尺寸公差、形狀公差和位置公差的協(xié)調(diào)關(guān)系

尺寸公差、形狀公差和位置公差的協(xié)調(diào)關(guān)系的圖1


在機(jī)械制圖技術(shù)要求標(biāo)注中,幾何量技術(shù)要求需標(biāo)注尺寸公差、形狀公差和位置公差等。為了使表面的多項(xiàng)技術(shù)要求能用同一種工藝方案實(shí)現(xiàn),標(biāo)注這些技術(shù)要求時(shí),需要保證相關(guān)技術(shù)要求的公差允許值的協(xié)調(diào)。


一般原則是:同一要素的形狀公差值小于位置公差值,小于尺寸公差值。現(xiàn)就部分形狀、位置公差之間或與尺寸公差之間的協(xié)調(diào)關(guān)系作一分析驗(yàn)證。


- 尺寸公差與形狀公差之間的關(guān)系 -

一、圓柱形零件尺寸公差與形狀公差之間的關(guān)系

圓柱形零件的形狀公差值,一般情況要小于其尺寸公差值,圓柱形零件的形狀公差主要指圓度或圓柱度公差。


考慮到形狀公差帶應(yīng)控制在尺寸公差帶內(nèi),而且有富余,圓度或圓柱度公差值應(yīng)是尺寸公差值的四分之一左右甚至更小。

尺寸公差、形狀公差和位置公差的協(xié)調(diào)關(guān)系的圖2

如圖1、圖2所示,滾動(dòng)軸承國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的安裝軸頸和殼體孔圓柱度公差值。


查公差與配合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)得圖1殼體孔尺寸φ110J7,公差值0.035mm,圖中圓柱度公差值0.010mm;圖2軸承軸頸尺寸φ50k6,公差值0.016mm,圖中圓柱度公差值0.004mm。


兩個(gè)實(shí)例的圓柱度公差值均是尺寸公差的四分之一左右,國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)之所以如此規(guī)定,就是要保證形狀精度和尺寸精度能同時(shí)協(xié)調(diào)地達(dá)到要求。


驗(yàn)證如下:對(duì)于有配合要求的圓柱形零件,一般要保證形狀公差帶在直徑公差帶范圍內(nèi),這樣確保零件即便是圓柱度有一定誤差,導(dǎo)致零件出現(xiàn)大小頭的錐度誤差。但只要是該圓柱度誤差可控,就不至于出現(xiàn)一端尺寸在其公差帶內(nèi),另一端超差的情況。


如圖3所示,因圓柱度誤差過(guò)大,導(dǎo)致如果小端尺寸滿足尺寸范圍,而大端尺寸可能超差,反之同理。原因就是圓柱度誤差過(guò)大造成的,所以,應(yīng)控制圓柱度誤差,達(dá)到所有橫截面實(shí)際尺寸均合格的目標(biāo)。

尺寸公差、形狀公差和位置公差的協(xié)調(diào)關(guān)系的圖3

尺寸公差、形狀公差和位置公差的協(xié)調(diào)關(guān)系的圖4

圓度公差與圓柱度公差類似,圓度公差帶是半徑差為公差值t的兩同心圓之間區(qū)域,圓度誤差可控,就不至于出現(xiàn)過(guò)大的橢圓度或過(guò)大的不規(guī)則形狀誤差。


見(jiàn)圖4所示:圖中兩同心圓為圓度公差帶,圓度公差t,兩同心圓之間的粗實(shí)線為圓柱形零件橫截面假設(shè)的實(shí)際形狀,當(dāng)零件橢圓誤差過(guò)大時(shí),可能會(huì)出現(xiàn)某方向?qū)嶋H尺寸在公差帶范圍內(nèi),而另一方向?qū)嶋H尺寸超差的情況,不能達(dá)到任意方向的實(shí)際尺寸都合格。原因就是圓度誤差過(guò)大。


所以,必須提高圓度精度,控制圓度誤差,達(dá)到任意方向所有實(shí)際尺寸均合格的目標(biāo)。

二、平行度公差與距離公差之間的關(guān)系

如兩平行平面有一定的平行度要求,必須滿足平行度公差值小于距離公差值這一原則。


如圖5撥桿零件,兩孔軸線之間的平行度公差為φ0.06mm,兩孔軸線之間的距離尺寸為100±0.06mm,公差值為0.12,兩軸線平行度公差值小于距離公差值,符合這一原則。

尺寸公差、形狀公差和位置公差的協(xié)調(diào)關(guān)系的圖5

反證一下:如果兩軸線平行度過(guò)大而超過(guò)距離公差值,則滿足該平行度公差的兩條軸線可能是傾斜過(guò)大,從而在軸線全長(zhǎng)上有的位置能滿足尺寸要求,而有些位置則不能滿足。為了使兩軸線平行度和距離尺寸都能滿足各自的公差,標(biāo)注時(shí),使平行度公差值小于距離公差值是必要條件。

