精密机械设计 第9章 精度设计

2.5
4
6
8
12
16
23
32
52
81
130
210
…
>315~400
3
5
7
9
13
18
25
36
57
89
140
230
…
>400~500
4
6
8
10
15
20
27
40
63
97
155
250
…
３．基本偏差系列
基本偏差是确定公差带相对零线位置的那个极限偏差， 它可以是上偏差或下偏差，一般为靠近零线的那个偏差。
国家标准对孔、轴分别规定了28种基本偏差，孔用大写字母A，B，…， Z，ZA，ZB，ZC表示，轴用小写字母a，b，…，z，za，zb，zc表示， 组成了孔、轴基本偏差系列 ．
几何量精度是指零件经过加工后几何参数的实际值与设计要求的 理论值相符合的程度，而它们之间的偏离程度则称为加工误差。
几何量精度
尺寸精度 形状精度 相对位置精度 表面粗糙度
误差越小则精度越高，误差越大则精度越低。 零件精度高则寿命长、可靠性好。
精度设计 公差设计 就是根据机械和仪器的功能要求，正确合理地设计机械零件的 尺寸精度、形状和位置精度以及表面粗糙度，并将其正确地标 注在零件图和装配图上。通过适当选择零部件的加工精度和装 配精度，在保证产品精度要求的前提下，使其制造成本最小。
精度设计的主要任务是确定机械各零件几何要素的公差
机械精度设计的一般步骤
1.产品精度需求分析； 2.总体精度分析 ； 3.结构精度设计计算；
机械精度设计的方法
1.类比法（经验法） 2.试验法 3.计算分析法
§9-2 精度设计原则
机械精度设计的基本原则： 在满足产品使用要求的前提下，给产品规定适当的精度（合理的公差）。
X max Dmax d min ES ei
X min Dmin dmax EI es
图9-3 间隙配合
②过盈配合 具有过盈（包括最小过盈等于零）的配合称为过盈配合。
此时孔的公差带在轴的公差带之下（包括相接）。
图9-4 过盈配合
Ymax Dmin d max EI es Ymin Dmax d min ES ei
图9-2 公差带图
公差带由代表上、下偏差的两条直线所限定的区域来表示， 通常用公差带图来表示。
1) 以基本尺寸作为零线； 2) 零线上方代表正偏差、下方代表负偏差； 3) 根据孔的上、下偏差画出孔的公差带； 4) 根据轴的上、下偏差画出轴的公差带；
公差带相对零线位置的那个极限偏差（上偏差或下偏差）为基本偏差。 当公差带在零线上方时，基本偏差为下偏差； 当公差带位于零线下方时，基本偏差为上偏差。 一般而言，孔的基本偏差为下偏差（EI），轴的基本偏差为上偏差（es）。
孔和轴的上偏差分别用ES和es表示；孔和轴的下偏差分别用EI和ei表示；
孔的公差
TD Dmax Dmin ES EI
轴的公差
Td dmax dmin es ei
公差用于控制尺寸的变动量，不能为零．
公差带图
公差的数值比基本尺寸的数值小很多， 为了表明基本尺寸、极限偏差及公差 之间的关系，而采用的一种简明示意图 叫做尺寸公差带图（简称公差带图）。 公差带图有两部分组成：零线和公差带。
孔和轴的上偏差分别用ES和es表示；孔和轴的下偏差分别用EI和ei表示；
偏差是代数值，可以为正、负或零值，但同一个基本尺寸的 两个极限偏差不能同时为零。
最大极限尺寸减去最小极限尺寸或上偏差减去下偏差，即允许尺寸的 变动量，叫做尺寸公差（简称公差）． 公差是一个不为零的正数
尺寸公差=|最大极限尺寸-最小极限尺寸| =|上偏差 -下偏差|
4.精度匹配原则
在对机械总体进行精度分析的基础上，根据机械或位置中各部分 各环节对机械精度影响程度的不同，根据现实可能，分别对各部分 各环节提出不同的精度要求和恰当的精度分配，并保证相互衔接 和适应，这就是精度匹配原则。
5.最优化原则
通过确定各组成零部件精度之间的最佳协调，达到特定条件下机电产品的 整体精度优化。最优化原则已经在产品结构设计、制造等各方面广泛 应用，最优化设计已经成为机电产品和系统设计的基本要求。
基孔制 基轴制
(1)基孔制
将孔的公差带位置固定后与不同基本偏差的轴 的公差带形成的各种配合的一种制度。
基孔制的孔称为基准孔，其基本偏差代号为 H， 基准孔的下偏差 EI = 0，上偏差 ES>0 (为正值) ；
