互換性(公差)三級(jí)項(xiàng)目全解

《互換性與測(cè)量技術(shù)》三級(jí)項(xiàng)目報(bào)告題目：軸類零件的精度設(shè)計(jì)班 級(jí)： 機(jī)械裝備（一）班姓 名： 徐經(jīng)緯 姚培鋒 丁濤 石天磊指導(dǎo)教師： 邵曉榮提交時(shí)間： 2015、11、20[互換性與測(cè)量技術(shù)課程三級(jí)報(bào)告 ]摘 要在機(jī)械行業(yè)中，軸類零件的精度對(duì)傳動(dòng)的平穩(wěn)性，軸的壽命等很多方面有重要作用，為此需對(duì)其精度進(jìn)行分析與檢測(cè)。對(duì)軸類零件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及加工方法進(jìn)行分析，根據(jù)其使用范疇，確定加工方法以及所能達(dá)到的精度等級(jí)，通過(guò)軸類零件的互換性，分析并確定軸和鍵、鍵槽所需要的尺寸公差、幾何公差。不同的加工方法對(duì)應(yīng)不同的粗糙度等級(jí)，加工零件時(shí)根據(jù)粗糙度需要選取不同的加工方法，確定軸、鍵、鍵槽各部分的粗糙度。用相應(yīng)儀器對(duì)加工出來(lái)的軸類零件進(jìn)行檢測(cè)，選取允許范圍內(nèi)的零件進(jìn)行裝配。為了加深我們對(duì)軸類零件的誤差分析、加工方法及其精度的理解，靈活運(yùn)用零件的尺寸公差、幾何公差和表面粗糙度，熟練掌握軸類零件圖的標(biāo)注。本項(xiàng)目中我們運(yùn)用了互換性中誤差、公差、偏差、表面粗糙度、尺寸標(biāo)注等互換性理論知識(shí)，還包括機(jī)械設(shè)計(jì)中軸的長(zhǎng)度、直徑的選取及機(jī)械制造工藝中軸類零件的加工方案等知識(shí)方法。關(guān)鍵字：尺寸公差 幾何公差 粗糙度[互換性與測(cè)量技術(shù)課程三級(jí)報(bào)告 ]目 錄1前言12軸類零件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、選材及加工方法22.1軸類零件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)22.2軸類零件的材料選擇22.3軸類零件加工工藝及能達(dá)到的精度等級(jí)23軸類零件的尺寸公差選用33.1基準(zhǔn)制43.1.1基孔制43.1.2基軸制43.1.3非基準(zhǔn)制應(yīng)用的場(chǎng)合43.2精度等級(jí)43.3配合種類53.3.1間隙配合53.3.2過(guò)度配合53.3.3過(guò)盈配合53.4配合選用54軸類零件的形位公差選用54.1幾何公差54.2位置公差64.3公差等級(jí)654.4基準(zhǔn)66軸類零件的表面粗糙度選擇5.1評(píng)點(diǎn)參數(shù)的選擇65.2評(píng)定參數(shù)值的選擇66最終結(jié)論76.1尺寸公差選用76.2形位公差選用76.3表面粗糙度選用87感想與體會(huì)98參考文獻(xiàn)9[互換性與測(cè)量技術(shù)課程三級(jí)報(bào)告 ]前言隨著現(xiàn)代生產(chǎn)技術(shù)、管理技術(shù)的進(jìn)步和生產(chǎn)力的發(fā)展，產(chǎn)品的復(fù)雜程度及其質(zhì)量要求日益提高。為適應(yīng)這種社會(huì)化大生產(chǎn)的需要，提高生產(chǎn)效率，降低成本，保證產(chǎn)品質(zhì)量，必須按照專業(yè)化協(xié)作的原則進(jìn)行生產(chǎn)。