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1、机械精度设计与检测主编：李必文副主编：胡仲勋 母福生 周里群 刘金华 周光永中南大学出版社,第七章 典型结合件的精度设计及其检测,二、键结合的互换性,本章主要内容,三、螺纹结合的互换性,四、圆锥结合的互换性,重点要求,抓住每种零部件的公差特点；掌握各结合的配合的选择及应用；掌握各结合公差带及配合的图样标注方法。,一、滚动轴承配合的精度设计,一、滚动轴承的特点,轴承图样,轴承外观,1、滚动轴承的结构,7.1 滚动轴承配合的精度设计,滚动轴承的组成：外圈内圈滚动体保持器,7.1 滚动轴承配合的精度设计,常见的滚动体有五种形状；一种是球形，四种是滚子。,7.1 滚动轴承配合的精度设计,2、滚动轴承的
2、分类,接触角 滚动体与外圈滚道接触点（或线）的法线与 径向平面之间的夹角。,接触角越大，承受轴向载荷的能力越强,7.1 滚动轴承配合的精度设计,7.1 滚动轴承配合的精度设计,在外廓尺寸相同的条件下，滚子轴承比球轴承的承载能力和耐冲击能力都好，但球轴承摩擦小、高速性能好。,7.1 滚动轴承配合的精度设计,7.1 滚动轴承配合的精度设计,7.1 滚动轴承配合的精度设计,7.1 滚动轴承配合的精度设计,二、 滚动轴承的互换性与精度,在机器中，轴承内圈d与轴径配合，外圈D与壳体孔配合，为完全互换。,由于内外圈与滚动体配合非常精密，故采用不完全互换。,本节主要解决轴承内圈与轴、外圈与壳体孔的配合。,1
3、、滚动轴承结合的互换性,7.1 滚动轴承配合的精度设计,滚动轴承按其内外圈基本尺寸的公差和旋转精度分为五级：其名称和代号由低到高分别为： GB/T307.3-2005,2、滚动轴承的精度,/P0(G) /P6(E) /P5(D) /P4(C) /P2(B),应用最广，一般减速器、电机等,精密传动轴、普通机床主轴,精密机床主轴、精密仪器机构,高精度机床和仪器主轴,7.1 滚动轴承配合的精度设计,G、E、D、C四种精度等级轴承的价格之比大约是1:2:3:7，用得最多的是G级轴承，凡轴承上没有精度等级标记的就是G级,圆锥滚子轴承的公差等级分为4、5、6X、0四级 推力轴承的公差等级分为4、5、6、0
4、四级 通常在公差等级前加P；凡属0级轴承，一般在轴承型号上不标注公差等级代号,7.1 滚动轴承配合的精度设计,滚动轴承内、外经公差带的特点：,滚动轴承配合采用的基准制：,内圈与轴颈： d基孔制,外圈与座孔： D基轴制,理由：,需要注意的是：轴承的公差带并非采用一般的公差带，而是采用轴承标准专门规定的公差带，内外径公差带的分布如下：,轴承是标准件,7.1 滚动轴承配合的精度设计,轴承公差带的特点是：,1、所有公差带是单向负偏差，上偏差为0 ；,2、上下偏差所限制的是平均直径的实际偏差。,注意：内径用d表示，外径用D表示，与前面的孔轴规定的表示方法不一致,7.1 滚动轴承配合的精度设计,表710、
5、11 向心轴承内圈公差；外圈公差（P145-146）,3、滚动轴承与结合件的配合,轴径公差带共17种，多为过渡或小过盈配合,与轴承内圈配合的轴颈公差带,7.1 滚动轴承配合的精度设计,外壳孔公差带共16种，大多为过渡配合,与轴承外圈配合的壳体孔公差带,7.1 滚动轴承配合的精度设计,由于轴承是标准件，所以轴承配合的选择就是确定与轴承相配合的轴颈和壳体孔的公差带代号。主要依据以下几点：,1、轴承内外圈相对于负荷的方向；2、轴承承受负荷的大小；3、轴承的游隙；4、其他工作条件。,三、滚动轴承结合的精度设计,7.1 滚动轴承配合的精度设计,机器工作时，轴上的作用力作用在轴承上，套圈与负荷有三种关系：
