公差实验范文

公差实验范文（精选9篇）

公差实验 第1篇

关键词：机械制造,形位公差,实验设备

0 引 言

形状和位置误差是评定零件制造质量的一项重要技术指标。零件的形状和位置误差对机器、仪器的工作精度、寿命等性能都有直接的影响。作为机械专业实验教学中的一个重要组成部分,形位公差的测量实验对于学生学习和掌握形位公差测量的原理和技术有着相当大的帮助与促进作用,也可以为他们将来的科研和工作打下坚实的基础[1]。

目前,市场上出现的测量仪器大多为比较高端、精密的实验设备,功能上以满足实际生产应用和研究型实验的需求为主,一般价格昂贵,测量成本高,操作环境条件要求严格,用于频繁地测量一般精度的零件并不经济。因此,有单位从降低成本和方便操作的角度出发,针对特定的几项形位误差研制了一些经济型的专用形位误差测量仪器,但是这类设备仍然具有测量功能单一的缺点,在以往本专业的教学实践活动中已经被证实有很大的局限性[2,3,4]。

本研究在传统形位公差测量设备的基础上,研制一套机械制造专业形位公差综合测量教学实验设备。该设备具有结构简单、集成度高的特点,性价比高,可以有效地满足机械制造专业形位公差测量实验教学的需求。

1 采样方法与数学模型

形位公差可以分为形状公差和位置公差,每一种公差形式均有其对应的成熟的采样方法和数学模型,在此列举几个典型的形位公差测量实验的方案[5,6,7]。

1.1 直线度测量实验

沿直线方向上n个相等跨距取得n+1个采样点,得到它们相对于测量基准的变动值为undefined。

则最小二乘直线为:

undefined

式中:undefined和undefined—确定最小二乘直线的系数。

求出误差曲线各点对undefined的变动Δi,找出最小二乘直线两侧绝对值最大的两点,它们的绝对值之和即是直线度误差。

1.2 圆度测量实验

以采样时工件的回转中心为坐标原点, 在实际轮廓上取几个等角度间隔的采样点:

Pi=(ΔRi,θi) i=1,2,3 (2)

则按最小二乘圆法评定的圆度误差为:

Δ=max(ΔRi+u2·cosθi+u2·sinθi)-min(ΔRi+u2·cosθi+u2·sinθi) (3)

式中:u1和u2—实际界面的最小二乘圆形坐标。

2 形位公差综合测量教学实验设备的研制

该实验设备主要由一台设计制造精密、结构简单耐用的形位公差测量试验台和安装有配套的数据采集与误差分析处理软件的PC机组成,测量系统原理如图1所示。实验时,首先由键盘输入采样点数、采样间距等测量参数,然后人工操作机械部分进行对实验零件形位误差的数据采集,最后PC设备实现自动化的数据处理和误差评定,并可利用可视化软件界面显示数据以及打印实验结果[8]。

2.1 机械部分的研制

实验台机械部分在传统的平板和带指示表的表架形式的测量器具的基础上,吸收并借鉴了高精度三坐标测量机的设计思想,进行了改进和创新,实现了成本控制和精度实现的平衡。其中,测量部分采用精密杠杆连接高精度位移传感器的设计,在进行测量之前先对测量悬臂位置进行微调,通过测量触头与工件的接触使传感器的触头产生预位移,落在其线性量程的中间位置。在测量过程中即可将形位误差量转化放大为传感器触头的位移量进行测量。设备中位移传感器采用线性可变差动变压器(LVDT),由于受到LVDT传感器工作原理的限制,即传感器的外围不能形成金属回路,以免发生电磁感应现象影响精度,将传感器置于测量头金属底座部分的凹槽中,外裹一层非金属弹性材料里衬进行固定,再配合非金属材料加工的上盖板进行安装(测量头结构图如图2所示)。

实验台的测量悬臂采用高刚性钢材制成,位移传感器固定于测量悬臂末端的转位式测量头上。该测量头有两个工作位置,在触头处于水平状态时,可以用来完成垂直度与端面跳动误差测量的实验;进行其他形位公差测量试验时,则只需将测量头调整至垂直状态。实验台的水平方向和垂直方向上均设计采用高精度的直线滚动导轨副,悬臂在垂直方向上的调整由精密丝杆导轨副实现。实验台以一块高精度平板作为底座,测量悬臂以及滚动导轨作为一个整体固定于其上,可以有效保证安装及使用时的精度,也保证了测量基准的统一,实验台整体结构图如图3所示。

2.2 硬件电路的设计

本着经济、可靠、准确度高和抗干扰能力强的设计原则,测量系统的传感器采用TD19型LVDT差动式电流输出位移传感器,它由1个初级线圈、2个次级线圈以及铁芯等部件组成。通过初级线圈与次级线圈电磁耦合,使得铁芯的位置变化量与次级两个线圈输出电压之差呈线性关系。该传感器在2 mm量程范围内,线性度达到0.3%,响应频率为50 Hz,并且该型传感器内置信号放大电路,可以直接输出标准的直流信号,便于后续分析处理。A/D转换部分采用研祥公司的ARK-8017DHI型16位模/数转换模块,模块内部在输入/输出端均设计有光电隔离电路,具有较强的抗干扰能力。该模块通过串口通讯与PC机相连接,实时地将数据传输进实验软件,由软件系统进行处理。硬件电路原理图如图4所示。

2.3 软件设计

实验软件部分在VISUAL C++编程环境下进行开发,并编制了可视化的人机界面。本研究选择了8种典型的形位误差进行测量实验软件的编制,基本上涵盖了实际应用中所要求的公差种类,具有典型性和代表性,软件主菜单界面如图5所示。在编制软件时,为每一种形位公差测量实验选择最具代表性和指导意义的误差评定方案,设计了独立实验操作界面。同时在整体上对于原理相同或相近的测量实验,将其界面风格和主要设计元素保持一致,使学生在进行具体实验的同时能够做到举一反三,触类旁通。系统软件在设计上采用模块化设计技术,系统软件由运算程序模块、功能程序模块、动态过程模块以及可视化显示模块等4大部分组成;每一项形位误差测量软件在运行的时候都会分别调用这4个模块实现数据处理和显示的功能。同一模块可以被多个任务共享,多次被调用,不仅实现风格和功能上的统一,也可以提高软件运行效率[9,10,11,12,13]。

3 实验设备的误差分析

该实验设备主要由机械装置、硬件电路和软件程序3大部分组成。

由于评定方法上采用了符合国家标准的有关误差定义的数学模型,不存在测量原理误差,系统软件误差主要是运算中的舍入误差,其误差为±0.001 %。本研究通过对传感器装置和A/D转换模块等硬件电路各部分的技术特性分析,系统硬件电路的误差为±0.39 %。可见,处理系统的误差是很微小的。实验台的测量误差完全取决于机构装置的误差。

3.1 回转误差及装夹偏心的影响

本研究在测量圆度、同轴度以及跳动误差时,是采用顶尖装夹定位被测工件的。因此,工件顶尖孔的尺寸偏差以及装夹偏心有可能会对测量结果产生影响。

对于车制顶尖孔,其回转误差一般为±(3 ~ 5)μm;对于精磨(研)后的顶尖孔,其回转误差仅为±1 μm。

本研究以Ro表示平均圆半径,e 表示偏心量,则由偏心引起的测量误差不大于e2/2Ro。由于工件顶尖孔既是加工基准,又是测量基准,其偏心e 一般小于±0. 1 mm。因此,两者引起的误差甚小,可忽略不计。

