机械零件设计中形位公差的合理选择

机械零件设计中形位公差的合理选择
形位公差是评定机械零件的一项重要的技术经济指标。

在机械零件的设计过程中正确地选择形位公差项目以及合理地确定形位公差数值，对提高产品的质量和降低制造成本，具有十分重要的意义。

标签：机械零件；设计；形位公差；合理选择
1.引言
零件在加工过程中不仅有尺寸误差，同时由于机床精度、加工方法等多种原因，使得零件的加工表面、轴线对称中心平面等的实际形状和位置相对于设计所要求的理想形状和位置，也不可避免地存在着误差，我们称它为形状和位置误差（简称形位误差）。

形位误差对机械产品的制造、机械零部件的使用和工作性能的影响不容忽视。

为保证机械产品的质量和零件的互换性，在对零件的尺寸误差加以控制的同时，必须对形位误差也加以控制，规定合理的形位公差，才能真正的保证产品质量。

2.形位公差项目的选择
2.1根据零件的几何特征来考虑。

零件的几何特征不同，会产生不同的形位误差。

例如：回转类（轴类、套类）零件中的阶梯轴，它的轮廓要素是圆柱面、端面、中心要素是轴线。

圆柱面选择圆柱度是理想项目，因为它能综合控制径向的圆度误差、轴向的直线度误差和素线的平行度误差。

也可选用圆度和素线的平行度。

从项目特征看，同轴度主要用于轴线，是为了限制轴线的偏离。

跳动能综合限制要素的形状和跳动公差。

其他诸如平面零件，选用平面度项目，槽类零件选用对称度项目，均基于零件存在不同的几何特征的原因。

2.2根据零件的功能要求来考虑。

机器对零件不同功能的要求，决定零件需选用不同的形位公差项目。

若阶梯轴两轴承位置明确要求限制轴线问的偏差，应采用同轴度。

但如果阶梯轴对形位精度有要求，而无需区分轴线的位置误差与圆柱面的形状误差，则可选择跳动项目。

其他诸如箱体类零件，轴承孔轴线之间平行度的要求都是基于保证运动件之间的正常啮合，提高承载能力的性能要求而确定的，给定结合面的平面度要求是为保证平面的良好密封性。

2.3从方便检测来考虑。

在满足功能要求的前提下，为了方便检测，应该选用测量简便的项目代替难于测量的项目，有时可将所需的公差项目用控制效果相同或相近的公差项目来代替。

如与滚动轴承内孔相配合的轴颈位置公差的确定，为了保证可装配性和运动精度，应控制两轴颈的同轴度误差，但考虑到两轴颈的同轴度在生产中不便于检测，可用径向圆跳动公差来控制同轴度误差。

不过应注意，径向跳动是同轴度误差与圆柱面形状误差的综合结果，故当同轴度用径向跳动代替时，给出的跳动公差应略大于同轴度公差值，否则要求过严。

3.依据公差间的关系精选形位公差项目
3.1充分考虑尺寸公差、形位公差问的关系。

3.1.1形状公差和位置公差的关系。

形状公差是单一实际要素的形状所允许的变动全量，位置公差则是关联实际要素的方向或位置对基准所允许的变动全量，关联要素的理想边界控制要素的实际位置和方同，位置误差是实际位置和实际形状所产生的综合效果，即测得的位置误差中包含了形状误差。

在确定形状公差和位置公差过程中，一旦位置公差给定后，就不必再给出形状公差的要求，在很多情况下，位置公差是能够控制形状误差的。

只要已能够控制相应的形状公差，并能满足使用要求就行。

如果一定要标注形状公差，通常形状公差值应小于位置公差。

3.1.2尺寸公差和形状公差的关系。

有些尺寸公差可控制形状误差，就不必再给出形位公差要求。

尺寸公差遵守包容原则时，实际要素不得超出直径为最大实体尺寸的理想圆柱面，因而可以控制圆柱度及轴线同轴度。

尺寸公差也可以对位置公差进行控制。

当零件结构中的位置公差能够被定位尺寸的公差控制时，则不必给出位置公差。

如果需要进一步控制其位置公差，则其位置公差值应小于尺寸公差。

3.1.3综合公差与单项公差的关系。

同一表面上标注了综合公差，一般不必再标注单项公差，若单项公差有进一步的要求，则应小于综合公差，并且应注于其下方。

例如径向圆跳动是一项综合性公差项目，它不仅包括被测线对基准轴线的平行和倾斜等同轴度误差的检测，还包括同一横截面的圆度误差检测，所以在选用公差项目时有了径向圆跳动就不必选用同轴度了。

又如，定位公差的被测要素总是同时存在位置、方向和形状误差，因此被测要素的位置、方向和形状的误差总是同时受到定位公差带的约束。

因此，在保证功能要求的前提下，对被测要素给定了定位公差，通常对该被测要素不再给出定向和形状公差。

3.2形状、位置、尺寸公差值及表面粗糙度问的关系。

在一般情况下，尺寸、位置、形状及表面粗糙度的加工误差值依次递减，所以在选择尺寸、位置、形状公差值及表面粗糙度时应协调以下关系：
一是同一要素上形状公差值应小于位置公差值，位置公差值应小于尺寸公差值。

在常用尺寸段及尺寸公差为IT5～IT18的范围内，形状公差值通常取尺寸公差值的0.25-0.6；
二是单项形状公差值应小于综合形状公差值；
三是对中等尺寸和中等精度的零件，表面粗糙度一般占形状误差的1/4-1/5。

形状精度越高则要求表面粗糙度越低，为保证形状精度应限制其最高表面粗糙度等级。

4.基准的选择
形位公差基准是理想要素的简称。

能否合理选择基准，将直接影响到零件的加工、装配工艺和成本。

基准的选择应根据零件的功能要求、结构及装配要求来确定，把零件放到整个机械系统的实际装配环境之中去考虑，根据零件在机器中的作用，零件与零件之间的装配关系，选择设计基准，分清主要尺寸和自由尺寸，其次确定满足零件加工和测量要求的工艺基准。

在选择基准时还应注意，同一零件的各项位置公差应采用同一基准；应选择加工比较精确的表面或接触面积大，能使工件稳定、刚性好的一些要素做为基准。

选择基准标注尺寸时，在满足设计要求的前提下，還应尽量考虑使用通用测量工具进行测量，避免或减少使用专用工具。