6、,（1）轴承内外圈相对于负荷的方向,局部负荷旋转负荷摆动负荷,套圈相对负荷方向固定。 通常采用较松的配合。,1、轴颈和座孔的尺寸精度,7.1 滚动轴承配合的精度设计,（2） 轴承承受负荷的大小,根据轴承实际承受的当量径向动负荷Pr和额定动负荷Cr的关系，可将负荷大小分为三种类型： 轻负荷 Pr0.07Cr 正常负荷 0.07CrPr0.15Cr 重负荷 Pr0.15Cr,轴承在负载的作用下，套圈会发生变形，使配合面受力不均匀，引起松动。负荷越重，配合应该越紧。,7.1 滚动轴承配合的精度设计,（3） 轴承的径向游隙,游隙是滚动体与内外圈之间的间隙包括径向游隙和轴向游隙。,轴承游隙分为2、0、3
7、、4、5组,一般机器上，轴承与轴孔配合松紧适中，多选用0组游隙。当轴承与轴孔配合较紧时，应选大游隙轴承，3、4、5。,7.1 滚动轴承配合的精度设计,1） 轴承工作的温度 2） 轴是否轴向游动3） 轴承的旋转速度 4） 整体或剖分式外壳,（4） 其他因素,考虑上述因素后，就可确定轴颈及外壳孔的公差带，这里最关键的因素是：轴承套圈相对于负荷的方向和轴承承受负荷的大小；,表713 、14轴颈公差带的应用,表712、15 座孔公差带的应用,7.1 滚动轴承配合的精度设计,2、轴径和外壳孔形位公差与粗糙度,表716 轴颈与外壳孔的形位公差,表717 轴颈与外壳孔的粗糙度,7.1 滚动轴承配合的精度设计
8、,3、图样标注,在装配图上的标注：,在装配图上，不用标注轴承的公差等级代号，只需标注与之相配合的轴颈和壳体孔的公差带代号。,7.1 滚动轴承配合的精度设计,在零件图上的标注：,7.1 滚动轴承配合的精度设计,7.2 键结合的互换性,键的作用：,（1）传递转矩,（3）导向,键的分类,单键,花键,平键,半圆键,楔形键,普通平键,导向平键,矩形花键,渐开线花键(矮胖),本章只介绍普通平键和矩形花键的精度设计。,(2) 传递运动,平键结合和花键结合在机器的键结合中有着广泛的应用。花键分为矩形花键和渐开线花键两种，以矩形花键应用最多。,平键结合,花键结合,7.2 键结合的互换性,平键配合尺寸：键宽b ；
9、非配合尺寸：键高h，键长L,1、平键结合的特点,一、 平键结合,7.2 键结合的互换性,基轴制,平键配合的基准制,平键是由型钢制成的标准件，根据第3章所讲的基准制的选择原则可知：,键与轴槽配合采用 键与轮毂槽配合采用,基轴制,平键国标只规定了一种公差带:H8,7.2 键结合的互换性,2、平键结合的精度选择,7.2 键结合的互换性,平键结合的公差带图,7.2 键结合的互换性,3. 配合表面的对称度的选用,为保证键与键槽的配合要求，需规定键槽两侧面的中心平面对其轴线的对称度公差。其公差值按GB/T 11842001取79级。,对称度,轴槽标注示例图,轮毂槽标注示例图,7.2 键结合的互换性,配合表