3.2 导轨运动直行误差的影响

本研究测量直线度、平面度以及平行度时,水平导轨在运动时的直行误差有可能对测量结果产生影响。该实验台采用的是将经过预紧的精密级直线导轨安装在经过精加工的平板底座之上,导轨在全长范围内的直行误差为仅为±(2~2.5)μm。

由以上的设备误差分析可能,对于一般精度零件的形位误差测量,该实验台可以有效地保证测量精度以及测量的可靠性。

4 结束语

公差检测实验心得体会6 第2篇

其实这次的实训中，通过老师的辅导和自己的思考，我对实验数据处理也有一些自己的看法和总结。例如，在测量N面上V轴孔的直径的实验中，我们小组刚开始时测量的数据全部是负数（数据依次为-0.002，-0.001，-0.002，-0.002，-0.004，-0.005），但通过我们的思考和老师的指导我们认识到了我们的错误，孔的使用工程只会让孔的直接变大，所以我小组认真审核完实验过程后又重新做本实验，在准确的读数后得出了合理的实验数据。再例如，在N面平面度误差测量实验中，我们小组采集的第一组数据出现了很大的差值，我们小组马上停手进行讨论并询问老师，因为差值超出了误差范围，所以我们应该是在调基准的环节出现了错误，发现错误后我们迅速重新调整了基准再次测量，这次取得的数据比较上次的合理很多并且在误差范围内。在我们去完9个点的数据后（数据依次为0，-6，-2；-41，-44，-48；-3，+2，-3），我们对数据进行了分析和讨论，结果发现N面是一个中间凹陷的平面。之后我们又测量了这几个点周围点的数据，发现小范围内点的数据变化并不大平面还是较平的，整体表面是中间凹陷，而且此平面和它下边的较大平面不平行。这些仅仅是我们所做实验中的几个列子，每个实验都数据分析的过程，我们在对数据进行分析和讨论总能得出一些意想不到的结果，我觉得这个探索过程对我们开阔思维非常有帮助。

从这次实习中我也总结出了几点来避免较大的误差，例如：

一、水平仪要紧靠被测表面，尽量避免晃动，有晃动时，应等待水泡静止时再读书，否则造成的误差会很大；

二、在读取数据时，每位成员都要细心，既要看得准，还要果断，不能犹豫不决，任何一个错误都有可能导致最终的成果的报废；

三、选测量点也非常重要，点一定要选在有代表性的地方，同时要注意并非点越多越好，相反选取的无用点过多不但会增加测量、计算劳动量和多费时间，而且会因点多而杂乱产生较大的误差；

四、团结就是力量，纪律才是保证经过每个组员的团结工作，在我们组的同学交流测量中的经验时，大家感觉收获都很多，大家都感觉到调基准工作也很重要，因为这关系到误差的大小。大家也觉得正确使用测量器具也很重要，还有就是我们要有一颗爱护仪器的心，对所用的仪器要精心呵护，在学校如此，走上工作岗位后更要如此，这样可以避免一些不必要得麻烦。

通过互换性实训，让我学到了很多实实在在的东西，比如对实验仪器的操作更加熟练，学会了科学的处理数据等课堂上无法做到的东西，很大程度上提高了动手和动脑的能力，同时也拓展了与同学的交际、合作的能力。一次实训要完整的做完，单单靠一个人的力量和构思是远远不够的，只有小组的合作和团结才能让实习快速而高效的完成。从这五天的测量中，更重要的是让我明白了几个重要的人生的道理：

一、每个人都应该培养自己认真负责的做事态度，对待一件事，就要坚持不懈的关注它，并且要有耐心，要认真，保证它的顺利完成，不出现差错；

二、每个人都应该学会独立思考和总结，这样可以更好的去适应和更快的提高自己的综合能力，适应环境的改变，适应激烈的社会竞争，适应原本我所不能适应的一切；

三、每个人都应培养团队精神。没有团队精神的话，一群人在一起就会一盘散沙，不会互相照应、互相配合、力使不到一处，这样的一群人战斗力是很弱的。就像一群人和另一群人打架一样，其中一群人人多、无团队精神、各顾各的，另一群人少、有团队精神、互相照应、配合，那帮人能打赢是可想而知的。团队精神的有无，决定了团队的战斗力的强弱，决定了团队的强弱。

以下是我们小组对每个实验操作过程的总结：

实验一：这个实验中我们觉的最重要的是量表的校对和读数。首先量表到标准数值上边校准调零这个一定要准确才能保证后边测量数据的准确性，其次就是测量时的读数一定要精确。

实验二：这个实验中需要特别注意的就是测量读数，一定要准确的读数。要多取几组数据，这样可以得到更准确的实验结果。

实验三：这个实验中最难的是调基准。我们小组之前使用调整观察4个点来调平，但多次尝试后，感觉这个方法比较难达到平衡。之后我们选择使用调整观察3点的方法来调整，很快我们就调好了基准。

实验四：这个实验的重头戏也在调整基准，而且反复多次多方位的调整基准，实验过程比较繁琐，需要有耐心，更需要认真。这实验采集的数据也比较多，而且a，b点的对应也需要注意。

实验五：这个实验的重点再水平仪的使用与读数，一定要规范使用，认真读数。实验六：这个实验比较难的也是调基准，水平仪的使用和支承的调整一定要协调，这样可以更快的调整好基准。之后的测量中注意指示表的使用和读数。

实验七：这个实验难点同样在调整基准，方法和前面的几个实验类似，调基准时一定要注意小组人员的分工配合和协调。还有在取数据时一定要取到最大和最小的两个值。

公差模型和公差分析方法的研究 第3篇

机械装配过程中, 在保证各组成零件适当功能的前提下, 各组成零件所定义的、允许的几何和位置上的误差称为公差。公差的大小不仅关系到制造和装配过程, 还极大影响着产品的质量、功能、生产效率以及制造成本。公差信息是产品信息库中的重要内容, 公差模型就是为表示公差信息而建立的数学及物理模型, 它是进行公差分析的理论基础。

公差分析或称偏差分析, 即通过已知零部件的尺寸分布和公差, 考虑偏差的累积和传播, 以计算装配体的尺寸分布和装配公差的过程。公差分析的目的在于判断零部件的公差分布是否满足装配功能要求, 进而评价整个装配的可行性。早期公差分析方法面向的是一维尺寸公差的分析与计算。Bjorke则将公差分析拓展到三维空间。Wang、Chase、Pabon、Hoffman、Lee、Turner、Tsai、Salomons、Varghese、Connor等许多学者也分别提出了各自的理论和方法开展公差分析的研究。此后, 人工智能、专家系统、神经网络、稳健性理论等工具被引入公差分析领域当中, 并分别构建了数学模型以解决公差分析问题。

1 公差模型

公差模型可分为零件层面的公差信息模型和装配层面的公差拓扑关系模型。Shan提出了完整公差模型的建模准则, 即兼容性和可计算性准则。兼容性准则是指公差模型满足产品设计过程的要求, 符合ISO和ASME标准, 能够完整表述所有类型的公差。可计算性准则是指公差模型可实现与CAD系统集成、支持过/欠约束、可提取隐含尺寸信息、可识别公差类型, 以检查公差分配方案的可行性等。目前已经提出了很多公差模型表示法, 但每一种模型都是基于一些假设, 且只部分满足了公差模型的建模准则, 至今尚未出现统一的、公认的公差模型。以下将对几种典型的公差模型加以介绍和评价。

