产品设计中形位公差的合理选用与正确标注

产品设计中形位公差的　

合理选用与正确标注　

太原重型机械学院

□张敬芳

太原重型机械设计研究院□郝尚清

摘 要 本文针对机械零件的使用功能和设计要求，从形位公差原则的选用、形位公差项目的选择、基准的选用及公差值的给定等方面讨论了在产品设计和应用中的形位公差的合理选用与正确标注。　

关键词 形位公差 公差值 基准　

在具体产品设计应用中对形位公差常有的不正确的选用和错误的标注，对于保证产品设计和制造质量，以达到预期的使用效果十分不利。合理地选用和正确地标注形位公差，将设计意图准确地表达在产品设计图样上，是一项细致的工作，也是保证产品质量的重要技术手段。

选用形位公差，即是在产品设计图样上，根据功能要求，标注出最适合设计要求的形位公差的项目、公差带的形状和方向、公差值的大小以及与基准的位置关系等。当然并不是说，未标注形位公差的零件要素就没有形位公差的要求，而是只有在下列情况下才需标出：

①规定的未注形位公差等级不能满足功能要求；

②零件要素的形位公差在相应的标准中没有规定；

③图样上给出的尺寸公差等不能满足零件对形状和位置的要求；

④装配的互换性要求较高；

⑤用来确定统一的基准参数系；

⑥为了减少理解上的争论和猜测。

在此，笔者就产品设计中常遇到的一些选用形位公差方面的问题作一点阐述。

1形位公差项目的选择

首先必须明确所设计零件要素的功能，才能确定为保证这些设计功能必须有的形位公差项目，并以较少的公差项目，最大限度地满足功能上所必需的设计要求。

图1所示为一制动轮零件，根据其功能要求，制动轮端面相对于基准A轴线的摆动量应控制在一定的范围内。那么，选择哪项形位公差较为合适呢？原设计图样选择了垂直度公差，如图1a）所示，这就造成与实际使用和检测时零件要素的状态不同，而不能达到原设计意图，并影响到使用效果。一般来说，端面相对于直线的垂直度公差，适用于工作状态为静态的零件要素，端面圆跳动和全跳动则适用于动态的零件要素。而端面圆跳动可控制端面上任一直径处的轴向圆跳动，端面全跳动可控制整个端面相对于轴线的轴向跳动量。因此，根据其功能要求该零件要素应选用端面圆跳动，如图1b）所示。若选用端面全跳动，则会给工艺和检测带来不必要的难度。

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图1

由此也可以看出，选择零件要素的形位

公差项目，不仅要从零件的功能出发，还需要了解公差项目的适用场合，这样才能较合理地达到设计目的。

2公差值的给定

根据形状和位置公差之间的关系，某些综合控制的公差项目可以同时控制某些单项误差，位置公差可以控制相应的形状或定向误差。因此在对一个要素给定多项形位公差时应注意它们之间的关系，不要产生干涉。

图2a）给出了两项形位公差要求，其中面的平行度公差已能将表面的平面度误差控制在平行度公差（0.05 mm）之内，故所标注的平面度公差值必须小于平行度公差才合理，否则就会失去给定平面度公差的意义。图2b）给出的圆柱度公差是一项综合控制公差，它能控制诸如圆度、素线直线度、素线间平行度等单项误差，故在给定这几项单项要求时，其公差值也应小于圆柱度公差，否则也无意义。

图2

3基准的选择

零件上基准的选择是设计者根据零件的结构、使用及装配性能要求，即根据零件的功能要求来选择和确定的。基准的选择不同，会产生不同的控制效果。

图3

如图3所示，同轴度公差的基准注法有

两种，一种是以给定的一条轴线为基准，另

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一种是以公共轴线为基准，两种注法对同轴

度误差的控制效果差别较大。当以公共轴线A —B 为基准时，同轴度误差等于φ0.1 mm 公差带应评定合格；若改为以左边实际轴线（即基准轴线A ）为基准，评定右边轴线的同轴度误差则已大大超过φ0.1 mm 。

两种基准标注的同轴度公差，反映两种不同的设计功能。以公共轴线为基准反映了被测各轴线具有相同的重要程度，起共同定位的作用，如：箱体上用于支承传动轴的轴承孔，因对轴的支承是各孔共同承担的，没有以某个轴承孔作导向孔，因此选用公共轴线作为同轴度公差的基准比较合理。以某条

轴线作基准的同轴度公差反映了各被测轴线的功能不同，有主定位，有辅定位或辅助装配要求，此时就应选择起定位作用的轴线作为基准，其他轴线作为被测要素。

4 公差原则的选用

公差原则是处理尺寸公差和形位公差之间关系的方法。为了表明尺寸公差与形位公差之间的功能关系，就需要应用公差原则。原则上讲，独立原则应用于那些设计上对尺寸公差和形位公差要求分别满足，不要求两者发生补偿的零件要素，这种应用约占90%以上。而相关要求主要是应用于那些有配合或装配性质要求的场合。

图4

如图4所示，为一立式减速机的箱体与轴的配合部分。轴承外圈的尺寸及公差为 φ40000400.−mm ，与轴承相配的（整体式外壳）

箱体孔尺寸及公差为φ400H7（057

00

.+）mm 。分析可知，其配合最大间隙为0.097 mm ，最大过盈为0。应该说装配是不会有问题的，但是在实际生产中却往往产生装配困难，不得不采取一定的手段才能将轴承装入。这样既有损于轴承，又影响配合性质，继而对轴承的运转也有一定的影响。之所以这样，主要是由于对箱体孔的形位公差选择不当。如图4b ）所示，箱体孔未注形位公差，但其形位误差就应符合未注公差的规定。孔的圆柱度误差分别由横截面内的圆度未注公差（0.057 mm ）、轴向截面内素线的直线度未注公差（0.1

mm ）来控制。这样，孔的极限作用尺寸=孔

的最大实体尺寸–（圆度公差值+直线度公差值）=400–（0.057+0.1）=399.843 mm ，而加工时总要以要素的最大实体尺寸为目标，所以可能产生的最大过盈为0.157 mm ，这就造成了装配的困难。如果在箱体孔上采用包容要求[如图4c ）所示]，要求孔的实际尺寸与形状误差的综合效应不得超越最大实体边界，其边界尺寸为最大实体尺寸φ400 mm 。随着孔的实际尺寸不同，允许的形状公差值也不同。尺寸误差偏离最大实体尺寸的值即为所允许的形状公差值，其最大值等于尺寸公差值0.057 mm 。这样，就能够避免轴承的装配困难。

（收稿日期：2002–04–23）