孔、轴的公差配合与检测
(2013-04-08 12:22:54)基本术语及定义
1、关于轴承中孔和轴的定义
孔:指圆柱形的内表面及单一尺寸形成的内表面。
轴:指圆柱形的外表面及单一尺寸形成的外表面。
2、关于尺寸的术语及定义
(1)基本尺寸(D、d):是设计确定的尺寸。它是零件的强度、刚度和结构设计,竟圆整后确定的标准尺寸。
(2)实际尺寸(Da、da):就是测得尺寸。由于形状误差的存在,所以被测表面各处的实际尺寸不尽相同;由于测量误差的存在,所以实际尺寸不一定是被测尺寸的真值,而是一个近似于真值的尺寸。
(3)极限尺寸:
极限尺寸是指允许尺寸变化范围的两个界限尺寸。其中,大者称为最大极限尺寸;小者称为最小极限尺寸。
(4)最大、最小实体尺寸:
最大实体尺寸是指在尺寸公差范围内,含材料最多状态下的尺寸。对于孔而言它是最小极限尺寸;对于轴它是最大极限尺寸。
最小实体尺寸是指在尺寸公差范围内,含材料最少状态下的尺寸。对于孔它是最大极限尺寸;对于轴它是最小极限尺寸。
(5)作用尺寸:轴承
轴的作用尺寸是指在结合的全长上,与实际轴外接的最小理想孔的尺寸。如图3-2(a)所示。
孔的作用尺寸是指在结合的全长上,与实际孔内接的最大理想轴的尺寸。如图3-2(b)所示。
(1)尺寸偏差
尺寸偏差有实际偏差、极限偏差之分。
实际偏差:指实际尺寸与基本尺寸之差。
极限偏差:极限尺寸与基本尺寸之差称为极限偏差。最大极限尺寸减去基本尺寸是上极限偏差尺寸公差,简称上偏差(ES,es);最小极限尺寸减去基本尺寸是下极限偏差(EI,ei),简称下偏差。
一般说来,极限偏差是合格性的判据,实际偏差在极限偏差范围内时,则被检尺寸合格。
(2)尺寸公差及公差带
尺寸公差(简称公差):是允许尺寸的变动量,见图3-3(a)所示。公差、极限尺寸、极限偏差的关系为:
孔公差
轴公差
由于公差是允许尺寸的变动范围,而工件尺寸是经过加工获得的,公差值的大小反映了加工后允许工艺尺寸的分散范围,所以公差值的大小一定程度上代表了加工的难易程度。
尺寸公差带及公差带图:
像图3-3(a)这种表示很烦琐,并且也很不成比例。为了清楚的表示公差、极限尺寸、极限偏差的关系,采用图3-3(b)的表达方法,此图清楚明了,便于研究,这样的图就是公差带图。在公差带图上从下偏差到上偏差的区域叫做公差带。
(3)基本偏差
基本偏差一般是指在公差带图上靠近零线的那个极限偏差。
4、有关配合的术语及定义
(1)配合
配合是指基本尺寸相同,相互结合的孔轴公差带之间的关系。
(2)间隙与过盈
在孔与轴的配合中,孔的尺寸减去轴的尺寸所得的代数差,当差值为正时叫做间隙,当差值为负叫做过盈。
(3)配合种类
根据相结合孔、轴的公差带关系,配合分为三大类:
① 间隙配合
是指孔的公差带完全在轴的公差带之上,具有间隙(包括最小间隙为零)的配合。如图3-4所示。
间隙配合的性质用最大间隙Xmax、最小间隙Xmin和平均间隙Xav来表示。
是指孔的公差带完全在轴的公差带之下,具有过盈(包括最小过盈为零)的配合。如图3-5所示。
Ymin=Dmax-dmin=ES-ei
Ymax=Dmin-dmax=EI-es
Yav=(Ymax+Ymin)/2
③ 过渡配合
是指孔的公差带和轴的公差带相互交叠,可能具有间隙或过盈的配合。如图3-6所示。
过渡配合的性质用最大间隙、最大过盈和平均间隙或平均过盈来表示。
(4) 配合公差。
配合公差是指允许间隙或过盈的变动量。它表示配合精度,是评定配合质量的一个重要指标。其计算式如下
对于间隙配合
对于过渡配合
对于过盈配合
不难算出无论是何种配合,其配合公差都是孔和轴公差之和。即
此式表明,配合精度(配合公差)取决于相互配合的孔和轴的尺寸精度(尺寸公差)。在设计时,可根据配合公差来确定孔和轴的尺寸公差。轴承
5、基准制
在生产实践中,需要各种不同的配合,就需要各种不同的孔、轴公差带来实现。为了设计和制造上的方便,把其中孔公差带(或轴公差带)的位置固定,用改变轴公差带(或孔公差带)的位置来形成所需要的各种配合。这种制度称为基准制。
GB1800-79规定了两种平行的基准制:基孔制和基轴制。
基孔制是指孔的公差带位置一定,与不同位置的轴的公差带形成各种配合的一种制度,如图3-7(a)所示。