1.1 尺寸树模型

Requicha最早研究了零件层面的公差信息表示, 并首先提出了应用于一维公差分析的尺寸树模型。该模型中, 每一个节点是一个水平特征, 节点间连线表示尺寸, 公差值附加到尺寸值后。由于一维零件公差不考虑旋转偏差, 所有公差都可表示为尺寸值加公差值的形式。该模型对于简单的一维公差分析十分有效, 但却使尺寸和公差的概念模糊不清, 而且没有考虑到形状和位置公差的表示。

1.2 漂移公差带模型

Requicha从几何建模的角度, 于20世纪80年代提出了漂移公差带模型以定义形状公差。在这个模型中, 形状公差域定义为空间域, 公差表面特征需位于此空间域中, 同时采用边界表示法 (Breps) 建立传统的位置和尺寸公差模型。对于表面特征和相关公差信息则运用偏差图 (VGraph) 来表示。VGraph主要是作为一种分解实体表面特征的手段, 将实体的边界部分定义为特征, 公差信息则封装在特征的属性中。漂移公差带模型很好地表达了轮廓公差, 轮廓公差包含了所有实际制造过程中的偏差。该模型提供了公差的通用理论且易于实现, 但是不能区分不同类型的形状公差。

1.3 矢量空间模型

Hoffmann提出了矢量空间模型, Turner扩展了这一模型。矢量空间模型首先需要定义公差变量、设计变量和模型变量。公差变量表示零件名义尺寸的偏差。设计变量由设计者确定, 用以表示最终装配体的多目标优化函数。模型变量是控制零件各个公差的独立变量。由于旋转偏差是非线性的, Turner用模型变量表示旋转偏差旋转方向上的矢量顶点, 以便将彼此相关的公差转换成各自独立的模型变量。矢量空间模型具有以下特点。

(1) 模型变量必须独立, 否则就不能保证各个公差彼此独立和矢量的可叠加性。

(2) 矢量空间模型需要定义大量模型变量, 即使是一个简单的零件, 例如平面上两个圆的尺寸公差, 也需要定义至少36个模型变量。

(3) 为把公差约束转换成模型变量, 需要对公差约束做一些线性化近似处理, 因此可能会在特定环境下出现难以预料的计算误差。

矢量空间模型仅用于进行公差分析, 而不能用于识别尺寸链。对于复杂装配体的多维装配, 也不宜运用矢量空间模型进行公差分析。

1.4 虚拟边界模型

Srinivasan和Jayaraman首先为零件定义一个虚拟边界, 并限定该零件位于这个边界的半空间内, 然后将虚拟边界变换为公差属性子集的形式。虚拟边界实际上是满足公差定义的零件偏差的极值边界, 所以虚拟边界模型可用于极值公差分析, 但不适用于尺寸链复杂的装配体。

1.5 最大实体边界模型

Parratt提出最大实体 (MMP) 的概念, 用以定义在指定公差允许的条件下零件的最大实体。这与虚拟边界的概念相似, 因为零件的MMP边界也就是虚拟边界模型中的虚拟边界。MMP模型对于处理公差带漂移、公差分析、路径规划以及零部件存在偏差的情况下的运动学建模等方面有很大的优势。

1.6 TTRS模型

很多学者基于机构学理论, 分别提出利用自由度 (DOF) 方法为公差建模。Bourdet在计算机辅助检测方面研究成果的基础上, 利用自由度方法, 提出了TTRS (与工艺和拓扑相关表面) 理论。Riviere定义TTRS为, 一个TTRS是同一实体上因功能原因而彼此联系的表面。TTRS理论可很好地表示零件层面的公差信息和装配层面的公差拓扑关系。经过十几年的发展, TTRS理论已发展为较为成熟且广泛应用的公差表示方法。

2 面向刚性装配的公差分析方法

基于零部件在装配时偏差值的处理方式不同, 一些学者将公差分析方法分为极值法、统计公差法和蒙特卡罗模拟法。此外, 许多学者从不同数学模型出发, 分别提出了各自的公差分析方法。这些装配公差分析方法具有共同的特点:以刚性零件为研究对象, 其装配偏差的累积仅由零件几何和运动关系确定。下面对几种具有代表性的面向刚性装配的公差分析方法加以论述。

2.1 极值法

极值公差法又称为代数和法。这种方法在计算装配公差时, 假定各零件的尺寸同时处于极限值。极值法的计算方法为

式中, TY、Ti分别为封闭环 (Y) 、第i个组成环的公差;αi表示零件i的偏差。

极值法计算公差主要适用于以下方面。

(1) 要求保证完全互换、公差等级较高、组成环环数较少的尺寸链。

(2) 要求保证完全互换、公差等级中等、组成环环数较多的尺寸链, 如枪械等一般军工产品。

(3) 公差比较宽松、没有必要进行十分准确计算的尺寸链。

极值法计算简单且计算量小, 但是按照这种方法确定的零件公差偏小, 常常导致产品成本升高。

2.2 统计公差法

统计公差法在计算装配公差时, 假定各零件公差服从正态分布, 装配公差与零件公差之间是线性关系, 通过假设使得实际情况得到了简化。其计算公式是:

式中, Z、Zi分别为Y和第i个变量的偏差系数。

统计公差分析方法由于考虑了零件尺寸的统计分布, 对实际产品制造过程的建模更接近于实际。与极值法相比, 统计公差法可得到更接近于实际的装配公差的估计, 并允许零件有较宽的公差带。线性情况在机械装配中较为普遍并且计算简单, 因此这种方法应用广泛。

2.3 Monte Carlo模拟法

Monte Carlo模拟法是一种统计试验法, 根据每个尺寸的实际分布, 利用随机数发生器生成相应的伪随机数, 然后计算设计函数的值。当得到一定数量的样本后, 根据统计公式计算出统计函数的各阶矩, 从而获得有关装配函数的统计特性。Monte Carlo模拟法在非线性设计函数中, 是最常用和最简单的一种公差分析方法, 且已被广泛用于VSA系列软件包中。Monte Carlo方法虽然能够处理由装配关系或零件的弹性变形所引起的非线性装配函数, 但该方法仍存在以下缺陷。

(1) 蒙特卡罗方法的精度正比于样本量的平方根, 因此为保证计算的正确性, 需要大量的统计样本进行多次重复运算, 计算次数一般在20万次以上, 导致计算时间过长。

(2) 如果装配函数中各分量的均值或方差发生改变, 需要重新进行运算。

文献提出利用基于数论网格点集的数论序贯优化算法改进Monte Carlo方法。与Monte Carlo方法产生的随机点集相比, 数论网格点集的分布更为均匀。序贯优化算法在保证获得全局最优解的同时, 还显著减少了计算量。

2.4 田口试验法

20世纪50年代初, 日本电讯研究所 (ECL) 以田口为首的一批研究人员为改进产品和系统质量、提高生产率, 提出了田口试验法。它将所有对试验结果有影响的一系列因素在试验中加以考察、进行比较, 然后进行水平组合, 是试验设计中的一种有效方法。试验设计的目的在于寻求试验因素的适宜水平组合, 实现质量系统的相对优化。

基于田口试验法的公差分析方法符合产品的实际设计过程, 计算简单, 对设计函数不必求偏导数, 因而具有较为广泛的应用空间。但它要求组成环数目不能太多, 一般应用于组成环数目小于10的场合。

2.5 泰勒级数展开法

当可以计算出设计函数各阶偏导数的情况下, 可以采用泰勒级数展开法, 将函数Y展开, 再计算出Y的各阶中心矩。这种方法需要计算偏导数, 计算复杂。

2.6 其他公差分析方法

文献提出了稳健设计理论在公差分析中的应用。稳健性是指因素状态发生微小波动对因变量影响的不敏感性。基于这一思想, 对产品的性能、质量和成本综合考虑做出最佳设计, 这种工程设计方法为稳健设计。因此减小产品对制造尺寸波动的敏感性, 可提高产品的稳健性和可制造性。

