3所示 基面距用來(lái)確定內(nèi) 外圓錐的軸向相對(duì)位置 圖6 3圓錐結(jié)合的基面距 6 1 3圓錐配合的形成方法調(diào)整內(nèi) 外圓錐軸向的相對(duì)位置 可得到不同的配合性質(zhì) 1 結(jié)構(gòu)型圓錐配合的形成方法1 由內(nèi) 外圓錐的結(jié)構(gòu)確定裝配的最終位置而形成配合 圖6 4為由軸肩接觸得到間隙配合 2 由內(nèi) 外圓錐基面之間的尺寸確定裝配后的最終位置而形成的配合 圖6 5為由結(jié)構(gòu)尺寸Ea 基面距 得到過(guò)盈配合 圖6 4由結(jié)構(gòu)形成的圓錐間隙配合圖6 5由基面距形成的圓錐過(guò)盈配合 2 位移型圓錐配合的形成方法1 由內(nèi) 外圓錐實(shí)際初始位置A開(kāi)始 作一定的相對(duì)軸向位移上而形成配合 實(shí)際初始位置是指在不施加裝配力的情況下相互結(jié)合的內(nèi) 外圓錐表面接觸時(shí)的軸向位置 這種形成方式可以得到間隙配合或過(guò)盈配合 如圖6 6所示 2 由內(nèi) 外圓錐實(shí)際初始位置A開(kāi)始 施加一定裝配力產(chǎn)生軸向位移而形成配合 這種方式只能得到過(guò)盈配合 如圖6 7所示 圖6 6由軸向位移形成圓錐間隙配合圖6 7由施加裝配力形成圓錐過(guò)盈配合 6 1 4圓錐配合的種類(lèi) 1 間隙配合這類(lèi)配合具有間隙 而且在裝配和使用過(guò)程中間隙大小可以調(diào)整 常用于有相對(duì)運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)中 如某些車(chē)床主軸的圓錐軸頸與圓錐滑動(dòng)軸承襯套的配合 2 過(guò)盈配合這類(lèi)配合具有過(guò)盈 自鎖性好 產(chǎn)生較大的摩擦力來(lái)傳遞轉(zhuǎn)矩 折裝方便 例如鉆頭 或鉸刀 的圓錐柄與機(jī)床主軸圓錐孔的配合 圓錐形摩擦離合器中的配合等 3 過(guò)渡配合可能具有間隙或過(guò)盈的配合稱為 其中要求內(nèi) 外圓錐緊密接觸 間隙為零或稍有過(guò)盈的配合稱為緊密配合 它用于對(duì)中定心或密封 可以防止漏液漏氣 如錐形旋塞 發(fā)動(dòng)機(jī)中的氣閥與閥座的配合等 為了保證良好的密封性 通常將內(nèi) 外錐面成對(duì)研磨 所以這類(lèi)配合的零件沒(méi)有互換性 1 相互配合的圓錐面的接觸均勻性 因此必須控制內(nèi)外圓錐的圓錐角偏差和形狀誤差 2 基面距的變化應(yīng)控制在允許的范圍內(nèi) 當(dāng)內(nèi) 外圓錐長(zhǎng)度一定時(shí) 基面距太大 會(huì)使配合長(zhǎng)度減小 影響結(jié)合的穩(wěn)定性和傳遞轉(zhuǎn)矩 太小的基面距會(huì)使間隙配合的圓錐為補(bǔ)償磨損的軸向調(diào)節(jié)范圍縮小 其影響基面距的主要因素是內(nèi)外圓錐的直徑偏差和圓錐素線角偏差 6 1 5圓錐配合的使用要求 6 2圓錐幾何參數(shù)偏差對(duì)圓錐互換性的影響 6 2 1直徑偏差對(duì)基面距的影響6 2 2圓錐角偏差對(duì)基面距的影響6 2 3圓錐的形狀誤差對(duì)圓錐配合的影響 6 2 1直徑偏差對(duì)基面距的影響 圖6 8圓錐直徑誤差對(duì)基面距的影響 假設(shè)基面距在大端 為了便于分析 內(nèi) 外圓錐角均無(wú)偏差 僅圓錐直徑存在偏差 