基孔制的孔为基准孔,它的公差带在零线的上方,基本偏差为下偏差且等于零。
基轴制是指轴的公差带位置一定,与不同位置的孔的公差带形成各种配合的一种制度,如图3-7(b)所示。
基轴制的轴为基准轴,它的公差带在零线的下方,基本偏差为上偏差且等于零。
《公差与配合》国家标准四一项用于尺寸精度设计的基础标准。在机械产品中,常用尺寸为小于或等于500mm的尺寸,该尺寸段在生产实践中应用最广。
从上述的术语和定义可知,各种配合是由孔和轴公差带之间的关系决定的,而公差带的大小和位置则分别由标准公差和基本偏差决定,所以GB1800-79提出标准公差系列和基本偏差系列。
1、标准公差系列
(1)标准公差
标准公差GB1800-79规定的公差值。用IT表示。
(2)公差等级及标准公差系列值
在国家标准中,将标准公差等级分为20级,用IT和阿拉伯数字表示为IT01、IT0、IT1、IT2、…、IT18。其中IT01最高,等级依次降低,IT18最低。
标准公差值的大小与公差等级和基本尺寸有关。在同一尺寸段内,公差等级越高其标准公差越小;公差等级相同时,基本尺寸越大其公差值越大。
查取标准公差系列值时,不仅要注意公差等级和尺寸分段,还要注意尺寸分段是半开区间。
2、基本偏差系列
由前述我们已经知道,在公差带图上靠近零线的那个极限偏差为基本偏差。如果公差带在零线以下,则其基本偏差是上偏差;如果公差带在零线以上,则其基本偏差是下偏差;如果公差带在零线上,则两个极限偏差中绝对值小的那个极限偏差就是基本偏差。
为了满足各种不同配合的需要,GB1800-79对孔和轴分别规定了28种基本偏差代号,孔的基本偏差代号用大写英文字母表示,周的则用小写,且两大系列一一对应。
孔的基本偏差代号:A、B、…H、JS、J、…、ZA、ZB、ZC
轴的基本偏差代号:a、 b、…h、 js、j、… 、za、
zb、zc
这28种基本偏差代号反映28种公差带的位置,构成的基本偏差系列如图3-8所示。
A~G 基本偏差是下偏差EI(正值);H 基本偏差EI=0,是基准孔;
J~ZC基本偏差是
JS 极限偏差为±IT/2
轴的基本偏差系列特点:
a~g 基本偏差是上偏差es(负值);h 基本偏差es=0,是基准轴;
I~zc基本偏差是下偏差ei(除j外,其余皆为正值);
js 极限偏差为±IT/2
(2)基本偏差系列值
轴的基本偏差系列值可从基本偏差数值表中直接查取,仅有k的基本偏差值与精度等级相关;轴的基本偏差数值的大小与基本偏差代号和基本尺寸有关。
孔的基本偏差系列值是根据轴的基本偏差数值换算得来的。
A~G 基本偏差EI=-es;低于IT8级的K、M、N和低于IT7级的P~ZC,ES=-ei。
高于IT8(含IT8)级的K、M、N和高于IT7(含IT7)级的P~ZC,ES=-ei+Δ。Δ的值可从孔的基本偏差数值表中根据基本尺寸和精度等级查取。
3、公差带代号和配合代号及其在图样上的标注
公差带代号由基本偏差代号和公差等级代号组成,如:H8,h7,G9等。
配合代号由孔和轴的公差带代号组成,如:H8/e7,H8/h7,M8/h7等
零件图上,在基本尺寸之后标注公差带代号,或标注上、下偏差数值,或同时标注公差带代号及上、下偏差数值。如图3-9
(b)、(c)。
4、常用和优先公差带及常用和优先配合
GB1800-79规定了20个公差等级和28种基本偏差,其中基本偏差j仅保留j5至j8,J仅保留J6至J8,即:j限于4个公差等级,J限于3个公差等级。由此可以得到轴的公差带(28-1)×20+4=544种,孔公差带(28-1)×20+3=543种。这么多的公差带如都应用,显然是不经济的,不利于实现互换性。因此。GB1801-79对孔、轴规定了一般、常用和优先公差带。
国标中列出了孔的一般公差带105种,其中常用公差带44种,在常用公差带中有优先公差带13种;轴的一般公差带119种,其中常用公差带59种,在常用公差带中有优先公差带13种。
选用公差带时,应按优先、常用、一般公差带的顺序选取。若一般公差带中没有满足要求的公差带,则按GB1800-79中规定的标准公差和基本偏差组成的公差带来选取。
