1、 機(jī)械零件技術(shù)中幾何精度設(shè)計(jì)的探討 摘要一臺(tái)機(jī)器性能的優(yōu)勢(shì)，首先取決于其零件的設(shè)計(jì)與制造精度。要保證機(jī)械零件的 精度，必須對(duì)其提出幾何精度要求。 該文就機(jī)械零件設(shè)計(jì)過(guò)程中幾何精度設(shè)計(jì)的一般原則和 方法作了一些探討。 著重指出形位公差與尺寸公差、表面粗糙度之間的關(guān)系，通過(guò)其間關(guān)系 可以比較正確、合理地進(jìn)行零件的幾何精度設(shè)計(jì)。 關(guān)鍵詞幾何精度設(shè)計(jì)；尺寸公差；形位公差；表面粗糙度 前言 幾何精度就是零、部件答應(yīng)的幾何誤差，也稱(chēng)為幾何公差，簡(jiǎn)稱(chēng)公差。幾何精度是根 據(jù)產(chǎn)品的使用功能要求和加工工藝確定的。版權(quán)文檔，請(qǐng)勿用做商業(yè)用途 幾何精度設(shè)計(jì)知識(shí)根據(jù)產(chǎn)品的使用功能要求和制造條件確定機(jī)械零部件幾何要素答應(yīng)

2、 的加工和裝配誤差。一般來(lái)說(shuō)，零件上任何一個(gè)幾何要素的誤差都會(huì)以不同的方式影響其功 能。例如，曲柄-連桿-滑塊機(jī)構(gòu)中的連桿長(zhǎng)度尺寸 L的誤差，將導(dǎo)致滑塊的位置和位移誤差， 從而影響使用功能。 版權(quán)文檔，請(qǐng)勿用做商業(yè)用途 由此可見(jiàn)，對(duì)零件每個(gè)要素的各類(lèi)誤差都應(yīng)給出精度要求。正確合理地給出零件幾何 要素的公差是工程技術(shù)人員的重要任務(wù)。幾何精度設(shè)計(jì)在機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計(jì)過(guò)程中具有十分重 要的意義。下面就其中主要問(wèn)題進(jìn)行探討。版權(quán)文檔，請(qǐng)勿用做商業(yè)用途 零件的幾何精度包括： 1）零件的尺寸精度；2）外形和位置精度；3）表面精度等。幾何精度數(shù)值選擇得是否 合理，直接關(guān)系到零件的使用要求和加工成本。幾何精度設(shè)計(jì)

3、的方法主要有：類(lèi)比法、計(jì)算 法和試驗(yàn)法三種。 版權(quán)文檔，請(qǐng)勿用做商業(yè)用途 類(lèi)比法（亦稱(chēng)經(jīng)驗(yàn)法）就是與經(jīng)過(guò)實(shí)際使用證實(shí)合理的類(lèi)似產(chǎn)品上的相應(yīng)要素相比較， 確定所設(shè)計(jì)零件幾何要素的精度。版權(quán)文檔，請(qǐng)勿用做商業(yè)用途 采用類(lèi)比法進(jìn)行精度設(shè)計(jì)時(shí)，必須正確選擇類(lèi)比產(chǎn)品，分析它與所設(shè)計(jì)產(chǎn)品在使用條 件和功能要求等方面的異同，并考慮到實(shí)際生產(chǎn)條件、制造技術(shù)的發(fā)展、市場(chǎng)供給信息等諸 多因素。采用類(lèi)比法進(jìn)行精度設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)是資料的收集、分析與整理。類(lèi)比法是大多數(shù)零件 要素精度設(shè)計(jì)所采用的方法。 版權(quán)文檔，請(qǐng)勿用做商業(yè)用途 計(jì)算法就是根據(jù)由某種理論建立起來(lái)的功能要求與幾何要素精度之間的定量關(guān)系，計(jì) 算確定零件要素的精

