5.3SizePrecisionDesignofElements

零件的尺寸精度設計在學過《機械制圖》課程相關內容的基礎上，閱讀尺寸精度設計教材內容，在設計大作業實踐中學會應用：1、極限與配合的基本術語和定義；2、公差與配合標準；3、配合制的選用；4、公差等級的選用；5、配合種類的選用。10/15/202315.3.1ContactTypesofElementsandUsingDemand

零件的結合類型及使用要求(1)用作相對運動副——(2)用作固定連接——(3)用作定位可拆連接——這類結合必須保證有適當的間隙。這類結合必須保證有一定的過盈。這類結合必須保證有較小的間隙或過盈。零件結合的類型10/15/20232孔和軸尺寸：尺寸、基本尺寸、實際尺寸、作用尺寸、極限尺寸、實體尺寸偏差與公差尺寸公差帶圖加工誤差與公差的關系合格性判定原則有關幾何量精度的基本術語和定義10/15/20233孔和軸孔通常指工件的圓柱形內表面，也包括非圓柱形內表面（由二平行面或切面形成的包容面）。軸通常指圓柱形外表面，也包括非圓柱形外表面（由二平行面或切面形成的包容面）。由尺寸D1、D2、D3、D4和D5等所確定的內表面都視作孔，由尺寸d1、d2、d3、d4等所確定的外表面都視作軸。10/15/20234尺寸：尺寸、基本尺寸、實際尺寸、作用尺寸、極限尺寸、實體尺寸1)尺寸是指用特定單位表示長度值的數字。國家標準規定在技術圖樣上所標注的長度尺寸均以毫米為單位。2)基本尺寸設計給定的尺寸。3)實際尺寸通過測量而獲得的尺寸（Da,da）。孔和軸的基本尺寸分別用D和d表示。4)極限尺寸允許尺寸變化的兩個界限值。孔或軸允許的最大尺寸為最大極限尺寸（Dmax、dmax）;孔或軸允許的最小尺寸為最小極限尺寸（Dmin、dmin）;10/15/202355)作用尺寸孔的作用尺寸Dfe：在配合面全長上，與實際孔內接的最大理想軸的尺寸；

軸的作用尺寸dfe：在配合面全長上，與實際軸外接的最大理想孔的尺寸;10/15/202366)實體尺寸10/15/20237●偏差與公差2)尺寸公差（簡稱公差）：允許尺寸的變動量。等于上極限尺寸減去下極限尺寸所得的差值。孔公差Th=Dmax-Dmin=ES-EI

軸公差Ts=dmax-dmin

=es-ei1)偏差：某一尺寸減去公稱尺寸所得的代數差。包括實際偏差和極限偏差。極限偏差又分上極限偏差，簡稱上偏差（孔ES、軸es）和下極限偏差，簡稱下偏差（孔EI、軸ei）。

ES=Dmax-Des=dmax-DEI=Dmin-Dei=dmin-D10/15/20238公差與極限偏差：●區別※

數值上：極限偏差是代數值，可+、-或0；公差是非0的絕對值（零意味著加工誤差不存在）。※

作用上：極限偏差控制合格零件實際偏差；公差控制合格零件實際尺寸允許變動的范圍（精度）；極限偏差表示公差帶的位置，影響配合的松緊（種類）；公差表示公差帶的寬度，影響配合的精度（Tf=Th+Ts）;※

工藝上：對某一具體零件，公差反映加工的難易程度，是制定加工工藝的主要依據；極限偏差是調整機床對刀的依據。●聯系：公差是上、下偏差之差的絕對值。10/15/20239尺寸公差帶圖公差帶表示零件的尺寸相對其基本尺寸所允許變動的范圍，稱為公差帶。用圖所表示的公差帶，稱為公差帶圖，如圖所示。在公差帶圖中，代表基本尺寸的一條直線，稱為零線。零線以上的偏差為正偏差，零線以下的偏差為負偏差。公差帶圖中的基本尺寸的單位為mm，偏差和公差的單位通常為μm。10/15/202310畫出公稱尺寸為φ50mm，上極限尺寸為φ50.025mm、下極限尺寸為φ50

mm的孔與上極限尺寸為φ49.975mm、下極限尺寸為φ49.959mm的軸的公差帶圖。尺寸公差帶圖舉例：0+-?50+25-25-4110/15/202311加工誤差與公差的關系加工誤差是無法避免的，其誤差值在一定范圍內變化是允許的，加工后的零件的誤差只要不超過零件的公差，零件是合格的。所以公差是設計給定的，用于限制加工誤差的；誤差則是加工過程中產生的。工件在加工過程中，由于工藝系統誤差的影響，使加工后的零件的幾何參數與理想值不相符合，其差別稱為加工誤差。其中有：尺寸誤差；幾何形狀誤差和位置誤差。