文献根据并行公差设计原则, 利用对加工环境进行历史统计得出的各种加工方法的工序能力, 提出了基于制造环境的统计公差分析法, 为保证设计质量提供了有利的依据。

此外, 还有基于可靠度的公差分析法、矩方法、数值积分方法等。

3 面向柔性件装配的公差分析方法

1980年, Takezawa根据对汽车柔性薄板件装配测量数据的回归研究指出, 基于刚体假设的偏差累积理论难以适用于柔性薄板冲压件的装配, 其装配体偏差可以小于零件偏差, 并接近于刚性较大的零件。20世纪90年代初, 美国密西根大学将有限元和统计理论相结合, 率先开始了有关柔性件装配公差分析的系统性理论研究。

1995年, Liu、Lee和Hu在考虑了柔性薄板零件在装配过程中容易变形的特点后, 提出了柔性薄板件装配偏差分析模型——力学偏差模型。1997年, Hu在对车身多层次装配过程的偏差产生、传播和诊断研究中提出了偏差流理论, 用以分析柔性件装配偏差在整个装配过程中的传播机理, 预测装配最终环节上的综合装配偏差。1999年, Jin和Shi通过状态空间法、偏差流理论和OCMM在线测量数据, 研究了车身装配偏差分析方法及偏差控制方法。胡敏在对点焊过程分析的基础上建立了适用于柔性零件装配公差分析的有限元模型。

但是上述各分析方法都只考虑了导致柔性件装配偏差的部分因素, 而在实际装配过程中, 柔性件的弹性变形、焊接方式、焊点的分布、夹具的定位误差及夹紧力的大小、焊接接头以及装配顺序等因素都将影响到最终装配体的偏差分布, 所以至今尚无一种统一的理论和方法能够全面有效地解决柔性件的公差分析问题。

4 展望

考虑到零件公差的多样性及产品装配过程的复杂性等因素的影响, 今后需要在以下几个方面进行深入研究。

(1) 当前的公差模型较多, 而且各有其应用层面上的优势和不足, 应尽快建立一种适用于所有刚性零件、能够较为科学全面地描述尺寸和形位公差、面向装配公差分析的公差模型。

(2) 实际装配过程大多都是非线性的, Monte Carlo模拟法可较好地处理非线性装配函数, 但其计算量过大, 计算时间过长, 因此应考虑在公差分析过程中运用更高效的优化算法。

公差实验 第4篇

选择几何公差特征项目时要考虑：

①零件要素的几何特征；

②零件的功能要求及在加工过程中出现几何误差的可能性；

③零件测量的方便性；

④特征项目本身的特点；

例如：

与滚动轴承相结合的圆柱面应   标注圆柱度公差；

平键联结键槽宽度对称中心面   应标注对称度公差；选择基准要素时要考虑：

①零件在机器上的安装位置、作用、结构特点以及加工和检测要求；

②根据需要采用单一基准、公共基准或三面基准体系；③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，如对于旋转的轴件，常选用与轴承配合的轴颈表面或轴两端的中心孔作基准。④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。⑤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作基准。⑥从装配关系考虑，应选择零件相互配合、相互接触的表面作基准，以保证零件的正确装配。比较理想的基准是设计、加工、测量和装配基准是同一要素，也就是遵守基准统一的原则。二、公差原则的选择

要考虑：

①被测要素的功能要求；

②零件尺寸的大小；

③检测的方便性（经济性）；

④独立原则—几何公差值固定；

⑤相关要求--几何公差值可变；相关要求的利与弊：

利：尺寸公差得到充分利用，经济性较好；

弊：形状误差的大小完全取决于实际尺寸偏离最大实体尺寸的数值，数值过小时加工很困难；

一、几何公差特征项目及基准要素的选择

选择几何公差特征项目时要考虑：

①零件要素的几何特征；

②零件的功能要求及在加工过程中出现几何误差的可能性；

③零件测量的方便性；

④特征项目本身的特点；

例如：

与滚动轴承相结合的圆柱面应   标注圆柱度公差；

平键联结键槽宽度对称中心面   应标注对称度公差；选择基准要素时要考虑：

①零件在机器上的安装位置、作用、结构特点以及加工和检测要求；

②根据需要采用单一基准、公共基准或三面基准体系；③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。如对于旋转的轴件，常选用与轴承配合的轴颈表面或轴两端的中心孔作基准。④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。⑤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作基准。⑥从装配关系考虑，应选择零件相互配合、相互接触的表面作基准，以保证零件的正确装配。比较理想的基准是设计、加工、测量和装配基准是同一要素，也就是遵守基准统一的原则。二、公差原则的选择

要考虑：

①被测要素的功能要求；

②零件尺寸的大小；

③检测的方便性（经济性）；

④独立原则—几何公差值固定；

⑤相关要求--几何公差值可变；相关要求的利与弊：

利：尺寸公差得到充分利用，经济性较好；

弊：形状误差的大小完全取决于实际尺寸偏离最大实体尺寸的数值，数值过小时加工很困难；

三、.几何公差值的选择（可采用计算法或类比法，标准中有表供查）

要考虑：

①满足功能要求，取低不取高；

②同一要素，形状公差值小于定向公差值，定向公差值小于定位公差值，定位公差值小于尺寸公差值；③加工难易程度及与尺寸公差的协调性，一般情况下，几何公差精度等级与尺寸公差同级，几何精度要求高时，可比尺寸公差等级高1～2级，要求低时，可比尺寸公差等级低1～2级；④孔相对于轴的几何公差等级低1～2级，细长体比粗短体低1～2级；

⑤被测要素为线的公差值小于面的公差值；⑥对于单一平面的形状公差，目前多以它与表面粗糙度的关系来考虑选值。两者本来是无关的，但根据加工平面的实际经验，通常表面粗糙度Ra值可占形状公差的20~25%。⑦适当的精度储备

与尺寸公差配合的选择一样，几何公差值的选用也应考虑精度储备（压缩几何公差在零件使用过程中，由于磨损、热变形、受力变形、内应力引起变形等原因，几何误差可能增大，影响零件的使用性能，降低机器、仪器的工作精度，甚至失效，

公差原则的应用 第5篇

公差原则是尺寸公差与形位公差相互关系的原则,依据两者不同关系要求,将公差原则又分为独立原则和相关原则,其中相关原则又分为最大实体原则、包容原则。设计人员在进行互换性设计时,首先要根据给定的运动状态、载荷性质、材料强度和润滑条件等确定配合公差。在配合计算中,孔和轴的实际尺寸公差、偏差直接影响间隙或过盈量的大小,但孔或轴的形位误差对其影响也不容忽视。

2 公差原则的应用

2.1 独立原则的应用

独立原则指图样上给出的尺寸公差和形位公差各自独立、彼此无关,分别满足各自要求的公差原则。

应用独立原则时,尽管对被测要素没有规定的理想边界,但其最大实体尺寸和横截面内、轴向截面内各项形位公差的综合效应会自然形成极限作用边界。独立原则一般用于非配合面,如退刀槽、倒角的结构尺寸和未注尺寸公差的要素;也用于对配合性质没有要求的配合表面,或者形位误差对配合性质影响不大的场合。