4、度。例如，根據(jù)液體潤(rùn)滑理論計(jì)算確定滑動(dòng)軸承的最小間隙、根據(jù)彈性 變形理論計(jì)算確定圓柱結(jié)合的過(guò)盈、根據(jù)機(jī)構(gòu)精度理論和概率設(shè)計(jì)方法計(jì)算確定傳動(dòng)系統(tǒng)中 各傳動(dòng)件的精度等等。目前，用計(jì)算法確定零件幾何要素的精度，只適用于某些特定的場(chǎng)合。 而且，用計(jì)算法得到的公差，往往還需要根據(jù)多種因素進(jìn)行調(diào)整。版權(quán)文檔，請(qǐng)勿用做商業(yè)用途 試驗(yàn)法就是先根據(jù)一定條件，初步確定零件要素的精度，并按此進(jìn)行試制。再將試制 產(chǎn)品在規(guī)定的使用條件下運(yùn)轉(zhuǎn)，同時(shí)對(duì)其各項(xiàng)技術(shù)性能指標(biāo)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并與預(yù)定的功能要求 比較，根據(jù)比較結(jié)果再對(duì)原設(shè)計(jì)進(jìn)行確認(rèn)或修改。經(jīng)過(guò)反復(fù)試驗(yàn)和修改，就可以最終確定滿 足功能要求的合理設(shè)計(jì)。試驗(yàn)法的設(shè)計(jì)周期較長(zhǎng)、

5、費(fèi)用較高，因此主要用于新產(chǎn)品設(shè)計(jì)中個(gè) 別重要要素的精度設(shè)計(jì)。版權(quán)文檔，請(qǐng)勿用做商業(yè)用途 目前應(yīng)用最廣的還是類(lèi)比法，但類(lèi)比法需要成熟的數(shù)據(jù)，同時(shí)還需要豐富的經(jīng)驗(yàn)，在 缺乏類(lèi)比數(shù)據(jù)時(shí)，如何比較準(zhǔn)確地進(jìn)行幾何精度設(shè)計(jì)，是每一個(gè)設(shè)計(jì)和加工人員需要解決的 問(wèn)題。版權(quán)文檔，請(qǐng)勿用做商業(yè)用途 1公差等級(jí)的選擇 合理地選用公差等級(jí)，就是為了更好地解決機(jī)械零、部件使用要求與制造工藝及成本 之間的矛盾。因此選擇公差等級(jí)的基本原則是：在滿足使用要求的前提下，盡量選取低的公 差等級(jí)。版權(quán)文檔，請(qǐng)勿用做商業(yè)用途 對(duì)一般機(jī)械行業(yè)來(lái)說(shuō)， 常用的公差等級(jí)為IT5IT12。公差等級(jí)的具體選用可參照下列 情況確定： IT2IT4

6、 （非凡精密的配合）：IT2IT4用于非凡精密的重要部位的配合，如高精度 機(jī)床P4 （即原C級(jí)）滾動(dòng)軸承的配合，以及精密儀器中非凡精密的配合，這種配合的精度 很高，加工困難，選擇此精度時(shí)一定要慎重；版權(quán)文檔，請(qǐng)勿用做商業(yè)用途 IT5IT7 （精密配合）：IT5IT7用于精密配合處，其中 IT5的軸和IT6的孔用于普 通精度機(jī)床、發(fā)動(dòng)機(jī)等機(jī)械的非凡重要的關(guān)鍵部位、高精度鏜模中鏜套內(nèi)外徑處的配合；IT6 的軸和IT7的孔用于一般傳動(dòng)軸和軸承、傳動(dòng)齒輪與軸的配合，以及與普通精度滾動(dòng)軸承相 配的軸頸和外殼孔的尺寸精度；版權(quán)文檔，請(qǐng)勿用做商業(yè)用途 IT7IT8 （中等精度配合）：IT7IT8用于中等精度

7、要求的配合部位，如一般速度的 皮帶輪、聯(lián)軸器和軸頸的配合等；版權(quán)文檔，請(qǐng)勿用做商業(yè)用途 IT9IT10 （般精度配合）：IT9IT10用于一般精度要求的配合部位，例如軸套外 徑與孔、操縱件與軸、平鍵與鍵槽、輪轂槽的配合等；版權(quán)文檔，請(qǐng)勿用做商業(yè)用途 IT11IT12 （較低精度配合）：IT11IT12用于不重要的配合，如農(nóng)業(yè)機(jī)械、紡織機(jī) 械粗糙活動(dòng)處的配合。版權(quán)文檔，請(qǐng)勿用做商業(yè)用途 從加工上看，IT6IT7的大孔需要粗鏜后精鏜（或浮動(dòng)鏜）、粗磨后精磨，而IT7 IT8的孔只需要半精鏜后精鏜或半精鏜后磨孔，因此要非凡注重不要隨意提高精度等級(jí)。 權(quán)文檔，請(qǐng)勿用做商業(yè)用途 一般機(jī)械制造工廠中，主要