10/15/202312合格性判定原則工件除線性尺寸外，還存在形狀誤差，為正確地判斷工件尺寸的合格性，規定了極限尺寸判斷原則，即泰勒原則。其內容為：孔或軸的作用尺寸不超過最大實體尺寸，任何位置的實際尺寸不允許超過最小實體尺寸。10/15/202313極限與配合示意圖10/15/202314間隙配合（clearancefit）——具有間隙的配合(包括間隙為零)稱為間隙配合。當配合為間隙配合時，孔的公差帶在軸的公差帶上方。零件配合的種類10/15/202315過盈配合（interferencefit）——具有過盈的配合(包括過盈為零)稱為過盈配合。當配合為過盈配合時，孔的公差帶在軸的公差帶下方。10/15/202316過渡配合（transitionfit）——可能具有間隙，可能具有過盈(針對大批零件而言)的配合稱為過渡配合。當配合為過渡配合時，孔的公差帶和軸的公差帶相互交叉。10/15/202317配合公差帶圖10/15/202318配合制（fitsystem）——把公差和基本偏差標準化的制度稱為極限制。配合制是同一極限制的孔和軸組成配合的一種制度，也叫基準制。國標規定了兩種平行的配合制：基孔制配合和基軸制配合。零件的配合制10/15/202319基孔制配合（hole-basissystemoffit）——是指基本偏差為一定的孔的公差帶與不同基本偏差的軸的公差帶形成各種配合的一種制度。孔的公差帶在零線上方，孔的最小極限尺寸等于基本尺寸，孔的下偏差EI為零，孔稱為基準孔，其代號為“H”。10/15/202320基軸制配合（shaft-basissystemoffit）——是指基本偏差為一定的軸的公差帶與不同基本偏差的孔的公差帶形成各種配合的一種制度。軸的公差帶在零線下方，軸的最大極限尺寸等于基本尺寸，軸的上偏差es

為零，軸稱為基準軸，其代號為“h”。10/15/202321標準公差系列（standardtolerance）——是以國家標準制定的一系列由不同的基本尺寸和不同的公差等級組成的標準公差值。標準公差值是用來確定任一標準公差值的大小，也就是確定公差帶的大小(寬度)。由公差等級（IT01—IT18共20級）、公差單位和基本尺寸分段三項內容組成。公差等級10/15/202322線性尺寸的未注公差——國家標準GB/T1804-2000制定了線性尺寸的一般公差和極限尺寸。一般公差：車間普通工藝條件下，機床設備一般加工能力可保證的公差。

主要用于較低精度的非配合尺寸。線性尺寸的未注公差規定四個等級：

f—精密級；m—中等級；c—粗糙級；v—最粗級；10/15/202323基本偏差系列示意圖10/15/20232410/15/20232510/15/2023265.3.2SelectionofSizeToleranceandFit

尺寸公差與配合的選用尺寸公差與配合的選用是機械設計和制造的一個很重要的環節，公差與配合選擇的是否合適，直接影響到機器的使用性能、壽命、互換性和經濟性。公差與配合的選用主要包括：配合制的選用【基孔制或和基軸制】、公差等級的選用和配合種類【間隙配合、過盈配合、過渡配合】的選用。10/15/202327配合制的選用基孔制和基軸制是兩種平行的配合制。基孔制配合能滿足要求的，用同一偏差代號按基軸制形成的配合，也能滿足使用要求。如：H7/k6與K7/h6的配合性質基本相同，稱為“同名配合”。所以，配合制的選擇與功能要求無關，主要考慮加工的經濟性和結構的合理性。一般優先選用基孔制——孔通常采用定尺寸刀具（如鉆頭、鉸刀、拉刀等）加工和定尺寸量具（如塞規、心軸等）檢驗，而一種規格的定尺寸刀具和量具，只能滿足一種孔公差帶的需要；孔比軸難加工。基孔制可以減少定值刀、量具的規格與數量。10/15/202328基軸制的應用場合——按基軸制直接成形的軸（后續不加工）；同一基本尺寸的軸上裝配幾個零件而且配合性質不同時；與標準件或標準部件配合的孔或軸。根據使用要求，活塞銷與活塞孔的配合為過渡配合，活塞銷與連桿套筒的配合為間隙配合（轉動處）。10/15/202329如果選用基孔制配合，三處配合分別為H7/m6、H7/g6和H7/m6，圖

