机械设计尺寸公差详解

国标规定了两种平行的配合制：基孔制配合和基轴制配合。
基孔制配合（hole-basis system of fit）——是指基本偏差为一 定的孔的公差带与不同基本偏差的轴的公差带形成各种配合的 一种制度。孔的公差带在零线上方，孔的最小极限尺寸等于基 本尺寸，孔的下偏差EI为零，孔称为基准孔，其代号为“H”。
配合代号的选择：尽量选择国家标准中规定的公差带和配 合。当优先配合不能满足要求时，再从常用配合中选择， 常用配合不能满足要求时，再选择一般的配合。
一般、常用和优先孔公差带： 总105种，方框常用44种，圆圈优先13种
一般、常用和优先轴公差带： 总116种，方框常用59种，圆圈优先13种
基孔制优先、常用配合：总59种，优先13种
除了尺寸方面的误差外，还会存在各种形状和位置【Form and Location】方面的误差。例如，要求直、平、圆的地方 达不到理想的直、平、圆，要求同轴、对称或位置淮确的地 方达不到绝对的同轴、对称或位置准确。
实际加工所得到的零件形状和几何体的相互位置相对于其理 想的形状和位置关系存在差异，这就是形状和位置的误差 (简称形位误差)，统称为几何误差。
基轴制配合（shaft-basis system of fit）——是指基本偏差为一 定的轴的公差带与不同基本偏差的孔的公差带形成各种配合的 一种制度。轴的公差带在零线下方，轴的最大极限尺寸等于基 本尺寸，轴的上偏差es 为零，轴称为基准轴，其代号为“h”。
4. 公差等级 标准公差系列（standard tolerance）——是以国家标准
加工误差是无法避免的，其误差值在 一定范围内变化是允许的，加工后的零 件的误差只要不超过零件的公差，零件 是合格的。所以公差是设计给定的，用 于限制加工误差的；误差则是加工过程 中产生的。
合格性判定原则
工件除线性尺寸外，还存在形状误差，为正确地判断工件 尺寸的合格性，规定了极限尺寸判断原则，即泰勒原则。其 内容为：
1. 零件结合的类型
(1) 用作相对运动副—— 这类结合必须保证有适当的间隙。
(2) 用作固定连接—— 这类结合必须保证有一定的过盈。
(3) 用作定位可拆连接—— 这类结合必须保证有较小的间隙或过盈。
有关几何量精度的基本术语和定义
孔和轴 尺寸：尺寸、基本尺寸、实际尺寸、作用尺寸、极限尺寸、
实体尺寸 偏差与公差 尺寸公差带图 加工误差与公差的关系 合格性判定原则
1)尺寸是指用特定单位表示长度值的数字。国家标准规定在技术图样上所标 注的长度尺寸均以毫米为单位。 2)基本尺寸 设计给定的尺寸。 孔和轴的基本尺寸分别用D和d表示。 3)实际尺寸 通过测量而获得的尺寸（Da, da）。 4)极限尺寸 允许尺寸变化的两个界限值。
孔或轴允许的最大尺寸为最大极限尺寸（Dmax、dmax）;
孔和轴
孔 通常指工件的圆柱形内表面，也包括非圆柱形内表面（由二平行面 或切面形成的包容面）。
轴 通常指圆柱形外表面，也包括非圆柱形外表面（由二平行面或切面 形成的包容面）。
由尺寸D1、D2、D3、D4和 D5等所确定的内表面都视作 孔，由尺寸d1、d2、d3、d4 等所确定的外表面都视作轴。
尺寸：尺寸、基本尺寸、实际尺寸、作用尺寸、极限尺寸、 实体尺寸
根据使用要求，活塞销与活塞孔的配合为过渡配合，活塞销 与连杆套筒的配合为间隙配合（转动处）。
• 如果选用基孔制配合，三处配合分别为H7/m6、H7/g6 和H7/m6，图 (b) ，必须把轴做成中间小、两头大的台阶形式才能满足各部分的配合 要求，而且不利于加工和装配；
• 如果选用基轴制配合，三处配合分别为M7/h6、G7/h6 和M7/h6，图 (c) ， 就可把轴做成光轴，这样有利于加工和装配。
※ 作用上：极限偏差控制合格零件实际偏差； 公差控制合格零件实际尺寸允许变动的范围（精度）； 极限偏差表示公差带的位置，影响配合的松紧（种类）； 公差表示公差带的宽度，影响配合的精度（Tf=Th+Ts）;
※ 工艺上：对某一具体零件，公差反映加工的难易程度，是制定加工工 艺的主要依据；
极限偏差是调整机床对刀的依据。
一般公差：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。
主要用于较低精度的非配合尺寸。
线性尺寸的未注公差规定四个等级： f — 精密级； m — 中等级； c — 粗糙级； v — 最粗级；
基本偏差系列示意图
5.3.2 Selection of Size Tolerance and Fit 尺寸公差与配合的选用
基轴制优先、常用配合：总47种，优先13种
实例：C616型车床尾座装配图中有关部位的配合
见：《机械精度设计与 测量技术》，北京大学 出版社2008，p43-44
配合尺寸在图中的标注
5.4 Geometrical Precision Design 几何精度设计