10、面：表面粗糙度Ra上限值一般取1.63.2 m ；,取6.3 m 。,4. 配合表面的表面粗糙度的选用,非配合表面:,轴槽标注示例图,轮毂槽标注示例图,7.2 键结合的互换性,5、平键配合的图样标注,例 ：某轴孔配合为25H8/h7，采用正常普通平键联结，试确定轴槽和轮毂槽的公差，并将它们标注在零件图上。(8级),表720 平键的公称尺寸和槽深的尺寸及极限偏差(P156),表721 平键、键及键槽剖面尺寸及公差(P157),二、花键配合,1、花键按键齿形分类,矩形花键联结应用最广泛,花键的优点：定心精度高；导向性好；承载能力强,7.2 键结合的互换性,小径d定心,2、矩形花键的基本尺寸及定心方
11、式,（GB/T 1144-2001)规定，矩形花键用小径定心,7.2 键结合的互换性,D，d，B为单一尺寸，查尺寸公差表P161表7-23 定心尺寸d 精度要求高；非定心尺寸，精度较低。 配合制度：基孔制 ；一般用途，精密传动,3、矩形花键的公差与配合,7.2 键结合的互换性,内、外花键小径d的极限尺寸应遵守包容要求 位置度公差（键、槽对称度等）按GB/T 1144-2001选取， P161表7-24 、7-25,矩形花键的位置度公差标注,4、矩形花键的形位公差,7.2 键结合的互换性,矩形花键的对称度公差标注,7.2 键结合的互换性,花键表面粗糙度推荐值(m)（P162表7-26）,5、矩形
12、花键的表面粗糙度,7.2 键结合的互换性,矩形花键的尺寸公差带代号和配合代号按照花键规格规定的次序标注，即 NdDB 其中： N：键数，d：小径，D：大径，B：键宽,内花键： 外花键： 花键副：,6、矩形花键连接的图样标注,7.2 键结合的互换性,矩形花键连接的图样标注,7.2 键结合的互换性,本节结束,根据螺纹的用途，可将其分为以下三类：,紧固螺纹 传动螺纹 管螺纹,用于连接和紧固各种机械零件 使用要求：保证旋合性和连接强度,用于传递动力和位移使用要求：传递动力可靠，传递位移准确,用于管道系统中的管件连接 使用要求：保证连接强度和密封性,7.3 螺纹结合的互换性,一、螺纹结合的特点,基本牙型
13、：螺纹轴线的剖面上螺纹的轮廓形状；削去顶部和底部后所形成的内、外螺纹共有的理论牙型。是规定螺纹极限偏差的基础。,1、普通螺纹的基本牙型和主要参数,7.3 螺纹结合的互换性,7.3 螺纹结合的互换性,大径(D、 d） 与外螺纹牙顶或内螺纹牙底相切的假想圆柱的直径。是公称直径,小径（D1、 d 1） 与外螺纹牙底或内螺纹牙顶相切的假想圆柱的直径。,中径（D2、d 2） 螺纹牙型上沟槽和凸起宽度相等的地方假想圆柱的直径。,7.3 螺纹结合的互换性,螺距（P）:指相邻两牙在中径线上对应两点的轴向距离。,牙型角():指在螺纹牙型上，相邻牙侧间的夹角。,牙型半角(/2):指在螺纹牙型上，牙侧与螺纹轴线的垂
14、线间的夹角 。,旋合长度:指两个相互配合的螺纹沿螺纹轴线方向相互旋合部分的长度。,2. 影响螺纹结合精度的因素,几何参数,大径d、D,小径D1、 d1,中径D2、 d2,牙型角、牙侧角1、2,螺距P,旋合长度,影响螺纹结合精度的 几何参数 误差,d2、D2,P,7.3 螺纹结合的互换性,(1) 螺纹的基本偏差,螺纹的基本偏差用来确定公差带相对于基本牙 型的位置。与一般轴孔类似,螺纹公差带由基本偏差和公差两个要素构成。,内螺纹：G、H两种,外螺纹：e、f、g、h四种,1、普通螺纹的公差带,二、普通螺纹的公差与配合,7.3 螺纹结合的互换性,螺纹公差用来确定公差带的大小，它表示允许螺纹直径的尺寸变