(b)，必須把軸做成中間小、兩頭大的臺階形式才能滿足各部分的配合要求，而且不利于加工和裝配；如果選用基軸制配合，三處配合分別為M7/h6、G7/h6和M7/h6，圖

(c)，就可把軸做成光軸，這樣有利于加工和裝配。10/15/202330公差等級的選用公差等級選擇的基本原則，就是在能夠滿足使用要求的前提下，應盡量選擇低的公差等級。選用公差等級時，應從工藝、配合及有關零件、部件或機構的特點，并參考已被實踐證明合理的實例來考慮。選用方法：類比法、計算查表法10/15/202331各公差等級的應用范圍10/15/202332配合種類的選用配合種類的選擇主要是根據零件的功能要求，確定配合的類型及配合種類。當相配合的孔、軸間有相對運動時，選擇間隙配合；當相配合的孔、軸間無相對運動時，不經常拆卸，而需要傳遞一定的扭矩，選擇過盈配合；當相配合的孔、軸間無相對運動，而需要經常拆卸時，選擇過渡配合。配合代號的選擇：盡量選擇國家標準中規定的公差帶和配合。當優先配合不能滿足要求時，再從常用配合中選擇，常用配合不能滿足要求時，再選擇一般的配合。10/15/202333一般、常用和優先孔公差帶：總105種，方框常用44種，圓圈優先13種10/15/202334一般、常用和優先軸公差帶：總116種，方框常用59種，圓圈優先13種10/15/202335基孔制優先、常用配合：總59種，優先13種10/15/202336基軸制優先、常用配合：總47種，優先13種10/15/202337實例：C616型車床尾座裝配圖中有關部位的配合見：《機械精度設計與測量技術》，北京大學出版社2008，p43-4410/15/20233810/15/20233910/15/20234010/15/202341配合尺寸在圖中的標注10/15/2023425.4GeometricalPrecisionDesign

幾何精度設計任何機械產品都要經過圖樣設計、機械加工和裝配調試等過程。在加工過程中，不論加工設備和方法如何精密、可靠，都不可避免地會出現加工誤差。除了尺寸方面的誤差外，還會存在各種形狀和位置【FormandLocation】方面的誤差。例如，要求直、平、圓的地方達不到理想的直、平、圓，要求同軸、對稱或位置淮確的地方達不到絕對的同軸、對稱或位置準確。實際加工所得到的零件形狀和幾何體的相互位置相對于其理想的形狀和位置關系存在差異，這就是形狀和位置的誤差(簡稱形位誤差)，統稱為幾何誤差。10/15/202343幾何誤差不僅會影響機械產品的質量（如工作精度、聯接強度、運動平穩性、密封性、耐磨性、噪聲和使用壽命等），還會影響零件的互換性。

車削形成的形狀誤差鉆削形成的位置誤差10/15/202344幾何誤差（形狀和位置誤差）的存在是不可避免的，零件在使用過程中也并不需要絕對消除這些誤差，只需根據具體的功能要求，把誤差控制在—定的范圍內即可，有了允許的變動范圍便可實現互換性生產。因此，在機械產品設計過程中，要對零件作幾何精度設計，以保證產品質量，滿足所需要的性能要求。幾何公差【geometricaltolerance】就是研究機械零件的幾何要素（點、線、面）在形狀及其相互間方向或位置方面的精度問題。10/15/202345要求——閱讀＋實踐應用掌握幾何公差的基本概念（要素）；掌握幾何公差的標注方法（框格表示法、被測要素、基準要素的標注）；掌握幾何公差帶類型、特點及標注方法；掌握公差原則的基本概念及常用的公差原則；熟悉幾何公差的選擇和應用。10/15/202346幾何公差項目及符號（GB/T1182-2008)形狀公差方向公差位置公差跳動公差形狀或方向或位置公差幾何公差的項目及標注10/15/202347形狀公差標注（4項）10/15/202348方向公差標注（3項）10/15/202349位置公差標注（3項）位置度、同軸度和對稱度10/15/202350跳動公差標注（2項）10/15/202351輪廓公差標注（線、面2項，形狀、方向、位置）無基準線輪廓度（形狀）有基準線輪廓