公差基础知识

课题一互换性概念(Interchangeability Concept)一、互换性的基本概念在汽车、飞机、船舶、仪表、日用工业中用到的大量零部件，都是由各不同的专业厂家制造出来，而后汇集到装配厂进行总装。

这些零部件在装配前不需挑选，装配时不需修配，装配后具有相同的使用性能。

我们把零件具有的这种性质称为互换性。

例如：同一种型号、规格的自行车，几乎全部零件都可以互换。

互换性按其互换程度可分为完全互换和不完全互换。

完全互换是指一批零、部件装配前不经选择，装配时也不需修配和调整，装配后即可满足预定的使用要求。

如螺栓、圆柱销等标准件的装配大都属此类情况。

当装配精度要求很高时，若采用完全互换将使零件的尺寸公差很小，加工困难，成本很高，甚至无法加工。

为了便于加工，这时可将其制造公差适当放大，在完工后，再用量仪将零件按实际尺寸分组，按组进行装配。

如此，既保证装配精度与使用要求，又降低成本。

此时，仅是组内零件可以互换，组与组之间不可互换，因此，叫不完全互换。

(如；机床的配件)二、加工误差和测量误差对互换性的影响1、加工误差(P rocessing Error)加工时，工件的尺寸之间存在着不同程度的差异。

有些误差因素在加工之前就已经存在。

例如：加工原理误差、机床、夹具、刀具的制造、安装、磨损误差。

加工过程中的切削热、振动、变形等误差。

即使在加工完以后也可能产生误差，主要是内应力所引起的工件变形及测量本身的不确定度。

而测量误差不仅来源于测量器具，还与测量条件、人员因素有关系。

由于这些因素的影响，甚至说，即在相同的加工条件下，一批完工工件的尺寸也是各不相同的。

从满足产品使用性能要求来看，也不要求一批相同规格的零件尺寸完全相同，而是根据使用要求的高低，允许存在一定的误差。

加工误差可分为下列几种：1）尺寸误差(Size Error)指一批工件的尺寸变动，即加工后零件的实际尺寸和理想尺寸之差，如直径误差、孔距误差等。

2）形状误差(Form Error)指加工后零件的实际表面形状对于其理想形状的差异（或偏离程度），如圆度、直线度等。

3）位置误差(Lo cat ion Error)指加工后零件的表面、轴线或对称平面之间的相互位置对于其理想位置的差异（或偏离程度），如同轴度、位置度等。

4）表面粗糙度(Surface Ro ughness)指零件加工表面上具有的较小间距和峰谷所形成的微观几何形状误差。

2、公差(Tol erance)公差是指允许尺寸、几何形状和相互位置误差的范围，用以限制加工误差。

公差越小，加工越困难，生产成本越高。

所以公差值不能为零，应是绝对值。

规定公差T的大小顺序，应为：课题二标准化标准——就是由一定的权威组织对经济、技术和科学中重复出现的共同的技术语言和技术事项等方面规定出来的统一技术准则。

它是各方面共同遵守的技术依据，简而言之即是技术法规。

标准一般分为：国际标准(Internat ional St andard) 如IS O 、IEC 分别为国际标准化组织和国际电工委员会制定的标准；区域标准(Regional S tand ard) （或国家集团标准）如EN 、ANS T 、DIN 分别为欧共体、美国、德国制定的标准；国家标准(Nat ional Standard)GB ；行业标准(P rofession Stand ard) （或协会、学会标准）如JB 、YB 为原机械部和治金部标准；地方标准(Lo cal St andard) 和企业（公司）标准。

课题四公差与配合标准一、标准公差系列(Sta nd a r d T o le r a nc e Se r ie s)GB/T1800.3－98规定的标准公差数值如表1-4-1所列。

由表可知，标准公差数值由公差等级和基本尺寸决定。

在基本尺寸至500mm内规定了IT01、IT0、IT1、…、IT18共20个等级；在大于500～3150mm内规定了IT1～IT18共18个标准公差等级。

精度依次降低。

IT表示国际公差，数字表示公差等级代号。

表1-4-1列出了IT01～IT18各标准公差等级的标准公差数值。

表1-4-1 IT01～IT18的标准公差数值（GB／T1800.3－1998）二、基本偏差(Fu nd a me n ta l D e via tio n)为了满足各种不同的使用需要，国家标准分别对孔、轴尺寸规定了28种标准基本偏差，每种基本偏差都用一个（或两个）拉丁字母表示，称为基本偏差代号。

在全部的26个字母中，除去易与其他混淆的I、L、O、Q、W（ｉ、ｌ、ｏ、ｑ、ｗ）5个字母外，采用21个，再加上用两个字母表示的CD、EF、F G、Z A、Z B、Z C（cd、ef、fg、za、zb、zc）六个，还规定了公差带完全对称于零线的JS（j s）。