15、动范围。 GB/T1972003对螺纹中径和顶径规定的公差等级如下：,( 2）螺纹的公差等级,7.3 螺纹结合的互换性,将螺纹公差等级代号和基本偏差代号组合，就构成了螺纹公差带代号，例如： 5H6H表示内螺纹中径公差带代号为5H、顶径（小径）公差带代号为6H。 6f表示外螺纹中径与顶径（大径）公差带代号相同，均为6f。 切记中径公差带代号在前，顶径公差带代号在后。与一般轴孔相反。,7.3 螺纹结合的互换性,( 3）螺纹的公差带代号,标准规定了三组旋合长度：短旋合长度组S中等旋合长度组N和长旋合长度组L,（4）螺纹的旋合长度,设计时通常采用中等旋合长度；强度较低零件上的螺纹，应选择长旋合长度；对
16、空间位置受限制或受力不大的螺纹，可选择短旋合长度；对于调整用的螺纹，可根据调整行程的长短选择旋合长度。,7.3 螺纹结合的互换性,、 螺纹的公差精度及其选用,三、螺纹的精度设计,螺纹的公差精度分为： 精密级、中等级 、粗糙级,公差精度和公差等级有何关系呢？,公差等级仅反映了中经和顶径尺寸精度的高低，但要综合评价螺纹质量，还应考虑旋合长度，因为旋合长度越长的螺纹，产生的螺距累积误差就越大。,一般用途的螺纹多采用中等级,7.3 螺纹结合的互换性,、 螺纹公差带与配合的选用,带方框的红色字体为大量生产的紧固螺纹。,括号内字体 。,不符合,红色字体,一般字体,不符合,7.3 螺纹结合的互换性,3、螺纹
17、标记,简化标记：1、粗牙螺纹的螺距可省略不标注； 2、公差带H和g不标注； 3、中等旋合长度组代号N不标注； 4、右旋螺纹不标注旋向代号。,内螺纹： M201.5左6G 内外螺纹配合时：M2026H/5g6gS,7.3 螺纹结合的互换性,1、作用中径,作用中径（d2fe、D2fe） 在规定的旋合长度内，恰好包容实际外螺纹的假想内螺纹的中径，称为该外螺纹的作用中径 。,d2fe,7.3 螺纹结合的互换性,四、普通螺纹的合格性判断,2、螺纹中径合格性判断原则（泰勒原则） 实际螺纹的作用中径不允许超出最大实体牙型的中径，并且实际螺纹任何部位的实际中径不允超出最小实体牙型的中径。,对于外螺纹 d2fe
18、d2max 且 d2ad2min对于内螺纹 D2feD2min 且 D2aD2max,泰勒原则与包容要求实质相同,7.3 螺纹结合的互换性,1、综合测量 用螺纹量规检验螺纹属于综合测量。在成批生产中，普通螺纹均采用综合量法。 综合测量是根据前面介绍的螺纹中径合格性的准则（泰勒原则），使用螺纹量规（综合极限量规）进行测量。 螺纹量规分为“通规”和“止规”，检验时，“通规”能顺利与工件旋合，“止规”不能旋合或不完全旋合，则螺纹为合格。反之，“通规”不能旋合，则说明螺母过小，螺栓过大，螺纹应返修。当“止规”能通过工件，则表示螺母过大，螺栓过小，螺纹是废品。,7.3 螺纹结合的互换性,五、普通螺纹的检
19、测,7.3 螺纹结合的互换性,塞规检验内螺纹,7.3 螺纹结合的互换性,对大尺寸普通螺纹、精密螺纹和传动螺纹，除了可旋合性和联接可靠以外，还有其它精度和功能要求，生产中一般都采用单项测量。 单项测量螺纹的方法很多，最典型的是用万能工具显微镜测量螺纹的中径、螺距和牙型半角。用工具显微镜将被测螺纹的牙型轮廓放大成像，按被测螺纹的影像，测量其螺距、牙型半角和中径，因此该法又称为影像法。 在实际生产中，测量外螺纹中径多用三针量法，该方法简单，测量精度高，应用广泛。,2、单项测量,7.3 螺纹结合的互换性,本节结束,一、圆锥结合的特点,（1） 间隙或过盈可以调整。 （2） 对中性好，即易保证配合的同轴度