在這種大背景下，機(jī)械設(shè)計(jì)人員需要在精度設(shè)計(jì)方面力求優(yōu)化，所以《互換性與測(cè)量技術(shù)基礎(chǔ)》課程的學(xué)習(xí)日益重要。互換性與測(cè)量技術(shù)將測(cè)量、標(biāo)準(zhǔn)化與計(jì)量學(xué)等有關(guān)部分有機(jī)結(jié)合在一起，主要包含幾何量公差選用和誤差檢驗(yàn)兩方面的內(nèi)容，與機(jī)械設(shè)計(jì)、機(jī)械制造及其質(zhì)量控制密切相關(guān)。該課程結(jié)合生產(chǎn)中常用的典型零部件，如滾動(dòng)軸承、鍵和花鍵、螺紋和齒輪，著重介紹了尺寸公差、形狀和位置公差、表面粗糙度。在現(xiàn)代化的機(jī)械生產(chǎn)中只要運(yùn)用正確的技術(shù)測(cè)量方法，將幾何量的誤差控制在一定的范圍內(nèi)，就能實(shí)現(xiàn)互換性?；Q性原則是組織現(xiàn)代化生產(chǎn)極為重要的技術(shù)經(jīng)濟(jì)原則，機(jī)械加工現(xiàn)代化生產(chǎn)的發(fā)展，專業(yè)化、協(xié)作化、生產(chǎn)模式的不斷擴(kuò)大，互換性原則的應(yīng)用范圍也越來(lái)越大。1[互換性與測(cè)量技術(shù)課程三級(jí)報(bào)告 ]軸類零件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、選材及加工方法2.1軸類零件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)軸類零件是機(jī)器中經(jīng)常遇到的典型零件之一。它主要用來(lái)支承傳動(dòng)零部件，傳遞扭矩和承受載荷。軸類零件是旋轉(zhuǎn)體零件，其長(zhǎng)度大于直徑，一般由同心軸的外圓柱面、圓錐面、內(nèi)孔和螺紋及相應(yīng)的端面所組成。根據(jù)結(jié)構(gòu)形狀的不同，軸類零件可分為光軸、階梯軸、空心軸和曲軸等。軸的長(zhǎng)徑比小于5的稱為短軸，大于20的稱為細(xì)長(zhǎng)軸，大多數(shù)軸介于兩者之間。2.2 軸類零件的材料選擇軸類零件應(yīng)根據(jù)不同的工作條件和使用要求選用不同的材料并采用不同的熱處理規(guī)范（如調(diào)質(zhì)、正火、淬火等），以獲得一定的強(qiáng)度、韌性和耐磨性。鋼是軸類零件的常用材料，它價(jià)格便宜經(jīng)過(guò)調(diào)質(zhì)（或正火）后，可得到較好的切削性能，而且能獲得較高的強(qiáng)度和韌性等綜合機(jī)械性能，淬火后表面硬度可達(dá) 45~52HRC。40Cr 等合金結(jié)構(gòu)鋼適用于中等精度而轉(zhuǎn)速較高的軸類零件，這類鋼經(jīng)調(diào)質(zhì)和淬火后，具有較好的綜合機(jī)械性能。2[互換性與測(cè)量技術(shù)課程三級(jí)報(bào)告 ]軸承鋼GCr15和彈簧鋼65Mn，經(jīng)調(diào)質(zhì)和表面高頻淬火后，表面硬度可達(dá)50~58HRC，并具有較高的耐疲勞性能和較好的耐磨性能，可制造較高精度的軸。精密機(jī)床的主軸（例如磨床砂輪軸、坐標(biāo)鏜床主軸）可選用38CrMoAIA氮化鋼。這種鋼經(jīng)調(diào)質(zhì)和表面氮化后，不僅能獲得很高的表面硬度，而且能保持較軟的芯部，因此耐沖擊韌性好。與滲碳淬火鋼比較，它有熱處理變形很小，硬度更高的特性。2.3 軸類零件加工工藝及能達(dá)到的精度等級(jí)傳動(dòng)軸大都是回轉(zhuǎn)表面，主要采用車(chē)削與外圓磨削成形。