形位公差的介绍

形位公差應用
(一) 概述
機械零件幾何要素的形狀何位置精度是該零件的主要質量指標之一,它在很大程度上影響著該零件的質量和互換性,因而它也影響整個機械產品的質量.為了保證機械產品的質量,保證機械零件的互換性,就應該在零件圖紙上給出形狀和位置公差(簡稱形位公差),規定零件加工時產生的形狀和位置誤差(簡稱形位誤差)的允許變動範圍,並按圖紙上給出的行位公差來檢測形狀誤差.
與本文有關細節資料, 可參照JIS 標準(JIS B0021, B0022, B0023)
國家規定的形位公差項目有14個,其中,形狀公差項目有6個,位置公差項目有8個,位置公差分為定向公差,定位公差和跳動公差. 每個項目的名稱和符號件下面表1
.
形位公差: 指實際被測量要素對圖樣上給定的理想形狀,理想位置的允許變動量.
形位誤差: 指實際被測要素對其理想要素的變動量,時形位公差的控制對象.
形位誤差值不大於相應的形位公差值,則認為合格.
形狀公差: 指實際單一要素的形狀所允許的變動量.
形位公差帶: 是用來限制實際被測要素變動的區域.具有形狀,大小和方位等特性.
形位公差的選擇:
繪製圖紙圖樣並確定該零件的形位精度時,對於那些對形位精度有特殊要求的要求,應在圖紙上注出它們的形位公差.一般來講,零件上對形位精度有特殊要求的要素只占少數;而零件上對形位精度沒有特殊要求的要素則佔多數,它們的形位精度用一般加工工藝就能夠達到,因此在圖紙上不必注出它們的形位公差,以簡化圖樣標注.
在標注圖紙過程中,為確定形位公差和形位誤差,有必要了解構成零件幾何特徵的要素.按檢測關係分被側要素(檢測的對象)和基準要素,基準要素指圖樣上規定用來確定被側要素方向或位置的要素.基準要素應有理想的狀態,理想的基準要素簡稱基準.基準有基準點,基準直線,基準平面等幾種形式.基準點用的極少,圖紙中常見的為基準直線和基準平面.
公差原則: 用來確定形位公差與尺寸公差之間的相互關係應遵循的原則.
公差原則分為:
獨立原則和相關原則,相關原則又分為包容原則和最大實體原則.
設計時,應從功能要求(配合性質,裝配互換及其他性能要求等)出發,來合理的使用不同的公差原則. 公差原則的選擇:
主要根據被側要素的功能要求, 零件尺寸大小和檢測方便來選擇,並充分利用給出的尺寸公差帶.
(二)公差標注
(a) 形狀及位置公差標注方法共有三種,如圖1
(1)
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公差符號公差數值
(2)
公差符號公差數值基準面字母代號
(3) 基準面字母代號(第一格為主要的
基準面,第二格為次要的基準面,如此類推)
公差符號公差數值
(b) 引線-- . 有如下方法:
(1)指在輪廓線或延長線上(2)(3)指在中心線上延長線上
圖1 引線表示方法
(c) 基準面與基準線-----引線引至基準面或基準線處, 用一個實三角形表示, 三角形之底邊放法有如下方法:
(1)(2)放在延長線對正尺寸線(3) 放在中心線上
圖2基準面及基準線表示方法
若公差方框與基準因相距過遠而不適宜用引線相連時, 可用一個大字線加一個方框以識別之, 同
(1)在基準面上的表示
圖3 基準面與公差方框距離遠之表示方法(JIS B0021)
以下是形狀及位置公差與基準面之表示範例(JIS B0021)
(三) 一般的應用公差數值
在零件設計期間, 當需要標注公差於圖則上時, 必頇考慮其零件之基本尺寸, 準確要求及加工技術的規限. 又當在加工期間, 如圖則上沒有特別注明公差數值時, 亦可根據零件的大小和要求來生產出合理的零件. 有關細節資料, 可參照DIN 標準(DIN 7168).