如圖6 8所示 內(nèi)圓錐直徑偏差 Di為正 外圓錐直徑偏差 De為負(fù) 則基面距將減少 即基面距偏差 1Ea為負(fù)值 得 式中 1Ea 由直徑偏差引起的基面距偏差 C 基本圓錐的錐度 Di De 分別為內(nèi) 外圓錐直徑偏差 計(jì)算 1Ea時(shí)應(yīng)注意 Di De的正負(fù)號(hào) 6 2 2圓錐角偏差對(duì)基面距的影響 假設(shè)以內(nèi)錐大端直徑為基本直徑 內(nèi) 外錐大端直徑均無(wú)誤差 僅斜角有誤差 1 當(dāng)外錐角 e 內(nèi)錐角 i時(shí) 如圖6 9a所示 則內(nèi) 外錐在大端接觸 基面距的變化可忽略不計(jì) 但是因接觸面積小 易磨損 可能使內(nèi) 外錐相對(duì)傾斜 2 當(dāng)外錐角 e 內(nèi)錐角 i時(shí) 如圖6 9b所示 則內(nèi) 外錐將在小端接觸 由半角偏差所引起的基面距變動(dòng)量為 2Ea 對(duì)常用工具錐 圓錐角很小 則 實(shí)際上 圓錐直徑偏差和斜角偏差同時(shí)存在 當(dāng) i e和圓錐角較小時(shí) 基面距的最大可能變動(dòng)量為 上式為基面距變動(dòng)量的一般關(guān)系式 若已確定了兩個(gè)參數(shù)的公差 利用上式可求另一參數(shù)的公差 i e均以 為單位 圖6 9圓錐斜角偏差對(duì)基面距的影響 圓錐的形狀誤差主要指圓錐素線的直線度和圓錐的圓度誤差 圓錐的形狀誤差主要影響圓錐結(jié)合面的接觸精度 而對(duì)基面距的影響很小 綜上所述 對(duì)上述圓錐幾何參數(shù)都必須規(guī)定公差 以限止其誤差對(duì)其配合性能的影響 從而滿足配合的需要 6 2 3圓錐的形狀誤差對(duì)圓錐配合的影響 6 3 1錐度與錐角系列 GB T157 2001 6 3 2圓錐公差 6 3圓錐公差 6 3 1錐度與錐角系列 GB T157 2001 圓錐標(biāo)準(zhǔn)包括錐度和錐角系列 圓錐公差與配合 圓錐尺寸和公差標(biāo)準(zhǔn) 圓錐的檢驗(yàn)等 為了便于生產(chǎn)和控制圓錐 在設(shè)計(jì)時(shí) 應(yīng)選用標(biāo)準(zhǔn)錐度或標(biāo)準(zhǔn)圓錐角 一般用途圓錐的錐度與錐角系列見(jiàn)表6 1 表中給出了圓錐角或錐度的推算值 優(yōu)先選用第一系列 特殊用途圓錐的錐度與錐角系列見(jiàn)表6 2 它僅適用于某些特殊行業(yè) 在機(jī)床 工具制造中 廣泛使用莫氏錐度 常用的莫氏錐度共有7種 從0號(hào)至6號(hào) 使用時(shí)只有相同號(hào)的莫氏內(nèi) 外錐才能配合 表6 1一般用途圓錐的錐度與錐角系列 摘自GB T157 2001 注 系列1中120 1 3的數(shù)值近似按R10 2優(yōu)先數(shù)系列 1 5 1 500按R10 3優(yōu)先數(shù)系列 見(jiàn)GB T321 表6 2特殊用途圓錐的錐度與錐角 摘自GB T157 2001 圓錐公差包括圓錐直徑公差TD 圓錐角公差A(yù)T和圓錐形狀公差TF三個(gè)方面 1 圓錐直徑公差TD圓錐直徑公差是指圓錐實(shí)際直徑允許的變動(dòng)量 用TD表示 它適用于圓錐全長(zhǎng)上 圓錐直徑公差帶是在圓錐的軸剖面內(nèi) 兩錐極限圓所限定的區(qū)域 見(jiàn)圖6 10 一般以最大圓錐直徑為基礎(chǔ) 6 3 2圓錐公差 圖6 