零件公差（精选八篇）
零件公差 篇1
1 箱体零件的形位公差要求
图1是某型号车床主轴箱体简图，图中A、C面分别为前、后轴承端盖安装面，B、D面分别为前后轴承定位面，ΦD 1是前轴承孔，ΦD 2为后轴承孔。这几个位置是主轴箱体的关键部位，对机床主轴的性能会产生直接的影响，如何合理给出给出这几个部位的形位公差要求，尤为重要。从功能分析，主轴箱体零件的形位公差要求体现在以下几个方面：
(1)前后轴承孔的形位公差要求;
(2)主轴轴线与主轴箱安装面的形位要求;
(3)轴承关联件安装面的形位要求。
2 主轴箱体形位公差分析
下文将结合功能需求对上述形位要求分别进行分析。
(1)前后轴承孔的形位要求：
对于主轴箱而言即前后轴承孔的同轴度要求和轴承孔本身的形位要求。前后轴承同轴度不高，则产生所谓的“蹩劲”现象，轴承会受到额外的交变载荷，从而影响轴承的寿命和主轴的回转精度。
厂商推荐以主支撑轴承孔作基准(一般为前轴承)，标注后轴承孔对前轴承孔的同轴度，如图2(FA G超精密轴承轴承座形位公差要求)所示，要求基准B和基准A相互之间的同轴度，即单一基准。在实际操作中，由于检测、制造等各方面的原因，单一基准要求无法保证。因此通常前后轴承孔的同轴度要求如图1标注，以两个轴承孔所构成的公共基准轴线为基准(即共同基准)标注前后轴承孔对共同基准的同轴度。
由于薄壁的轴承圈能够自适应其安装面的形状，轴上和轴承座内孔中安装面的任何形状误差都会影响轴承滚道和轴承性能。比如：轴承孔的圆度误差会导致轴承滚珠受力不均，影响轴承的旋转精度;轴承定位端面的误差则会对主轴的端面跳动产生影响。因此轴承厂家对轴承安装面都提出了极为严格的形状要求。
轴承安装面的形位要求包括：轴承孔的圆柱度要求和轴承定位端面的跳动误差。圆柱度用以控制轴承孔任意截面和轴线方向截面的形状误差，因此保证了轴承接触圆柱面的形状符合要求;轴承定位端面由于接触面较小，考虑方便检测，用端面圆跳动而不是用垂直度来控制其形位误差。
(2)主轴轴线与主轴箱安装面的形位要求和尺寸公差：
主轴中心线与主轴箱安装面的尺寸偏差在整机装配中表现为主轴中心高的偏差，即主轴中心与刀架中心的高度误差(理论上此两线在平行于主轴安装面的同一平面内)，此误差在机床的其他部件有调整环节，因此此尺寸公差要求较为宽松，只要保证尺寸链累计误差在调整范围内即可。
在G B/T16462-1996数控卧式车床精度检验机床几何精度检验项目中，G 5、G 6、G 7、G 9、G 11、G 12等诸多项目都与主轴中心线有关。主轴轴线在装配环节的调整好坏直接影响到后续的装配，因此对主轴轴线相对于主轴安装面的提出形位公差要求是必要的。在图纸中标注主轴轴线对安装面的平行度，并对安装面提出平面度要求，可以减少主轴箱装配过程中的刮研量，便于装配工作的进行。
(3)轴承关联件安装面的形位要求：
图1中，A、C面为轴承外圈压环的安装面。轴承的外圈通过压盖来固定，压盖以轴承孔定位，端面与A(C)面贴合。端面对于轴线的形位误差会导致轴承外圈受力不均匀，对轴承运转产生不利影响。
对端面的形位公差控制通常标注A(C)面对主轴轴线的垂直度加平面度或A(C)面对主轴轴线的全跳动来控制，可以根据企业的检测条件选用公差考核项目。由于端面圆跳动只能控制端面上某任一圆周对轴线的形位误差，不能反映整个端面与基准轴线的关系，所以当端面与轴线的垂直要求高时，需要单独提出端面与基准轴线的垂直度要求，不能用端面圆跳动来代替垂直度公差。
3 小结
通过以上分析，可以明确给出如图1所示的主轴箱体零件各项形位公差要求。
在工程实践中，每个企业的检测条件不尽相同，零件要求也千变万化，需要根据功能要求并结合生产实际才能给出经济合理的形位公差要求。
参考文献
[1]超精密轴承,AC41130/7ChA,2008年5月.