三、同一要素形狀公差與位置公差之間的關(guān)系

在同一要素上給出的形狀公差值應(yīng)小于其位置公差值。例如要求平行的兩個(gè)表面,其平面度公差值小于平行度公差值;或車床導(dǎo)軌直線度公差值小于平行度公差值。


如圖6板形零件簡(jiǎn)圖,刻線標(biāo)注直線度公差0.005mm,平行度公差0.01mm,符合形狀公差值應(yīng)小于其位置公差值這一原則。

尺寸公差、形狀公差和位置公差的協(xié)調(diào)關(guān)系的圖6

驗(yàn)證如下:假設(shè)有一零件,經(jīng)測(cè)量,畫(huà)出實(shí)際刻線如圖7。根據(jù)形狀、位置誤差評(píng)定原則——最小條件法,為直線度誤差;平行度最小包容區(qū)域應(yīng)平行于基準(zhǔn),故為平行度誤差,運(yùn)用平面幾何原理可以證明<,即直線度誤差小于平行度誤差。


既然它們誤差有這種關(guān)系,因此,在標(biāo)注相應(yīng)公差時(shí),也遵守同樣大小關(guān)系,即直線度公差小于平行度公差。

四、 定向公差與定位公差之間的關(guān)系

位置公差中,定向公差值應(yīng)小于定位公差值,如平行度公差要小于位置度公差等。位置公差中的定向公差,國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定有平行度、垂直度、傾斜度三項(xiàng)公差;國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的定位公差有同軸度、對(duì)稱度和位置度三項(xiàng)公差。


同一要素如果要同時(shí)標(biāo)注這兩類要求時(shí),需要滿足定向公差值小于定位公差值這一原則。


如上圖6所示,標(biāo)注平行度公差值0.01mm,位置度公差0.02mm,滿足定向公差值小于定位公差值原則。

尺寸公差、形狀公差和位置公差的協(xié)調(diào)關(guān)系的圖7

驗(yàn)證如下:依然用圖6同一個(gè)板形零件,經(jīng)過(guò)對(duì)刻線檢測(cè),得到刻線實(shí)際形狀。


以下確定平行度和位置度誤差值,如圖8所示,平行度誤差的包容區(qū)域?qū)挾龋摪輩^(qū)域和基準(zhǔn)D平行;而位置度誤差的包容區(qū)域?qū)挾龋鶕?jù)定位誤差值評(píng)定原理,位置度誤差包容區(qū)域的中心應(yīng)在理論正確位置上且與基準(zhǔn)平行。


運(yùn)用平面幾何原理可以證明<,即平行度誤差小于位置度誤差。因此,在標(biāo)注相應(yīng)公差時(shí),也遵守同樣大小關(guān)系,即平行度公差值小于位置度公差值。

五、單項(xiàng)公差與綜合公差之間的關(guān)系

同一要素的單項(xiàng)公差值,應(yīng)小于綜合公差值。如圓柱形零件的圓度公差值應(yīng)小于圓柱度公差值;圓度公差值或同軸度公差值應(yīng)小于圓跳動(dòng)公差值。


六、圓度公差與圓柱度公差之間的關(guān)系

圓柱形表面,如同時(shí)標(biāo)注圓度公差和圓柱度公差,應(yīng)保證圓度公差值小于圓柱度公差值。如圖9所示,齒輪軸兩軸頸圓柱度公差值0.003mm,圓度公差值0.002mm,滿足圓度公差與圓柱度公差之間關(guān)系原則。

尺寸公差、形狀公差和位置公差的協(xié)調(diào)關(guān)系的圖8

原因是,同一圓柱面的圓柱度誤差,包含了圓度誤差、素線直線度和平行度誤差,圓柱度誤差是綜合了圓度誤差、素線直線度和平行度誤差而形成的,所以,圓柱度誤差大于圓度誤差這類單項(xiàng)誤差。


因此,在標(biāo)注相應(yīng)公差時(shí),也遵守同樣大小關(guān)系,即圓柱度公差值大于圓度公差值。圓度和圓柱度公差,可以同時(shí)標(biāo)注,也可以分別獨(dú)立標(biāo)注,須根據(jù)工件功能需要合理選擇。


如滾動(dòng)軸承國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)軸頸和殼體孔就是僅僅標(biāo)注的圓柱度公差,原因是軸承薄壁工件,容易變形,標(biāo)注圓柱度公差,限制了軸頸的錐度誤差,確保了軸承裝配以后不會(huì)過(guò)量變形。