10圓錐直徑公差帶 圖6 11極限圓錐角和圓錐角公差帶 2 圓錐角公差A(yù)T ATD AT 圓錐角公差是指圓錐角的允許變動(dòng)量 圓錐角公差帶是兩個(gè)極限圓錐角所限定的區(qū)域 如圖6 11所示 錐角公差共分12個(gè)公差等級(jí) 用ATl ATl2表示 其中ATl最高 ATl2最低 例如AT6表示6級(jí)圓錐角公差 各公差等級(jí)的圓錐角公差見(jiàn)表6 3所示 圓錐角公差值按圓錐長(zhǎng)度分尺寸段 其表示方法有以下兩種 1 AT 以角度單位 微弧度 度 分 秒 表示錐角公差值 1 rad等于半徑為l弧長(zhǎng)為1 m所產(chǎn)生的角度 5 rad 1 300 rad 1 2 ATD以線值單位 m 表示圓錐角公差值 在同一圓錐長(zhǎng)度分段內(nèi) ATD值有兩個(gè) 分別對(duì)應(yīng)于L的最大值和最小值 AT 和ATD的關(guān)系如下 ATD AT L 10 2式中 ATD的單位為 m AT 的單位為 rad L的單位為mm例如 當(dāng)L 100 AT 為9級(jí)時(shí) 查表6 3得AT 630 rad或2 10 ATD 63 m 若L 80 AT 仍為9級(jí) 則按上式計(jì)算得ATD 630 80 10 2 m 50 4 m 50 m 給定截面圓錐直徑公差是指在垂直于圓錐軸線的給定截面內(nèi)圓錐直徑的允許變動(dòng)量 它僅適用于該給定截面的圓錐直徑 其公差帶是給定的截面內(nèi)兩同心圓所限定的區(qū)域 如圖6 12所示 TDS公差帶所限定的是平面區(qū)域 而TD公差帶所限定的是空間區(qū)域 兩者是不同的 圖6 12給定截面圓錐直徑公差帶 3 給定截面圓錐直徑公差TDS 4 圓錐形狀公差TF圓錐形狀公差包括素線直線度公差和橫截面圓度公差 圓錐直徑公差TD控制圓錐形狀誤差 當(dāng)圓錐的形狀公差有更高的要求時(shí) 可另外給出形狀公差 5 圓錐公差的標(biāo)注方法由GB T15754 1995 技術(shù)制圖圓錐的尺寸和公差標(biāo)注 標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定 如果錐角和圓錐的形狀公差都被控制在直徑公差帶內(nèi) 標(biāo)注時(shí)應(yīng)在圓錐直徑的尺寸公差后面加注圓圈的符號(hào)T 如圖6 13所示 圖6 13圓錐配合的標(biāo)注示例 給定圓錐直徑公差 錐角為理論正確值 時(shí) 其標(biāo)注見(jiàn)圖6 14所示 此時(shí)圓錐直徑公差帶不僅限制各截面的直徑 而且限制錐角偏差和圓錐形狀誤差 此方法適用于有配合性質(zhì)要求的內(nèi) 外錐體 例如圓錐滑動(dòng)軸承 圖6 14圓錐公差標(biāo)注方法1 同時(shí)給出圓錐直徑公差和錐角公差時(shí) 其標(biāo)注見(jiàn)圖6 15 此時(shí)圓錐直徑公差僅適用于圖樣上標(biāo)注的那個(gè)橫截面 而其他橫截面的公差帶寬度還應(yīng)滿足圓錐角公差的要求 此種標(biāo)注方法適用于對(duì)給定截面有較高精度要求的內(nèi) 外錐體 圖6 15圓錐公差標(biāo)注方法2 一般圓錐公差按面輪廓度法標(biāo)注 如圖6 16 a 和圖6 17 a 所示 它們的公差帶分別如圖6 16 b 和圖6 17 b 所示 必要時(shí)還可以給出附加的形位公差要求 但只占面輪廓度公差的一部分 形位誤差在面輪廓度公差帶內(nèi)浮動(dòng) a