故車(chē)削后還需磨削。粗車(chē)后精度能達(dá)到IT12-IT11，表面粗糙度達(dá)到Ra25-Ra12.5；半精車(chē)后精度能達(dá)到IT10-IT9，表面粗糙度達(dá)到Ra6.3-Ra3.2；精車(chē)后精度能達(dá)到IT8-IT6，表面粗糙度達(dá)到Ra1.6-Ra0.8淬火粗磨后精度能達(dá)到IT8-IT7，表面粗糙度達(dá)到Ra0.8-Ra0.4，精度等級(jí)和精車(chē)相同；粗磨后精度能達(dá)到IT6-IT5，表面粗糙度達(dá)到Ra0.4-Ra0.2。若需要更高的精度則可以采用研磨等。3[互換性與測(cè)量技術(shù)課程三級(jí)報(bào)告 ]軸類零件的主要表面是各個(gè)軸頸的外圓表面， 空心軸的內(nèi)孔精度一般要求不高，而精密主軸上的螺紋、花鍵、鍵槽等次要表面的精度要求也比較高。因此，軸類零件的加工工藝路線主要是考慮外圓的加工順序，并將次要表面的加工合理地穿插其中。下面是生產(chǎn)中常用的不同精度、不同材料軸類零件的加工工藝路線：一般滲碳鋼的軸類零件加工工藝路線：備料-鍛造-正火-打頂尖孔-粗車(chē)-半精車(chē)、精車(chē)-滲碳（或碳氮共滲）-淬火、低溫回火-粗磨-次要表面加工-精磨。一般精度調(diào)質(zhì)鋼的軸類零件加工工藝路線：備料-鍛造-正火（退火）-打頂尖孔-粗車(chē)-調(diào)質(zhì)-半精車(chē)、精車(chē)-表面淬火、回火-粗磨-次要表面加工-精磨。精密氮化鋼軸類零件的加工工藝路線：備料-鍛造-正火（退火）-打頂尖孔-粗車(chē)-捌質(zhì)-半精車(chē)、精車(chē)-低溫時(shí)效-粗磨-氮化處理-次要表面加工-精磨-光磨。整體淬火軸類零件的加工工藝路線：備料-鍛造-正火（退火）-打頂尖孔-粗車(chē)-調(diào)質(zhì)-半精車(chē)，精車(chē)-次要表面加工-整體淬火-粗磨-低溫時(shí)效-精磨。4[互換性與測(cè)量技術(shù)課程三級(jí)報(bào)告 ]軸類零件的尺寸公差選用總原則: 在保證零件功能要求的前提下，應(yīng)盡量取較低等級(jí)的尺寸公差，以獲得較好的經(jīng)濟(jì)效益。3.1基準(zhǔn)制在制造配合的零件時(shí)，使其中一種零件作為基準(zhǔn)件，它的基本偏差一定，通過(guò)改變另一種非基準(zhǔn)件的基本偏差來(lái)獲得各種不同性質(zhì)配合的制度稱為基準(zhǔn)制。根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際的需要，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了兩種基準(zhǔn)制。合理選擇基準(zhǔn)制與工藝、結(jié)構(gòu)、裝配以及經(jīng)濟(jì)因素有關(guān)。3.1.1基孔制基孔制--是指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。見(jiàn)左下圖。基孔制的孔稱為基準(zhǔn)孔，其基本偏差代號(hào)為 H，其下偏差為零。一般情況下優(yōu)先選用基孔制，因?yàn)榭椎某叽珙愋蜕俣S的尺寸類型多，這樣就能減少刀具的成本費(fèi)用。3.1.2基軸制用冷拉鋼制圓柱型材制作光軸作為基準(zhǔn)軸這一類圓柱型材的規(guī)格已標(biāo)準(zhǔn)化，尺寸公差等級(jí)一般為IT7～I(xiàn)T9。它作為基準(zhǔn)軸，軸徑可以免去外圓。