(1)对于尺寸公差和形状公差需要分别满足要求,两者不发生联系的要素,不论两者公差等级的高低,均采用独立原则。

例如,印刷机或印染机的滚筒(见图1),重要的是控制其圆柱度误差,以保证印刷或印染时接触均匀,图文或花样清晰,而圆柱体尺寸d的大小对印刷机或印染质量并无影响。

在这种情况下,应该采用独立原则。圆柱度公差t较严,尺寸公差较宽。如果把尺寸公差规定的较严来保证圆柱度要求(把圆柱误差控制在尺寸公差带内),这显然是不经济的。

再如测量平板(图2),其功能是测量时模拟体现理想平面,控制其形状误差是考虑的主要因素,因此,对于平板工作表面规定严格的平面度公差t,而平板的厚度尺寸L对模拟体现理想平面这一功能则无影响,应该采用独立原则。

又如齿轮箱上轴承孔的中心距不仅影响装配,而且影响齿轮转动质量,就不允许轴承孔尺寸变化影响中心距,因此,中心距的位置公差和轴承孔的尺寸公差应采用独立原则。发动机连杆大、小头孔的中心距位置公差和这两孔的尺寸公差也应采用独立原则。

(2)对于除配合要求外,还有极高形位精度要求的要素,可采用独立原则。

例如,滚动轴承内、外圈滚道配滚动体间的装配间隙,可以通过在装配前分组选择滚道和滚动体的直径尺寸来满足。因此,对滚道尺寸可以给定较大的公差。但是轴承的回转精度与滚道的形状精度密切相关,因而,需要给定严格的形状公差,同时应用独立原则来分别控制实际尺寸的变动量和形状误差。

(3)对于未注尺寸公差的要素,由于它们仅为了满足从装配方便,减轻重量等方面提出的要求,没有配合性质的要求,因此,它们的尺寸公差与形状公差应遵守独立原则,不需要它们的尺寸公差和形位公差有关。

(4)对于单个平面之类不能采用相关原则的要素,均采用独立原则。

2.2 最大实体原则的应用

最大实体原则是指当被测要素或其准要素偏离最大实体状态时,形位公差获得补偿的一种公差原则。

只要求装配互换的要素,通常采用最大实体原则,例如图3所示,对轴承盖的四个尴11H13螺钉孔只要求装配互换,这种部位的被测要素遵守实效边界,就能够达到装配互换的目的。因此,螺钉孔应采用最大实体原则。

此外,最大实体原则也用于保证配合性质,例如解放牌汽车的万向联轴节中,叉上的两孔尴39+0.027-0.010mm(见图4)与十字轴的结合有配合性质要求,这两孔还有同轴度要求,为便于用综合量规检验,可以采用最大实体原则来满足上述要求。

最大实体原则主要用于要求保证可装配性(无配合性质要求),能自由装拆的连接表面。比如螺栓连接箱与盖板或连接联轴节的一套组件、垫圈和衬套上内外圆的同轴度等。

2.3 包容原则的应用分析

包容原则是指实际要素应遵守最大实体边界,即要素的体外作用尺寸不得超越其最大实体边界,且局部实际尺寸不得超越其最小实体尺寸。

包容原则主要用于配合性质要求严格的配合表面,特别是有相对运动的配合表面。如滑动块与槽、汽门顶杆与导套等。

单一要素的包容原则主要用于保证配合性质,特别是配合公差较小的精密配合要求,用最大实体边界控制实际尺寸和形状误差来保证所需要的最小间隙或最大过盈。关联要素的包容原则用于保证配合性质,也用于只需要保证装配互换的功能要求。

参见图5和图6,尴20H7孔与尴20h6轴的间隙配合中,孔和轴用各自遵守的最大实体边界来保证需要的最小间隙(保证“零对零”时能自由装配),最大间隙由孔和轴的最小实体尺寸来控制,从而达到保证指定配合性质的目的。

要素采用包容原则后,按其功能要求还可以对形位公差提出进一步要求。例如,与滚动轴承内圈配合的轴颈(见图7),除了用包容原则保证配合性质以外,考虑到轴承内圈是薄壁零件,容易变形,它与刚性大的轴颈装配后,其形状将服从于轴颈的形状。为了避免轴颈形状误差对轴承内圈产生不良影响,保证轴承运转灵活,因此,按照GB275-84〈滚动轴承与外壳的配合〉的规定,对轴颈的形状公差进一步提出要求,即限制形状公差的最大允许值为圆柱公差的最大允许值 ——圆柱度公差0.004mm。

关联要素包容原则除了用于保证配合性质的要求外,还用于只需保证装配互换的功能要求,如图8示。

3 公差原则运用过程存在的问题

由于尺寸公差和形位公差按独立原则给出,总是可以满足零件的功能要求,所以独立原则为基本原则,从而得到广泛的应用。也正是这个原因,使得设计人员往往只记得用独立原则,而忽视了包容原则和最大实体原则,其结果是功能要求得以满足,工艺性和经济性未得到最大限度的提高。应用不同的公差原则,合格品的判断手段也有所不同。在独立原则和最大实体原则中,我们要检测线性尺寸,传统上往往通过两点测量法来确定实际尺寸。

应用独立原则的孔、轴件,虽标有直线度或圆度公差,但由于实际生产中测量直线度误差或圆度误差不太方便,生产部门往往也就将其省掉不测,只测线性尺寸。对于线性尺寸,又不可能对零件所有截面及截面上的所有方向进行测量,而只测量一、两个部位,线性尺寸合格,但形状不一定合格,这时极易产生误收。对于误收的零件要么干脆装不上,要么勉强装上配合也不符合设计要求。因此,对于有严格配合要求的零件最好采用包容原则,一方面可避免上述现象发生。另一方面可提高经济效益。

摘要：讨论了零件互换性设计中不同公差原则的应用问题。指出根据零件的不同功能要求,选择最适合的公差原则,以利于取得最佳的技术、经济效果。

关键词：机械制造,公差原则,应用,互换性

参考文献

[1]黄镇昌.互换性与测量技术.广州:华南理工大学出版社,2001.

[2]汪恺,唐保宁.形位公差原理和应用.北京:机械工业出版社,1991.

[3]任嘉卉.公差与配合手册.北京:机械工业出版社,2000.

浅谈尺寸公差与配合 第6篇

1 基准制的选用原则

选用基准制时, 应综合考虑工艺性、经济性和零件的结构特点。1) 一般情况下, 优先选用基孔制。因为轴比孔容易加工, 并可以缩减定值刀具和量具的规格及数量。2) 特殊情况下, 应选用基轴制。如直接用冷拔钢并不需加工的轴, 或在同一基本尺寸的轴上要装配几个不同配合的零件, 这时应选用基轴制。3) 与标准件配合时, 应以标准件来确定选用基孔制还是基轴制。4) 为了满足配合的特殊需要, 允许选用任一孔、轴公差带组成的非基准制混合配合。

2 精度的选择

选择精度等级, 一要首选满足使用的要求, 二要考虑尽可能降低成本。首先可根据零件的加工工艺是否能满足使用的要求, 概略确定孔和轴的精度等级。

如:钻、粗车精度在7级以下

忽、半精车精度在5~6级

铰、精车精度在3~4级

精铰研磨、精车、精磨, 精度等级在1~2级。也可根据配合表面来选择精度等级, 如主要配合表面应选择范围在1~7级, 非配合表面选择8级以下。如是静配合类, 选择范围在1~4级;如过渡配合类, 选择范围在1~3级;如动配合类, 选择范围在1~4级, 个别允许间隙很大, 表面很粗糙的选择范围为6~7级。

