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1、第七章 圆锥结合的精度设计与检测,内 容 提 要,圆锥结合的特点和基本参数；圆锥公差项目及其给定方法；圆锥配合的形成；圆锥公差的标注；锥度和 圆锥角的检测。,第7章 圆锥结合的精度设计与检测,7.1 概 述,7.1.1 圆锥配合的特点,与圆柱配合相比较，圆锥配合有如下主要优点：,1.对中性好,如图7.1(b)所示，在圆锥配合中，内、外圆锥在轴向力的作用下能自动对中，以保证内、外圆锥体的轴线具有较高精度的同轴度，并能快速装拆。,图7.1 圆柱配合和圆锥配合的比较,2.配合的间隙或过盈可以调整,圆锥配合中，间隙或过盈的大小可以通过内、外圆锥的轴向相对移动来调整，并且装拆方便(如图7.1所示)。,3
2、.密封性好,内、外圆锥的表面经过配对研磨后，配合起来具有良好的自锁性和密封性。,圆锥配合的缺点：,结构复杂、影响互换性参数比较多、加工和检测也比较困难，故其应用不如圆柱配合广泛。,图7.1 圆柱配合和圆锥配合的比较,7.1.2 圆锥配合的基本参数,圆锥配合中的基本参数如图7.2所示。,图7.2圆锥配合的基本参数,1.圆锥角（）,圆锥角是指通过圆锥轴线的截面内，两条素线间的夹角，用符号 表示。,2.圆锥素线角（/2）),圆锥素线角是指圆锥素线与其轴线间的夹角，它等于/2。,3.圆锥直径,圆锥直径是指与圆锥轴线垂直的截面内的直径。,圆锥直径分：内、外圆锥的最大直径Di、De，最小直径di、de和任
3、意给定截面内的圆锥直径dx（与端面的距离为 x）。,设计时，一般选内圆锥的最大直径或外圆锥的的最小直径作为基本直径。,4.圆锥长度(L),圆锥长度是指圆锥的最大直径与其最小直径之间的距离。,图7.2圆锥配合的基本参数,5.圆锥配合长度（H）,圆锥配合长度是指内、外圆锥配合面的轴向距离H。,6.锥度（C),锥度是指圆锥的最大直径与其最小直径之差对圆锥长度之比C。,锥度常用比例或分数形式表示，例如 C=1:20,或C=1/20等。,国标规定了一般用途圆锥的锥度和锥角系列如表7.1所示。,国标规定了特殊用途圆锥的锥度和锥角系列如表7.2所示。,7.基面距（a）,基面距是指相互结合的内、外圆锥基准面的
4、距离a。,图7.2圆锥配合的基本参数,8.轴向位移(Ea),轴向位移是指相互结合的内、外圆锥，从实际初始位置（Pa）到终止位置（Pf）移动的(轴向）距离Ea。如图7.3所示。,图7.3 轴向位移,7.2 圆 锥 公 差 与 配 合,7.2.1 圆锥公差,为了保证内、外圆锥的互换性和使用要求，GB/T113342005规定的圆锥公差项目如下：,1.圆锥直径公差（TD）,圆锥直径公差是指圆锥直径的允许变动量，如图7.4所示。,7.4 圆锥直径公差带,其TD 以基本圆锥直径(一般取最大圆锥直径D)为基本尺寸，从GB/T1800.3-1998中查得，它适用于圆锥的全长（L)。,基本尺寸一般取最大圆锥直
5、径D。,2.圆锥角公差（AT),圆锥角公差是指圆锥角允许的变动量，如图7.5所示。,图7.5 圆锥角公差带,圆锥角公差可用两种形式表示：,（1）以角度单位表示：,(2)以长度单位表示：,GB规定圆锥角公差AT共分12个公差等级，用符号AT1,AT2,AT12表示，其公差值见表7.3所示。,实例应用：刀具切削系统-锥柄精度,国家标准要求7：24锥柄精度按AT4级制造,锥柄与主轴孔间的接触率为 80%；连接部位的接触面积大小决定了传递扭矩的大小；7:24锥柄靠锥柄与主轴间的摩擦力传递扭矩；只有当摩擦力小于扭矩时，端面键才起作用;锥柄精度按AT3级精度控制；保证锥柄与主轴孔的接触率85%，提高工具系
6、统与主轴的连接接口的刚性。优势:精度优势通过增大接触刚性来体现,+,-,切削系统-主轴和锥柄配合精度,锥柄角度正公差，保证锥柄大端接触，切削力支点靠前，提高系统稳定性。,锥柄角度负公差，锥柄小端接触锥孔，切削力支点靠后，降低系统稳定性。,工具系统 连接刚性,接口刚性取决于以下两方面的因素：外锥和内锥的配合精度：按照目前典型的AT4级（ISO1947，GB11334-2005）锥度规定的角度公差为13”，这意味配合后端最大径向间隙高13m；机床拉杆的拉力：。当拉力增大（48）倍时，连接刚性可提高(2050)%，但是 过大的拉力在频繁的换刀过程中会加速主轴内孔的磨损。,工具系统 连接刚性,由于内外
