机械零件设计中几何公差的合理选用分析

机械零件设计中几何公差的合理选用分析
【摘要】现代各类企业的蓬勃发展，所需要的机械设备数量大，种类繁多。

在该社会形势下，机械制造业也得到了长足的发展。

对于机械零件的设计是与之相配套的产业。

在进行机械零件设计时几何公差的合理选用会受到各种因素的影响，其选用的基本原则也会有所差别，也直接影响到设计的合理性及零件的质量，具有重要的意义。

本文简单阐述了合理选用几何公差项目的根据，如功能及精度要求、结构特征、项目特点及便于检测等；公差原则的选用；基准要素；几何公差值等，为从事机械零件设计的人员提供一定的参考与借鉴。

【关键词】机械零件；设计；几何公差；合理选用；研究
前言
机械制造业为各个产业提供了先进机械设备，保障生产的正常及生产力的提高。

科学技术的进步促进了其发展，零件制造、修理行业等配套产业也随之得到了长足的发展。

零件的设计与制造业与机械制造业的关系极为密切。

在进行机械零件的设计时，需要注意许多方面的因素，包括零件的尺寸精度、表面质量、几何精度等，其能够直接影响到产品的质量。

零件设计精度、使用功能、质量等又受到几何公差项目、公差原则、基准、公差值等方面的限制，因此对其进行深入的研究是十分有必要的。

1、几何公差项目的选用根据
选用几何公差项目是的基本原则是在尽量达到零件功能要求的情况下，运用较少的几何公差项目，得到良好的的经济性。

因此需要先掌握零件的功能及精度要求，并集合零件的结构特征、项目的特殊性质、便于检测等，综合把握，具体内容如下：
1.1功能及精度要求
在达到零件的功能及精度要求时，应充分考量形位误差带来的影响，如零件的配合程度、可靠性、装配的互换性、工作精度等。

在设计时，为了确认保障零件性能所需要选用的几何公差项目，需要全面掌握设计目标零件的各项使用性能，如在保障一对锥齿轮良好的啮合传动，在箱体上安装锥齿轮轴时需要打孔，此时则需要掌握其垂直度要求；由于车床主轴旋转时对精度要求较高，因此需要规定其前后颈的轴度保持一致，以保障主轴的精度[1]。

1.2结构特征
零件自身的结构特征对于可选择的几何公差项目有着决定性的影响。

零件的结构分为许多不同类型，因此要素的选择也有所区别。

如果属于平面要素的零件，一般选择平面度、平行度误差；有曲面要素的零件一般选择面轮廓度；如果是圆
柱体零件，则需要结合零件的各种要素合理选择，包括素线直线度、轴线直线度、圆柱度、圆度、径向圆跳动误差等；阶梯孔零件一般存在同轴度误差，另外零件上存在孔或者轴时，孔或者轴的位置会存在一定的偏差。

1.3项目特点及便于检测
机械零件设计过程中，需要掌握各个几何公差项目的特点及其联系，不仅要满足功能要求，还应选用检测方法易行的项目，如形状公差、定位公差、跳动公差等。

形状公差可以控制其他部分公差；定位公差带能够对相同要素的定向公差及形状公差进行有效控制，使之保持在一定位公差范围内，其具有综合控要素的位置、方向、形状等性质的功能；跳动公差则能够控制其他几何公差，径向全跳动公差具有极强的综合性，能够全面控制圆柱零件的圆度、圆柱度、素线等[2]。

2、公差原则
公差原则的应用是在机械零件设计的过程中需要充分考虑的。

公差原则是指协调几何公差和尺寸公差关系的原则，根据性质的不同可以分为独立原则及相关要求两个类型，具体内容如下：①独立原则其是属于几何公差和尺寸公差需要遵循的首要原则。