零件公差 篇2
关键词：机械零件；功能要求；形位公差
在机械零件的设计过程中，正确地选择形位公差项目以及合理地确定形位公差数值，不仅直接影响到机器的使用性能和质量，而且关系到零件加工的难易程度和成本高低。形位公差的国家标准规定了l4项并列的形位公差，项目较多，而且有些公差项目之间还存在着从属和包容等关系。因此，机械零件的形位公差设计一直是机械零件设计中的难点。本文将根据形位公差的理论与多年的机械零件设计经验，分析形位公差项目及公差值大小等公差内容的选择依据。为设计者提供参考。
1.形位公差项目的选择
1.依据零件的功能特性初选形位公差项目
选择形位公差项目首先应满足零件的功能要求，主要考虑形位误差对零件使用性能的影响。这种使用性能一般指零件的配合性质、装配互换性、工作精度、可靠性及运动平衡性等。设计时了解和明确所设计零件的使用性能，才能确定为保证这些性能必须选用的形位公差项目。
以下为一些常见的零件功能特性与所需的公差项目：（1）在圆柱形零部件的运动配合中，如果圆柱面接触不良，就会造成局部过早磨损，扩大了配合间隙，降低定心精度，这就需要选择圆度和圆柱度等形状公差限制形状误差，以避免过大的形状误差带来的危害。（2）在移动配合中，形状误差会降低导向精度或破坏密封性；在过盈定位配合中，形状误差会降低连接强度和可靠性；曲面形状误差直接影响机械的工作性能，如汽轮机叶片的曲面等；这些都需要选择相应的形状公差加以限定。（3）位置误差直接影响机器的装配精度和运转精度。例如，发动机中的曲轴和变速器中的齿轮轴，为了保证它们的装配精度和工作性能，就要规定它们的两端支承孔的同轴度，否则就会影响齿轮的啮合精度，产生振动和噪声。
2.依据公差间的关系精选形位公差项目
（1）由尺寸公差控制形位公差。形位公差与尺寸公差具有一定的关联性，有些形位误差可自然地控制在尺寸公差内，就不必再给出形位公差要求。
（2）由位置公差控制形状公差。由于位置公差是关联实际要素的方向或位置对基准所允许的变动全量，而形状公差是单一实际要素的形状所允许的变动全量，位置公差的公差带包容整个被测要素。因此在很多情况下，位置公差能够控制形状误差的。如在定位公差中，同轴度可以控制轴线的形状误差，对称度和位置度可以控制平面度的误差。
（3）由综合公差控制单项公差。综合公差能够控制单项公差。所以，同一表面上标注了综合公差，一般不必再标注单项公差，若单项形位公差有进一步的要求，则应小于综合公差，并且合注于其下方。
2.形位公差基准的选择
形位公差基准是理想基准要素的简称，是设计者根据零件的功能即零件的结构、使用及装配性能的要求来选择和确定的。能否正确合理地选择基准，将直接影响零件的质量和成本。因此，在满足功能要求的前提下，应尽可能使加工、测量和装配用的基准统一，基准过多，将增加测量中的积累误差：同一零件的各项位置公差应采用同一基准；应选择各零件间相互配合、接触的表面作各自的基准，以保证零件的正确装配；应选择加工比较精确的表面，或接触面积大，工件以此表面定位重心不偏移，使工件稳定、刚性好的一些要素作为基准，以保证基准的稳定可靠以及可重复使用。
3.形位公差数值的确定
在选用公差值时，同样应以满足零件的功能要求为前提，兼顾经济性和测量条件等因素。
1.形位公差等级的选择
确定形位公差的等级是决定给定公差值的依据。所谓形位公差等级是指形状和位置精度的等级。一般规定了12个公差等级，其精度由1-12级依次降低。
确定形位公差的等级时，应考虑零件的结构和刚性。零件结构复杂、刚性差、表面尺寸大则加工困难，容易产生较大的形位误差，在满足零件的功能要求为前提下，可考虑降低1-2级公差精度。如以下几种情况：（1）孔（可低于轴）；（2）细长的轴与孔（孔与轴的长径比大于 8～10 以上）（3）间距较大的孔与轴；（4）宽度较大（一般大于长度一半）的零件表面。
2.形状、位置、尺寸公差值及表面粗糙度间的关系
在一般情况下，尺寸、位置、形状及表面粗糙度的加工误差值依次递减，所以在选择尺寸、位置、形状公差值及表面粗糙度时应协调以下关系：
（1）同一要素上形状公差值应小于位置公差值，位置公差值应小于尺寸公差值。在常用尺寸段及尺寸公差为IT5～IT18 的范围内，形状公差值通常取尺寸公差值的0.25-0.6
（2）单项形状公差值应小于综合形状公差值；
（3）对中等尺寸和中等精度的零件，表面粗糙度一般占形状误差的1/4～1/ 5 。形状精度越高则要求表面粗糙度越低。为保证形状精度应限制其最高表面粗糙度等级。
形位公差对机械零件的精度、生产成本与经济效益有着重要的影响。本文对其项目、基准及公差值范围等内容的分析希望对从事机械设计的有关人员有所帮助。
4.结语：
通过以上分析和生产实践得知：对于尺寸精度和形位精度要求都较严的零件，既要保证配合性质，又要保证装配性，同时又是中、大批量生产时，采用最大实体要求零形位公差标注同轴度公差较合理。这样，既可以保证产品设计要求（即装配中保证装配互换和最小间隙），又能采用功能量规检测零件，从而提高生产效率和经济效益，从而保证产品质量和检验效率，使得经济效益最大化。
5.参考文献：
[1] 李建平. 公差原则中形位公差与尺寸公差的补偿简析[J]. 重庆职业技术学院学报，2006，01：44-45.
[2] 徐西会. 基于3DCS的公差分析技术研究及应用[D].山东大学，2012.
[3] 祝贺. 形位误差综合测量实验设备的研制[D].华中科技大学，2012.
作者信息：
1，程琪（1986.10.4），男，汉族，陕西蒲城，中冶陕压重工设备有限公司，机械技术员，助理工程师，本科，研究方向机械设备维修。
机械设计中零件公差的运用 篇3