切削加工，只要按照不同的配合性質(zhì)來(lái)加工孔，可實(shí)現(xiàn)5[互換性與測(cè)量技術(shù)課程三級(jí)報(bào)告 ]技術(shù)與經(jīng)濟(jì)的最佳效果?！耙惠S多孔”，而且構(gòu)成的多處配合的松緊程度要求不同的場(chǎng)合所謂“一軸多孔”指一軸與兩個(gè)或兩個(gè)以上的孔組成配合。3）軸為標(biāo)準(zhǔn)件或標(biāo)準(zhǔn)部件 (如：鍵、銷(xiāo)、軸承等)。3.1.3非基準(zhǔn)制應(yīng)用的場(chǎng)合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：為了滿足配合的特殊需要，允許采用非基準(zhǔn)制配合，即采用任一孔、軸公差帶(基本偏差代號(hào)非H的孔或h的軸)組成的配合。3.2精度等級(jí)公差等級(jí)的選擇依據(jù)主要是根據(jù)使用性能對(duì)尺寸精度及配合一致性要求的高低來(lái)確定。選擇公差等級(jí)的原則1）在滿足使用性能的前提下，盡量選取較低的公差等級(jí)。所謂“較低的公差等級(jí)”是指：假如IT7級(jí)以上(含IT7)的公差等級(jí)均能滿足使用性能要求，那么，選擇 IT7級(jí)為宜。它既保證使用性能，又可獲得最佳的經(jīng)濟(jì)效益。2）盡量遵守標(biāo)準(zhǔn)推薦的孔與軸公差的等級(jí)組合規(guī)定。6[互換性與測(cè)量技術(shù)課程三級(jí)報(bào)告 ]3.3配合種類孔軸配合時(shí)配合種類可分為三中：間隙配合、過(guò)度配合、過(guò)盈配合。3.3.1間隙配合間隙配合主要應(yīng)用的場(chǎng)合：孔軸之間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)和需要拆卸的無(wú)相對(duì)運(yùn)動(dòng)的配合部位。3.3.2過(guò)渡配合過(guò)渡配合主要應(yīng)用的場(chǎng)合：孔與軸之間有定心要求，而且需要拆卸的靜聯(lián)接(即無(wú)相對(duì)運(yùn)動(dòng))的配合部位。3.3.3過(guò)盈配合過(guò)盈配合主要應(yīng)用的場(chǎng)合：孔與軸之間需要傳遞扭矩或準(zhǔn)確定心的靜聯(lián)接(即無(wú)相對(duì)運(yùn)動(dòng))的配合部位。3.4配合選用配合選擇的方法 有類比法、計(jì)算法和試驗(yàn)法 3種。1）類比法同公差等級(jí)的選擇相似，大多通過(guò)查表將所設(shè)計(jì)的配合部位的工作條件和功能要求與相同或相似的工作條件或功能要求的配合部位進(jìn)行分析比較，對(duì)于已成功的配合作適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，從而確定配合代號(hào)。此選擇方法主要應(yīng)用在一般、常7[互換性與測(cè)量技術(shù)課程三級(jí)報(bào)告 ]見(jiàn)的配合中。2）計(jì)算法計(jì)算法主要用于兩種情況：一是用于保證與滑動(dòng)軸承的間隙配合，當(dāng)要求保證液體摩擦?xí)r，可以根據(jù)滑動(dòng)摩擦理論計(jì)算允許的最小間隙，從而選定適當(dāng)?shù)呐浜?。二是完全依靠裝配過(guò)盈傳遞負(fù)荷的過(guò)盈配合，可以根據(jù)要求傳遞負(fù)荷的大小計(jì)算允許的最小過(guò)盈，再根據(jù)孔、軸材料的彈性極限計(jì)算允許的最大過(guò)盈，從而選定適當(dāng)?shù)呐浜稀?）