具体是指几何公差及尺寸公差需要分别达到相关要求、没有联系及影响的公差原则，适应该原则的情况较为丰富，包括齿轮箱各孔的尺寸精度、各孔轴线的平行度等对尺寸及形位精度要求较高且需要分别满足的方面；平板形状精度要求高而尺寸精度要求低等对尺寸及形位精度要求差别较大的方面；对保证运动精度、保证密封性及未注尺寸公差与几何公差的方面等；②相关要求其是指图样中的尺寸公差和几何公差二者之间相关的公差要求，包括包容要求、可逆要求、最大实体要求、最小实体要求等。

包容要求主要应用于保障孔、轴的配合性质等重要的配合；可逆要求一般需要配合最大实体要求或最小实体要求使用，应用范围较为狭窄，仅能应用于被测要素，而无法应用于基准要素。

最大实体要求的主要作用是保障被测中心要素及基准中心要素零件的可装配性场合；最小实体要求的作用主要应用于保障最小壁厚的方面[3]。

3、基准要素
基准要素的确认是确定位置公差项目是必须的工作之一。

合理选择几何公差项目的基准，需要参考多方面的因素，不仅包括零件的结构特点、基本功能、设计要求、加工工艺、装配等要求，还需要根据各个及基准统一的原则，包括设计基准、加工基准、测量基准、装配基准等，进行合理选用，具体考虑以下几个方面：①在加工零件的过程中，需要采用在夹具中定位的相关要素作为基准，包括加工较为平整的表面、接触面积较大，工件将其作为表面定位的参照物，提高重心的固定性，保障工件的稳定性等要素；②在零件结构设计方面可以采用长度及面积均较大，且刚性优良的要素作为基准，能够提高基准的稳定性及准确性；③零件在制作完毕后行检验时，需要采用在计量器具有定位作用的相关要素作为基准；④进行零件装配时，应选用零件相互咬合、相互接触的表面作为各个零件的基准，使得装配符合基本要求[4]。

4、几何公差值
几何公差值确认的方式可以分为计算法和类比法。

一般情况下采用类比法予以确定。

其是根按照零件的结构特点、功能要求、结合设计经验及相关资料，将其与已经验证的类似零件的基本要求，进行全面的对比分析，最终予以确认。

在进行类比时有几点注意事项，具体如下：①一般情况下，中、高精度零件的形状公差值在占尺寸公差值中的占比约为25%～65%之间，位置公差值在尺寸公差值中的占比约为50%。

中等精度的几何公差值可以和尺寸公差保持一致，中等尺寸与和中等精度零件的表面粗糙度值在几何公差值中的占比约为20%～25%之间。

②在下列情况下，充分考量加工难度及辅助参数的影响，在达到零件功能要求的条件下可适当降低2个左右的公差等级，包括与轴、细长相比较大孔；轴、间距较大的孔；轴或者零件表面的宽度超过长度的一半等。

5、总结
机械制造业的发展也带动了其上游、下游及周边产业的发展。

零件制造即为其十分重要的产业。

由于机械设备的类型、型号、规格等均有较大的区别，其所需的零件差异也十分巨大。

在进行零件设计时，为了达到适应各类机械产品的使用要求、性能标准等，对于其设计的精确度有着较高的要求，几何公差的合理选用是提高设计精确度的重要途径之一，其直接影响到零件的使用质量、性能等均有着直接的影响。

在实践的过程中还需要设计人员先全面掌握各项零件的各项要素，如机械设备的要求、性能要求、功能设定、制造技术、使用材料等，综合把握，合理选用几何公差，提高零件设计的精确度，保障产品质量，促进机械制造业的发展。

参考文献
[1]符莎.机械零件设计中几何公差的合理选用[J].职业，2012（09）：38-39.
[2]龚崇民.公差原则在机械零件设计中的应用[J].科技风，2011（24）：127.
[3]何朝远，林贻军.对玻纤机械零件设计原则及要点的讨论[J].黑龙江交通科技，2012（01）：43.
[4]郑立新，唐俊.公差原则在零件设计中的应用探讨[J].电子测试，2013（13）：107-108.。