机械精度设计与基础检测第七版课件.ppt

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1、章几何精度设计与检测,4.1 概述4.1.1 几何误差的产生及其影响 对机械零件几何要素规定合理的形状和位置精度要求，用以限制其形状和位置误差，从而保证零件的装配要求和保证产品的工作性能。工程图样上给出的零件都是没有误差的理想几何体，但在实际生产中，由于机床、夹具、刀具和工件等各方面存在的各种误差，使得加工后的零件的实际形状和实际位置与理想几何体存在差异，这种形状上的差异为形状误差，在方向上的差异称方向误差，而相互位置的差异就是位置误差，统称几何误差。,几何误差对零件的使用性能的影响：1、影响零件的功能要求 机床导轨表面的直线度、平面度不好，将影响机床刀架的运动精度；齿轮箱上的轴承孔的位置误差

2、，将影响齿轮传动的齿面接触精度和齿侧间隙，等。2、影响零件的配合性质 圆柱结合的间隙配合，圆柱表面的形状误差会使间隙大小分布不均，当配合件有相对转动时，磨损加快，等。3、影响零件的自由装配性 安装螺钉孔的位置不正确，就有可能影响其自由装配，等。,几何误差的产生原因,1、由于零件在加工中，机床、夹具和刀具等工艺系统本身有误差;,2、加工过程中有受力变形、振动和磨损等因素产生误差。,4.1.2 几何误差的研究对象几何要素 构成零件的几何特征的点、线、面称为几何要素。,几何要素的分类：1、按存在的状态分（1）组成要素（轮廓要素）（公称/实际）构成零件轮廓的点、线或面的要素。（2）导出要素（中心要素）

3、（公称/实际）轮廓要素对称中心点、线、面或轴线的要素。,2、按结构特征分（1）被测要素 图样上给出了形状或位置公差要求的要素，也就是需要研究和测量的要素。（2）基准要素 图样上规定用来确定被测要素的方向或位置的要素。理想的基准要素称为基准。3、按功能要求分（1）单一要素 单一要素是指对要素本身提出形状公差要求的被测要素。（2）关联要素 关联要素是指相对基准要素有方向或（和）位置功能要求而给出位置公差要求的被测要素。,4.1.3 几何公差特征项目和符号 几何公差的项目见课本表4.1。几何公差项目有14个，其中形状公差6个，因它是对单一要素提出要求，分别为：直线度、平面度、圆度、圆柱度、线轮廓度和

4、面轮廓度；位置公差5个，因它对关联要素提出要求，分别为：平行度、垂直度、倾斜度、位置度、同轴度、对称度、线轮廓度和面轮廓度；方向公差6个：平行度、垂直度、倾斜度、线轮廓度和面轮廓度；跳动公差2个：圆跳动和全跳动；（特殊公差2个，若无其准要求，则为形状公差；若有基准要求，则为位置公差，分别为线轮廓度和面轮廓度。）,几何公差的附加符号,4.2 几何公差的标注及其公差带4.2.1 几何公差的标注 在图样中，几何公差采用符号标注。包括公差框格、文字说明、列表注明等1、公差框格 公差框格为矩形方框，由两格或多格组成，在图样中只能水平或垂直绘制。,旧标准,2、被测要素的表示法 用带箭头的指引线连接框格与被

5、测要素，具体的标注方法是：a、当被测要素为组成要素时，带箭头的指引线从框格的任一侧引出，并且必须垂直该框格，箭头小事情 被测要素相连。；,b、当被测要素为导出要素时，则指引线带的箭头应与尺寸线的延长线重合。,c、当被测要素为线素时，则应在公差框格附近用“LE”注明。,3、基准要素的表示法 相对于被测量要素的基准，由基准符号表示。基准符号由一个标注在基准方框内的大写字母，用细实线与一个涂黑（或空白）的三角形相连而组成，如图所示。在技术图样中，无论基准要素的方向如何，基准方格中的字母都应水平书写。,a 基准要素为组成要素的标注 基准三角形放置在要素的轮廓线或其延长线上,基准三角形也可放置在该轮廓面

