《工程制圖與計算機繪圖》課件第11章

第11章極限與配合、幾何公差簡介11.1極限與配合

11.2幾何公差簡介

11.1極限與配合

一、互換性

在日常生活中，如燈泡壞了，買個新的裝上即可使用，這是因為燈泡和燈頭具有互換性。所謂“互換性”，是指在一批規(guī)格相同的零件中，任取其中一個，不經(jīng)挑選或修配就能順利地裝到機器上，并滿足機器性能要求的一種性質(zhì)。

互換性是現(xiàn)代化生產(chǎn)的基本技術(shù)經(jīng)濟原則。零(部)件具有互換性，使工業(yè)生產(chǎn)可以分工協(xié)作，便于進(jìn)行高效益的專業(yè)化生產(chǎn)，從而縮短生產(chǎn)周期，提高勞動生產(chǎn)率，保證質(zhì)量，降低產(chǎn)品成本，同時也可為產(chǎn)品提供備件，以利維修。

零件的互換性主要是通過規(guī)定零件的尺寸公差、幾何公差以及表面結(jié)構(gòu)要求等技術(shù)要求來實現(xiàn)的。

二、尺寸公差及有關(guān)術(shù)語

在實際生產(chǎn)過程中，由于機床精度、刀具磨損、測量誤差等因素的影響，零件的尺寸不可能也沒有必要絕對準(zhǔn)確。為了保證互換性，必須將零件尺寸誤差限制在一定的范圍內(nèi)，規(guī)定出尺寸允許的變動量，這個變動量就稱為尺寸公差，簡稱公差。下面介紹有關(guān)名詞術(shù)語(參見圖11-1)。圖11-1尺寸、尺寸偏差及公差示意圖

(1)公稱尺寸：設(shè)計時給定的尺寸，也是確定偏差的起始尺寸。

(2)實際尺寸：零件制成后，實際測量所得的尺寸。

(3)極限尺寸：允許零件實際尺寸變化的兩個極端值，即上極限尺寸(實際尺寸允許的最大值)與下極限尺寸(實際尺寸允許的最小值)。它是以公稱尺寸為基數(shù)確定的。極限尺寸可以大于、小于或等于公稱尺寸。

(4)偏差：實際尺寸減其公稱尺寸所得的代數(shù)差。偏差可以為正、負(fù)或零值。偏差的兩個極限值——上極限偏差、下極限偏差，統(tǒng)稱為極限偏差，其定義為

上極限偏差=上極限尺寸－公稱尺寸

下極限偏差=下極限尺寸－公稱尺寸國標(biāo)規(guī)定用代號ES和es分別表示孔和軸的上極限偏差；用代號EI和ei分別表示孔和軸的下極限偏差。

(5)公差：允許尺寸的變動量。公差等于上極限尺寸減去下極限尺寸，也等于上極限偏差減去下極限偏差，即ES－EI(對孔)或es－ei(對軸)。

(6)零線：在公差帶圖中，確定偏差的一條基準(zhǔn)直線即零偏差線，零線表示公稱尺寸。一般將零線水平放置，則正偏差位于零線上方，負(fù)偏差位于零線下方。

(7)公差帶：公差帶是表示公差大小和相對于零線位置的一個區(qū)域。圖11-1表示了一對相互結(jié)合的孔與軸的尺寸、偏差及公差的相互關(guān)系。為簡化起見，一般只畫出孔和軸的上、下極限偏差的兩條直線所圍成的方框簡圖，稱為公差帶圖，如圖11-2所示。圖11-2公差帶圖

三、標(biāo)準(zhǔn)公差與基本偏差

為便于生產(chǎn)，實現(xiàn)零件的互換性及滿足不同的使用要求，國家標(biāo)準(zhǔn)《極限與配合》規(guī)定公差帶由標(biāo)準(zhǔn)公差和基本偏差兩個要素組成。標(biāo)準(zhǔn)公差確定公差帶的大小，基本偏差確定公差帶的位置，如圖11-3所示。圖11-3公差帶大小及位置

1.標(biāo)準(zhǔn)公差和公差等級

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標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)值，它由公差等級和公稱尺寸確定，見表11-1。

極限與配合在公稱尺寸至500mm內(nèi)規(guī)定了IT01、IT0、IT1、…、IT18共20個標(biāo)準(zhǔn)公差等級；公稱尺寸大于500mm

