幾何公差及檢測8.1幾何公差概述8.2幾何公差的標注方法8.3幾何公差帶8.4幾何誤差的檢測本章小結(jié)習(xí)題

8.1幾何公差概述

8.1.1幾何誤差概述加工后的零件不僅有尺寸誤差,而且構(gòu)成零件幾何特征的點、線、面的實際形狀或相互位置,與理想幾何體規(guī)定的形狀和相互位置還不可避免的存在差異。這種形狀上的差異就是形狀誤差,而相互位置的差異就是位置誤差,統(tǒng)稱為幾何誤差。

如圖8－1(a)所示的階梯軸零件圖,加工后可能產(chǎn)生如圖8－1(b)所示的誤差,主要誤差有:?d1軸的圓柱面不圓,并出現(xiàn)傾斜(即圓柱度誤差);?d1軸軸線與?d2軸的右端面不垂直(即垂直度誤差)。圖8－1階梯軸．

幾何誤差對零件使用性能的影響如下:

(1)影響零件的功能要求。機床導(dǎo)軌應(yīng)為直線,否則會影響運動精度;變速箱中齒輪軸線應(yīng)平行,否則接觸不良降低承載能力;機床導(dǎo)軌表面的直線度和平面度會影響機床刀架的運動精度。

(2)影響零件的配合性質(zhì)。在有相對運動的間隙配合中,由于形狀誤差會使間隙大小沿結(jié)合面分布不均,造成局部磨損加劇,降低運動精度,縮短使用壽命;在過盈配合中,會影響連接強度。

(3)影響零件的互換性。軸、孔結(jié)合幾何誤差太大會影響裝配。

8.1.2零件幾何要素及其分類

任何零件都是由點、線、面組合而成的,這些構(gòu)成零件幾何特征的點、線、面統(tǒng)稱為幾何要素,如圖8－2所示。圖8－2零件的幾何要素

幾何要素的分類有以下幾種:

1.按存在的狀態(tài)分類

(1)理想要素。理想要素是設(shè)計時給定的圖紙上的要素。

(2)實際要素。實際要素是加工后實際零件上的幾何要素,在測量時由測得的要素代替

2.按所處地位分類

(1)被測要素。被測要素給出幾何公差要求的要素。

(2)基準要素。基準要素用來確定被測要素方向、位置的要素,即作為參照物的要素。

3.按結(jié)構(gòu)特征分類

(1)組成要素(輪廓要素)。組成要素是構(gòu)成零件輪廓的點、線、面的要素。

(2)導(dǎo)出要素(中心要索)。導(dǎo)出要素由一個或幾個組成要素得到的中心點、中心線或中心面。

4.按功能關(guān)系分類

(1)單一要素。單一要素是只有形狀要求的要素,即與其他要素無關(guān)的幾何要素。

(2)關(guān)聯(lián)要素。關(guān)聯(lián)要素是只有位置要求的要素,與參考要素(基準要素)相關(guān)聯(lián),必須滿足相互的位置關(guān)系。

8.1.3幾何公差特征項目及符號

幾何(形位)公差的幾何特征、符號見表8－1。

8.2幾何公差的標注方法

8.2.1幾何公差框格與指引線

幾何(形位)公差框格由2~5格組成,形狀公差框格一般為兩格,方向公差、位置公差、跳動公差的框格為2~5格,示例如圖8－3所示。第1格填寫幾何(形位)公差項目符號;第2格填寫公差值和有關(guān)符號:第3、4、5格填寫代表基準的字母和有關(guān)符號。圖8－3幾何公差框格

公差框格中填寫的公差值必須以mm為單位,當公差帶形狀為圓或圓柱和球形時,應(yīng)分別在公差值前面加注“?”和“S?”。

標注時,指引線可由公差框格的一端引出,并與框格端線垂直,為了制圖方便,也允許從框格的側(cè)邊引出,如圖8－4所示。圖8－4指引線與公差框格

指引線箭頭指向被測要素,箭頭的方向是公差帶寬度方向或直徑方向,如圖8－5所示。指引線可以曲折,但一般不超過兩次。圖8－5指引線箭頭方向

8.2.2被測要素

當被測要素為組成要素(輪廓要素)時,公差框格指引線箭頭應(yīng)指在輪廓線或其延長線上,并應(yīng)與尺寸線明顯地錯開;當被測要素為導(dǎo)出要素(中心要素)時,指引線箭頭應(yīng)與該要素的尺寸線對齊或直接標注在軸線上,如圖8－6所示。圖8－6指引線箭頭指向被測要素位置