7、锥体配合精度原因，无论是在配合前端或后端的间隙，在切削过程中由于切削力的影响使得刀具跳动加大，配合后端的间隙还会引起刀柄在主轴内的摆动，会加速主轴孔前段的磨损，形成喇叭口，引起刀具轴向定位误差。,支点,一般情况下，可不单独规定圆锥角公差，而是用圆锥直径公差来控制圆锥角，如图7.6所示。,图7.6 直径公差控制 的极限圆锥角,表7.4列出了L=100mm时圆锥直径公差所能控制的最大圆锥角误差。,对于圆锥角公差有更高要求的零件时，除规定其直径公差（TD）外，还应给定圆锥角公差(AT)。,圆锥角的极限偏差可按单向或双向取值，如图7.7.所示。,图7.7 圆锥角偏差给定形式,3.圆锥的形状公差（tF）
8、,圆锥的形状公差：,圆锥素线直线度公差,圆锥圆度公差,对于精度要求不高的圆锥工件，其形状公差由直径公差（TD）控制。,对于精度要求较高的圆锥工件，应按要求单独规定形状公差 tF。,tF 的数值从GB/T1184-1996中选取。,4.给定截面圆锥直径公差（TDS）,给定截面圆锥直径公差TDS是指在垂直圆锥轴线的给定截面内，圆锥直径的允许变动量，如图7.8所示。,图7.8 给定截面圆锥直径公差 带,TDS的数值以给定截面的直径dx为基本尺寸，从GB/T1800.3-1998选取。,一般情况下，也不需要规定给定截面的圆锥直径公差，只有对圆锥工件有特殊要求时，才规定此项公差，但同时还要规定圆锥角公差
9、AT，它们之间的关系如图7.9所示。,图7.9 TDS与AT的关系,由图7.9可见，给定截面的圆锥直径公差TDS不能控制圆锥角误差AT，两者相互无关，应分别要求。,7.2.2 圆锥配合,GB/T123602005产品几何量技术规范（GPS）圆锥配合适用于锥度C从1：3至1：500，基本圆锥长度L从6至630mm,直径至500mm的光滑圆锥的配合。,1.圆锥配合的基准制和配合种类,圆锥配合的基准制分：基孔制和基轴制两种。标准推荐优先采用基孔制。,圆锥配合种类（相互配合的内、外圆锥基本尺寸应相同）：,（1）间隙配合,即具有间隙的圆锥配合，其间隙大小在装配时和使用中通过内、外圆锥的轴向相对位移进行调
10、整，它主要用于滑动轴承机构中。,（2）过盈配合:,即具有过盈的圆锥配合，其过盈大小也可以调整。在承载情况下，它利用内、外圆锥间的摩擦力自锁传递转矩。,（3）过渡配合:,即可能具有间隙，也可能具有过盈的圆锥配合。要求内、外圆锥紧密配合，它用于对中定心或密封。,2.圆锥配合的形成:,圆锥配合的 形成分,结构型,位移型,(1)结构型圆锥配合,由内、外圆锥的结构确定装配的最终位置而形成的配合。,由内、外圆锥基准平面之间的尺寸确定装配的最终位置,如图7.10（a)所示为由轴肩接触得到的间隙配合示例。,图7.10 配合的形成,如图7.10（b）所示为由机构尺寸 a 得到的过盈配合示例。,（2）位移型圆锥配
11、合,由内、外圆锥的实际初始位置Pa开始，做一定的轴向位移Ea而形成的配合。它只可以得到间隙或过盈配合。,图7.3（a）所示为间隙配合的示例。,图7.3 轴向位移,由内、外圆锥的实际初始位置Pa开始，施加一定装配力，产生轴向位移Ea 而形成配合，它只能得到过盈配合，如图7.3（b）所示。,7.2.3 锥度和圆锥公差的标注方法,1.锥度的标注,在零件图上，锥度用特定的图形符号（或分数）形式来标注。,如图7.11所示，图形符号配置在平行于圆锥轴线的基准线上，其方向与圆锥方向一致，并在基准线上标注制度数值，用指引线与圆锥素线相连。,图7.11 锥度的标注方法,2.圆锥公差的标注：,共有三种标注方法：面
12、轮廓度法、基本锥度法、公差锥度法。,A:面轮廓度法,面轮廓度法是指给出圆锥的理论正确圆锥角或锥度、理论正确圆锥直径和圆锥长度L，然后标注面轮廓度公差。它是常用的圆锥公差给定方法，由面轮廓度公差带确定最大与最小极限圆锥，从而将圆锥的直径偏差、圆锥角偏差、素线直线度误差和圆截面圆度误差等都控制在面轮廓公差带内，相当于包容要求。面轮廓度法适用于有配合要求的结构型内、外圆锥。,7.2.3 圆锥公差的标注方法,B.基本锥度法标注,（1）给定圆锥直径公差TD的标注,如图7.11所示，此时，圆锥的直径偏差、锥角偏差和圆锥形状误差都由圆锥直径公差控制。,图7.11 给定圆锥直径公差的标注,若对圆锥角和其素线精