6、引出线的水平线上,该表面为基准表面,b 基准要素为导出要素的标注 当基准要素是尺寸要素确定的轴线、中心平面或中心点时，基准三角形放置在该尺寸线的延长线上,c 基准种类 关联要素的方向或位置由基准或基准体系来确定。基准分单一基准、公共基准和三基面体系三类。,单一基准是由单个要素建立的基准，用一个大写字母表示，如图（a）所示。公共基准是由两个要素建立的一个组合基准，用中间加连字符“”的两个大写字母表示，如图（b）所示。多基准是由两个或三个基准建立的基准体系，表示基准的大写字母按基准的优先顺序自左至右填写在公差框格内，如图（c）所示。,（a）,（b）,（c）,4、特殊表示方法（1）全周符号,a,b,

7、c,d,（2）螺纹、齿轮和花键的标注,a 大径轴线的标注,b 小径轴线的标注,（3）限定性规定的标注,如果需要对整个被测要素上任意范围标注同样几何特征的公差时，可在公差值的后面加注限定范围的线性尺寸值，并在两者之间用斜线隔开，如图a所示；如果标注的是两项或两项以上同样几何特征的公差，可直接在整个要素公差框格的下方放置另一个公差框格，如图b所示。,a,b,如果给出的公差仅适用于要素的某一指定局部，应采用粗点画线示出该局部的范围，并加注尺寸，如图（a）、（b）所示。如果只以要素的某一指定局部作基准，应采用粗点画线示出该局部的范围，并加注尺寸，如图（c）所示。,（4）理论正确尺寸的表示法,当给出一个

8、或一组要素的位置、方向或轮廓度公差时，分别用来确定其理论正确位置、方向或轮廓的尺寸（TED），理论正确尺寸没有公差，并标注在一个方框中，如图所示。,a 理论正确尺寸的标注,b 理论正确角度的标注,实际要素的位置、方向或轮廓由其框格中的公差限制。,（5）延伸公差带,延伸公差带是指将被测要素的公差带延伸到工件实体之外，以保证相配件与该零件配合时能顺利装入。,（6）简化标注,（7）自由状态条件的表示,（8）最大实体要求、最小实体要求和可逆要求的表示方法,4.2.2 几何公差带 用图示法表示的限制被测实际要素变动的区域称为几何公差带。,1、直线度公差 用于限制给定平面内或空间直线的形状误差。,2、平面

9、度公差 用以限制被测实际平面的形状误差。,3、圆度公差 用以限制回转表面（圆柱面、圆锥、球）的径向截面轮廓的形状误差。,4、圆柱度公差 用以限制被测实际圆柱面的形状误差。,5、线轮廓度公差 用以限制平面曲线（或曲面的截面轮廓）的形状误差。,6、面轮廓度公差 用以限制一般曲面的形状误差。,7、平行度公差 用以限制被测要素对基准要素相平行的误差。,B,8、垂直度公差 用于限制被测要素对基准要素相垂直的误差。,9、倾斜度公差 用于限制被测要素对基准要素有夹角（090度）的误差。,10、同轴度公差 用于限制被测要素的轴线对基准要素的轴线同轴的位置误差。,11、对称度公差 用于限制被测要素的中心线（面）

10、对基准要素中心线（线）的共线（面）性误差。,12、位置度公差 用以限制被测点、线、面的实际位置对其理想位置的变动。,13、圆跳动公差 指被测要素绕其基准线作无轴向移动回转一周时，由固定的指示表在给定方向上测得的最大与最小读数之差，圆跳动公差是以上测量所允许的最大跳动量。,14、全跳动公差 被测要素绕基准轴线作若干次旋转，同时指示表作平行或垂直于基准轴线的直线移动时，在整个表面上所允许的最大跳动量。,思 考 题,1 圆跳动与全跳动的区别？,思 考 题,2 指出下图中几何公差的标注错误，并改正,4.3 公差原则与公差要求4.3.1 有关公差原则的一些术语和定义1、体外作用尺寸 在给定长度上，与实际