20、要求。 （3） 圆锥结合具有较好的自锁性和密封性。 （4） 结构复杂，影响互换性的参数比较多，加工和检验都比较困难，不适合于孔轴轴向相对位置要求较高的场合。,7.4 圆锥结合的互换性,二、圆锥的主要几何参数(自学）,圆锥角、大小圆锥直径、圆锥长度、锥度(P198图5-21),7.4 圆锥结合的互换性,三、圆锥公差项目、公差值和给定方法,圆锥公差（GB/T113342005）规定了四项圆锥公差项目:,1. 圆锥公差项目和公差值,（1）圆锥直径公差TD及圆锥直径公差区 TD = DmaxDmin = dmaxdmin 其公差区是由两个极限圆锥所限定的区域，如图7-39所示。 公差等级、数值、公差带
21、的代号（一般取最大圆锥直径D）为公称尺寸按GB/T1800.32009极限与配合表2-1规定选取；公差等级选IT5IT8,7.4 圆锥结合的互换性,（2）圆锥角公差AT及其公差区 圆锥角公差:圆锥角的允许变动量. AT = max min 公差区是两个极限圆锥角所限定的区域，如图7-40所示. AT按加工精度的高低分为12个等级，其中AT1级精度最高，AT12级精度最低。,7.4 圆锥结合的互换性,（3）圆锥的形状公差TF 包括圆锥素线直线度公差和截面圆度公差。 TF在一般情况下，不单独给出，而是由对应的两极限圆锥公差带限制；当对形状精度有更高要求时，应单独给出相应的形状公差。其数值可从GB/
22、T11842008形状和位置公差 未注公差附录中选取，但应不大于圆锥直径公差值的一半。,7.4 圆锥结合的互换性,（4）给定截面圆锥直径公差TDS及其公差区 TDS指在垂直圆锥轴线的给定截面内，圆锥直径的允许变动量；给定截面圆锥直径公差区是在给定圆锥截面内，由直径等于两极限圆锥直径的同心圆所限定的区域，如图7-41所示 TDS = dxmax dxmin TDS它是以给定截面圆锥直径dx为公称尺寸，按GB/T1800.32009极限与配合中规定的标准公差选取。,7.4 圆锥结合的互换性,2、圆锥公差的给定方法(两种),方法一 : 给出圆锥的理论正确圆锥角（或锥度C）和圆锥直径公差TD，由TD确
23、定两个极限圆锥，所给出的圆锥直径公差具有综合性。,用圆锥直径误差TD控制圆锥误差,7.4 圆锥结合的互换性,给定圆锥公差方法一（包容要求）标注,7.4 圆锥结合的互换性,方法二:同时给出给定截面圆锥直径公差TDS和圆锥角公差AT。,7.4 圆锥结合的互换性,四、圆锥配合的确定,1、结构型圆锥配合,由轴肩接触确定最终位置,由结构尺寸确定最终位置,7.4 圆锥结合的互换性,2、位移型圆锥配合,7.4 圆锥结合的互换性,五 圆锥的检测方法,量规检验法 大批量生产条件下，圆锥的检验多用圆锥量规。 检验实际内、外圆锥工件的锥度和直径偏差。检验内圆锥用圆锥塞规，检验外圆锥用圆锥环规，如下图所示。,7.4 圆锥结合的互换性,间接测量法 通过平板、量块、正弦规、指示计和滚柱（或钢球）等常用计量器具组合，测量锥度或角度有关的尺寸，按几何关系换算出被测的锥度或角度。,7.4 圆锥结合的互换性,正弦规测量外圆锥锥度测量前先按公式： h = Lsin（式中为公称圆锥角；L为正弦规两圆柱中心距）计算并组合量块组。则工件锥度偏差： C = (hahb)/l 式中ha、hb分别为指示表在a、b两点的读数，为a、b两点间距离。,用正弦规测量锥度,7.4 圆锥结合的互换性,用圆柱量规测外圆锥角,7.4 圆锥结合的互换性,用钢球测量内锥角,Sin =,7.4 圆锥结合的互换性,本节结束,