8、加工方法與公差等級(jí)的大致對(duì)應(yīng)關(guān)系如下： 研磨：IT01IT5鉸孔：IT6IT10沖壓：IT10IT14 研磨： IT4 -IT7 銃： IT8 -IT11 鍛造：IT10 IT14 圓磨： IT5 -IT7 車(chē): IT7 -IT12 砂型鑄造： IT16 平磨： IT5 -IT8 鏜: IT7 -IT12 塑料成型： IT13 IT17 拉削： IT5 -IT8 刨： IT7 -IT12 粉末冶金成型尺寸： IT7 IT10 金剛石車(chē)或鏜：IT5IT8鉆：IT11IT14 2形位公差的選擇 形位公差的選擇包括：形位公差項(xiàng)目、形位公差等級(jí)、公差原則和基準(zhǔn)等的選擇，其 中形位公差等級(jí)的確定是難點(diǎn)。

9、版權(quán)文檔，請(qǐng)勿用做商業(yè)用途 零件的幾何外形精度，主要由機(jī)床精度或刀具精度來(lái)保證；零件的相互位置精度，主 要由機(jī)床精度、夾具精度和工件安裝精度來(lái)保證。零件的尺寸精度、形位精度和表面粗糙度 是相互聯(lián)系的，如尺寸公差值小，外形誤差和表面粗糙度值也小，其選擇需要根據(jù)零件的使用要求來(lái)確定，如滾筒的尺寸精度要求不高，但圓度、圓柱度和表面粗糙度要求卻比較高。 因此，要根據(jù)實(shí)際需要合理選擇各精度等級(jí)和數(shù)值。版權(quán)文檔，請(qǐng)勿用做商業(yè)用途 2.1形位公差項(xiàng)目的選擇 形位公差特征項(xiàng)目的選擇可從以下幾個(gè)方面考慮： 零件的幾何特征零件的幾何特征不同，會(huì)產(chǎn)生不同的形位誤差。例如，軸、套類(lèi)零件 的外形公差項(xiàng)目主要為圓柱面的圓

10、度和圓柱度；位置精度項(xiàng)目主要是配合軸頸 （裝配傳動(dòng)件 的軸頸）相對(duì)支承軸頸（裝配軸承的軸頸）或套筒內(nèi)外圓之間的同軸度；軸類(lèi)件安裝傳動(dòng)齒 輪、滾動(dòng)軸承的定位端面相對(duì)支承軸頸軸心線的端面圓跳動(dòng)（或垂直度）；箱體類(lèi)零件的主 要表面有基準(zhǔn)面及支承面， 有一對(duì)或數(shù)對(duì)要求較高的軸承支承孔，主要外形精度為基準(zhǔn)面及 支承面的平面度；同一軸線上孔的同軸度、孔與安裝基面的平行度、相關(guān)孔軸線之間的平行 度；平面零件可選擇平面度；窄長(zhǎng)平面可選直線度；槽類(lèi)零件可選對(duì)稱(chēng)度；階梯軸、孔可選 同軸度等。版權(quán)文檔，請(qǐng)勿用做商業(yè)用途 零件的功能要求根據(jù)零件不同的功能要求，給出不同的形位公差項(xiàng)目。例如，圓柱形 零件，當(dāng)僅需要順利裝

11、配時(shí)，可選軸心線的直線度；假如孔、軸之間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，應(yīng)均勻接 觸，或?yàn)楸ＷC密封性，應(yīng)標(biāo)注圓柱度公差以綜合控制圓度、素線直線度和軸線直線度（如柱 塞與柱塞套、閥芯及閥體等）。又如，為保證機(jī)床工作臺(tái)或刀架運(yùn)動(dòng)軌跡的精度，需要對(duì)導(dǎo) 軌提出直線度要求； 對(duì)安裝齒輪軸的箱體孔， 為保證齒輪的正確嚙合，需要提出孔心線的平 行度要求；為使箱體、端蓋等零件上各螺栓孔能順利裝配，應(yīng)規(guī)定孔組的位置度公差等。版 權(quán)文檔，請(qǐng)勿用做商業(yè)用途 檢測(cè)的方便性確定形位公差特征項(xiàng)目時(shí)，要考慮到檢測(cè)的方便性與經(jīng)濟(jì)性。例如，對(duì) 軸類(lèi)零件，可用徑向全跳動(dòng)綜合控制圓柱度、同軸度；用端面全跳動(dòng)代替端面對(duì)軸線的垂直 度，因?yàn)樘鴦?dòng)誤差檢測(cè)方