公差作为机械设计中的重要概念, 对机械设计而言十分重要。在零件设计过程中, 合理并正确选用公差是机械设计的重要内容, 也是保证零件尺寸满足实际需要的重要手段。为此, 我们应对机械设计中零件公差的概念有足够的认识, 应认真分析机械设计中零件公差如何选择, 并对机械设计中零件公差标准的适用范围进行深入分析, 同时做到正确选择零件公差, 保证公差选用满足实际需要, 提高机械设计的整体质量, 达到提升机械设计水平, 促进机械设计发展的目的。
二、机械设计中零件公差的选择
零件公差是指机器零件设计制造中的未注公差尺寸, 也是指那些不包括在尺寸链中而且对配合性质又没有直接影响的尺寸。从公差的定义来看, 机械设计中零件公差对零件的尺寸配合具有重要影响, 如果不能做好零件公差的选择工作, 将会造成零件设计尺寸链不完整, 导致零件设计缺少关键尺寸, 不满足零件设计需要。
机器零件的功能决定其相应要素的尺寸、形状和位置等要求。无功能要求的要素是不存在的。因此, 零件在图样上表达的所有要素均有一定的公差要求。从现有成型的机械设计图纸来看, 机器零件的公差是零件图中的关键尺寸, 对零件的加工精度和生产制造具有较强的指导作用。因此, 只有明确零件的设计公差, 并做好公差标注, 才能提高机械设计的有效性。
对于某些在功能上无特殊要求的要素, 或者说, 当其精度在不影响该零件的工作性能和质量的前提下, 则可给出一般公差。在公差标注过程中, 有些精度要求较低的部件使用一般公差就可以。如果对精度要求高, 或者是需要对精度做出特别规定的零件, 就要在机械设计中对公差做出详细规定, 保证零件公差能够满足实际需要。
当零件上的要素采用一般公差时, 在图样上通常都不标注出它们的公差值, 但并不等于对该类零件没有任何限制和要求。在零件设计中, 不是所有的公差都在图纸上得到体现, 像一般公差就会省略, 但是这并不代表公差不存在。除了一般公差之外, 特殊公差需要在零件图上做出详细说明, 用以和一般公差区分。
三、机械设计中零件公差标准的适用范围分析
在机械设计过程中, 线性尺寸的一般公差标准不受材料属性、加工方法等因素的限制或影响。一般公差可应用在线性尺寸、角度尺寸、形状和位置等几何要素, 具体如下: (1) 线性尺寸:包括孔、轴直径、台阶、距离、倒圆半径、倒角高度等尺寸:对于机械零件而言, 线性尺寸是零件的重要尺寸, 也是零件的基础尺寸, 对零件具有重要意义。 (2) 角度尺寸:角度尺寸在零件设计中需要进行特殊标注, 在公差标注过程中需要使用专用的角度公差符号。 (3) 工序尺寸:在零件设计中, 除了要对零件的线性尺寸和角度尺寸进行标注之外, 还需要对工序尺寸进行标注, 保证工序尺寸满足实际需要。 (4) 零件组装后, 再经过加工所形成的尺寸。在零件设计中, 不但要考虑零件本身的尺寸和公差, 还要充分考虑零件组装后的尺寸, 所以需要对加工后形成的尺寸公差进行考虑。 (5) 形状和位置几何要素。在零件设计过程中, 公差的选择和标记需要根
据形状和位置几何要素来确定, 必须保证公差能够满足形状和几何要素的要求。但是, 该标准不适用于以下尺寸: (1) 已在图样上给出公差的尺寸;通过了解发现, 以上的公差标准对图样中已经表明的公差不再适用, 避免公差重复标注。 (2) 用括号标明的参考尺寸或辅助尺寸;在零件图设计过程中, 凡是在图上已经标明的尺寸, 不需要再进行公差的标注, 可以直接套用。 (3) 用方框标明的理论正确尺寸:这些尺寸比较特殊, 我们可以将其看成临时标注, 不对其进行公差标注。 (4) 零件组装后构成的尺寸。由于零件组装后会改变零件的连接方式, 因此组装后的公差不需要进行重复标注。
四、机械设计中零件公差选用中需要注意的问题
为了保证机械设计中零件公差能够满足实际要求, 应在零件公差选用中把握公差选用原则, 做好公差的选用工作, 具体应做好以下几个方面工作:
1在公差选用中明确公差的精度要求
在机械设计中, 公差的选择和使用需要对精度作出具体要求。由于公差精度分为多个等级, 选择什么样的公差精度代表零件的加工精度定为哪一个等级。所以, 在公差选用中, 应明确公差的精度要求, 应根据零件的实际需要做好公差的精度选择, 保证精度满足实际需要。
2根据零件种类和要求合理选用公差
对不同的零件, 公差的选用是不同的。对于一些表面质量要求不高的零件, 公差精度可以低一些, 而对于零件表面质量要求较高的, 需要选择精度较高的公差才能满足实际要求。因此, 在公差选择中, 应根据零件的种类和要求合理选用公差, 提高零件的加工质量。
3在不同加工工艺条件下做好公差的选用工作
在机械设计的零件公差选择中, 许多零件由于加工工艺不同, 对零件的精度要求和工艺要求都不同, 因此在公差选用过程中, 就要特别注意根据加工工艺的实际需要选择公差, 保证公差满足实际需求, 达到提高零件加工质量的目的, 提高机械设计的整体质量。
4认识到公差选择对零件加工的重要性
从机械设计实际出发, 在零件设计过程中, 公差的选择是保证零件加工精度的和加工质量的重要因素。为此, 我们应明确零件设计中公差的重要性, 做好公差的选择工作, 达到提高机械设计质量的目的, 使零件公差能够具有一定的指导作用, 满足零件设计需要。
结论
通过本文的分析可知, 在机械设计中, 零件公差是保证整体设计质量的重要因素, 对零件设计十分重要。只有充分了解公差的选择范围、公差标准的适用范围和公差选用中需要注意的问题, 才能够达到有效提高机械设计质量的目的。因此, 我们应明确机械设计中零件公差的作用, 在机械设计中积极应用零件公差。
摘要：本文分析了机械设计中零件公差的选择, 探讨了机械设计中零件公差标准的适用范围与公差选用中需要注意的问题, 论述了机械设计中零件公差的运用。
关键词：机械设计,零件公差,公差选择
参考文献
[1]谭春晓.机械设计中形位公差的确定[J].电大理工, 2005 (02) .
