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第2章-3 孔轴的极限与配合讲解

时间:2019-08-27

  第2章孔、轴的极限与配合 ? 2.1 概述 ? 2.2 极限与配合基本术语 ? 2.3 极限与配合国家标准 ? 2.4 极限与配合的选择 ? 2.5 一般未注公差 1 2.4 极限与配合的选择 ? 选择原则:满足机械产品的使用性能要求前提下,尽量 制造经济合理。 ?选择内容: ? 基准制 ? 公差等级 ? 配合种类 H?h? H? ? H7 ?6 H7 6 H7 g6 2 一、基准制的选择 1、从工艺性和经济性出发,优先选用基孔制 选用基孔制可以减少孔用定值刀具和量具的规格数目。 2、下列情况下,应选用基轴制 ?当采用具有一定尺寸、形位精度和表面粗糙度的冷拉钢材 做轴,其外径不再经切削加工即能满足使用要求时,采用基 轴制。 ?同一基本尺寸的轴与多孔相配合,且配合性质要求不同时 3 活塞销和活塞与连 杆的配合,根据功 能要求,活塞销和 活塞的配合应为过 渡配合,而活塞销 与连杆的配合则应 为间隙配合。 4 5 6 ?与标准件配合时,应以标准件为基准件来确定基准制 7 8 ?有特殊需要时可采用非配合制配合 如:当机构中出现一个非基准孔(轴)和两个以上的轴(孔)配合时, 其中肯定会有一个非配合制配合。 如图所示,箱体孔与滚动轴承和轴承端盖的配合。 由于滚动轴承是标准件,它与箱体孔的配合选用基轴制配合,箱体孔 的公差带代号为J7,箱体孔与端盖的配合可选低精度的间隙配合J7/f9 , 既便于拆卸又能保证轴承的轴向定位,还有利于降低成本。 9 二、公差等级的选择 H? ? H7 6 原则:在保证零件使用要求的前提下,尽可能地考虑工艺的可 能性和经济性。 1.轴、孔的公差等级应相互适应 孔、轴公差选取应满足Tf≥TH+Ts。分配孔、轴公差要使 孔、轴的公差等级相适应,即考虑所谓的工艺等价性。 10 (1)在常用尺寸段,较高公差等级(8级或以上)时,考虑孔 的加工一般比轴困难,一般采用孔比轴低一级的配合。如 H7/f6、H7/s6。 (2)常用尺寸段,较低公差等级(8级)时,孔、轴加工难 易程度相当,推荐孔、轴采用同级配合,如H9/d9。 (3)在大尺寸段,孔的加工比轴难一些,而轴的测量相对比 孔难一些,一般采用孔、轴同级配合。 (4)在极小尺寸段(公称尺寸≤3mm)时,根据工艺的不同, 可选孔和轴同级、孔较轴高一级、孔较轴低一级。在钟表业, 甚至有孔的公差等级较轴的公差等级高2-3级。 11 2.公差等级与配合种类相关联 ? 公差等级的高低将影响配合的稳定性和一致性。 ? 对过渡和过盈配合:一般不允许其间隙或过盈的变动太大, 如果公差等级过低,可能会使过盈量超过零件材料的极限 强度。因此,在过渡或过盈配合中,孔、轴的公差等级应 有较高的精度。通常,孔可选标准公差≤IT8,轴可选标准 公差≤IT7。 ? 对间隙配合:可允许有较大的间隙变动范围,例如,配合 的孔、轴的公差等级可以选至IT12(参见表2-5、表2-6基 孔制、基轴制优先、常用配合)。但间隙小的配合,公差 等级应较高。而在较大的间隙配合中,公差等级可以低些。 例如,可选用H7/g6和H11/c11,而选用H7/a6则无实际意 义。 12 3.公差等级的高低应与典型零部件的精度匹配 ? 齿轮是比较常见的传动件。齿轮孔及与齿轮孔相配合的轴, 两者的公差等级取决于齿轮的精度等级。例如,齿轮的精 度等级为8级,一般取齿轮孔的公差等级为IT7,与齿轮孔 相配合的轴的公差等级为IT6。 ? 