12、便，又能較好地控制相應(yīng)的形位誤差。版權(quán)文檔，請(qǐng)勿用做商業(yè)用途 在滿足功能要求的前提下，盡量減少項(xiàng)目，以獲得較好的經(jīng)濟(jì)效益。 22形位公差值的確定 形位公差值的確定要根據(jù)零件的功能要求，并考慮加工的經(jīng)濟(jì)性和零件的結(jié)構(gòu)、剛度 等情況，在保證滿足要素功能要求的條件下，選用盡可能大的公差數(shù)值。版權(quán)文檔，請(qǐng)勿用做商 業(yè)用途 a） 需注出的形位公差：零件圖中形位公差需標(biāo)注的有：1）凡選用形位公差標(biāo)準(zhǔn)中公 差等級(jí)IT01IT12級(jí)的，均應(yīng)在圖樣上注出公差值；2）對(duì)低于未注公差等級(jí)中最低一級(jí)的 特大公差值，也應(yīng)在圖樣上注出公差值，可避免不必要的提高精度而增加加工成本。版權(quán)文 檔，請(qǐng)勿用做商業(yè)用途 b）形位公差

13、與尺寸公差的對(duì)應(yīng)關(guān)系：就使用情況而言，在采用獨(dú)立原則時(shí)，外形公差 與尺寸公差兩者不發(fā)生聯(lián)系，需分別滿足各自的要求； 而對(duì)于同一表面， 形位公差與尺寸公 差又是相互聯(lián)系的。 版權(quán)文檔，請(qǐng)勿用做商業(yè)用途 1）形位公差與尺寸公差的關(guān)系：同一要素上給出的外形公差值應(yīng)小于位置公差值，位 置公差值應(yīng)小于尺寸公差值。例如要求平行的兩個(gè)平而，其平面度公差值應(yīng)小于平行度公差 值，平行度公差值應(yīng)小于其相應(yīng)長(zhǎng)度的尺寸公差值。 所以形位公差值與相應(yīng)要素的尺寸公差 值應(yīng)符合t外形t位置t尺寸。版權(quán)文檔，請(qǐng)勿用做商業(yè)用途 當(dāng)采用尺寸公差來(lái)限制外形誤差時(shí)，外形公差占尺寸公差的比例應(yīng)合理。對(duì)于尺寸公 差為IT5IT8這一范圍

14、內(nèi)的外形公差值，一般可取：T外形=（0. 250. 65） T尺寸。版 權(quán)文檔，請(qǐng)勿用做商業(yè)用途 圓柱形零件的形位公差值（軸線的直線度除外）應(yīng)小于其直徑尺寸的公差值，其公差 值應(yīng)占尺寸公差值 50%以下。對(duì)于圓柱面的外形公差（圓度、圓柱度）等級(jí)，可選取相應(yīng) 尺寸公差的公差等級(jí)， 如對(duì)d25k6的軸頸，可選擇圓柱度公差為 6級(jí)，這樣可保證圓柱度公 差值在尺寸公差值的 50%以下。版權(quán)文檔，請(qǐng)勿用做商業(yè)用途 按同一被測(cè)表面，位置公差的值應(yīng)大于外形公差的值的要求，位置公差的公差等級(jí)， 一般應(yīng)低于至多等于外形公差的公差等級(jí)。一般情況下，階梯軸軸頸的外形公差（圓度、圓 柱度）約取直徑公差的 1/41/2

15、，安裝齒輪等件的部位與前、后支承軸頸的同軸度公差 可取略小于直徑公差的 1/2。定位軸肩的端面跳動(dòng)應(yīng)不大于該處直徑公差的1 /2。版權(quán)文檔, 請(qǐng)勿用做商業(yè)用途 2） 形位公差的常用公差等級(jí)：直線度、平面度：6、7、8、9為常用公差等級(jí)（9級(jí)相 當(dāng)于未注公差等級(jí)中的 H級(jí)）；圓度、圓柱度：6、7、8、9為常用公差等級(jí)；平行度、垂 直度和傾斜度：6、7、8、9為常用公差等級(jí)，以上 6級(jí)為基本級(jí)；同軸度、對(duì)稱(chēng)度、圓跳 動(dòng)和全跳動(dòng)：6、7、8、9為常用公差等級(jí)，7級(jí)為基本級(jí)。版權(quán)文檔，請(qǐng)勿用做商業(yè)用途 c) 外形公差與表面粗糙度的關(guān)系：外形公差與表面粗糙度有一定的比例關(guān)系，如圓柱 面的表面粗糙度 Ra