(2) 基轴制
将轴的公差带位置固定后与不同基本偏差的孔的公差带 形成的各种配合的一种制度。
第九章 精密精度设计概论
§9-1 精密精度设计概述
精密机械精度设计 从精度观点研究机械零部件及结构的几何参数。机械 零部件几何参数的精度会直接影响产品的质量，包括
工作精度、耐用性、可靠性、效率等。
机械零部件几何精度设计的任务
根据使用要求对参数设计阶段确定的机械零件的几何 参数合理地给出尺寸、形状位置和表面粗糙度公差值，
公差带由“公差带大小”和“公差带位置”两个要素组成。 其大小由“标准公差”确定，其位置由“基本偏差”确定。
孔上偏差用ES表示，下偏差用EI表示
4、配合
配合
配合：指基本尺寸相同的孔和轴相互结合。
间隙配合 过盈配合 过渡配合
①间隙配合 具有间隙（包括最小间隙等于零）的配合称为间隙配合。
此时孔的公差带在轴的公差带之上（包括相接）。
由单一尺寸确定的圆柱形外面， 包括其它非圆柱形外表面，叫做轴。
２、尺寸
基本尺寸
实际尺寸
极限尺寸
最大极限尺寸:允许制造达到的最大尺寸； 最小极限尺寸:允许制造达到的最小尺寸；
３、尺寸偏差和尺寸公差
尺寸偏差（偏差）：某一尺寸减其基本尺寸所得的代数差； 极限偏差：极限尺寸减去基本尺寸所得的代数差； 最大极限偏差（上偏差）：最大极限尺寸减去基本尺寸所得的代数差 ； 最小极限偏差（下偏差）：最小极限尺寸减去基本尺寸所得的代数差；
基轴制的轴为基准轴，轴的上偏差es=0，上偏差为基本偏差， 用代号h表示，基准轴的下偏差为负值。
容
基孔制
基轴制
２. 标准公差
国家标准制定出的一系列标准公差数值。标准公差确定公差带大小， 标准公差系列由三项内容组成：公差等级、公差单位和基本尺寸分段。
在基本尺寸≤500mm时，标准规定了IT01、IT0、IT1、…、IT18 共20个标准公差等级； 从IT01、IT0、IT1、…、IT18，公差数值依次增大，等级依次降低 。
③过渡配合
可能具有间隙或过盈的配合称为过渡配合， 此时孔的公差带与轴的公差带相互交叠。
图9-5 过渡配合
在过渡配合中，配合性质用最大间隙 X max 和最大过盈 Ymax 表示。
X max Dmax d min ES ei Ymax Dmin d max EI es
配合：基本尺寸相同的轴与孔相互结合称为配合。 （1）间隙配合： 轴的实际尺寸小于孔，装配后有间隙 (最小间隙为0)；用于有相对运动处
1.互换性原则 2.经济性原则
遵循互换性原则，不仅能有效保证产品质量， 而且能提高劳动生产率，降低制造成本。
经济性原则主要考虑：工艺性、合理的精度要求、合理选择材料、 合理的调整环节以及提高工作寿命等。
3.标准化原则
标准化是实现互换性生产的前提，大量采用标准化、通用 化的零部件、元器件和构件，以提高产品互换性程度。
（2）确定公差等级
确定公差等级就是确定零件尺寸的加工精度。 公差等级的高低直接影响产品的功能、技术指标和加工的经济性。
选用公差等级的基本原则：
在满足使用要求的前提下，尽量选用较低的公差等级，以利于降低加工成本。
考虑孔、轴加工的工艺等价性，对于常用尺寸段公差等级较高的配合， 考虑孔比轴难加工，孔的公差等级应比轴低一级。 对于低精度的孔、轴，可选择相同的公差等级。
用于控制加工误差，从而保证产品的各项性能要求。
基本概念
互换性
在装配时从相同的零件中任取一个，不经挑选和修配就能装配到与其相 配的机器上 ,并达到预期的配合性质，零件的这种特性即称为互换性。
公差
为使零件具有互换性而将有配合要求的零件的尺寸限定在一个允许变动 的范围，这一允许变动的范围即称为公差。
只要使同一规格零部件的几何参数的变动控制在公差范围内， 就能达到实现互换性的目的。
在几何量精度设计中，最优化原则主要体现在公差优化、数值优化 和优先选用等方面。
互换性原则体现精度设计的目的，经济性原则是精度设计的目标，标准化原 则是精度设计的基础，精度匹配原则和最优化原则是精度设计的手段。
§9-3公差与配合
一、基本概念
１、孔与轴
由单一尺寸确定的圆柱形内表面， 包括其它非圆柱形内表面，叫做孔。
A
+
B
EI 0
_
C
CDDEEFFFGGH J
K M NP
RS
T
零线 UVXYZ ZA ES
ZB
JS
ZC