七、圓跳動(dòng)與圓度公差、同軸度公差之間的關(guān)系

徑向圓跳動(dòng)公差綜合限制零件的同軸度誤差和外表面的圓度誤差。


分析如下:同軸度公差帶是指與基準(zhǔn)軸線同軸的、直徑為公差值的圓柱所限定的區(qū)域;同軸度公差標(biāo)注如圖10所示。

尺寸公差、形狀公差和位置公差的協(xié)調(diào)關(guān)系的圖9

徑向圓跳動(dòng)公差帶,是指某一橫截面內(nèi),半徑差等于公差值、圓心在基準(zhǔn)軸線上的兩同心圓所限定的區(qū)域。圓跳動(dòng)公差標(biāo)注如圖11所示。

由于同軸度的誤差檢測(cè)較圓跳動(dòng)復(fù)雜得多,如果不是對(duì)同軸度有明確要求,現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)常標(biāo)注圓跳動(dòng)公差用以代替同軸度。以下簡(jiǎn)介兩種檢測(cè)方法,通過(guò)檢測(cè)過(guò)程對(duì)比,驗(yàn)證圓跳動(dòng)誤差檢測(cè)的簡(jiǎn)明性。


(1)同軸度誤差檢測(cè)。如圖12所示,將V形塊和指示表座置于測(cè)量平板上,使V形塊與平尺對(duì)齊,被測(cè)零件置于V形塊上。將兩指示表分別在鉛錘軸向截面調(diào)零,再順著平尺移動(dòng)V形塊,測(cè)出鉛錘軸向截面上的讀數(shù),各對(duì)應(yīng)點(diǎn)讀數(shù)差值最大值為該軸截面的同軸度誤差。然后,轉(zhuǎn)動(dòng)被測(cè)零件,測(cè)量若干軸截面,各軸截面讀數(shù)差中,最大讀數(shù)差值即為該零件的同軸度誤差。此法適用于形狀誤差較小的零件。

尺寸公差、形狀公差和位置公差的協(xié)調(diào)關(guān)系的圖10

(2)圓跳動(dòng)誤差測(cè)量。如圖13所示,將零件置于兩頂尖上,調(diào)整指示表指針在合適位置,被測(cè)零件回轉(zhuǎn)一周,指示表讀數(shù)最大差值為該測(cè)量平面上的誤差。測(cè)量多個(gè)橫截面上的讀數(shù),各個(gè)測(cè)量平面的跳動(dòng)量的最大值,即為該零件的徑向圓跳動(dòng)誤差。


從以上測(cè)量可知,同軸度誤差測(cè)量,需要同時(shí)調(diào)整、觀察兩個(gè)指示表,而且對(duì)零件形狀精度有要求,過(guò)大的形狀誤差會(huì)影響測(cè)量結(jié)果等,而圓跳動(dòng)誤差檢測(cè)則簡(jiǎn)明得多。


因此,在對(duì)同軸度沒(méi)有明確要求的情況下,圓跳動(dòng)測(cè)量上有很多方便,有它獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。但問(wèn)題是,徑向圓跳動(dòng)公差能否限制零件的軸線同軸性呢?以下可以驗(yàn)證,徑向圓跳動(dòng)公差綜合限制零件的同軸度誤差和外表面的圓度誤差。

尺寸公差、形狀公差和位置公差的協(xié)調(diào)關(guān)系的圖11

驗(yàn)證過(guò)程如下:由圖14可以看到,某零件測(cè)量圓柱面有圓度誤差,在測(cè)量徑向圓跳動(dòng)過(guò)程中,圓柱面會(huì)使指示表測(cè)頭動(dòng)作,進(jìn)一步引起指針擺動(dòng),產(chǎn)生跳動(dòng)誤差;而且,被測(cè)量圓柱面軸線與基準(zhǔn)A-B軸線明顯不同軸,被測(cè)量面也會(huì)觸動(dòng)指示表測(cè)頭,引起指針擺動(dòng),產(chǎn)生跳動(dòng)誤差,結(jié)論是圓度誤差和同軸度誤差都會(huì)引起指示表的圓跳動(dòng)。


因此,標(biāo)注技術(shù)要求時(shí),標(biāo)注徑向圓跳動(dòng)公差,也就同時(shí)限制了圓度誤差和同軸度誤差。

綜上所述,在機(jī)械制圖技術(shù)要求標(biāo)注中,尺寸公差、形狀公差和位置公差等,需要協(xié)調(diào)標(biāo)注,盡量使表面的多項(xiàng)技術(shù)要求能用同一種工藝方案實(shí)現(xiàn),使工藝更加經(jīng)濟(jì)、合理。


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