合理选择公差提高零件加工经济性 篇4
关键词：轴承,配对,互换性
我单位加工制作的一种设备, 其设计来自国外, 零部件中的主轴和轴承座是自己加工, 使用的轴承为国外著名轴承供应商。长期以来, 主轴与轴承安装中存在需要配对的情况, 影响设备的产能和成本。另一方面, 使用的主轴公差为 (0.12, 0.15) 轴承座为 (-0.21, -0.266) , 其对应的公差带大小为0.03mm和0.056mm, 在加工过程中稍不注意就会造成废品, 最后导致的机加工成本可想而知!加工周期长、产能低就更不难理解了。为此我们用数学方法来研究主轴和轴承的公差配合互换性问题, 找到一个主轴公差设计方案, 以此解决以上所描述的情况。
1 定义、描述、表示
轴承的公差由轴承内圈公差、轴承外圈公差、轴承原始游隙公差、轴承工作游隙公差组成。一般是轴承制造商的制定的。
与轴承配合的公差由主轴公差和轴承座公差组成。在公差配合互换性的前提下, 一般来说, 主轴和轴承座尺寸公差带的大小范围是由轴承的公差决定的。
2 数学模型
2.1 与轴承公差配合的基本方程
轴承商除了要提供其轴承的公差指标, 还要提供其轴承的公差配合的基本方程, 该方程是保证轴承的安全和寿命的基本约束。对于此设备使用的轴承来说, 该方程定义如下:
其中变量A是主轴公差, B是轴承座公差, 其他的C、D、E、F都是轴承公差变量。C代表轴承内圈公差, D代表轴承外圈公差, E代表轴承原始游隙公差, F代表轴承工作游隙公差, 其公差数据如下:
2.2 求解主轴、轴承座公差 (Amin、Amax、Bmin、Bmax) 的数学模型
我们定义一个新变量G, 那末主轴、轴承座与轴承公差配合的基本方程可以表示成完全等价的两个方程组:
由于轴承公差变量C、D、E、F都是有界的, 因此新变量G也必然有界, 于是其最大值Gmax和最小值Gmin就决定了主轴公差变量A和轴承座公差变量B的上下界, 于是得到:
而分析可知Bmax的取值范围为:
根据方程 (4) 、 (5) 可以计算出主轴公差变量A和轴承座公差变量B的公差带的最大值, 这两个公差带最大值形成一个直角三角形, 两个直角边长就是主轴公差变量A和轴承座公差变量B的公差带的最大值。为了保证公差配合互换性, 公差变量A和轴承座公差变量B的公差带构成的矩形应该完全位于在这个直角三角形中, 而且当这个矩形的边长为三角形边长的一半时矩形的面积最大。于是我们得到主轴公差变量A和轴承座公差变量B的公差带的最佳值:
2.3 轴承座公差Bmax固定值的确定方案
从上一节, 我们不难将变量G可以看成是轴承公差变量C、D、E、F的线性函数。而变量C、D、E、F都是有界变量, 因此:
将Gmin和Gmax带入到方程 (6) 、 (7) 、 (8) 中得到:
Bmax的确定可考虑两个因素确定的:即尽可能在采用同样的膨胀率工艺的条件下轻易安装配合;Amin、Amax、Bmin、Bmax的绝对值尽可能大于或接近公差带大小, 并且数值精度尽可能低。在这个准则下我们建议取Bmax=-0.1, 这时可计算得到
3 结语
轴类零件形位公差的确定 篇5
一、形位公差项目的确定
确定形位公差项目时, 需要考虑零件的几何特征、功能要求、检测方便及经济性等因素。
1. 零件的几何特征
零件的几何特征不同, 会产生不同的形位误差。如对圆柱面选择圆柱度是理想项目;平面零件可选择平面度;槽类零件可选对称度;阶梯轴、孔可选同轴度等。
2. 零件的功能要求
一般来讲, 轴类零件的以下几个部位除了需要控制尺寸公差外, 还要提出形位公差要求:
(1) 轴的支承面, 它的形状和位置正确与否直接影响轴的运转精度。因此应对两轴颈分别提出圆柱度要求, 同时, 要限制两轴颈同轴度误差。另外, 准60r6处与齿轮孔配合, 准42r6处连接链轮, 这两段轴线若不与两处轴颈的公共轴线同轴, 会影响齿轮的啮合精度, 产生振动和噪声, 应分别提出同轴度要求。
(2) 轴的定位面, 它的形位精度将影响轴上零件的定位 (周向和轴向定位) 。轴向定位如对齿轮、轴承的定位轴肩, 应提出相对于两轴颈公共轴线的垂直度要求。周向定位如两键槽面, 考虑键受载均匀性及装拆难易程度, 应提出对称度要求。
3. 检测的方便性
确定形位公差特征项目时, 要考虑到检测的方便性与经济性。
二、形位公差值的确定
形位公差值的确定一般是根据零件的功能要求, 并考虑加工的经济性和零件的结构、刚度等情况进行的。选择公差值的常用方法是类比法, 采用类比法时应考虑以下情况:
1. 同一要素上给出的形状公差值应小于位置公差值, 位置公差值应小于尺寸公差值。t形状<t位置<t尺寸。
2. 采用包容原则时, 由于包容原则主要用于保证配合性质的要素, 用尺寸公差限制形状误差。在尺寸公差为IT5~IT8范围内, 形状公差值通常取尺寸公差的0.25~0.65;对于圆度和圆柱度一般可按尺寸公差同级选取。
3.在满足零件功能要求的前提下, 考虑到零件结构特点和加工难易程度, 对于刚性差的零件 (如细长轴、薄壁件) 和跨距大的轴孔等可适当降低1~2级使用。
4. 形位公差与表面粗糙度的关系::对中等精度零件, 表面粗糙度Ra值占形状公差的0.2~0.25。
根据该轴的功能要求, 参考形位公差的应用举例, 选择形位公差等值如下: (1) 两轴颈与Po级滚动轴承配合, 选圆柱度6级;径向圆跳动6级。 (2) 轴承、齿轮的轴肩定位端面圆跳动为7级。 (3) 与齿轮、链轮配合处圆跳动7级。 (4) 键槽工作面的对称度为8级。各公差数值如图所示。
三、公差原则的选择
公差原则是确定形位公差与尺寸公差关系的原则。对减速器轴, 两轴颈准55K6与Po级轴承配合, 准60r6、准42r6分别与齿轮和带轮配合, 为了保证配合性质, 均应选用包容原则。为保证轴承套圈的几何精度, 在遵守包容要求的情况下进一步提出圆柱度公差要求。
四、基准的选择
一般选择基准时, 要考虑要素的功能要求及要素间的几何关系。轴类零件, 通常以两个轴承为支承运转, 从功能要求和控制其他要素的位置精度来看, 应选两轴颈的公共轴线为基准。两键槽分别以其自身的轴线为基准, 以保证装配方便。
机械零件设计中形位公差的确定是一项非常复杂的工作, 理论性和实践性都十分强, 设计人员必须在正确的理论指导下, 吸收先进产品的经验, 不断实践, 只有这样, 才能使零件的形位公差确定得更为合理, 也更经济。
摘要：形位公差和尺寸公差一样是评定产品质量的一项重要指标。本文以常见的轴类零件为例, 详细分析了形位公差的公差项目、公差值、基准和公差原则的选择和方法。
关键词：形位公差,轴类零件,功能要求,经济性
参考文献
[1]陈于萍.《互换性与技术测量》.高等教育出版社.
[2]焦建雄.《极限配合与技术测量》.中南大学出版社.