任何机械产品都要经过图样设计、机械加工和装配调试等过 程。在加工过程中，不论加工设备和方法如何精密、可靠， 都不可避免地会出现加工误差。
2. 公差等级的选用 公差等级选择的基本原则，就是在能够满足使用要求的前
提下，应尽量选择低的公差等级。
选用公差等级时，应从工艺、配合及有关零件、部件或机 构的特点，并参考已被实践证明合理的实例来考虑。
选用方法：类比法、计算查表法
各公差等级的应用范围
3. 配合种类的选用
配合种类的选择主要是根据零件的功能要求，确定配合的 类型及配合种类。当相配合的孔、轴间有相对运动时，选 择间隙配合；当相配合的孔、轴间无相对运动时，不经常 拆卸，而需要传递一定的扭矩，选择过盈配合；当相配合 的孔、轴间无相对运动，而需要经常拆卸时，选择过渡配 合。
● 联系 ： 公差是上、下偏差之差的绝对值。
尺ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ公差带图
公差带 表示零件的尺寸相对其基 本尺寸所允许变动的范围，称为公 差带。
用图所表示的公差带，称为公差带图，如图所示。
在公差带图中，代表基本尺寸的一条直线，称为零线。零线以上的偏差 为正偏差，零线以下的偏差为负偏差。公差带图中的基本尺寸的单位为 mm，偏差和公差的单位通常为μm。
因此，在机械产品设计过程中，要对零件作几何精度设计， 以保证产品质量，满足所需要的性能要求。
几何公差【geometrical tolerance】就是研究机械零件的几何 要素（点、线、面）在形状及其相互间方向或位置方面的精 度问题。
要求——阅读＋实践应用
• 掌握几何公差的基本概念（要素）； • 掌握几何公差的标注方法（框格表示法、被测要素、基准
方向公差标注（3项）
位置公差标注（3项）
位置度、同轴度和对称度
跳动公差标注（2项）
轮廓公差标注（线、面2项，形状、方向、位置 ）
无基准线轮廓度（形状）
有基准线轮廓度（位置）
无基准面轮廓度（形状）
有基准面轮廓度（形状）
2. 几何公差的选用
包括公差项目的选择、公差值的选择、公差原则的选择和 基准要素的选择。
尺寸公差与配合的选用是机械设计和制造的一个很重要的 环节，公差与配合选择的是否合适，直接影响到机器的使 用性能、寿命、互换性和经济性。
公差与配合的选用主要包括：配合制的选用【基孔制或和 基轴制】、公差等级的选用和配合种类【间隙配合、过盈 配合、过渡配合】的选用。
1. 配合制的选用
基孔制和基轴制是两种平行的配合制。基孔制配合能满足 要求的，用同一偏差代号按基轴制形成的配合，也能满足 使用要求。如：H7/k6与K7/h6的配合性质基本相同，称为 “同名配合”。所以，配合制的选择与功能要求无关，主 要考虑加工的经济性和结构的合理性。
尺寸公差带图举例：
画出公称尺寸为φ50mm，上极限尺寸 +
+25
为φ50.025mm、 下极限尺寸为φ50
0 -
-25
mm的孔与上极限尺寸为
-41
φ49.975mm 、
下极限尺寸为φ49.959mm的轴的公
差
带图。
加工误差与公差的关系
工件在加工过程中，由于工艺系统误差的影响，使加工后的零件的几 何参数与理想值不相符合，其差别称为加工误差。其中有：尺寸误差； 几何形状误差和位置误差。
一般优先选用基孔制——孔通常采用定尺寸刀具（如钻头、 铰刀、拉刀等）加工和定尺寸量具（如塞规、心轴等）检 验，而一种规格的定尺寸刀具和量具，只能满足一种孔公 差带的需要；孔比轴难加工。基孔制可以减少定值刀、量 具的规格与数量。
基轴制的应用场合——按基轴制直接成形的轴（后续不加 工）；同一基本尺寸的轴上装配几个零件而且配合性质不 同时；与标准件或标准部件配合的孔或轴。
ES=Dmax-D EI=Dmin-D
es=dmax-D ei=dmin-D
2)尺寸公差（简称公差）：允许尺寸的变动量。等于上极限尺寸减去下极 限尺寸所得的差值。 孔公差Th = Dmax- Dmin = ES-EI 轴公差Ts = dmax- dmin = es-ei
公差与极限偏差：
● 区别 ※ 数值上：极限偏差是代数值，可+、-或0； 公差是非0的绝对值（零意味着加工误差不存在）。
过渡配合（transition fit）——可能具有间隙，可能具有 过盈(针对大批零件而言)的配合称为过渡配合。当配合 为过渡配合时，孔的公差带和轴的公差带相互交叉。
配合公差带图
3. 零件的配合制
配合制（fit system）——把公差和基本偏差标准化的制度称 为极限制。配合制是同一极限制的孔和轴组成配合的一种制 度，也叫基准制。
要素的标注）； • 掌握几何公差带类型、特点及标注方法； • 掌握公差原则的基本概念及常用的公差原则； • 熟悉几何公差的选择和应用。
1. 几何公差的项目及标注 几何公差项目及符号（GB/T 1182-2008)
形 状 公 差
形状或方向 或位置公差