試驗(yàn)法試驗(yàn)法主要用于特別重要配合的選擇。這些部位的配合選擇，需要進(jìn)行專門(mén)的模擬試驗(yàn)，以確定工作條件要求的最佳間隙或過(guò)盈及其允許變動(dòng)的范圍，然后，確定配合性質(zhì)。8[互換性與測(cè)量技術(shù)課程三級(jí)報(bào)告 ]軸類零件的形位公差選用總原則:在保證零件功能要求的前提下，應(yīng)盡量減少形位公差項(xiàng)目，檢測(cè)方法簡(jiǎn)便，以獲得較好的經(jīng)濟(jì)效益。4.1幾何公差由于該軸與多個(gè)零件配合故得限制其素線和中心軸線的直線度、外圓表面的圓度、圓柱面的圓柱度。但回轉(zhuǎn)類零件用徑向全跳動(dòng)代替圓柱度和同軸度，用圓跳動(dòng)代替垂直度。4.2位置公差軸類零件也應(yīng)有三類位置公差：定向公差、定位公差、跳動(dòng)公差。該軸應(yīng)控制鍵槽的對(duì)稱度公差、圓跳動(dòng)公差、各階梯軸圓柱面的同軸度公差。4.3公差等級(jí)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)圓柱度給定了13個(gè)公差等級(jí)，對(duì)同軸度、對(duì)稱度、圓跳動(dòng)給定了12個(gè)公差等級(jí)，一般取用5-8級(jí)，對(duì)于該軸選擇6級(jí)精度。4.4基準(zhǔn)基準(zhǔn)的選擇在保證使用要求前提下力求使設(shè)計(jì)、加工、檢測(cè)的基準(zhǔn)三者統(tǒng)一，選擇中心孔的軸線作為基準(zhǔn)。9[互換性與測(cè)量技術(shù)課程三級(jí)報(bào)告 ]軸類零件的表面粗糙度選擇5.1評(píng)點(diǎn)參數(shù)的選擇表面粗糙度的評(píng)定參數(shù)中，高度參數(shù)是最常用的。我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)中主要采用了 Ra和Rz兩個(gè)參數(shù)，Ra一般用電動(dòng)輪廓儀進(jìn)行測(cè)量。由于Ra的概念較直觀，反映輪廓的信息量多，所以應(yīng)用較廣泛。在常用的參數(shù)值范圍內(nèi)（Ra為0.025~6.3μm，Rz為0.10~25μm）推薦優(yōu)先選用Ra。由于受儀器測(cè)頭的限制，對(duì)于過(guò)于粗糙的或者太光滑的表面，則不宜采用Ra值。評(píng)定參數(shù)Rz的測(cè)量值方法最簡(jiǎn)單，用來(lái)評(píng)定某些不允許出現(xiàn)較大加工痕跡的零件表面零件上狹小的表面（表面不足一個(gè)取樣長(zhǎng)度時(shí)）有實(shí)際意義。5.2評(píng)定參數(shù)值的選擇表面粗糙度評(píng)定參數(shù)的數(shù)值已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化了，應(yīng)按規(guī)定的系列參數(shù)值選用。當(dāng)按表面功能和生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)合理性綜合考慮。確定評(píng)定參數(shù)時(shí)，處特殊要求外，通常多用類比法來(lái)取。這時(shí)主要考慮零件的功能要求，一般情況下，確定參數(shù)的大小應(yīng)該考慮以下因素：同一零件上，工作表面的粗糙度參數(shù)值應(yīng)比非工作表面小。摩擦表面的表面粗糙度值應(yīng)比非摩擦表面小，有相對(duì)運(yùn)動(dòng)10[互換性與測(cè)量技術(shù)課程三級(jí)報(bào)告 ]的工作表面，運(yùn)動(dòng)速度越高，其表面粗糙參數(shù)值也越小。