3 配合的选择

怎样才能把配合选择恰当, 首先要了解零部件的作用、工作条件的技术要求。如工作时结合零部件的相互位置的状态, 是静止, 还是相对运动;装配和拆卸的条件;承受载荷的性质;又定心精度的要求;结合面的长度;表面的粗糙度;零件的强度;零件的重要性和互换性;再就是必须熟悉一些典型的、己被验证过的配合应用实例。

4 公差与配合方法的选取

在给定条件下公差与配合的选择, 是指当给定使用要求, 即给定极限间隙X′min, x′max、或极限过盈Y′min, Y′max、等条件时, 如何进行公差与配合的选择。常用的选择方法如下:

方法一:

1) 确定基准制;

2) 计算许用配合公差

T′f=X′m ax、一X′m in间隙配合

T′f=Y′m ax、一Y′m in过盈配合

T′f=X′m ax、一Y′m ax过渡配合

3) 据关系式T′f≥TH+Ts, 查标准公差表, 确定孔、轴的标准公差等级, 初定基准孔或基准轴的公差带。

4) 根据配合种类及极限间隙或极限过盈的许用值, 查相配轴或孔的基本偏差表, 选取适用的基本偏差代号, 并初步确定孔或轴的公差带代号。

5) 验算极限间隙或极限过盈是否满足使用要求, 若满足, 则可以确定配合代号。

6) 验算中, 若发现极限间隙或极限过盈不满足使用要求, 则按上述步骤3) 一5) 重新选择、验算, 直至选出符合使用要求的代号为止。

方法二:

1) ~3) 同方法一中步骤1) ~3) 。

4) 根据基准制, 结合X′m ax、X′m in或Y′m ax、Y′m in及孔、轴初选的标准公差值TH, TS等条件, 建立方程组、不等式组, 解出相配轴或孔的基本偏差范围, 然后查轴或孔的基本偏差表, 选择适用的代号。

5) 如果在轴或孔的基本偏差变化范围内, 无适用代号可选, 则说明孔或 (和) 轴的公差等级初选偏低, 调整后再重复步骤4) , 直至选出适用的配合代号为止。

5 配合实例应用

这种配合只有材料的允许应力很大, 或塑性很大时才可选用, 如塑性零件或轻金属零件与钢制零件的结合。

2) 重级静配合不需要附加紧固件就可以承受很大的扭矩, 装配时通常加热包容零件或冷却被包容零件的方法进行。

3) 中级静配合采用这种配合的零件要用压力机进行装配。

4) 轻级静配合一般用在材料强度较低, 壁厚很小, 只能承受较小扭矩的场合。

5) 第一种过渡配合承受冲击载荷并传递较大扭矩时, 并有附加紧固件 (链、销等) 的可拆卸的齿轮、联轴节与轴的结合, 这种配合的结合零件, 在装配和拆卸时比较困难, 击用压力机才能进行。

6) 第二种过渡配合这种配合不如第一种过渡配合那样紧密可靠, 又没有拆卸方便的优点, 这种配合用的不多, 只有当结合面比较长, 或零件的结构强度不足时才用这种配合。

7) 第二种过渡配合 (D1) 装配和拆卸比较方便, 仅用乎锤敲击就可装卸也能保证零件的同心度, 如:滚动轴承与轴, 变速箱上的齿轮与轴的配合。这是应用最广泛的配合, 是优先配合。

8) 第四种过渡配合这种配合只有间隙没有过盈, 当结合面较长, 又没有冲击载荷时, 装卸容易, 只用木锤就可装卸, 如机床的挂轮与轴, 水泵叶轮与轴的配合。

9) 第一种动配合常用于经常拆卸或机构能够移动, 转动的结合。如:车床的主轴与卡盘、铣刀与刀杆、钻床的悬臂与立柱的结合。

10) 第二种动配合一般用在运动速度不高, 对旋转的经向跳动有严格要求, 导向准确度较高的情况下, 如:活塞销与连杆、滑块与导轨等。

11) 第三种动配合这种配合一般在传动轴与滑动轴套的结合, 多用在允许间隙大, 较粗糙的结合。

12) 第四种动配合。用在精度较高, 并有很大间隙的高速传动轴与滑动轴承的结合, 如:大型电机转子轴与轴承。用在间隙很大, 又很粗糙的结合。

13) 第五种动配合第六种动配合应用的较少, 仅用在精度较高, 高温度和高转速下的配合, 如:发动机轴与轴承, 气轮机轴与轴承用在精度不高, 但转速较高的轴与轴承的结合用在允许间隙大, 又极为粗的零件的配合。

6 实际工作中的应用

公差与配合在整个维修作业中, 它的科学性、可靠性无处不在。学习并正确地应用它, 将在维修技术工作中带来好处与实效。例如丰田Y系列发动机:活塞销与孔的配合间隙为0.01m m, 如果该间隙大于0.03m m以上, 发动机怠速时会有异响;连杆轴瓦与孔的配合间隙为0.02m m, 如果该间隙大于0.06m m以上, 除异响外也必引起机油压力下降;曲轴轴瓦和轴径的配合间隙为0.03mm, 如果该间隙大于0.08m m以上, 除异响外也必引起机油压力更明显下降;活塞与汽缸的配合间隙为0.04mm (柴油车0.07mm) , 如果间隙大了就会“敲缸”, 间隙小了就会“拉缸”。

公差与配合还表现在汽车各总成、部件中很多配件的妙用。如丰田小型乘用车的水泵总成除水封外, 其轴承与壳体 (铝合金) 、叶轮与轴、风扇法兰与轴的配合全是热压配合, 轴承与壳体配合为过盈0.08m m, 轴与叶轮的配合为过盈0.025m m, 轴与风扇法兰的配合为过盈0.12mm。了解了这些数据, 水泵在组装时, 壳体、叶轮和风扇法兰都必须放于沸水加热方能压合。这是一项颇为讲究的装配工艺, 每个技工应该会独立完成。

以上叙述的一些要领, 只是一般性的问题, 只要在工作中注意了解和总结典型的配合应用实例, 掌握要领, 选择配合并不困难。

摘要：机械产品的精度设计是机械设计与制造中重要的环节之一, 产品的质量、成本及企业效益都与之有着密切关系。公差与配合的选定, 是精度设计的体现, 设计是否正确, 对产品的使用性能, 对企业生产的经济效益和社会效益都有着重要的影响。

关键词：公差,配合,选择方法

参考文献

[1]武国凤.公差配合的选择[J].内蒙占煤炭经济, 2006.

[2]李震.公差与配合的正确选用[J].2001.

[3]迟彦孝等.给定条件下公差与配合的选择[J].机械制造与研究, 2003.