(a) 直線及角度一般的公差數值
表4 及5列出一般五金切削加工後的直線和角度公差數值.
表5五金切削加工後角度公差數值(DIN 7168)
(b) 直線度及平直度一般的公差數值
表6列出五金切削加工後直線度及平直度的普遍公差數值. 直線度的數值是根據所標示平面的直線長度為準. 平面度則根據所標示平面的最長一邊或直徑來設定.
(c) 圓柱度, 平行度及垂直度
圓柱度, 平行度及垂直度都是沒有特定的普遍公差數值. 圓柱度可根據圓柱本身的直徑公差, 但在一般情況下, 數值不應高於直徑公差及偏轉公差, 平行度則可根據表6直線度及平直度的數值來設定. 垂直度的公差設定則可參考表5的角度普遍公差數值.
(d)五金切削後偏轉度一般公差的數值
(四) 配合公差
為使零件得到互換性,設計時應依循特定的設計標準及誤差範圍設計. 生產時需根據設計要求確保產品質量.有關細節資料, 可參照JIS標準(JIS B0401).
(a) 公差的基本概念
(1) 基本尺寸(Basic size): 設計時確定的尺寸.
(2)實際尺寸(Actual size): 零件製成後實際量度得的尺寸. 實際尺寸可能大於或小
於基本尺寸.
(3)極限尺寸(Limits of size): 允許零件實際尺寸變化所取兩個界限值.
(4)最大極限尺寸(Maximun limit of size): 允許實際尺寸的最大值.
(5)最小極限尺寸(Minimum limit of size): 允許實際尺寸的最小值.
(6)偏差(Deviation of size): 一個尺寸(實際尺寸或最大尺寸等)與基本尺寸之相差值.
(7)實際偏差(Actual deviation of size): 實際尺寸與基本尺寸之相差值.
(8)上偏差(Upper deviation): 最大極限尺寸與基本尺寸的相差值.
(9)下偏差(Lower deviation): 最小極限尺寸與基本尺寸的相差值.
(10)零線(Zero line): 代表基本尺寸. 習慣零線水平上方為正偏差, 下方為負偏差.
例: 公差配合之計算
零線
基本尺寸
圖4
基本尺寸時: 100mm
最大極限尺寸: 100.05mm
最小極限尺寸: 99.95mm
實際尺寸: 應介於99.95-100.05mm之間為合
上偏差: 最大極限公差- 基本尺寸
100.05-100 = 0.05 mm
下偏差: 最小極限公差- 基本尺寸
99.95 -100 = - 0.05 mm
公差: 0.05
(b) 配合的基本概念
在基本尺寸相同, 相互結合的孔和軸的公差之間的關系, 稱為配合. 孔的尺寸減去與之相配合的軸的尺寸所得的差值為正時稱為間隙, 為負時則稱為過盈.
(c) 配合的種類分為: 間隙配合, 過盈配合及過渡配合
(1) 間隙配合
具有間隙(包括最小間隙等於零)的配合. 孔的公差區在軸的公差區之上.如圖5.
最小極限尺寸最大間隙最大極限尺寸最小間隙
軸公差區
(a)示意圖(b)公差區圖
圖5 間隙配合(JIS B0401)
(2) 過盈配合
具有過盈(包括最小過盈等於零)的配合. 孔的公差區在軸的公差區之下. 如圖6所示.
最大過盈軸公差區最小過盈
(a)示意圖(b)公差區圖
圖6過盈配合(JIS B0401)
(3) 過渡配合
可能具有間隙或過盈的配合. 此時, 孔的公差區與軸的公差區相互交疊. 如圖7所示.
(a)示意圖(b)公差區圖
圖7 過渡配合( JIS B0401)
表1-9為標準公差數值, 共分為18級, 每級根據不同的基本尺寸而有不同的數值. 等級越高, 表示尺寸越精確. IT1為最高等級而IT18為最低等級.