13、度有更高要求时，应另给出它们的公差，但其数值应小于圆锥的直径公差值。,（2）给定截面圆锥直径公差 TDS的标注,给定截面圆锥直径公差 TDS，可以保证两个相互配合的圆锥在规定的截面上具有良好的密封性，如图7.12所示。,图7.12 给定截面圆锥直径公差的标注,(3)给定圆锥形状公差的标注,如图7.13所示为给定直线度公差的标注示例。,图7.13 给定圆锥的形状公差的标注,图7.13 中直线度公差带在圆锥直径公差带内浮动。,(4)相配合圆锥公差的标注,相配合圆锥公差的标注方法如图7.14所示。,图7.14相配合圆锥公差的标注方法,C.公差锥度法的标注,公差锥度法适用于非配合的圆锥，也适用于给定截
14、面圆锥直径有较高精度要求的圆锥。其标注方法如图7.15所示。,图7.15 公差锥度法的标注示例,公差锥度法是指同时给出圆锥直径的极限偏差和圆锥角的极限偏差，并标出圆锥长度。按独立原则来解释。其标注方法如图7.15所示。,7.2.4 未注公差角度尺寸的极限偏差,未注公差角度尺寸的极限偏差数值见表7.5所示。,1.基本尺寸,未注公差角度尺寸角度短边长度,未注公差圆锥圆锥素线长度,2.标注,用标准号和公差等级标注在在图样或技术文件上。,例如选用中等级时，则标注为：GB/T1084m,7.3 圆 锥 与 圆 锥 角 的 检 测,7.3.1 用通用量仪直接测量,1.对于精度要求不高的角度工件,2.对于精
15、度要求较高的角度工件,用光学分度头的分度值有1、10、5、1等。测角仪的分度值最高可达0.1，它的测量精度更高。,锥度与圆锥角的检测方法很多，常用的检测方法有以下几种。,通常用万能量角器进行测量，其分度值有5和2两种。,通常用光学分度头或测角仪进行测量。,7.3.2 用通用量具间接测量,通常测量与被测圆锥角有一定函数关系的有关线性尺寸,然后计算出被测圆锥角的大小。,通常使用平板、千分尺、钢球、量块和正弦规等进行测量。,图7.16 所示用正弦规测量外锥体锥角的示意图。,图7.16 用正弦规测量外锥体,量块组的高度为,锥度偏差为,换算成锥角偏差，近似为,7.3.3 用量规检验,圆锥量规分：锥度塞规
16、和环规两种，如图7.17所示,图7.17 用圆锥量规检验,1.用量规检验圆锥工件时，用涂色方法检验圆锥角偏差，要求在锥体的大端接触:,对于高精度的圆锥工件，接触线长度不低于85%；,对于精密的圆锥工件，接触线长度不低于80%；,对于普通的圆锥工件，接触线长度不低于75%；,2.除检验接触线长度外，同时，还要检验工件的基面距变化,若被测件的基面在m区域内，则基面距合格。,3.圆锥量规的检验,对于塞规，因为是外尺寸，可以用通用量具或量仪进行测量。,对于环规，因为是内尺寸，所以要用专门的校对塞规进行检验。,在圆锥量规的基准端面刻有两圈相距为m的线，或做一个轴向距为m的台阶。,习 题 七,一、思 考
17、题,1.圆锥结合的公差与配合有那些特点？,2.有一圆锥体，其尺寸参数为D、d、L、c、a，试说明在零件图上是否需要吧这些参数的尺寸和极限偏差都注上，为什么？,3.圆锥公差的标注方法有哪几种？它们各适用于什么场合？,4.为什么钻头、铰刀、铣刀等的尾柄与机床主轴孔连接多采用圆锥结合？从使用要求出发，这些工具锥体有那些要求？,二、作 业 题,1.设有一外圆锥，其最大直径为100mm,最小直径为99mm，长度为100mm,试计算其圆锥角、圆锥素线角和锥度值。,2.C6201车床尾座顶针套与顶针结合采用莫氏4号锥度，顶针的基本圆锥长度L=118mm,圆锥角公差为AT8,试查表确定其基本圆锥角，锥度C和圆锥角公差的数值。,3.用正弦规测量圆锥量规的锥角偏差，圆锥量规的锥角公称值为205231.4（2.875 4020），测量简图如图7.16所示，。正弦规两圆柱中心距为100mm,两侧点间距离为70mm,两测点的读数差为17.5mm。试求量块的计算高度及锥角偏差，若锥角极限偏差为315rad,此项偏差是否合格？,图7.16 用正弦规测量外锥体,