基本尺寸
基本尺寸
基本尺寸
基本尺寸
+
0 es
_
zc
零线 cd d e
ef
f
fg
g
c
h
j
kmn p r
s
t
uv x
y z zazb
ei
js
b
a
公差带代号
公差带代号用基本偏差代号字母和公差等级数字组成，例如D7、h7等。 公差带的表示方法用基本尺寸后跟所要求的公差带代号或对应的偏差值表示。
35H 7
35
0.025 0
35H 7
0.025 0
35r6
35 0.050 0.034
35r6
0.050 0.034
配合代号
配合代号用孔、轴公差带代号按分数形式组成， 分子为孔的公差带代号，分母为轴的公差带代号。
H7
r6
H7/ r6
35 H 7 或
r6
35 R7 或
h6
。
35H 7 / r6
（2）过盈配合： 轴的实际尺寸大于孔，装配后紧箍着 (最小过盈为0)；用于无相对运动处
（3）过渡配合： 轴与孔的实际尺寸相差不大,可能有间 隙或过盈的配合。用于有对中性要求处
④配合公差 配合公差是允许间隙或过盈的变动量，它等于组成配
合的孔、轴公差之和，表示配合精度。
配合公差是一个没有符号的绝对值，没有正、负之分，且不能为零。
应用
配合尺寸 原材料 非配合尺寸
表9-5 各种加工方法的加工精度
加工方法 研磨 衍磨
金刚石车、金刚石镗 圆磨、平磨、拉削
精车、精镗 铰孔 铣削
公差等级范围
IT01~IT5 IT4~IT7 IT5~IT7 IT5~IT8 IT7~IT9 IT6~IT10 IT8~IT11
4
7
11
16
25
39
62
100
…
>50~80
0.8
1.2
2
3
5
8
13
19
30
46
74
120
…
>80~120
1
1.5
2.5
4
6
10
15
22
35
54
87
140
…
>120~180
1.2
2
3.5
5
8
12
18
25
40
63
100
160
…
>180~250
2
3
ห้องสมุดไป่ตู้
4.5
7
10
14
20
29
46
72
115
185
…
>250~315
1.2
2
3
4
6
10
14
25
40
…
>3~6
0.4
0.6
1
1.5
2.5
4
5
8
12
18
30
48
…
>6~10
0.4
0.6
1
1.5
2.5
4
6
9
15
22
30
58
…
>10~18
0.5
0.8
1.2
2
3
5
8
11
18
27
43
70
…
>18~30
0.6
1
1.5
2.5
4
6
9
13
21
33
52
84
…
>30~50
0.6
1
1.5
2.5
确定公差等级时常采用类比法，即根据工艺、配合及零件结构的特点， 参考已被实践证明合理的类似零件的尺寸精度来确定公差等级。
表9-4 标准公差等级的应用范围
公差等级范围 IT01~IT1 IT1~IT7 IT2~IT5
应用
块规 量规 特别精密零件
公差等级范围
IT5~IT12 IT8~IT14 IT12~IT18
017级用于精密量具； 312级用于配合尺寸； 1218级用于非配合尺寸；
表9-1 标准公差数值（基本尺寸≤500mm）（摘自GB/T 1800.3—1998）
公 差 等 级/µm
基本尺寸
/mm
IT01 IT0
IT1
IT2
IT3
IT4
IT5
IT6
IT7
IT8
IT9 IT10
…
≤3
0.3
0.5
0.8
35R7 / h6
极限与配合的选用
极限与配合的设计选用直接影响机械产品的性能、使用寿命和制造成本。 选择原则是使机械产品获得最佳的性价比与制造成本的综合技术经济效益。 选用主要包括：确定配合制、公差等级的选择和配合种类的选择。
（1）配合制的选择
①一般情况下优先选用基孔制配合； ②某些情况下，由于结构和工艺的原因，选用基轴制； ③与标准件配合时，应根据标准件确定配合制； ④特殊需要时，允许采用任一孔、轴公差带组成的配合；
配合公差的代号用 T f 表示。
对于间隙配合 对于过盈配合
Tf X max X min
Tf Ymin Ymax
对于过渡配合
Tf X max Ymax
用孔、轴公差表示，三类配合的配合公差的计算式相同，均为：
T f TD Td
二、尺寸的极限与配合 １. 基准制 国家标准规定两种基准制：