～3150mm內(nèi)規(guī)定了IT1～I(xiàn)T18共18個標(biāo)準(zhǔn)公差等級。標(biāo)準(zhǔn)公差等級IT01和IT0在工業(yè)中很少用到，所以在標(biāo)準(zhǔn)中沒有給出這兩個公差等級的標(biāo)準(zhǔn)公差數(shù)值。“IT”(ISOTolerance的縮寫)表示標(biāo)準(zhǔn)公差，公差等級的代號用阿拉伯?dāng)?shù)字表示。從IT01到IT18，公差等級即尺寸精確度依次降低，而公差數(shù)值依次增大。

選擇公差等級時，在滿足使用要求的前提下，應(yīng)盡量選用較低的公差等級。一般情況下，有配合要求的孔用IT6～I(xiàn)T12，軸用IT5～I(xiàn)T12。

2.基本偏差

基本偏差是指尺寸的上、下極限偏差中靠近零線的那個偏差。根據(jù)它的大小和正負(fù)，就可決定公差帶相對于零線的位置。

根據(jù)實際需要，國標(biāo)分別對孔、軸各規(guī)定28個基本偏差，其代號用拉丁字母表示，大寫為孔，小寫為軸，如圖11-4所示。軸和孔的基本偏差數(shù)值見表11-2和表11-3。由圖11-4可知，軸的基本偏差由a到h為上極限偏差，由j到zc為下極限偏差，js完全對稱于公差帶零線，基本偏差可為＋I(xiàn)T/2,也可為－IT／2，h的基本偏差為零。

孔的基本偏差由A到H為下極限偏差，由J到ZC為上極限偏差，JS完全對稱于零線，其基本偏差可為+IT／2，也可為－IT／2，H的基本偏差為零。

可以看出，孔和軸的同名字母的基本偏差除個別情況外，一般相對于零線是對稱分布的。圖11-4基本偏差系列圖在基本偏差系列圖中，只表示出孔和軸的一個極限偏差(除JS、js以外)，公差帶一端是開口的，另一極限偏差可根據(jù)孔和軸的基本偏差和標(biāo)準(zhǔn)公差按下列代數(shù)式計算(極限偏差和標(biāo)準(zhǔn)公差的值均以mm為單位)：

孔ES＝EI＋I(xiàn)T或EI＝ES－IT

軸es＝ei＋I(xiàn)T或ei＝es－IT

3.孔、軸的公差帶代號

孔、軸的公差帶代號由基本偏差代號與公差等級代號(數(shù)字)組成。例如，H8、F8、K7、P7等為孔的公差帶代號；h7、f7、k7、p6等為軸的公差帶代號。

四、配合

公稱尺寸相同并相互結(jié)合的孔和軸公差帶之間的關(guān)系稱為配合，它是由設(shè)計確定的?？缀洼S配合時，由于它們的實際尺寸不同，將產(chǎn)生間隙和過盈。當(dāng)孔的實際尺寸大于軸的實際尺寸時，就產(chǎn)生間隙；反之，當(dāng)孔的實際尺寸小于軸的實際尺寸時，就產(chǎn)生過盈。

1.配合種類

根據(jù)相互結(jié)合的孔、軸公差帶相對位置不同或按配合零件的結(jié)合面形成間隙和過盈的不同，配合分為三類。

(1)間隙配合：具有間隙(含最小間隙等于零)的配合。此時，孔的公差帶在軸的公差帶之上，如圖11-5(a)所示。間隙配合主要用于孔、軸間的活動聯(lián)接。圖11-5三類配合(a)間隙配合；(b)過盈配合;(c)過渡配合

(2)過盈配合：具有過盈(含最小過盈等于零)的配合。此時，孔的公差帶在軸的公差帶之下，如圖11-5(b)所示。過盈配合主要用于孔、軸間的緊固聯(lián)接。

(3)過渡配合：可能具有間隙也可能具有過盈的配合。此時，孔和軸的公差帶互相重疊，如圖11-5(c)所示。過渡配合主要用于孔、軸間的定位聯(lián)接。

2.配合制

按照配合的定義，只要把公稱尺寸相同的孔、軸公差帶組合起來，就可以組成各種不同的配合，但為了便于設(shè)計制造，實現(xiàn)配合標(biāo)準(zhǔn)化，國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了兩種配合制，即基孔制和基軸制。