公差原则在机械零件设计中的应用 篇6
一、公差原则的应用
独立原则是最基本的公差原则, 它在机械零件的几何精度设计中应用得最为广泛, 它是指图样上给定的形位公差与尺寸公差相互之间没有关联, 分别满足各自公差要求。尺寸公差不控制形位误差, 只控制局部实际尺寸不超过图样上给定的极限尺寸, 而形位公差与实际尺寸大小没有关系, 只控制局部的形状、方向或位置。其合格条件为:
孔:f≤t, D m a x≥D a≥D m i n;轴:f≤t, dmax≥da≥dmin。
式中:f—形位误差值;t—形位公差值;Da、da—孔、轴局部实际尺寸;Dmax、dmax—孔、轴最大极限尺寸;Dmin、dmin———孔、轴最小极限尺寸。
它通常应用于以下情况:
1、尺寸与形位精度需要分别满足各自要求, 相互之间没有直接的关联, 互不影响, 如:
齿轮箱体孔的尺寸精度与各孔轴线的平行度之间没有直接关联, 就需要采用独立原则。
2、尺寸与形位精度要求相差很大, 如:
印刷机的滚筒为了保证印刷时接触均匀, 对滚筒圆柱度公差要求很高, 而对其直径要求并不高, 这种情况应采用独立原则, 分别规定公差。
3、对单项功能有特殊要求、需要尺寸与形位精度互不影响的要素。
如, 活塞与气缸套的密封性, 主要取决于活塞环和气缸套的形状精度, 与气缸套内圆的圆度公差以及尺寸公差没有太多的关联, 要按照独立原则给定。
4、配合要求底甚至没有的要素, 如:
零件的外形尺寸、管路尺寸、线材和板材的尺寸等等, 对配合要求较低, 有的甚至没有配合要求, 对此采用独立原则。
5、对于批量小的零件, 如果采用特制的量规进行测量势必会加大成本, 为了测量简便, 降低成本, 可以采用独立原则, 对尺寸误差、形位误差均可用通用量仪进行测量。
独立原则是最基本、应用最广泛的公差原则, 采用独立原则, 通常都能够保证产品的基本功能, 但是有时会使得产品的工艺性、经济性降低。为了使得产品的工艺性和经济性获得最佳效果, 在机械零件设计中还必须应用相关要求。
二、相关要求及其应用
1、包容要求及其应用
包容要求是用最大实体边界来控制实际要素, 控制方法是用模拟最大实体边界的全形量规来检测, 由于量规结构简单、使用方便、检验效率高, 特别适用于大批量生产的场合。
根据包容要求, 实际轮廓要素不得超出最大实体边界, 其目的是为了保证配合性质, 满足设计功能要求, 为此, 被测要素的实际尺寸、形状与位置误差均应在此包容面之内, 具体而言:当实际轮廓要素尺寸处于最大实体尺寸时, 不允许中心要素有形状误差;当实际轮廓要素尺寸偏离最大实体状态时, 允许中心要素存在形状误差;实际轮廓要素处于最小实体尺寸时, 中心要素允许的形状误差可以达到最大值。由此不难看出, 包容原则主要应用于对间隙有较高要求的场合, 譬如, 柴油机曲轴的连杆轴颈与连杆大头孔之间的间隙, 为了保证油膜的形成以及提高油膜的承载能力, 这种间隙既不能过小, 也不能过大:间隙过小, 油膜不能形成或者太薄, 就会使得摩擦力很大, 导致咬合, 拉伤轴瓦, 甚至出现发热卡死现象;间隙过大, 又会使得冲击力很大, 这对零件的使用寿命以及动力性均产生不利影响, 因此, 为了保证适量的配合间隙, 必须使用包容原则。
由于采用包容原则, 尺寸公差与形位公差的补偿可以在最大实体边界内随不同的工艺变化而变化, 形位精度要求低, 尺寸控制就严, 为此, 尺寸公差要多压缩一些, 反之, 如果形位精度要求高, 为使得尺寸公差变化余地多一些, 则尺寸公差要少压缩, 因此, 包容原则是一种相对比较经济的公差要求, 尺寸公差和形位公差的分配可以根据工艺灵活掌握。
2、最大实体要求及其应用
一般说来, 当孔和轴处于最大实体尺寸, 并且孔和轴的形状或位置误差也达到最大时, 孔和轴的装配就面临最不利的装配状态。为了保证孔和轴装配时不比这种最不利状态还差, 就要应用最大实体要求。最大实体要求是可以用于被测要素、基准要素或者同时应用于被测要素与基准要素的公差要求。依据最大实体要求, 实际轮廓要素要处处遵守最大实体实效边界, 即实际轮廓要素在给定长度上不超出最大实体实效边界。在被测要素或基准要素偏离最大实体状态时, 其形状、定向、定位公差能够得一定的补偿。尺寸偏离最大实体尺寸越多, 允许的形位公差值越大。
最大实体要求在保证装配互换的场合应用得比较广泛, 它可以增大成品率, 提高工艺经济性。譬如轴承盖、箱体盖, 机体、法兰上的螺栓连接孔等, 这类零件只要求螺栓或螺钉等能自由通过, 即可保证装配互换, 在这种情况下, 采用最大实体要求, 既能满足功能上的要求, 又能够提高零件的合格率, 从而使得制造成本大大降低。
3、最小实体要求及其应用
最小实体要求的目的是为了保证零件的最小壁厚和设计强度, 它要求实际轮廓要素处处不超出最小实体实效边界, 且其实际尺寸不超出极限尺寸。
最小实体原则主要用于轴线或中心平面这类的关联中心要素, 主要考虑的是尺寸公差与位置度公差之间的相互关系, 当被测要素的实际尺寸偏离最小实体尺寸, 允许以位置度公差的增大来补偿尺寸公差的偏离。当其应用于孔组系列, 可以保证两孔之间最薄的壁厚大一点, 即按照最小实体要求加工孔可以保证零件的最小壁厚和强度, 从而保证零件的质量。
值得一提的是, 可逆要求也可以应用到最小实体要求, 这时, 不但可以用形位公差补偿尺寸公差的偏离量, 也可以用尺寸公差补偿形位公差的偏离量, 这样就使得零件的加工更加经济合理。
三、公差原则的选用