8.2.3基準要素

對關(guān)聯(lián)位置要素的公差必須注明基準,基準符號如圖8－7所示。基準符號由字母、圓圈、粗短橫線和細連線組成。圓圈內(nèi)字母與公差框格中的基準字母對應(yīng)。基準在公差框格中的順序是固定的,框格第3格填寫第一基準代號,之后依次填寫第二、第三基準代號。當兩個要素組成公共基準時,用橫線隔開兩個大寫字母,并將其標在第3格內(nèi),如圖8－3所示。圖8－7基準符號結(jié)構(gòu)

與被測要素的公差框格指引線位置同理,當基準要素為輪廓要素時,基準符號應(yīng)在輪廓線或其延長線上,并應(yīng)與尺寸線明顯地錯開,如圖8－8所示;當基準要素為中心要素時,基準符號一定要與該要素的尺寸線對齊,如圖8－9所示。圖8－8基準要素為輪廓要素時的標注圖8－9基準要素為中心要素時的標注

當基準要素或被測要素為視圖上的局部表面時,可將基準符號(公差框格)標注在帶圓點的參考線上,圓點標于基準面(被測面)上,如圖8－10所示。圖8－10局部表面基準標注

8.2.4幾何公差的簡化標注

在不影響讀圖或引起誤解的前提下,可采用簡化標注方法。

(1)當同一要素有多個公差要求時,可將框格畫在一起,并共用一根指引線,如圖8－11所示。圖8－11多個公差要求作用同一要素的簡化標注

(2)一個公差框格可以用于具有相同幾何特征和公差值的若干個分離要素,如圖8－12所示。圖8－12多個要素同一公差要求的簡化標

(3)當結(jié)構(gòu)尺寸相同的幾個要素有相同的幾何公差要求時,可只對其中的一個要素標注出,并在框格上方標明。如8個要素,則注明“8×”或“8槽”等,如圖8－13所示。圖8－13相同要素同一公差要求的簡化標注

8.3幾何公差帶

8.3.1形狀幾何公差帶的形狀隨被測實際要素的結(jié)構(gòu)特征、所處的空間以及要求控制方向的差異而有所不同,幾何公差帶的形狀有如圖8－14所示的幾種。圖8－14幾何公差帶的形狀

8.3.2大小

幾何公差帶的大小以公差帶的寬度或直徑(即圖樣上幾何公差框格內(nèi)給出的公差值)表示,公差值均以mm為單位,它表示了形位精度要求的高低。

若公差值以寬度表示,則在公差值數(shù)字t前不加符號。若公差帶為一個圓、圓柱或一個球,則在公差值數(shù)字t前加注?或S?(即公差值以直徑表示)。

8.3.3方向

幾何公差帶的方向是指幾何誤差的檢測方向。

方向公差帶、位置公差帶、跳動公差帶的方向,理論上就是圖樣上公差框格指引線箭頭所指示的方向。形狀公差帶的方向除了與公差框格指引線箭頭所指示的方向有關(guān)外,還與被測要素的實際狀態(tài)有關(guān)。圖8－15中平面度公差帶和平行度公差帶的指引線方向都是一樣的,但是公差帶的方向卻不一定相同。圖8－15幾何公差帶的方向

8.3.4位置

幾何公差帶的位置分為兩種情況,即浮動和固定。若幾何公差帶的位置可以隨被測要素的變動而變動,沒有對其他要素保持一定幾何關(guān)系的要求,則稱公差帶的位置是浮動的;若幾何公差帶的位置必須和基準保持一定的幾何關(guān)系,不隨被測要素的變動而變動,則稱公差帶的位置是固定的。

