形位公差的关系及合理设计与选择

形位公差的关系及合理设计与选择

[摘要] 形状位置公差的设计与选择是零件尺寸精度设计的重要组成部分，但由于形位公差项目多，且个项目之间的关系错中复杂，容易混淆和设计出错，本文就易混淆形状位置公差的设计与选择做一探讨研究。

[关键词] 形位公差设计与选择

在机械设计中，合理地选择形位公差，是保证零件使用要求，提高产品经济效益的重要方面，但实际生产中往往见到一些图纸上形位公差选择不合理，直接影响产品的性能与制造成本，这类问题主要是设计者对形位公差的关系不够明确，对有些形位公差项目认识不清所造成。本文就几种易混的形位公差关系及合理选择作如下论述，仅供参考。

由于位置公差是关联实际要素的方向或位置对基准所允许的变动全量，而形状公差是单一实际要素的形状所允许的变动全量，位置公差的公差带包容整个被测要素。因此，在很多情况下，位置公差是能够控制形状误差的。如在形位公差中，同轴度可以控制轴线的形状误差;对称度和位置度可以控制平面度误差;径向跳动可以控制圆度误差;径向全跳动可以控制圆度、直线度、圆柱度误差，所以在确定形位公差时，一旦位置公差给定，能控制相应的形状误差，且能满足使用要求时，就不必再提形状公差的要求。

一、圆柱度与圆度、直线度

圆度公差控制回转体垂直于轴线正截面内的形状误差;素线直线

度公差控制圆柱体轴线方向截面内的形状误差;圆柱度公差控制任一正截面和轴线方向截面的形状误差。因此，圆柱度公差完全能控制圆度和素线直线度公差。当回转体给定了圆柱度公差后，一般就不必再给出圆度或素线直线度公差要求。当然，从检测的角度来考虑，圆柱度的检测比圆度与直线度困难。所以，对于一般精度的圆柱体零件，还是用圆度与直线度来控制为好。

二、圆柱体素线直线度与轴线直线度

圆柱体素线直线度公差控制圆柱面上素线的形状误差;轴线直线度公差控制圆柱体轴线的形状误差，尽管两者控制的被测要素不同，但它们之间是有联系的，即当圆柱体轴线存在直线度误差时，一定存在素线直线度误差，且素线直线度误差大于轴线直线度误差。相反，当圆柱体上存在素线直线度误差时，轴线直线度误差可能很小。因此，素线直线度公差可以控制轴线直线度误差，而轴线直线度公差则不能控制素线直线度误差。

因此，圆柱体零件如有直线度公差要求时，多数标注素线直线度，在具体选用中还应根据具体情况而定。例如，只允许外凸或内凹时，只能选用素线直线度公差，对于长度直径比大于8～10的圆柱体零件，工艺上不易保证其轴线直线度，此时应给出轴线直线度公差。

三、端面圆跳动与垂直度

端面圆跳动公差带是在与其准轴线同轴的任一直径位置的测量

圆柱面上，沿母线方向，宽度为公差值t的圆柱面区域。可见端面圆跳动不仅反映端面的任一圆周上各点沿轴线相对的位置关系，而

且能反映该圆周对基准轴线的垂直关系。但它仅能反映端面上任一圆周对基准轴线的垂直关系，却不能反映整个端面对基准轴线的垂直关系。只有垂直度才能反映整个端面对基准轴线的垂直关系，端面对基准轴线的垂直度是端面位置(端面圆跳动)和形状(平面度)

误差的综合反映。显然，端面圆跳动误差为零的零件，垂直度误差仍可能存在，相反，垂直度误差为零的零件，其端面跳动也等于零。所以用端面圆跳动代替垂直度会降低精度，不能满足使用要求。但端面圆跳动检测简单得多。因此在选用时，对端面作基准的垂直度要求不高的零件，如齿轮毛坯或一般起固定联接作用的端面及低速运动旋转轴上的轴肩等，应优先选用端面圆跳动。对垂直度有要求的零件，如车床花盘、立式车床工作台等，则必须注出垂直度公差要求。

四、径向圆跳动与同轴度

同轴度是指基准轴线和被测轴线之间的位置关系;径向圆跳动是指被测旋转体表面在同一横截面内实际表面上各点到基准轴线间

距离的最大变动量，两者所控制的要素不同。径向圆跳动是一项综合性误差，它不仅包括被测轴线对基准轴线的平移和倾斜及轴线弯曲等同轴度误差，还包括同一横截面的圆度误差。所以，径向圆跳动与同轴度之间也有密切联系，当圆柱面轴线对基准轴线有同轴度误差时，即使形位误差为零，也有径向圆跳动，跳动误差等于或大于同轴度误差。相反，当存在径向圆跳动误差时，同轴度误差可能很小。从检测角度看，检测径向圆跳动比较简单。所以在满足零件

使用要求的前提下，应优先选用径向圆跳动公差。

综上所述，几种易混的形位公差关系还是有本质区别，在选用形位公差时，应在满足要求的前提下，尽量考虑经济和检测方便的原则，此外还应注意以下几点:

1.凡已标注的形位公差，对另一些形位误差也起到控制作用，且满足要求后，则不必再规定另一些项目的形位公差，只有在不能满足零件功能要求时才加以标注，当用单项形位公差能满足要求时，一般采用单项标注，这样比较直观。

2.根据零件的结构特点，选用经济的加工工艺和加工设备能达到所需的形位公差要求时，可不标注这些形位公差。尺寸精度高于形位公差精度，尺寸公差能够控制形位公差，也可不必标注形位公差要求。当形位公差要求较高，则应在图样上标出。

3.在选用形位公差项目时，应随时考虑独立原则与相关原则的应用，有些形位公差要求采用包容原则能达到的，就不必再提形位公差的要求。有的形位公差项目能使用最大实体原则时，则应采用最大实体原则。

参考文献：

[1]刘品．互换性与技术测量[m]．北京：机械工业出版社，2007：23-26.

[2]刘晓华．机械精度设计与检测[m]．北京：中国计量出版社，2009：29-30.

作者简介：

韩文君（1964-12），女，吉林长春人，教员、副教授，工学学士，机械维修工程。