公差原则与零件加工及检验的难易, 以及经济效益的好坏密切相关。由于不同的公差原则可满足不同的功能要求, 对于不同的功能要求, 只有选择合适的公差原则, 才能在工艺性和经济性上取得最佳效果, 在各个公差原则或者公差要求的选用上, 必须根据功能要求以及配合性质选择公差原则或相关要求, 做到具体问题具体分析, 并且灵活使用。
机械零件设计中形位公差的合理选择 篇7
在机械零件的设计过程中, 需考虑形位公差项目的合理选择, 这不仅是设计工作的要求, 同时考虑在加工过程中由于工件、刀具、夹具及工艺操作等因素的影响会使加工零件的各几何要素产生一定的形状误差和位置误差, 而几何要素的形位误差会直接影响机械产品的工作精度, 运动平稳性、密封性、耐磨性, 使用寿命和可装配性等。因此, 为了满足零件的使用要求, 保证零件的互换性和制造经济性, 要综合考虑, 合理选择形位公差, 保证产品质量, 优化零件制造、检验和装配过程, 提高生产率, 降低生产成本。
1 形位公差的选择原则
选择形位公差应充分保证零件的质量要求, 尽可能方便生产, 同时获得最佳经济效益。主要表现在:零件的几何特征, 零件的使用要求, 测量的方便性, 形位公差的综合控制功能。
1.1 零件几何特征
形位公差项目的选择的出发点随要素的几何特征, 零件的结构特点和使用要求不同而变化。同一被测要素通常有若干形位公差项目可供选择, 对圆周柱面就有圆度、圆柱度, 素线的直线度、同轴度、位置度、圆跳度等形位公差项目可供使用。选择不同的形位公差项目, 对零件的加工方法、检测方法及评定方法都会产生不同的影响。所以, 在保证零件功能的前提下, 应根据不同的生产条件、检测条件和有利于生产等合理选择形位公差项目。
1.2 零件的使用要求
在确定形位公差项目时, 应分析形位误差对零件使用性能的影响。有的影响配合性质 (如转轴的正截面内各处间隙不均匀) , 有的影响可装入性 (如箱盖上各螺栓孔的位置度误差过大) , 有的影响密封性 (如齿轮泵盖的平面度误差过大) 等。只有对零件使用性能有显著影响的误差项目, 才规定形位公差。例如, 机床导轨的直线度误差会影响与之结合零件的运动精度, 故应规定直线度公差;齿轮箱上各轴承孔轴线的平行度误差, 会影响齿轮的接触精度和齿测间隙的均匀性, 因此, 应规定平行度公差。设计时, 应尽量减少在图样上标注的形位公差项目, 对于那些对零件使用性能无影响或影响不大而能由尺寸公差控制的形位公差项目, 以及一般机械加工能控制的形位误差项目, 在图样上则不必标注形位公差, 但应遵守国家标准《形状和位置公差, 未注公差规定》 (GB/T1184—1996) 中的规定。
1.3 测量的方便性
考虑零件测量的方便性, 如齿轮箱中传动轴的两支承轴颈, 根据其几何特征及使用要求, 应规定圆柱度公差和同轴度公差, 但为了便于测量, 可用径向圆跳动 (或全跳动) 公差代替;对于长度与直经之比较大的圆柱形零件, 从综合控制形状误差的角度出发, 应标注圆柱度公差。但目前圆柱度误差难于检测, 故为测量方便, 可考虑分别用圆度、素线直线度和平行度等项目代替。
1.4 形位公差的综合控制功能
圆柱度公差可以控制该要素的圆度误差、定向公差可以控制与其有关的形状误差, 定位公差可以控制与其有关的定向误差和形状误差, 跳动公差可以控制与其有关的定位, 定向和形状误差。因此, 对同一被测要素规定了圆柱度公差, 一般就不再规定圆度公差;规定了定向公差, 通常就不再规定与其有关的形状公差等。
2 形位公差的具体应用
现有一个滚动轴承的装配, 为了保证其装配性质, 应分别对箱体座两孔和的尺寸精度和形位精度提出较严要求, 既要保证配合性质, 又要保证装配性 (装配中保证装配互换和最小间隙) 。
第一种标注 (如图1所示) , 在小批量生产时, 同轴度公差采用独立原则标注。
此时被测孔和基准孔的实际尺寸在其公差带内无论怎么变动, 都与被测孔的同轴度允差没有关系, 它的允许值始终是ф0.02mm。按GB/T1958—80《形状和位置公差检测规定》可用圆度仪、三坐标测量装置、坐标测量装置、专用芯轴带千分表打跳动等方法来检测。前三种方法设备价格贵, 非重要零件很少应用, 或仅用于抽检。生产中, 通常采用专用芯轴带千分表打跳动来检测。为满足大批量生产的要求, 我们对该零件形位公差标注进行探讨, 从而找出最佳方法。如图2所示。
第2种标注 (标注法见图2中2) 是采用被测要素零形位公差, 基准要素不相关的方式。在零件被测孔为最大实体尺寸时, 允许公差值为零。当被测孔偏离最大实体尺寸时, 形位公差可以获得补偿值t2, 其补偿量来自尺寸公差, 补偿量的计算公式为t2=|MMS-Da|。当被测孔为最小实体尺寸时, 允许形位公差最大值为0.03mm。
第3种标注 (标注法见图2中3) 是采用最大实体要求应用于被测要素, 基准要素不相关的方式。在零件被测孔为最大实体尺寸时, 允许公差值为ф0.02mm。当被测孔为最小实体尺寸时, 允许公差值最大为ф0.05。
第4种标注 (标注法见图2中4) 是采用最大实体要求应用于被测和基准要素的方式, 且被测要素为零形位公差。在零件被测孔为最大实体尺寸时, 允许公差值为零。当被测孔偏离最大实体尺寸允许有形位公差存在, 其值等于|MMS-Da|;当被测孔为最小实体尺寸时, 允许公差值为ф0.03。当基准孔为最小实体尺寸时, 基准轴线允许浮动, 最大浮动量为ф0.03mm。
第5种标注 (标注法见图2中5) 是采用最大实体要求应用于被测和基准要素的方式。在零件被测孔为最大实体尺寸时, 允许公差值为ф0.02mm。当被测孔偏离最大实体尺寸允许有形位公差存在, 允许公差值为t2=t给+t2 (MMS-Da) ;当被测孔为最小实体尺寸时, 允许公差值为ф0.05mm。当基准孔为最小实体尺寸时, 基准轴线允许浮动, 最大浮动量为ф0.03mm。