滚动轴承与轴颈和外壳孔配合的公差等级与滚动轴承的精 度等级有关,P0级(普通级)的轴承,要求轴颈的公差等 级为IT6、外壳孔为IT7。P6级的轴承,一般要求轴颈的公 差等级为IT5、外壳孔为IT6。 13 公差等级的应用 ? 表2-9 各公差等级的应用范围 应 块 量 配 合 尺 用 规 规 寸 01 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 特别精密零件的配合 非配合尺寸(大制造公差) 原 材 料 公 差 14 表2-10 各种加工方法的加工精度 加 工 方 法 研 珩 圆 平 金 金 拉 铰 车 镗 铣 刨、插 钻 滚 压 、挤 压 冲 压 压 铸 孔 刚 刚 石 石 磨 磨 车 镗 削 孔 磨 01 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 粉 末 冶 金 成 型 粉 末 冶 金 烧 结 砂 型 铸 造 、气 割 锻 造 15 三、配合的选择 H7 ?6 H7 g6 1、根据工作要求确定配合类别 (1)若工作时配合件之间有相对运动,选用间隙配合;相对速 度越大,间隙应越大。如单位压力大,则间隙要小。 (2)若配合件工作时无相对运动,且有定心要求或便于装拆, 应选用过渡配合。定心要求不高时,也可以用基孔制的小间隙配 合。采用过渡配合时,加键或销也可用于传递运动或载荷。 (3)装配后需要靠过盈来传递载荷的,应当选用过盈配合,传 动力大,过盈量要大。 16 2.确定非基准件的基本偏差 ? 当基准制和公差等级确定后,具体的间隙或过盈量的确定问 题也就是选择非基准件的基本偏差代号的问题。 ? 在基孔制配合中,对于间隙配合,其最小间隙等于轴的基本 偏差es的绝对值;对于过盈配合,在确定了基准孔的公差等 级后,按要求的最小过盈来确定轴的基本偏差ei,对过渡配 合,在确定了基准孔的公差等级后,可由最大间隙量确定轴 的基本偏差ei。 17 表2-13 基孔(或基轴)制配合时,轴或孔的基本偏差与公差值和极限间隙 或过盈的关系 基准制 配合性质 间隙配合 基孔制 基本偏差 es 计算公式 es= -Xmin 过渡配合 过盈配合 ei ei ei=Th-Xmax ei=Th+Ymin 间隙配合 基轴制 过渡配合 过盈配合 EI ES ES EI=Xmin ES= Xmax–TS ES=Ymin –Ts 18 四、在选择配合的时候要注意的问题 1. 孔、轴的工作环境温度对配合的影响 ? 图样上极限与配合的标注是以标准温度20℃时工件的状态为 准,检验结果也应以20℃的为准。 ? 实际工作温度低于或高于20 ℃时。由热变形引起的间隙或过 盈变化量可用下式估算: ? ? D[? h (t h ? 20?) ? ? s (ts ? 20?)] ? 式中,D为配合件的公称尺寸,单位为mm; ? αh、αs分别为孔、轴材料线) ? th、ts分别为孔、轴实际工作温度,单位为°C 19 例2-12 活塞与缸体孔在工作时要求配合间隙在0.12-0.30mm之 间。已知活塞与缸体的公称尺寸D=100mm,活塞采用铝合金, 线/°C,工作温度ts=180°,缸体采用钢 质材料,其线/°C,工作温度th=110°C, 装配温度为20°C,试设计此配合。 解:(1)根据式(2-19)间隙变动量=100×[12×10-6×(11020)-23×10-6×(180-20)]= -0.26mm。 即由于热变形配合间隙将减小0.26mm。 (2)在装配时应考虑热变形使间隙减少的影响,所以装配间隙 应为Xmax=0.30+0.26 =0.56mm Xmin=0.12+0.26 =0.38mm (3)选用基准制:选基孔制,EI=0 20 (4)确定孔、轴的公差等级 ? 根据式(2-15),有Tf=Xmax- Xmin =0.56-0.38=0.18mm。 因为Tf=Th+Ts,试取Th=Ts=1/2Tf=0.090mm,反查表2-1可知,IT9的公 差值与之比较接近,取Th=Ts=0.087mm。 (5)确定非基准件(轴)的基本偏差代号和孔、轴的极限偏差值 es= -Xmin=-0.380mm;基本偏差a的es= -0.380mm, 选用轴的公差带为Φ100a9。ei=es-Ts=-0.380-0.087=-0.467mm ? 因为是采用基孔制,所以EI=0,根据式(2-3)得 ES=EI+Th=+0.087mm。 (6)校对 ? 该孔、轴配合代号: φ 100 .087 H( 9 ?0 ) 0 0.380 a( 9? ?0.467) ? Xmax=ES-ei=0.087-(-0.467)=0.554mm, ? Xmin=EI-es=0-(-0.380)=+0.380mm, ? 满足要求。 21 2. 装配变形 ? 轴在轴套中转动,两者为间隙配合。套筒与箱体孔的配合取 过渡配合(有较小过盈的过渡配合)。由于套筒是薄壁件, 将其装入箱体孔后,套筒内径会收缩,使间隙配合减小。在 选用配合时要考虑装配变形对配合的影响。对此,可以采用 先将套筒装入箱体孔内,再加工套筒内孔,也可以适当加大 套筒内径来消除装配变形使尺寸减小而对配合的松紧程度造 成的影响。 22 3.加工方式与尺寸分布特性的影响 ? 在大批量生产时,多用“调整法”加工,即按加工件的上、 下极限尺寸的平均值调刀,加工出的尺寸变动范围接近正 态分布。 ? 在单件小批生产时,多用“试切法”加工,孔的尺寸通常 靠近下极限尺寸,轴的尺寸通常靠近上极限尺寸,即孔的 尺寸偏小、轴的尺寸偏大。 ? 按“试切法”加工的零件的配合往往比用“调整法”加工 的配合紧些。 23 4.按类比法选择配合时,要结合实际情况对类比对象进行 修正 ? 各种机器的应用场合、加工批量、材料的许用应力、负荷 的大小和特性、装配条件及温度都会有或多或少的差异。 因此,在对照实例选取配合时,应根据所设计的机器的具 体情况对间隙或过盈量进行适当的修正。 24 ? 例2-13 有一公称尺寸为φ35mm的孔、轴配合,要求配合最 大间隙为+0.010,最大过盈-0.035mm,试确定孔轴的公差等 级和配合种类。 ? 解:(1)选择基准制。 因没有特殊情况和要求,选用基孔制配合 (2)公差等级的确定。 ? 根据公式(2-16),配合公差 ? Tf= Xmax-Ymax =0.010-(-0.035) =0.045mm。 ? 又因为Tf=Th+Ts=0.045mm,孔、轴在公差等级较高时,取 孔比轴低一级,查表2-1,初取:IT6=0.016mm, IT7=0.025mm; 两者之和小于并接近配合公差Tf,所以取 孔的公差等级为IT7,轴为IT6。 25 (3)确定配合。 ? 该配合是过渡配合,采用基孔制时,轴的基本偏差是下极限 偏差。由表2-13可知在过渡配合时: ei=Th-Xmax =0.025-0.010=+0.015mm。 ? 查表2-3,轴的基本偏差代号为n,其偏差值ei=+0.017mm, 与上面所需的轴的基本偏差最为接近。则取轴的公差带为 φ35n6。 ? 根据式(2-4),轴的另一极限偏差 es=ei+Ts=0.017+0.016=0.033mm(注意:式中ei不能代 0.015mm,因为它不是国际标准规定的偏差值)。 ? 孔的公差带为H7,EI=0(基准孔),根据式(2-3)可得 ES=EI+Th=+0.025mm 。 ? 孔、轴的配合为Φ35H7/n6,根据公式(2-11)、(2-12)可 计算出该配合的最大间隙、最大过盈: Xmax= ES-ei=0.025-0.017=+0.008mm, Ymax= EI-es =0-0.033=-0.033mm。 26 2.5 线性尺寸的未注公差 GB/T1804-2000 一般公差 未注公差的线性和角度尺寸的公差 适用范围 本标准适用于金属切削加工的尺寸,也适用于一般的冲压加工的尺寸非 金属材料和其他工艺方法加工的尺寸可参照采用。 1、线性尺寸 如外尺寸、内尺寸、阶梯尺寸、直径、半径、距离、倒圆半径、倒角高 度; 2、角度尺寸 包括通常不注出角度值的角度尺寸(如直角90°);GB/T1184提到的或 等多边形的角度除外; 3、机加工组装件的线性和角度尺寸。 不适用于: 其他一般公差标准涉及的线性和角度尺寸; 括号内的参考尺寸; 矩形方格内的理论正确尺寸。 27 一、定义及优点 1、一般公差的定义 ? 在车间通常加工条件下可保证的公差,即车间普通工艺条 件下,机床设备可保证的公差, 采用一般公差的尺寸,在该尺寸后不需要注出其极限 偏差数值。 ? 在正常维护和操作情况下,代表车间通常的加工精度。 ? 一般公差主要用于较低精度的非配合尺寸,在正常的车间 精度保证条件下,一般可不检验。 28 2、采用一般公差的优点 ?能简化制图,图面清晰易读; ? 节省图样设计时间; ?明确哪些要素可由一般工艺水平保证,可简化检验要求, 便于质量管理; ?突出图样上注出公差的尺寸; ?买卖双方能更方便地进行订货谈判。 29 二、总则 1、对功能上无特殊要求的要素可给出一般公差。 2、选取图样上未注公差的尺寸的一般公差的公差等级时,应 考虑车间的精度并由相应的技术文件或标准做出具体规定。 3、对任一单一尺寸,如功能上要求比一般公差更小的公差或 允许更大的公差并更为经济时,其相应的极限偏差要在相关 的基本尺寸后注出。 4、由不同类型的工艺分别加工形成的两个表面间的未注公差 的尺寸应按规定的两个一般公差数值中的较大值进行控制。 5、以角度单位规定的一般公差仅控制表面的线或素线的总方 向,不控制它们的形状误差。从实际表面得到的线的总方向 是理想几何形状的接触线方向。接触线和实际线之间的最大 距离是最小可能值。 30 三、一般公差的公差等级和极限偏差数值 1、公差等级 精密f、中等m、粗糙c、很粗v 2、一般公差的图样表示法 在图样标题栏附近或技术要求中、技术文件中(如企业标 准)注出本标准号及公差等级代号。 如:GB/T1804-m 这表明图样上凡是未注公差的线性尺寸(包括倒圆半径尺 寸及倒角尺寸)均按m(中等)级加工和检验。 31 3、线性尺寸的极限偏差数值 单位:mm 32 4、倒圆半径和倒角高度尺寸的极限偏差数值 单位:mm 33 5、角度尺寸的极限偏差数值 34 6、判定 除另有规定,超出一般公差的工件如未达到损害其功能时, 通常不应判定拒收。 零件功能允许的公差通常是大于一般公差,故当工件任一 要素超出(偶然地超出)一般公差时,零件的功能通常不会损 害。只有当零件功能受到损害时,超出一般公差的工件才能被 拒收。 35 Questions: 1、极限与配合选择的原则? 2、极限与配合选择的内容包括哪些? 3、在选择配合时要注意哪些问题? 4、一般公差的公差等级有哪几种?如何标注?

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