b 圖6 16給定圓錐角標(biāo)注示例 a b 圖6 17給定錐度標(biāo)注示例 6 4錐度與錐角的測(cè)量6 4 1比較測(cè)量法6 4 2直接測(cè)量法6 4 3間接測(cè)量法 比較測(cè)量法又稱相對(duì)測(cè)量法 它是將角度量具與被測(cè)角度比較 用光隙法或涂色檢驗(yàn)的方法估計(jì)被測(cè)錐度及角度的誤差測(cè)量 其常用的量具有圓錐量規(guī)和錐度樣板等 圓錐量規(guī)的測(cè)量方法 圓錐量規(guī)的結(jié)構(gòu)形式如圖6 18所示 圓錐量規(guī)可以檢驗(yàn)零件的錐度及基面距誤差 檢驗(yàn)時(shí) 先檢驗(yàn)錐度 檢驗(yàn)錐度常用涂層法 在量規(guī)表面沿著素線方向涂上3 4條均布的紅丹線 與零件研合轉(zhuǎn)動(dòng)1 3 1 2轉(zhuǎn) 取出量規(guī) 根據(jù)接觸面的位置和大小判斷錐角誤差 然后用圓錐量規(guī)檢驗(yàn)零件的基面距誤差 在量規(guī)的大端或小端處有距離為m的兩條刻線或臺(tái)階 m為零件圓錐的基面距公差 測(cè)量時(shí) 被測(cè)圓錐的端面只要介于兩條刻線之間 即為合格 6 4 1比較測(cè)量法 圖6 18錐度量規(guī) 6 4 2直接測(cè)量法 直接測(cè)量法是用測(cè)量角度的量具和量?jī)x直接測(cè)量 被測(cè)的錐度或角度的數(shù)值可在量具和量?jī)x上直接讀出 對(duì)于精度不高的工件 常用萬(wàn)能角度尺進(jìn)行測(cè)量 對(duì)精度高的工件 則需用光學(xué)分度頭和測(cè)角儀進(jìn)行測(cè)量 在生產(chǎn)車(chē)間游標(biāo)萬(wàn)能角度尺是常用的可直接測(cè)量被測(cè)工件角度的量具 其游標(biāo)讀數(shù)值有2 和5 的游標(biāo)萬(wàn)能角度尺 示值誤差分別不大于土2 和土5 常見(jiàn)的萬(wàn)能角度尺如圖6 19所示 在主尺1上刻有90個(gè)分度和30個(gè)輔助分度 扇形板4上刻有游標(biāo) 用卡塊7可以把直角尺5及直角尺6固定在扇形板4上 主尺1能沿著扇形板4的圓弧面和制動(dòng)頭3的圓弧面移動(dòng) 用制動(dòng)頭3可以把主尺1緊固在所需的位置上 這種游標(biāo)萬(wàn)能角度尺的游標(biāo)讀數(shù)值為2 測(cè)量范圍為0 320 幻燈片39 圖6 19萬(wàn)能角度尺1 主尺2 基尺3 制動(dòng)頭4 扇形板5 6 直角尺7 卡塊 常用角度尺 6 4 3間接測(cè)量法間接測(cè)量法是測(cè)量與被測(cè)角度有關(guān)的尺寸 再經(jīng)過(guò)計(jì)算得到被測(cè)角度值 常用的有正弦規(guī) 圓柱 圓球 平板等工具和量具 圖6 20用正弦規(guī)測(cè)量圓錐量規(guī)錐角偏差正弦規(guī)是圓錐測(cè)量中常用的計(jì)量器具 適用于測(cè)量圓錐角小于30o的錐度 測(cè)量前 首先按公式h Lsina計(jì)算量塊組的高度h 式中 為公稱圓錐角 L為正弦尺兩圓柱中心距 完成上述工作后 可按圖6 20所示進(jìn)行測(cè)量 如果被測(cè)量角度有偏差 則a b兩點(diǎn)示值必有一差值 h 此時(shí) 錐度偏差為 rad C h ll為a b兩點(diǎn)間距離 如換算成錐角偏差 時(shí) 可按下式近似計(jì)