11、孔体外相接的最大理想轴的尺寸，称为孔的体外作用尺寸；与实际轴体外相接的最小理想孔的尺寸，称为轴的体外作用尺寸。轴的体外作用尺寸为dfe，孔的体外作用尺寸代号为Dfe。2、体内作用尺寸 在给定长度上，与实际孔体内相接的最小理想轴的尺寸，称为孔的体内作用尺寸；与实际轴体内相接的最大理想孔的尺寸，称为轴的体内作用尺寸。轴的体外作用尺寸为dfi，孔的体外作用尺寸代号为Dfi。,作用尺寸与几何公差的数学关系：对于体外作用尺寸,对于体内作用尺寸,3、最大实体状态（MMC）最大实体尺寸（MMS）孔或轴具有的材料最多时的状态，称为最大实体状态（简称MMC）。在此状态下的极限尺寸，称为最大实体尺寸MMS，它是孔

12、的最小尺寸和轴的最大极限尺寸的统称。轴的最大实体尺寸代号为dM，孔的最大实体尺寸代号为DM。dM=dmax DM=Dmin4、最小实体状态（LMC）最小实体尺寸（LMS）孔或轴具有允许的材料量为最少时的状态，称为最小实体状态（简称LMC）。在此状态下的极限尺寸，称为最小实体尺寸LMS，它是孔的最大极限尺寸和轴的最小极限尺寸的统称。轴的最小实体尺寸代号为dL，孔的最小实体尺寸代号为DL。dL=dmin DL=Dmax,5、最大实体实效状态（MMVC）最大实体实效尺寸（MMVS）在给定长度上，孔、轴为最大实体尺寸，且其轴线的几何误差等于给出公差值时的体外作用尺寸称为最大实体实效尺寸（MMVS）。轴

13、的最大实体实效尺寸代号为dMV，孔的最大实体实效尺寸代号为DMV。,6、最小实体实效状态（LMVC）最小实体实效尺寸（LMVS）在给定长度上，孔、轴为最小实体尺寸，且其轴线的几何误差等于给出公差值时的体内作用尺寸称为最小实体实效尺寸（LMVS）。轴的最大实体实效尺寸代号为dLV，孔的最大实体实效尺寸代号为DLV。,7、边界 边界是设计给定的具有理想形状的极限包容面（既包括内表面，也包括外表面）。单一要素的边界没有方向和位置的约束。,4.3.2 独立原则 独立原则是尺寸公差和几何公差相互关系遵循的基本原则。尺寸公差与几何公差要求均是独立的，应分别满足要求。独立原则一般用于对零件的几何公差有其独特

14、的功能要求的场合。例如：机床导轨的直线度公差、平行度公差，检验平板的平面度公差。,采用包容要求加工的实际尺寸是否合格的判断原则：若加工零件的实际尺寸及体外作用尺寸符合泰勒原则，则零件尺寸合格，若不符合泰勒原则，则不合格。若能判断一个轴合格，则有关尺寸必须满足以下方程组,若能判断一个孔合格，则有相关尺寸必须满足以下方和组,4.3.4 最大实体要求 最大实体要求适用于中心要素有几何公差要求的情况。它是控制被测要素的实际轮廓处于其最大实效边界（即尺寸为最大实体实效尺寸的边界）之内的一种公差要求。最大实体要求既适用于被测要素也适用于基准要素，在图样上标注M；对于可逆要求的标注R。,判断零件实际尺寸合格

15、的原则：判断轴合格的原则：,判断孔合格的原则：,4.3.5 最小实体要求 最小实体要求适用于中心要素有几何公差要求的情况。它是控制被测要素的实际轮廓处于其最小实体实效边界（即尺寸为最小实体实效尺寸的边界）之内的一种公差要求。最小实体要求既适用于被测要素也适用于基准要素，在图样上标注L；对于可逆要求的标注R。,判断零件实际尺寸合格的原则：判断轴合格的原则：,判断孔合格的原则：,4.4 形状和位置精度设计4.4.1 几何公差特征的选用 选择几何公差特征项目的依据是零件的工作性能要求、零件在加工过程中产生几何误差的可能性，以及检验是否方便等。4.4.2 公差原则和公差要求的选用当对零件有特殊要求时，