承受交變載荷的零件，其最易產(chǎn)生應(yīng)力集中的部位，表面粗糙度參數(shù)值應(yīng)較小。要求配合性質(zhì)穩(wěn)定可靠的部件，表面粗糙度參數(shù)值應(yīng)較小。對(duì)過(guò)盈配合，為保證聯(lián)結(jié)可靠，載荷越大，表面粗糙度參數(shù)值應(yīng)越小，對(duì)間隙配合，間隙越小，表面粗糙度參數(shù)值也應(yīng)越小。要求防腐蝕密封性能或外觀要求美觀等，表面粗糙度參數(shù)值應(yīng)較小。最終結(jié)論由于軸的基本尺寸不能確定，根據(jù)配合關(guān)系選定一例確定公差。6.1尺寸公差選用左起第一段：由4-5（P71）該軸段與聯(lián)軸器配合，直徑尺寸的公差帶為Js7,基本尺寸Φ65，Ts=30,得ei=-0.015，es=+0.015；根據(jù)畫(huà)法幾何確定鍵槽尺寸為 20×12鍵槽寬b的上下偏差查表5-2（P92）,得es=0，ei=-0.052；鍵深基本尺寸7.5，上下偏差分別為es=+0.2,ei=0。11[互換性與測(cè)量技術(shù)課程三級(jí)報(bào)告 ]左起第二段：與毛氈接觸，按GB/T1804-m標(biāo)準(zhǔn)。左起第三段，與軸承配合，由4-14（P87）查得，直徑尺寸的公差帶為,k5；查表2-3（P20），得Ts=13；查表2-4（P23），得ei=+0.002，則有es=+0.015。左起第五段，與齒輪配合由表4-5（P71），選擇過(guò)渡配合,直徑尺寸公差帶m6，Ts=19,得ei=+0.011，es=+0.030mm；鍵槽與鍵的配合為基軸制，且鍵槽尺寸為 22×14,查表5-2（P92）,選緊密聯(lián)接,es=+0.074，ei=-0.0074,基本偏差系列p,精度等級(jí)IT9。鍵槽深度:9.0mmes=+0.2,ei=0。左起第六段：與軸承配合。同左起第三段。6.2形位公差選用右起第一段：與軸承配合，需要規(guī)定圓柱度與圓跳動(dòng)公差。軸承精度k5,查得:圓柱度公差0.003,端面圓跳動(dòng)公差0.010。右起第二段：與齒輪配合，需要規(guī)定圓跳動(dòng)。查P41，表2-12 對(duì)中間軸線的全跳動(dòng)公差 0.015；12[互換性與測(cè)量技術(shù)課程三級(jí)報(bào)告 ]鍵槽需要規(guī)定對(duì)稱度，查 P41表2-12 對(duì)稱度公差0.080右起第三段左右軸肩端面：與軸承和齒輪端面配合，需要規(guī)定圓跳動(dòng)，查P41表2-12，6級(jí)精度，取圓跳動(dòng)0.015右起第四段：與左起第一段相同。左起第一段;與聯(lián)軸器配合，需要規(guī)定對(duì)中間軸線的圓跳動(dòng)，查P41，表2-12全跳動(dòng)公差為0.025；鍵槽需要規(guī)定對(duì)稱度，查 P41，表2-12對(duì)稱度公差0.080。6.3表面粗糙度選用1）左起第一段：與聯(lián)軸器配合， Ra=1.6；鍵槽底面粗糙度 Ra=6.3，側(cè)面粗糙度Ra=3.2；2）左起第二段：與毛氈接觸，有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，故 Ra=1.6；3）左起第三段：與軸承配合， Ra=0.8，端面粗糙度 Ra=3.2；4）左起第四個(gè)軸肩端面與齒輪端面配合取粗糙度為 Ra=3.2；5）左起第五段：與齒輪配合， Ra=1.6；鍵槽側(cè)面Ra=3.2，鍵槽底面粗糙度 Ra=6.3；6）