判斷幾何公差帶是固定還是浮動的方法是:若公差帶與基準之間由理論正確尺寸定位,則公差帶位置固定;若由尺寸公差定位,則公差帶位置在尺寸公差帶內(nèi)浮動。

一般來說,形狀公差帶的方向和位置是浮動的;方向公差帶的方向是固定的,而位置是浮動的;位置(位置度除外)公差帶和跳動公差帶的方向和位置都是固定的。

8.4幾何誤差的檢測

8.4.1檢測原則常用的幾何誤差檢測原則有五種,見表8－2。．

8.4.2檢測方法

1.直線度誤差檢測

(1)光隙法。光隙法適用于經(jīng)磨削后較短平面上的直線度誤差測量(給定方向上),使用器具:刀口尺和塞尺。

如圖8－16所示,刀口尺的刃口體現(xiàn)理想直線,測量時,將刃口與被測直線相接觸,用肉眼觀察透光量的情況,最大光隙即為直線度誤差。當光隙較小時,誤差值按標準光隙估讀,一般光隙在0.5~0.8mm時呈藍色,在1.25~1.7mm時呈紅色,大于2.5mm時呈白色。當光隙較大時,誤差值用塞尺測量。圖8－16刀口尺和塞尺

(2)指示表法。

指示表法適用于軸套類零件軸線直線度的測量(任意方向上),使用器具:頂尖架、平板、帶支架的指示表(百分表或千分表)等。

如圖8－17所示,測量時將被測軸裝夾在平行于平板的兩頂尖之間,并將裝在支架上的兩個相對指示表的測量頭調(diào)整在鉛垂軸截面內(nèi),沿最高、最低兩條素線測量,同時分別記錄兩指示表的讀數(shù)值M1和M2,各測點讀數(shù)差之半值中的最大值即為該截面內(nèi)軸線的直線度誤差。轉(zhuǎn)動軸按上述方法測量若干個截面,取其中最大值作為零件軸線的直線度誤差。圖8－17軸線直線度測量

(3)節(jié)距法。節(jié)距法適用于計量相對較長零件表面直線度的測量。

2.平面度誤差檢測

平面度誤差檢測使用器具:平板、支撐、帶支架的指示表等。

測量平面度誤差時將被測平面支撐在平板(作為測量基準)上,用指示表測量被測平面上具有代表性的測點的數(shù)值,如圖8－18所示,再用適當?shù)姆椒ㄔu定出平面度誤差值,如理想平面法(對角線法)、最小區(qū)域法等。圖8－18用指示表測量平面度誤差

3.圓度、圓柱度誤差檢測

圓度、圓柱度誤差的檢測方法分為兩類:一類是用專用測量儀進行測量,如圓度儀、坐標測量儀等;另一類是用通用量具進行測量。

1)圓度誤差檢測

(1)圓度儀測量法。圓度儀測量法是以“與理想要素比較原則”為依據(jù)的測量方法。如8－19所示,實測時先調(diào)零(為理想圓半徑),然后回轉(zhuǎn)軸帶動測頭沿被測表面回轉(zhuǎn)一圈,測頭的徑向位移由傳感器轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?由放大器放大推動記錄儀描繪出實際輪廓線,同時顯示測得數(shù)值。應(yīng)用最小區(qū)域法取最大值與最小值之差,即為該截面內(nèi)的圓度誤差值。用上述方法測量若干截面,取其中最大值為零件圓度誤差值。圖8－19圓度儀測量圓度誤差

(2)通用量具測量法。用通用量具測量圓度,實際上是選用直徑作為特征參數(shù),通過測量被測零件正截面內(nèi)直徑的變化來近似評定圓度誤差。通用量具測量圓度的方法可分為兩點法和三點法兩種。

兩點法:用游標卡尺、千分尺(與零件形成兩點接觸)測量零件正截面內(nèi)不同方向的實際直徑值,最大差值的一半就是該截面內(nèi)的圓度誤差值。

三點法:如圖8－20所示,將零件放置在V形鐵上,指示器測頭置于鉛垂軸截面內(nèi)(與零件形成三點接觸),并固定軸向位置。將零件回轉(zhuǎn)一周,指示器顯示的最大差值的一半就是該截面內(nèi)的圓度誤差值。圖8－20三點法測量圓度

2)圓柱度誤差檢測

(1)圓度儀法測量圓柱度誤差,是在測量圓度的基礎(chǔ)上,同時將測頭沿被測軸的軸向作均勻、精確的移動,取測得數(shù)據(jù)中的最大差值,即為該軸的圓柱度誤差。