16、采用独立原则。为了严格保证零件的配合性质，即保证相合件的间隙或过盈满足设计要求时采用包容要求。对于仅需保证零件的可装配性时，可采用最大实体要求和和可逆要求。对于要保证最小壁厚不小于某个极限值和表面至理想中心的最大距离不大于某个极限值等功能要求时，可选最小实体要求,4.4.3 基准要素的选用 选择原则：主要根据零件的功能和设计要求，并兼顾基准统一原则和零件结构特征，通常可以从以下几个方面考虑：1、从设计考虑，应根据零件形体的功能要求及要素间的几何关系来选择基准。2、从加工工艺考虑，应选择零件加工时在工夹具中定位的相应要素作基准。3、从测量考虑，应选择零件在测量、检验时在计量器具中定位的相应要素为

17、基准。4、从装配关系考虑，应选择零件相互配合、相互接确的表面作基准，以保证零件的正确装配。4.4.4 几何公差值的选用1、未注公差值的规定 对于线轮廓度、面轮廓度、倾斜度、位置度和全跳动的未注几何公差，均由各要素的注出或未注尺寸公差或角度公差控制，对这此项目的未注公差不必作特殊的标注。对于直线度、平面度、垂直度、对称度和圆跳动的未注公差，标准中规定了H、K、L三个等级，应在技术要求中注出。,表4.9,2、几何公差注出公差值的规定 几何公差值应依照GB/T1184-1996选用见表4.134.17.3、几何公差值的选用原则主要根据零件的功能要求、结构特征、工艺上的可能性等因素综合考虑。在同一要素

18、上给出的形状公差值应小于位置公差值。圆柱形零件的形状公差值一般情况下应小于其尺寸公差值。平行度公差值应小于其相应的距离公差值。对于某些情况，考虑加工的难易程度和其它参数的影响，在满足零件功能的要求下，可适当降低1到2级。对于用螺栓或螺钉连接两个或两个以上孔组的各孔位置度公差，可根据螺栓或螺钉与通孔间的最小间隙确定。,4.5 形状和位置精度的检测4.5.1 形状误差及其评定 形状误差是被测实际要素的形状对其理想要素形状的变动量，它不大于相应的形状公差值，则认为合格。,1、直线度误差评定（1）最小条件法,（2）两端点连线法,2、平面度误差的评定（1）最小条件法 三角形准则、交叉准则和直线准则。,（

19、2）三点法 从实际被测平面上任选三点（非共线）所形成的平面作为测量的理想平面，做平行该理想平面的二平面包容实际平面，该二平行平面的距离为误差值。（3）对角线法 过实际被测平面上一对角线且平行于另一对角线的平面为测量的理想平面，做平行该理想平面的二平行平面包容实际平面，二平行平面间的距离即平面度误差值。3、圆度误差的评定（1）最小条件法,（2）最小外接圆法（3）最大内接圆法（4）最小二乘圆法,4.5.2 方向误差及其评定,方向误差是指实际关联要素对其具有确定方向的理想要素的变动量，理想要素的方向由基准确定。评定方向误差时，理想要素相对于基准的方向要保持图样上给定的几何关系的条件下，应使被测要素对理想要素的最大变动量为最小，如图4.45所示。,图4.45 方向误差,例如 平面度误差的评定示例（面对面）,4.5.3 位置误差及其评定,位置误差是指实际关联要素对其具有确定位置的理想要素的变动量，理想要素的位置由基准和理论正确尺寸确定。定位最小区域是指以理想要素的位置为中心来对称地包容实际关联要素时，亦具有最小宽度或最小直径的区域，其最小区域的形状与位置公差带形状相同，如图4.46所示。,图4.46位置误差,测量和评定某一零件上一个孔的圆心位置误差时，其定位最小包容区域，如图4.46（c）所示.,