(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組成各種配合的一種制度，如圖11-6所示。

基孔制的孔為基準(zhǔn)孔，其基本偏差代號為H，基準(zhǔn)孔的下極限偏差EI=0。圖11-6基孔制配合示意圖

(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組成各種配合的一種制度，如圖11-7所示。

基軸制的軸為基準(zhǔn)軸，其基本偏差代號為h，基準(zhǔn)軸的上極限偏差es=0。

從基本偏差系列圖(圖11-4)中可以看出：

在基軸制中，A～H用于間隙配合，J～N用于過渡配合，P～ＺC用于過盈配合。

在基孔制中，a～h用于間隙配合，j～n用于過渡配合，p～zc用于過盈配合。圖11-7基軸制配合示意圖

五、極限與配合的選用

1.配合的選擇

如前所述，標(biāo)準(zhǔn)公差有20個等級，基本偏差有28種，因而可以組成大量的配合。根據(jù)機械工業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)使用的需要，考慮到定值量具、刀具規(guī)格的統(tǒng)一，國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了基孔制常用配合59種，優(yōu)先配合13種；基軸制常用配合47種，優(yōu)先配合13種。應(yīng)盡量選用優(yōu)先配合，如表11-4和表11-5所示。表11-4基孔制常用、優(yōu)先配合表

11-5基軸制常用、優(yōu)先配合

2.配合制的選擇

一般情況下，優(yōu)先使用基孔制。這是因為加工孔要比加工軸困難些，采用基孔制可以減少刀具、量具的數(shù)量。當(dāng)用冷拉鋼作軸時(不再需要切削加工)，或者在同一公稱尺寸的軸上要求不同配合時(如圖11-8(a)所示)，或者與標(biāo)準(zhǔn)件(如滾動軸承外圈)配合時(如圖11-8(b)所示)才用基軸制。圖11-8基軸制應(yīng)用示例六、極限與配合在圖樣上的標(biāo)注

1.在裝配圖上的標(biāo)注方法

在公稱尺寸的右邊標(biāo)出配合代號。配合代號由兩個相互結(jié)合的孔和軸的公差帶的代號組成，標(biāo)注的通式如下：

或

公稱尺寸孔的公差帶代號／軸的公差帶代號

標(biāo)注示例如圖11-9所示。

所謂配合，除了圓柱形的內(nèi)、外表面的配合外，也包括其他內(nèi)、外表面中由單一尺寸確定的配合部分，如圖11-10所示。圖11-9裝配圖上配合的標(biāo)注圖11-10單一尺寸確定的配合

2.在零件圖上的標(biāo)注方法

在零件圖上標(biāo)注公差有三種形式：

(1)標(biāo)注公差帶的代號，如圖11-11(a)所示。這種注法適用于大批量生產(chǎn)，采用專用量具檢驗零件。

(2)標(biāo)注極限偏差數(shù)值，如圖11-11(b)所示。圖11-11零件圖上尺寸公差的標(biāo)注方法上極限偏差注在公稱尺寸的右上方，下極限偏差注在公稱尺寸的右下方，且應(yīng)與公稱尺寸注在同一底線上;偏差的數(shù)字用比公稱尺寸數(shù)字小一號的字體書寫;上、下極限偏差值不為零時，其正號、負(fù)號必須標(biāo)出，如圖11-12(a)所示。當(dāng)上極限偏差或下極限偏差為0時，用數(shù)字“0”標(biāo)出，另一偏差仍標(biāo)注在原來位置，如圖11-12(b)所示。上、下極限偏差的小數(shù)點必須對齊，小數(shù)點后的位數(shù)也必須相同；偏差值為0時，“0”應(yīng)與另一偏差的個位數(shù)對齊。當(dāng)上極限偏差和下極限偏差的絕對值相同時，應(yīng)在公稱尺寸之后標(biāo)注“±”符號，再填寫一個偏差數(shù)值，其數(shù)字大小與公稱尺寸數(shù)字相同，如圖11-12(c)所示。角度公差的標(biāo)注如圖11-13所示。這種注法主要用于單件和小批量生產(chǎn)，以便于用通用量具測量檢驗。圖11-12偏差數(shù)值的注寫圖11-13角度公差的注寫

(3)公差帶代號和偏差數(shù)值一起標(biāo)注，如圖11-11(c)所示。這時，偏差數(shù)值應(yīng)加上圓括號。

七、查表舉例

［例11-1］說明 的含義并查表確定孔和軸的上、下極限偏差值。

解①該配合的公稱尺寸為f42，基孔制(優(yōu)先)間隙配合?；鶞?zhǔn)孔的公差帶代號為H7(基本偏差代號為H，公差等級為7級)；軸的公差帶代號為g6(基本偏差代號為g，公差等級為6級)。

②公稱尺寸42屬于“大于30至50”尺寸分段，由表11-1查得標(biāo)準(zhǔn)公差值IT6=0.016mm，IT7=0.025mm。③基準(zhǔn)孔H的下極限偏差規(guī)定為零，即EI=0，上極限偏差ES=+0.025，寫作 。