第6种标注 (标注法见图2中6) 是采用独立原则和被测要素零形位公差联合标注的方式。当被测孔为最大实体尺寸时, 允许公差值为零。当被测孔的实际尺寸在其尺寸公差范围内增加时, 允许公差随之增加;当公差值增加到ф0.02mm后, 独立公差就起作用, 此时无论被测孔实际尺寸在其尺寸公差范围内怎么变动, 其同轴度允差值都为ф0.02mm。因此, 最大同轴度允差值为ф0.02mm。
第7种标注 (标注法见图2中7) 是采用独立原则和被测要素最大实体要求联合标注的方式。当被测孔为最大实体尺寸时, 同轴度允许公差值为ф0.01mm。当被测孔的实际尺寸在其尺寸公差范围内增加时, 允许公差随之增加。当公差值增加到ф0.02mm后, 独立公差就起作用, 此时无论被测孔实际尺寸在其尺寸公差范围内怎么变动, 其同轴度允差值都为ф0.02mm。因此, 最大同轴度允差值为ф0.02mm。
通过以上标注的分析, 考虑检测因素, 批量生产用量规较方便, 根据GB/T8069—1998《功能量规》规定:功能量规是当最大实体要求应用于被测要素和 (或) 基准要素时, 用来确定它们的实际轮廓是否超出边界 (最大实体实效边界或最大实体边界) 的全形通规。那么, 当最大实体要求应用于被测要素和 (或) 基准要素时, 我们就可用功能量规检测同轴度误差。该办法切实可行, 且检测效率高。问题关键是最大实体要求标注的同轴度公差应与独立公差标注时等效。
综上所述:第6种和第7种标注形式与第1种独立公差标注相比, 既可达到设计意图 (即装配中保证了装配互换和最小间隙) , 又降低了加工成本, 还可采用功能量规进行检测, 改变了独立公差标注用千分表检测的方法, 适合于大批量生产。因而采用此种方法设计功能量规, 用功能量规检测零件同轴度, 在生产中能实现快速检测且能满足生产要求。
以上第2、3、4、5种标注方式, 虽然都能采用功能量规检验, 可提高检测效率, 但零件精度降低了, 不符合原设计要求。
3 同轴度标注方式对比表
箱体座几种同轴度标注方式对比, 见下表。
4 结论
零件公差 篇8
在几何尺寸的变型设计方法上,已经进行了相关研究[1,2,3,4]。对装配件几何尺寸变型设计的研究也取得了一些研究进展[5,6,7,8]。
公差是联系零件设计与制造的桥梁,在实际生产中,不仅需要实现零件几何尺寸变型,同时需要实现尺寸公差变型设计。纪杨建等对尺寸精度变型设计做了一些研究,提出了基于事物特性表的公差模型变型设计[9]。
本文在对基于参数化技术的公差建模方法进行分析后,提出一种基于参数化技术的零件尺寸公差变型设计方法,并将尺寸公差变型设计方法与几何尺寸变型设计方法进行集成,实现零件几何尺寸与尺寸公差的同步变型设计。
1 零件尺寸公差变型设计方法
1.1 零件尺寸及尺寸公差参数化建模
参数化设计一般是用一组参数来表示尺寸值或尺寸约束关系,通过修改设计对象的尺寸参数来驱动模型变型,其核心是尺寸参数驱动。在三维参数化设计软件中(如SolidWorks),不仅可以将尺寸设定为参数,而且可以将尺寸公差(尺寸公差代号或尺寸公差值)设定为参数,通过给参数赋值来达到修改尺寸公差的目的。利用三维参数化设计软件,建立零件三维模型。用参数化设计的思想对模型的尺寸及尺寸公差进行参数分析,建立尺寸参数之间的关联和约束,建立尺寸公差参数与尺寸参数之间的关联关系,得到比较完整的零件参数化模型。
本文以齿轮箱输出轴零件为例,对该零件的尺寸参数及尺寸公差参数进行分析,建立如图1所示的轴零件参数化模型。
在图1中,T表示尺寸精度参数。D、L、R、C等表示零件的尺寸参数。如果尺寸参数与尺寸精度参数位于同一尺寸线的一侧或分别位于同一尺寸线的两侧,则尺寸参数表示该尺寸线所表示的零件尺寸的基本尺寸,尺寸精度参数表示该尺寸线所表示的零件尺寸的尺寸公差代号。由于D1、T1位于表示轴的小端轴径的尺寸线的同一侧,则D1表示轴的小端直径的基本尺寸,T1表示该尺寸的尺寸公差;尺寸L12表示键槽宽度尺寸的基本尺寸,T6表示该尺寸的尺寸公差。
1.2 零件尺寸公差变型设计方法
本研究基于等精度原理的尺寸公差变型设计方法。等精度原理是指在变型设计前后,零件各个尺寸的尺寸公差等级及公差代号均保持不变。零件尺寸公差变型设计方法及步骤如下:①利用三维参数化软件提供的二次开发函数进行二次开发,编制程序三维参数化软件,提取零件尺寸变型前的尺寸及其公差信息。如果零件的公差信息为公差代号,则提取该尺寸的尺寸公差代号并保存,根据尺寸公差代号直接得到尺寸公差等级。如果尺寸公差信息为尺寸的上、下偏差信息,则提取该尺寸的上、下偏差信息,并根据提取的尺寸值大小,确定尺寸的尺寸公差等级及其尺寸公差代号。例如,在SolidWorks中,可以通过系统提供的二次开发函数DimensionTolerance->GetValue(&Retval)获取尺寸的上偏差,通过函数DimensionTolerance->GetValue (&Retval)获取零件的下偏差,然后计算得到零件的公差,根据尺寸大小查表得到尺寸的公差等级。②根据提取或查表得到的尺寸公差等级与尺寸公差代号以及变型后的尺寸值,确定变型尺寸的上、下偏差值。③利用三维参数化设计软件提供的二次开发函数,将得到的尺寸公差的上、下偏差信息标注到变型后的尺寸参数上,实现尺寸公差变型设计。例如,在SolidWorks中,可以通过系统提供的二次开发函数DimensionTolerance->SetValues (MinValue,MaxValue,&Retval)将尺寸公差标注到相应的尺寸上,实现尺寸公差变型设计。