GB1801-79中还规定了基孔制常用配合59种、优先配合13种;基准制常用配合47种,优先配合13种。选用配合时,应按优先、常用的顺序选取。
5、线性尺寸的未注公差(一般公差)。
一般公差是指在车间普通工艺条件下机床设备一般加工能力可保证的公差。在正常维护和操作情况下,它代表车间的一般加工的经济加工精度。国家标准GB/T1804-92《一般公差线性尺寸的未注公差》代替了GB1804-79《未注公差尺寸的极限偏差》。
GB/T1804-92对线性尺寸的未注公差规定了4个公差等级:精密级、中等级、粗糙级和最粗级,分别用字母f、m、c和v来表示。而对尺寸也采用了大的分段。这4个公差等级相当于IT12、T14、IT16、IT17。
不论是孔和轴还是长度尺寸,其极限偏差都采用对称分布的公差带。标准同时规定了倒圆半径与倒角高度尺寸的极限偏差。
当采用一般公差时,在图样上只注基本尺寸,不注极限偏差,而在图样的技术要求或有关文件中,用标准号和公差等级代号作出总的说明。例如,当选用中等级m时,则表示为GB/T1804-m。
一般公差主要用于精度较低的非配合尺寸,一般可以不检验。当生产方和使用方有争议时,应以表中查得的极限偏差作为依据来判断其合格性。
3-3 尺寸精度设计方法
尺寸精度设计的实质是按照互换性的要求,依照国家标准在装配图上选择合理的配合,在零件图上标出合理的加工要求。公差与配合的选择是否恰当,对产品的性能、质量、互换性和经济性有着重要的影响。其内容包括选择基准制、公差等级和配合种类三个方面。选择的原则是在满足要求的条件下能获得最佳的技术经济效益。选择的方法有计算法、试验法和类比法。一般使用的方法是类比法。
一、基准制的选用
选择基准制时,应从结构、工艺性及经济性几个方面综合考虑。
1、优先选用基孔制
优先选用基孔制主要是从工艺上和宏观经济效益来考虑的。选用基孔制可以减少孔用定值刀具和量具的规格数目。
2、在下列情况下应选用基轴制
(1)在同一基本尺寸的轴上有不同配合要求。例如,发动机的活塞轴与连杆铜套孔和活塞孔之间的配合,如图3-10(a)所示。
(2)直接使用有一定精度(IT8~IT11)而不再进行机械加工的冷拔钢材(这种钢材是按基准轴的公差带制造)做轴。在这种情况下,当需要各种不同的配合时,可选择不同的孔公差带位置来实现。这种情况应用在农业机械和纺织机械中。
(3)加工尺寸小于1mm的精密轴比同级孔要困难,因此在仪器制造、钟表生产、无线电工程中,常使用经过光轧成形的钢丝直接做轴,这时采用基轴制较经济。轴承3、与标准件配合,应以标准件为基准件,来确定采用基孔制还是基轴制。
例如,滚动轴承的外圈与壳体孔的配合应采用基轴制,而其内圈与轴径的配合则是基轴制。
4、允许采用非基准制配合。非基准制配合是指相配合的孔和轴,孔不是基准孔H轴也不是基准轴h的配合。最为典型的是轴承盖与轴承座孔的配合。
二、公差等级的确定
我们已经知道公差等级的高低代表了加工的难易程度,因此确定公差等级就是确定加工尺寸的制造精度。所以确定公差等级时,要正确处理使用要求、加工工艺及成本之间的关系。确定公差等级的基本原则是,在满足使用要求的前提下,尽量选用较低的公差等级。
公差等级的选用一般采用类比法,也就是参考从生产实践中总结出来的经验资料,进行比较选用。选择时应考虑以下几个方面:
1、孔和轴的工艺等价性
孔和轴的工艺等价性是指孔和轴加工难易程度应相同。在常用尺寸段内,对间隙配合和过渡配合,孔的公差等级高于或等于IT8级时,轴比孔应高一级,如H8/g7,H7/n6。当孔的精度低于IT8级时,孔和轴的公差等级应取同一级,如H9/d9。对过盈配合,孔的公差等级高于或等于IT7级时,轴应比孔高一级,如H7/p6,而孔的公差等级低于IT7级时,孔和轴的公差等级应取同一级,如H8/s8。这样可以保证孔和轴的工艺等价性。实践中也允许任何等级的孔、轴组成配合。
2、相关件和配合件的精度
例如,齿轮孔与轴的配合,它们的公差等级取决于相关件齿轮的精度等级。与滚动轴承配合的轴径和外壳孔的精度等级取决与滚动轴承的精度等级。
3、加工成本
要掌握各种加工方法能够达到的精度等级,结合零件加工工艺综合考虑选择公差等级。各种加工方法能够达到的公差等级见下表,可供设计时参考。
公差等级