孔的基本偏差代号用大写字母表示，轴的基本偏差代号用小写字母表示。

（如图1-4-1所示。

）在孔的其本偏差中：A～H的基本偏差为下偏差E I，其绝对值依次逐渐减小；JS为对称公差带，J～Z C的基本偏差为上偏差ES，其绝对值依次逐渐增大。

轴的基本偏差中：a～h的基本偏差为上偏差es，其绝对值依次逐渐减小；j s为对称公差带，j～zc的基本偏差为下偏差ei，其绝对值依次逐渐增大。

孔、轴的绝大多数基本偏差数值不随公差等级变化，只有极少数基本偏差（j s、k、j）的数值随公差等级变化。

图1-4-1基本偏差系列a)孔的基本偏差系列 b)轴的基本偏差系a～h用于间隙配合，基本偏差的绝对值等于最小间隙，其中a、b、c用于大间隙和热动配合，考虑发热膨胀的影响，采用与直径成正比关系的公式计算。

d、e、f主要用于旋转运动，为了保证良好的液体摩擦，最小间隙应与直径成平方根关系，考虑到表面粗糙度的影响，间隙应适当减小。

g主要用于滑动和半液体摩擦，或用于定位配合，间隙要小，所以直径的指数有所减小。

cd、ef、fg适用于尺寸较小的旋转运动件。

h和H 形成最小间隙为零的一种间隙配合，常用于定位配合。

j～n主要用于过渡配合，以保证配合时有较好的对中和定心，装拆也不困难，其基本偏差按统计分析和经验数据来确定。

如j主要用于和轴承相配的轴，其值纯属经验数据。

p～zc主要用于过盈配合。

三、公差及配合代号(T o le r a nc e a nd Fit S y mb o l)公差带的代号由基本偏差代号与公差等级代号组成，如H7、h6、M8、d9等等。

在图样上标注尺寸公差时，可以标注极限偏差，也可以标注尺寸公差带代号，或者两者都标注。

标准规定，配合代号由相互配合的孔和轴的公差带以分数的形式组成，孔的公差带为分子，轴的公差带为分母。

例如：Φ40H8/f7，Φ80K7/h6。

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，或同时标出公差带代号及上、下偏差数值。

例如：孔尺寸Φ50H8，或Φ50，或Φ50H8（）；轴尺寸Φ50f7，或Φ50，或Φ50 f7（），如图1-4-2所示。

装配图上，在基本尺寸之后标注配合代号，例如：基孔制的间隙配合Φ60H8/f7。

图1-4-2 极限与配合的标注四、一般、常用及优先公差带和配合（G e ne r a l, C o mmo n a nd P r e fe r r e d T o le r a nc e Zo ne a nd Fit）为了简化公差带种类，减少与之相适应的定值刀具、量具和工艺装备的品种和规格，对基本尺寸至500mm的孔、轴规定了优先、常用和一般用途公差带。

表中为基本尺寸至500mm孔、轴优先、常用和一般用途公差带。

应按顺序选用。

表中方框内为常用公差带（轴59种，孔44种），带圆圈的为优先公差带（轴孔各有13种），其余为一般用途公差带（轴119种，孔105种）。

表1-4-2基孔制优先、常用配合注：1、H6／n5、ＨH7／p6在基本尺寸≤3mm和H8／r7在基本尺寸≤100mm时，为过渡配合。

2、标注◤的配合为优先配合。

表1-4-3基轴制优先、常用配合注：标注◤的配合为优先配合。

课题五极限与配合的选择尺寸公差与配合的选用，是机械设计与制造中至关重要的一环，对机械的使用性能和制造成本有着很大的影响。

它包括配合制、公差等级及配合种类的选用。

一、配合制的选择(Se le c tio n o f Fit S yste m)优先采用基孔制其次采用基轴制特殊情况下采用非基准制下列情况下，由于结构和工艺的影响，采用基轴制更为合理：?（1）用冷拉光轴作轴时。

（2）采用标准件时。

例：滚动轴承为标准件，它的内圈与轴颈配合无疑应是基孔制，而外圈与外壳孔的配合应是基轴制。

（3）一轴与基本尺寸相同的多孔相配合，且配合性质要求不同时。

如图所示的活塞部件中，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。

如果采用基孔制配合，活塞销就要做成两头大、中间小的阶梯轴，给制造和装配都带来一定的困难，而改用基轴制配合，活塞销就是一根光轴，便于加工和装配，降低了生产成本，也不会刮伤连杆孔的表面。

图1-5-1? 活塞销和连杆、活塞的配合在实际生产中，由于结构或某些特殊的需要，允许采用非配合制配合。

即非基准孔和非基准轴配合。

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1-5-2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。

图1-5-2? 轴承外圈与外壳孔、端盖的配合二、公差等级的选择(Selection o f Tol erance Grad e)公差等级的选择的实质就是确定尺寸制造的精度，尺寸精度与加工的难易程度、加工的成本和零件的工作质量有关。

公差等级越高，合格尺寸的大小越趋一致，配合精度就越高，但加工的成本也越高。

公差等级选择的基本原则是：在满足使用性能的前提下，尽量选择较低的精度等级。

例题:图1-5-3是卧式车床主轴箱中Ⅰ轴的局部结构示意图，轴上装有同一基本尺寸的滚动轴承内圈、挡圈和齿轮。

根据标准件滚动轴承要求，轴的公差带确定为Ф30k6。

分析挡圈孔和轴配合的合理性。

图1-5-3 传动轴解：挡圈的作用是通过轴承盖及其紧固螺钉使滚动轴承和齿轮不产生轴向窜动，要求挡圈两端面平行，而对尺寸的精度要求不高，为了装配方便，挡圈孔和轴的配合要求为间隙配合。

挡圈和轴之间无相对运动，挡圈尺寸对运动精度无影响，为了好加工，其孔的公差等级确定为IT9。

要使挡圈孔和轴的配合为间隙配合，有两种办法：一是挡圈孔做大；二是将轴做成基本尺寸相同而极限偏差不同的阶梯轴，使与挡圈孔配合处的轴做小。