假设在如图1所示的零件中,尺寸D1的尺寸标注信息为,利用三维参数化软件提供的二次开发函数,提取零件的尺寸及其尺寸公差信息,可以得到D1的基本尺寸为42mm,其上、下偏差分别为+0.05 mm和+0.034 mm,根据提取的尺寸值及其上、下偏差信息,通过查取公差信息数据库中的有关表格,可以得到该尺寸的公差代号为r6。假设D,在尺寸变型后,其基本尺寸从42 mm改变为60 mm,根据得到的尺寸公差代号r6及变型后的尺寸值,可以得到变型后的尺寸公差信息如下:下偏差为+0.041 mm,上偏差为+0.06 mm。将变型后的尺寸公差信息标注到变型后的尺寸上,得到变型后的尺寸及其尺寸公差信息为,实现尺寸公差变型设计。
2 零件尺寸及尺寸公差集成变型设计方法
将尺寸公差变型设计方法与尺寸变型设计方法进行集成,得到一种零件尺寸与尺寸公差集成变型设计方法,实现零件尺寸与尺寸公差的同步变型设计。具体步骤如下。
(1)建立零件参数化模型。利用三维参数化设计软件,建立零件三维模型。对零件尺寸参数进行分析,确定零件各个尺寸参数所属的类型。在变型设计中,可将零件尺寸分为可变尺寸、不变尺寸和导出尺寸。可变尺寸是指在变型设计中,设计者可以改变的尺寸参数,也就是通常意义上的设计参数。导出尺寸是指由其他尺寸计算出来的尺寸参数,导出尺寸的尺寸值完全由其他尺寸的尺寸值决定。不变尺寸是指在变型设计前后,尺寸值保持不变的尺寸参数。在对尺寸参数进行分类以后,需要建立各个尺寸参数之间的约束关系,建立尺寸约束关系表达式。特别是需要建立导出尺寸与可变尺寸及不变尺寸之间的尺寸约束关系及其约束表达式。在对尺寸参数进行分析后,对各个尺寸的尺寸精度等级进行分析,确立各个尺寸的尺寸精度等级。将零件的各个尺寸及其尺寸精度等级设定为参数,建立零件的参数化模型。某减速器输出轴的零件参数化模型如图1所示。
(2)提取变型前零件的尺寸名称、尺寸值及尺寸公差值,并保存到数据库。在二次开发中,可以提取零件的尺寸名、尺寸值及尺寸公差信息,并将提取的信息保存到数据库中。例如,在SolidWorks中,利用二次开发函数pDimension->getFullName (&Retal)可以获取尺寸名,利用函数pDimension->IGetU serValueIn2 (m_iModelDoc,&dim_value)可以获取尺寸值,而尺寸公差信息可按文中1.2中所述的方法获取。
(3)零件几何尺寸变型设计。根据客户需求及零件几何尺寸变型设计方法,进行零件几何尺寸变型设计。具体方法可参阅文献[2]和文献[6]。
(4)尺寸公差变型设计。①确定尺寸公差值。根据提取的尺寸信息及尺寸公差信息,确定各个尺寸的尺寸公差等级,按等精度原则,确定各个尺寸在尺寸变型后的尺寸公差值。②尺寸公差标注。利用三维参数化设计软件提供的二次开发函数编制程序,将变型后的尺寸公差信息赋给相应的尺寸,并标注到相应的尺寸上,实现尺寸公差变型设计。
(5)模型重建。在完成尺寸及尺寸公差变型设计后,重建零件三维参数化模型并进行保存,得到尺寸与尺寸公差变型后的新零件。
3 系统实现与应用举例
3.1 系统实现
以三维参数化设计软件SolidWorks为例。利用SolidWorks二次开发接口与二次开发函数,用VC++软件编制程序,对SolidWorks进行二次开发,开发了与SolidWorks有机集成的零件尺寸与尺寸公差集成变型设计插件。添加了零件尺寸与尺寸公差集成变型设计插件的SolidWorks界面如图2所示。
3.2 应用举例
以减速器输出轴为例,对提出的零件尺寸与尺寸公差集成变型设计方法及开发的变型设计插件进行应用验证。具体运行界面如图3、图4、图5所示。
图3为轴类零件变型前的初始参数化模型。图4为对可变尺寸参数进行修改。如果实际设计工作需要,也允许对尺寸之间的尺寸约束关系进行修改,但一般不建议修改尺寸约束关系。图5为尺寸及尺寸公差变型后的新零件参数化模型。由图5可以看出,变型后的零件模型,不但尺寸参数改变,而且尺寸参数的尺寸公差信息也改变。
4 结论
本文对尺寸公差变型设计技术进行了研究,提出了一种基于参数化技术与等精度法的尺寸公差变型设计方法,将尺寸公差变型设计方法与零件尺寸变型设计方法进行集成,提出了一种零件尺寸与尺寸公差集成变型设计方法。同时利用VC++和SolidWorks二次开发函数,开发了与SolidWorks集成的尺寸与尺寸公差集成变型设计插件,并以某减速器输出轴零件为例,对提出的方法及开发的变型设计插件进行了应用验证。结果表明,提出的零件尺寸与尺寸公差集成变型设计方法可以实现零件尺寸与尺寸公差的同步变型设计,提高了零件变型设计的速度、质量及其实用性。
摘要：文章提出了一种基于参数化技术的零件尺寸公差变型设计方法。对零件参数化模型中的尺寸公差信息表达、提取与标注方法进行了研究,将尺寸公差变型设计方法与尺寸变型设计方法进行集成,实现了零件尺寸与尺寸公差的同步变型设计。利用VC++软件,对三维参数化设计软件SolidWorks进行二次开发,开发了与SolidWorks集成的零件尺寸与尺寸公差集成变型设计插件。以轴类零件为例,对提出的方法和开发的插件进行了应用验证。
关键词：参数化设计,变型设计,尺寸公差,二次开发
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