(JIS B0401)
(1) 等級IT 14 - 18不應使用於1mm以下
(2) 等級IT 1 - 5 於500mm以上只適用於測試或實驗室內用
(IV) 配合基準製
公差的配合方法, 可分為基孔製及基軸製兩種. 以下是配合的有關資料, 有關細節, 可參照JIS 標準(JIS B0401).
(a) 基孔製
將孔的公差區固定不變, 使它與不同位置的軸的公差區形成各種配合的製度, 稱為基孔製, 如圖8 所示. 基孔製的孔稱為基準孔, 用英文字母大寫H 表示. 其公差區在零線上面; 下偏差為零, 上偏差為正值.
圖8 基孔製的孔與軸公差區(JIS B0401)
基孔製示例:
孔: ∅30H8
軸: ∅30f7
圖9 基孔製示例(JIS B0401)
(b) 基軸製
將軸的公差區固定不變, 使它與不同位置的孔的公差區形成各種配合的製度, 稱為基軸製, 如圖10 所示. 基軸製的軸稱為基準軸, 用英文字母小寫h表示. 其公差區在零線下面; 上偏差為零, 下偏差為正值.
基本尺寸孔的公差區
圖10 基軸製的孔與軸公差區(JIS B0401)
基軸製示例:
孔: ∅30F8
軸: ∅30h7
圖11 基軸製示例
(c) 基本偏差系列圖表
基本偏差系統規定了軸, 孔各28個基本偏差, 形成基本偏差系列. 基本偏差的代號用英文字母表示, 系統按字母順序排列. 英文字母大寫為孔, 英文字母小寫為軸. 圖12表示出該系列的確定的軸, 孔公差區的位置.
孔基本尺寸
圖12 孔與軸各28個基本偏差系列圖(JIS B0401)
(d) 常用配合
一般常用配合會先選定以孔為基楚或以軸為基楚. 然後再決定用間隙配合或過盈配合. 表9及表10分別列出基本尺寸在500mm以下的孔和軸的常見組合.
(JIS B0401)
注:
(五) 形位公差測量方法
(六) 測量誤差;
在測量過程中, 由於計量器具本身的誤差以及測量條件的限制,任何一次測量的測得值都不可能是被測幾何量的真值,兩者存在著差異即為測量誤差.
誤差有兩種形式:
絕對誤差,相對誤差.
1. 絕對誤差 是指被測幾何量的量值x與其真值x0之差,即
=x- x0
誤差可以為正值,也可以為負值.真值可以用下列公式表示:
=x x0
測量誤差的絕對值越小,測量精度越高;反之,測量精度越小.
2. 相對誤差f是指絕對誤差 與真值x0 之比.由於真值不知道,實際中常用測得值x
代替真值x0進行計算.即
f= x0= x
相對誤差常用百分比的形式表示.例如,測得某兩個軸頸的量值分別為199.865mm和80.002mm,它們的絕對誤差分別為+0.004mm和-0.003mm, 則上面公式估算其相對誤差分別為
f1=0.004/199.865=0.002%,f2=0.003/80.002=0.0037%,
前者的測量精度比後者高.
測量誤差的來源:
1. 計量量具的誤差
計量器具本身在設計,製造和使用過程中的各項誤差.如,游標卡尺標尺的刻度線距離不準確,指示表分度盤與指針的迴旋軸的安裝有偏心等皆會產生測量誤差.
2. 方法誤差
指測量誤差的方法不完善(包括計算公式不準確,測量方法選擇不當,工件安裝, 定位不正確)引起的誤差
3. 環境誤差
測量條件(包括溫度,溼度,氣壓,震動,灰塵等)的影響而引起的誤差,其中以溫度影響最為突出.
4. 人為誤差
測量人員引起的差錯. 如,測量人員使用計量器具不正確,讀取示值的辨別能力不強等.
在測量過程中,應儘量減少測量誤差,採用合適的計量量具和方法,並在較為理想的環境中測量,同時,盡可能的減少認為誤差,這樣,控制了誤差的各個來源,才能使測量值最接近於真值.。