16、與外形公差(圓度或圓柱度)值T的關(guān)系一般是 RsK 0. 15T。平面的表 面粗糙度Ra與外形公差(平面度)值 T的關(guān)系一般是 RsK( 0. 20. 25) T。版權(quán)文檔，請(qǐng) 勿用做商業(yè)用途 3公差原則的選擇 對(duì)尺寸公差與形位公差需要分別滿足要求，兩者不發(fā)生聯(lián)系的要素， 應(yīng)采用獨(dú)立原則； 零件上的未注形位公差一律遵循獨(dú)立原則。當(dāng)需要嚴(yán)格保證配合性質(zhì)， 如齒輪轂孔與軸頸的 配合，應(yīng)選用包容原則；當(dāng)只要求保證可裝配性，如凸緣上的螺栓孔組，控制螺栓中心線的 位置度公差可選用最大實(shí)體原則；當(dāng)零件要確保某一尺寸必須大于某一臨界數(shù)值且形位公差 用以控制關(guān)聯(lián)中心要素時(shí)，可采用最小實(shí)體原則。根據(jù)以上的數(shù)據(jù)和

17、相互關(guān)系所確定的公差 數(shù)據(jù)，有時(shí)還要進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。如對(duì)于剛性較差的細(xì)長(zhǎng)軸或孔，跨距較大的軸，由于工藝 性差，加工時(shí)輕易產(chǎn)生較大的外形誤差(圓度、圓柱度)和位置誤差(平行度、垂直度)， 因此可根據(jù)具體情況，將正常選用的形位公差等級(jí)降低12級(jí)選用。版權(quán)文檔，請(qǐng)勿用做商業(yè)用 途 4表面粗糙度的選擇 零件表面粗糙度的選擇既要滿足零件表面的功能要求，也要考慮到經(jīng)濟(jì)性。具體選擇 時(shí)可參照些經(jīng)過(guò)驗(yàn)證的實(shí)例，用類(lèi)比法來(lái)確定。一般選擇原則如下：版權(quán)文檔，請(qǐng)勿用做商業(yè)用途 (1 )在滿足表面功能要求的情況下，盡量選用較大的表面粗糙度。 (2) 同一零件上，工作表面的粗糙度小于非工作表面的粗糙度。 (3) 摩擦表

18、面比非摩擦表面的粗糙度要小； 滾動(dòng)摩擦表面比滑動(dòng)摩擦表面的粗糙度要 小；運(yùn)動(dòng)速度高、單位壓力大的摩擦表面比運(yùn)動(dòng)速度低、 單位壓力小的摩擦表面的粗糙度要 小、。版權(quán)文檔，請(qǐng)勿用做商業(yè)用途 (4) 受循環(huán)載荷的表面及易引起應(yīng)力集中的部分(如圓角、溝槽)，表面粗糙度要小。 版權(quán)文檔，請(qǐng)勿用做商業(yè)用途 (5) 配合性質(zhì)要求高的結(jié)合表面，配合間隙小的配合表面以及要求連接可靠、受重載 的過(guò)盈配合表面等，都應(yīng)取較小的粗糙度。 （6）配合性質(zhì)相同，零件尺寸愈小則表面粗糙度應(yīng)愈小；同一精度等級(jí)，小尺寸比大 尺寸、軸比孔的表面粗糙度要小。版權(quán)文檔，請(qǐng)勿用做商業(yè)用途 （7 ）尺寸公差、外形公差和表面粗糙度是在設(shè)計(jì)圖樣上同時(shí)給出的基本要求，三者互 相存在密切聯(lián)系，故取值時(shí)應(yīng)相互協(xié)調(diào)，一般應(yīng)符合：尺寸公差外形公差 表面粗糙度。版 權(quán)文檔，請(qǐng)勿用做商業(yè)用途 （8）要求防腐蝕、密封性能好或外表美觀等表面的粗糙度值應(yīng)較小。 （9） 考慮加工方法確定表面粗糙度表面粗糙度與加工方法有密切的關(guān)系，在確