④軸的公差帶代號為g6，由表11-2查得其上極限偏差es=－0.009，故下極限偏差ei=es－IT=－0.009－0.016=－0.025，寫作 。

⑤ 的公差帶圖如圖11-14所示。圖11-14 的公差帶圖

［例11-2］說明 的含義并查表確定孔和軸的上、下極限偏差值。

解①該配合公稱尺寸為f25，基軸制過渡配合。基準(zhǔn)軸的公差帶代號為h7，孔的公差帶代號為K8。

②公稱尺寸25屬于“大于18至30”尺寸分段，由表11-1查得標(biāo)準(zhǔn)公差值IT7=0.021mm，IT8=0.033mm。

③基準(zhǔn)軸h的上極限偏差規(guī)定為零，即es=0，下極限偏差ei=－0.021，寫作 。

④孔的公差帶代號為K8，由表11-3查得其上極限偏差ES=－2mm+D，然后在該表最右邊的“D”欄中查得IT8的D為12mm，所以，ES=－2mm+12mm=+10mm，即ES=+0.010mm；下極限偏差EI=ES－IT=0.010－0.033=－0.023mm。寫作 ，其公差帶圖如圖11-15所示。圖11-14 的公差帶圖

11.2幾何公差簡介

一、幾何公差的基本概念

零件在加工過程中，除了出現(xiàn)前面所述的尺寸誤差外，還會出現(xiàn)形狀和位置等幾何誤差，這些誤差仍然影響產(chǎn)品的精度和互換性。

所謂形狀誤差，是指加工后表面的實際形狀相對于理想形狀的誤差。如圖11-16(a)所示為一與基準(zhǔn)孔(圖11-16(b)所示)配合的軸，該軸雖然加工后符合尺寸公差要求，但由于出現(xiàn)了形狀誤差(直線度誤差)，如圖中雙點畫線所示，以致加工的軸與孔裝配時發(fā)生困難，而且配合性質(zhì)也隨之改變。圖11-16形狀誤差所謂位置誤差，是指零件各表面之間、各軸線之間或表面與軸線之間實際相對位置相對于理想相對位置的誤差。如圖11-17(b)所示的軸套，由于其端面B與軸線之間出現(xiàn)了誤差(垂直度誤差)，以致圖11-17(a)所示的軸與該軸套裝配時,出現(xiàn)A、B端面不能按要求緊密配合的情況。

由此可見，僅僅保證零件的尺寸公差，往往還不能滿足產(chǎn)品的精度和互換性要求，因此必須根據(jù)實際情況，對零件的重要表面、軸線規(guī)定出幾何誤差的最大允許值，即幾何公差。

關(guān)于幾何公差的術(shù)語、定義、代號及其注法等，詳見國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T1182-2008，本書只簡要介紹其代號及標(biāo)注。圖11-17位置誤差

二、幾何公差的代號

幾何公差代號包括幾何公差有關(guān)項目符號、幾何公差框格、指引線、幾何公差數(shù)值以及其他有關(guān)符號。

表11-6列出了幾何公差各項目及其符號。表11-6幾何公差各項目的符號幾何公差框格(見圖11-18)和指引線均用細(xì)實線畫出，框格應(yīng)水平繪制?？蚋駜?nèi)從左到右填寫以下內(nèi)容：第一格為幾何公差項目符號，第二格為幾何公差數(shù)值，第三格和以后各格填寫基準(zhǔn)代號的字母(基準(zhǔn)代號的字母須大寫)和有關(guān)符號?？蚋駜?nèi)數(shù)字和字母應(yīng)與圖樣中尺寸數(shù)字的高度相同?？蚋竦母叨葹樽煮w高度的兩倍，長度可根據(jù)需要加長。圖11-18幾何公差框格圖11-19為基準(zhǔn)代號，它由基準(zhǔn)三角形(通常為涂黑的等腰三角形)、方格、連線和字母(字母須大寫，字母E、I、J、M、O、P、L、R、F不能采用)組成。其中方格和連線均為細(xì)實線，方格與公差框格等高，方格內(nèi)的字母應(yīng)水平書寫。圖11-19基準(zhǔn)代號

三、幾何公差的標(biāo)注

在技術(shù)圖樣中，幾何公差應(yīng)采用其代號標(biāo)注。當(dāng)無法用代號標(biāo)注時，允許在技術(shù)要求中用文字說明。幾何公差的代號標(biāo)注方法如下：用帶箭頭的指引線將被測要素與幾何公差框格的一端相連，指引線的箭頭應(yīng)指向被測要素公差帶的寬度方向或直徑方向(如圖11-20所示)。對于有基準(zhǔn)的幾何公差，還應(yīng)標(biāo)注基準(zhǔn)。

1.被測要素、基準(zhǔn)要素的標(biāo)注

(1)當(dāng)被測要素或基準(zhǔn)要素為線或面時，指引線的箭頭應(yīng)指在被測要素