(2)兩點法和三點法是沿圓柱軸向取若干位置重復(fù)圓度的測量,取測得值中最大差值的一半,即為該軸的圓柱度誤差。

(2)線對面平行度誤差檢測。如圖8－21(b)所示,將被測零件(長度為L1)放置在平板上,被測軸線由可脹式心軸模擬,將指示表測頭置于鉛垂軸截面內(nèi)測量距離為L2的兩位置處,測得讀數(shù)分別為M11和M2,則軸線相對于底面的平行度誤差為圖8－21平行度誤差檢測圖8－21平行度誤差檢測

(3)線對線平行度誤差檢測。根據(jù)檢測方向可分為以下三種:

①要求一個方向。將被測零件按如圖8－21(c)所示方法放置,被測軸線I－I(長度為L1)和基準軸線0－0均由可脹式心軸模擬,將指示表測頭置于被測心軸鉛垂軸截面內(nèi)測量距離為L2的兩位置處,測得讀數(shù)分別為M1和M2,則被測軸線I－I相對于基準軸線0－0在Y方向的平行度誤差為

②要求互相垂直兩個方向。首先測量出fY

后,再按如圖8－21(d)所示方法放置零件進行X方向測量,得

③要求任意方向。按上述方法分別測出fX

和fY后,計算得

5.垂直度誤差檢測

垂直度誤差檢測使用器具:平板、精密直角尺、塞尺、轉(zhuǎn)臺、直角座、帶支架的指示表、可脹式心軸等。

(1)面對面垂直度誤差檢測。如圖8－22(a)所示,將被測零件放置在平板(模擬基準)上,將精密直角尺短邊置于平板上,長邊(模擬理想平面)靠在被測平面上。用塞尺測量直角尺長邊與被測平面之間最大間隙,其數(shù)值即為被測平面相對于底面的垂直度誤差。

(2)面對線垂直度誤差檢測。如圖8－22(b)所示,將被測零件放置在導(dǎo)向塊內(nèi),基準軸線由導(dǎo)向塊模擬。用指示表測量被測零件上表面,其最大值與最小值之差即為零件表面相對于基準軸線的垂直度誤差。

(3)線對面垂直度誤差檢測。如圖8－22(c)所示,將被測零件放置在轉(zhuǎn)臺(其底面模擬基準平面)上,并使被測零件軸線與轉(zhuǎn)臺軸線同軸。使轉(zhuǎn)臺旋轉(zhuǎn),同時測頭沿零件軸向移動,讀數(shù)最大差值的一半即為被測零件軸線相對于底面的垂直度誤差,即

(4)線對線垂直度誤差檢測。如圖8－22(d)所示,被測水平孔(長度為L1)與基準豎直孔軸線分別由可脹式心軸1和心軸2模擬。調(diào)整基準心軸2使其與平板垂直,將測頭置于被測心軸鉛垂軸切面內(nèi)測量距離為L2的兩位置處,測得讀數(shù)分別為M1和M2,則水平孔相對于豎直孔軸線的垂直度誤差為圖8－22垂直度誤差檢測圖8－22垂直度誤差檢測．

6.傾斜度誤差檢測

傾斜度誤差檢測使用器具:平板、定角座、帶支架的指示表等。如圖8－23所示,將被測零件放置在定角座(其底面模擬基準平面)上,指示表讀數(shù)的最大值與最小值之差即為被測斜面相對于底面的傾斜度誤差,即圖8－23傾斜度誤差檢測

7.對稱度誤差檢測

對稱度誤差檢測使用器具:平板、帶支架的指示表等。如圖8－24所示,將零件放置在平板上,測量①槽面上各測點的高度,然后翻轉(zhuǎn)零件,測量②槽面上各對應(yīng)點的高度,各對應(yīng)兩測點數(shù)值的最大差值即為槽兩側(cè)面相對于零件中心平面的對稱度誤差。圖8－24對稱度誤差檢測

8.同軸度誤差檢測

同軸度誤差檢測使用器具:心軸、V形鐵、頂尖座、帶支架的指示表等。

1)階梯軸零件如圖8－25(a)所示,將階梯軸零件的兩端(作為公共基準)放置在兩個等高的V形鐵上,將裝在支架上的兩個相對指示表的測頭調(diào)整在零件中間被測部分的鉛垂軸截面內(nèi),并沿軸向移動,兩指示表讀數(shù)差的最大值為該截面內(nèi)中間階梯軸部分相對于兩端部分的同軸度誤差,即圖8－25同軸度誤差檢測．

2)套類零件

如圖8－25(b)所示,將套類零件通過可脹式心軸裝在兩同軸頂尖(中心線體現(xiàn)基準軸線)之間,將指示表的測頭調(diào)整在零件鉛垂軸截面內(nèi)。測量時,零件連續(xù)旋轉(zhuǎn),同時指示表沿軸向移動,指示表的最大與最小讀數(shù)之差即為軸套孔軸線相對于基準軸線的同軸度誤差。

9.跳動誤差檢測

跳動誤差檢測使用器具:平板、V形鐵、定位套、帶支架的指示表等。

跳動公差測量的對象僅是軸套類零件,基準是零件軸線。

(1)測量徑向跳動。如圖8－26(a)所示,將被測軸裝在兩同軸頂尖(中心線體現(xiàn)基準軸線)之間,將指示表的測頭調(diào)整在零件鉛垂軸截面內(nèi)。當被測軸回轉(zhuǎn)一周時,指示表的最大與最小讀數(shù)之差,即是徑向圓跳動誤差。

零件連續(xù)旋轉(zhuǎn),同時指示表沿軸向勻速移動,指示表的最大與最小讀數(shù)之差,即是徑向全跳動誤差。

(2)測量端面跳動。

如圖8－26(b)所示,將被測軸放置在V形鐵上,左端用頂尖頂住,指示表測頭(平行于軸線)放置在右端面距圓心為R處。當被測軸回轉(zhuǎn)一周時,指示表的最大與最小讀數(shù)之差,即是距圓心為R處的端面圓跳動誤差。零件連續(xù)旋轉(zhuǎn),同時指示表沿半徑線向圓心勻速移動,指示表的最大與最小讀數(shù)之差,即是端面全跳動誤差。

(3)測量斜向圓跳動。

如圖8－26(c)所示,將被測錐軸放置在定位套中,下端用頂尖頂住,指示表測頭(垂直于素線)放置在圓錐面上。當被測軸回轉(zhuǎn)一周時,指示表的最大與最小讀數(shù)之差,即是圓錐面的斜向圓跳動誤差。圖8－26跳動誤差檢測

注意:

由于跳動誤差檢測的經(jīng)濟實用性,故在實際生產(chǎn)中常用來代替一些難度大的檢測項目。如用徑向全跳動代替圓柱度、同軸度的測量,端面全跳動代替端面相對于軸線垂直度的測量等。

本章小結(jié)

(1)形狀公差和位置公差(幾何公差)在機械制造中的作用。規(guī)定出合理的形狀公差和位置公差,用以限制形狀誤差和位置誤差,保證零件的使用性能。

(2)幾何公差的符號及代號。

①幾何公差項目的符號主要有以下幾種:

形狀公差:直線度、平面度、圓度、圓柱度、線輪廓度和面輪廓度。

方向公差:平行度、垂直度、傾斜度、線輪廓度和面輪廓度。

位置公差:位置度、對稱度、同軸度、同心度、線輪廓度和面輪廓度。

跳動公差:圓跳動和全跳動。

②幾何公差的代號。國標規(guī)定幾何公差在圖樣中應(yīng)采用代號標注。代號由公差項目符號、框格、指引線、公差數(shù)值、基準符號和其他有關(guān)符號組成。幾何公差框格用細線繪制,可畫兩格或多格,要水平或鉛垂放置,框格的高度是圖樣中尺寸數(shù)字高度的二倍,框格長度根據(jù)需要而定。框格中的數(shù)字、字母和符號與圖樣中的數(shù)字同高。框格內(nèi)由左至右或由下至上填寫的內(nèi)容為:第一格為幾何公差項目符號;第二格為幾何公差值及其有關(guān)符號,以后各格為基準代號的字母及有關(guān)符號。

③基準符號。標注位置公差的基準要用基準符號。基準符號由粗短橫線、圓圈、細連線和字母組成。圓圈直徑與框格高度相同,圓圈內(nèi)填寫基