浅谈公差实训教学 第7篇

1. 公差实训教学的具体目的及准备

根据实训教学大纲的要求,编写了《公差配合与测量技术综合实训任务书》,进一步明确了公差实训教学的具体目的。拟定了实训项目,配备了充足的实训测量设备,如五人一组,可同时进行十组实训。实训目的如下所示:

1)使学生进一步熟悉计量器具的选择方法,掌握常用普通计量器具的操作使用方法,提高动手能力;

2)使学生对全课程内容进行总结联系,系统巩固所学知识;

3)使学生熟悉有关标准、表格、手册资料,并能正确查用;

4)使学生对课程关于合理选择基准制、公差等级、配合代号;选择形位公差项目、形位公差等级、基准、公差原则和表面粗糙度、一般线性尺寸的未注公差等方面的基本训练,为今后对产品的精度分析打下基础。

2. 公差实训教学的内容及方法

由于现在的学生一般都是从基础教育直接进入到高职教育中的,之前在机械加工方面的知识没有任何经验积累,只有入学后刚刚建立的一定的机械制图知识,而且还是参差不齐。为了进一步提高学生的学习兴趣,使学生更多更好地了解机械制造中各种典型零部件的加工精度以及它们之间的配合要求,提高感性认识,实训室尽其所能地开设各类内容不同的实训项目。从而使学生在实训中体验,在体验中不断提高其分析和解决问题的能力。

例如实训室加工了10个一级减速器的输出轴零件,选用此零件的目的是,轴类零件是机械制造中最常见的典型零件,具有代表性。另一方面在后续的机械设计课程(减速器的设计)时将会设计这样的轴。实训前将实训任务书发给学生,实训任务书上印有一级减速器的装配图和输出轴的零件图,零件图是未注尺寸和形位公差的。实训时,让学生自由组合分成几个小组进行讨论分析,根据减速器的工作原理以及输出轴的技术要求和工艺条件,并结合理论课程合理选择基准制、公差等级、配合代号;选择形位公差项目、形位公差等级、基准、公差原则和表面粗糙度等内容,确定好公差项目后,再根据老师提供的各种计量工具的精度等级,选用测量方案,确定测量步骤,得出测量结果,并进行数据处理分析,将处理后的数据填在任务书的零件图上。最后根据检测结果对被测零件的合格性作出判断。这样从实训的开始到结束,学生始终需要主动思考、积极投入,每个公差项目的设立和测量方案的确定,都必须经过小组同学的斟酌、讨论,查找有关标准、表格、手册资料。在整个讨论、分析、选用的过程中,同学们将课堂所学精度设计知识和技术测量有机的结合起来了,这就非常有利于学生的综合设计能力的培养。

其它的实训内容还有:齿轮泵泵体、泵盖的尺寸测量,形状和位置测量;自制的一些复杂零件的角度锥度测量;内外螺纹参数的测量等几个单元项目。每个单元项目的实训过程不完全一致,但都围绕着结合工厂实际情况展开,力求使学生进一步明确公差是如何在工厂的设计、生产中应用的。并要求学生熟练掌握常用普通计量器具的操作使用方法。

3. 实训成绩的考核评定

考核是对教师的教学质量和学生的学习质量两方面的检查和评定。实训成绩的评定应能提高学生学习的积极性,真实地反映学生的实训能力和素质。公差实训作为一门考查课,成绩分为A,B,C,D,E五等。考核方式应由实训任务书内容的完成情况与操作考核相结合。因为公差实训课是一门实践性很强的课程,要对学生的能力和素质进行全面综合考核,必须采用操作考核等方式。操作考核的内容和方法是:老师拟定五项实训内容,学生选择哪项实训,就参加与之有关的考试题目考核,在规定时间内完成实训内容,并得出测量结果。这样做,既能全面考核学生,也有利于学生认真对待每次实训。

一周的实训教学过程始终以学生为主体,充分激发他们的学习热情和思维活力,培养学生丰富的个性和全面的综合素质。通过大量的基础实践锻炼增强学生的感性认识以及实际动手能力,增强了自信。公差实训的教学效果通过我们对已在企业工作的毕业生的回访得到了一致肯定和认可。我们将继续努力,为培养时代需要的高技能型人才尽一份力量。

参考文献

[1]谭静等.对公差实验教学改革的思考与建议[J].内蒙古工业大学学报,2002,11(2).

机械设计公差与工艺能力研究 第8篇

关键词：机械设计,公差,工艺能力

0 引言

在产品设计时, 如何给出合理的公差使得产品既能满足经济要求又能满足使用要求, 十分重要;在产品生产时, 如何能保证稳定生产出合格的产品也是关系重大的。因此在设计之前, 有必要现场加工能力进行工艺研究, 考察现场实际的工艺过程, 以避免在设计时盲目给出不实际的公差, 使设计的产品加工出来合格率高并在量产时具有高度可互换性, 使用性和经济性。

1 公差等级的选择原则

GB/T1800.3中规定了20个公差等级, 等级越小, 公差值越小, 加工精度要求越高。公差等级的选择, 总的原则是既要满足设计要求, 又要考虑工艺的可能性和经济性。也就是说, 在满足使用要求的情况下, 尽量扩大公差值, 亦即选用较低的公差等级。对普通机械行业来说, 常用的公差等级为IT5~IT12。具体选用公差等级可参照下列情况确定:

1) IT01、IT0、IT1级一般用于高精度量块和其它精密尺寸标准块的公差。

2) IT2~IT4级用于特别精密零件的配合。例如高精度机床滚动轴承的配合, 精密仪器中特别精密的配合。

3) IT5级用于高精度和重要的配合处。例如精密机床主轴的轴、主轴箱体孔与精密滚动轴承的配合等。

4) IT6级用于要求精密配合的情况。例如机床中一般传动轴和轴承的配合, 齿轮、皮带轮和轴的配合。这个公差等级在机械制造中应用较广。

5) IT7~IT8级用于一般精度要求的配合。例如一般机械中速度不高的轴与轴承的配合, 在重型机械中用于精度要求稍高的配合, 在农业机械中则用于较重要的配合。

6) IT9~IT10级常用于一般要求的地方, 或精度要求较高的槽宽的配合。

7) IT11~IT12级用于不重要的配合。

8) IT12~IT18级用于未注尺寸公差的尺寸精度, 包括冲压件、铸件、锻件的公差等。

2 工艺能力研究

2.1 工序能力参数

对于任何生产过程, 加工或装配出的产品尺寸都存在分散性, 加工精度越高, 产品的尺寸特征值的分散程度就越小, 稳定生产的能力就越强, 在稳定的工作状态下加工或装配出的零件尺寸基本服从正态分布或近似正态分布, 因此用正态分布标准差σ的倍数来衡量加工出产品的尺寸分布的分散程度。由正态分布特性可知, 当取6σ作为工序能力时, 其置信水平为99.73%, 表明能稳定生产的能力, 能否稳定生产合格品用加工过程能力指数Cp来衡量, 即加工精度能满足设计公差要求程度的大小,

Cp值越大, 则表明过程能力越强, 但是也意味着成本提高, 经济性降低。

2.2 公差中心、分布中心和标准差的概念

公差中心是指设计图纸规定的零件尺寸的平均值, 记为M;尺寸分布中心是在机械加工中零件尺寸实际分布的总体均值, 记为μ, 一般μ难以得到, 都是通过加工一批该尺寸, 然后取这些尺寸的平均值;标准差记为σ, 它表示总体分布的离散程度, 一般也很难得到, 也是通过加工一批该尺寸, 然后取这些零件的样本标准差σ, 按下式计算:

式中, N为样本总数。

理论上说, 当实际尺寸分布中心与理论公差的中心重合时, 公差至少为6σ时, 才能保证实际尺寸的合格率达到99.7%。但是实际上, 尺寸的分布中心一般取决于设备的调整, 而要把设备调整到使两个中心重合, 并不是件容易的事, 只要存在着调整误差, 分布中心与公差中心就要偏离, 这样不合格的风险就更大, 需要适当增大Cp值, 以确保过程能力满足要求。当公差中心M与过程分布中心μ不重合, 有偏移时 (如图1所示, 图中虚线表示无偏移情况下的尺寸分布曲线, 实线为实际有偏移时的尺寸分布曲线) 计算Cp的公式需要进行修正。设绝对偏移量为ε, 相对偏移量K:

计算过程能力指数时, 可以只考虑分布中心偏移引起偏差的半边。此时的Cp记为Cpk的计算公式如下:

当K=0时, 就是设计公差中心与实际尺寸公差中心重合的情况;当K≥1时, Cpk=0, 表明过程能力严重不足, 必须停产整顿, 分析原因并采取措施纠正分布中心的严重偏移。一般来说, K在0~0.5范围内, 中心偏移不需要采取措施。

2.3 工序能力评价标准

假定设计公差中心与实际公差中心重合时, 根据工序能力指数式 (1) , 设计公差分别取10σ, 8σ, 6σ, 4σ时, Cp分别为1.67, 1.33, 1, 0.67。按此4个值可将机械加工过程分为5类, 如表1所示。

从表1可以看出, 当1

2.4 工艺研究的数据测量分析

为了满足日后项目稳定生产的需要, 我们必须对产品的公差是否合理, 产品的生产能否满足设计要求, 以及满足的程度有清楚的把握, 所以以某个零件的图纸尺寸为原型, 对前期给出的公差作了基于以上理论的工艺能力研究。研究过程具体如下:首先按照图纸机械加工了10块导光板零件样本, 然后对图纸上的74个主要尺寸进行编号 (见图2) , 并对每块样本的74个尺寸进行5次测量采样, 得出了每块样本的尺寸数据。并将每个尺寸的测量数值作为样本, 按照式 (1) ~式 (5) 计算了样本均值μ (AVG) 和样本标准差σ (STDEV) , 相对偏移量K, 工艺能力6σ, 工艺能力参数Cp, 分析测量数据和统计结果, 尺寸合格率、工艺能力、重要尺寸、公差中心与分布中心的相对偏移K见表2、表3、表4、表5。

对图中的尺寸进行分类如下:

零件外形尺寸: (1) 、 (6) 、3 3、13、1 4、2 6。

开孔位置尺寸: (2) 、 (3) 、 (4) 、 (5) 、 (8) 、 (9) 、 (10) 、11、 12。

开孔尺寸:

接插件, 嵌件开孔外形尺寸:

接插件, 嵌件开孔位置尺寸:

印制板装配尺寸:

对于导光板而言, 外形尺寸是主要控制尺寸。接插件、嵌件位置尺寸和开孔位置尺寸、印制板装配尺寸关系到导光板与其他零件的装配, 也是比较重要的装配尺寸。

在实际设计时, 设计者采用的都是IT9~IT10级公差。

从图1可以看出, 当实际尺寸分布的最小值大于设计尺寸的最大值, 或者实际尺寸分布的最大值小于设计尺寸的最小值, 尺寸分布中心大于设计尺寸的最大值, 或者小于设计尺寸的最小值时, 该尺寸就记为不合格。

2.5 结论

从上述分析可以看出, 虽然重要尺寸的加工基本能满足要求, 但是加工出的产品的尺寸基本都不能满足设计公差要求, 工艺能力很差, 尺寸分布中心与公差中心偏离太大, 产品的不合格率太高, 无法满足稳定生产出满足设计要求的合格产品的要求, 分析造成这种情况的原因:尺寸的公差都给得太小, 公差等级选择不合理, 大部分尺寸的公差都比分析结果的工艺能力6σ值小很多, 导致加工无法满足。需要按照使用要求选择设计公差, 给出合理的最小公差等级, 避免造成经济和人工损失, 另外需要适当缩紧过程控制的随机波动幅度, 即减小σ值, 如缩小刀具更换周期, 减小进给量, 以提高效率, 降低成本。实际尺寸分布中心与理论公差的中心不重合, 有偏移, 加工设备需要调整。再者在机械加工中我们经常发现生产工人不按公差中心进行加工的现象, 如加工外径时, 为了保险, 总是往公差的上限靠, 这就相当于把公差上限作为公差中心;同样加工内孔时, 总是往公差下限靠, 这就相当于把公差下限作为公差中心, 这样检查起来, 虽然件件也能合格, 但作为整批产品来说必然有所影响, 在以后生产时必须规避这种情况, 按照公差中心尺寸加工。

3 结语

综上所述, 一方面设计公差必须根据使用要求和经济要求给出, 不能盲目认为公差越小越好;另一方面工艺能力研究是保证稳定生产出高合格产品的有效手段, 对于合理选择和给定设计公差, 发现生产中的不足具有指导意义, 在以后设计生产中, 必须将两者有机结合起来。

参考文献

[1]王瑜, 马玉林, 姬舒平.基于工序能力的公差统计分析方法的研究[J].机械设计与制造, 2004 (4) :49-51.

[2]杨可桢.机械设计基础[M].北京:高等教育出版社, 1996.

[3]钟春生.如何保证零件尺寸分布中心与公差中心重合的几点思考[J].机电工程技术, 2004 (2) :79-80.

轴承装配倒角的设计及公差选择 第9篇

在轴承设计过程中, 人们更多关注的是如何提高轴承的额定载荷, 以及如何降低轴承的噪声, 而往往忽视了轴承装配倒角的设计。

一方面, 轴承装配倒角的形状设计的是否恰当, 对轴承的安装有着很大的影响;另一方面, 轴承的装配倒角在车削加工阶段已成形, 后续的磨削加工阶段不再对其加工, 考虑到车削加工本身的精度, 热处理变形及套圈内、外径和端面本身的磨削留量, 对车削加工阶段倒角公差的设定, 是十分重要的。

2 装配倒角的设计

在走访用户过程中, 常遇到用户咨询轴承安装不到位的问题。经分析, 原因主要有两方面。一是在某些时候, 用户对轴承配合面的加工精度不够, 特别是有些铸铝件, 轴承室的表面粗糙度值高、尺寸分散;二是在轴承装配倒角处有一锐边, 有时用手触摸可明显感觉到, 在轴承安装过程中, 倒角的锐边划伤配合面, 甚至刮出一定的金属屑, 如加上轴承装配倒角尺寸又偏小, 容屑空间不够, 产生的金属屑卡在倒角处, 如图1所示, 导致轴承安装不到位。除了用户本身的原因外, 轴承装配倒角的设计也是一个不容忽视的方面。

在标准GB/T 274-2000《滚动轴承倒角尺寸最大值》中, 仅对轴承装配倒角的最小单一倒角尺寸、最大单一倒角尺寸做了规定, 对倒角表面的确切形状没有规定。如图2所示。

目前, 倒角的设计一般可归纳为两种形状, 一种为圆形倒角, 如图3所示;一种为圆角+斜边引导, 如图4所示。

圆形倒角, 即倒角为1/4段或更少部分的圆弧, 连接表面经过磨削加工后, 由于去除了一定的磨削量, 其与外径 (或内径) 表面易形成锐边, 产生一较大的角度β。如圆角R设计不合理、磨削量较大, 该角度β可超过25°。因角度β过大, 在轴承安装过程中, 该锐角将会对配合面造成划伤。同时, 由于外径 (或内径) 的磨削量一般比端面的磨削量大, 可能造成轴承套圈的轴向倒角小于径向倒角, 这与标准的要求是相悖的。

圆角+斜边引导式倒角, 是由一段圆弧与两段斜线组成, 由于斜线的角度已确定, 可确保磨削后套圈的倒角形状一致, 并可选择适当的引导角度, 利于轴承的安装使用。同时, 在加工时其尺寸的控制也较圆形倒角相对准确些[1]。

由于圆角+斜边引导的方式, 在加工、外观、安装等方面都具有优势, 故现在绝大多数的生产企业都采用此倒角形式。

3 装配倒角公差的选择

由于倒角不需经过磨削加工, 其形状、尺寸在车加工阶段已确定, 但其相关的连接表面, 如外径、内孔、端面是必须进行磨削加工的。成品轴承倒角尺寸的大小, 与其车加工阶段的尺寸及其公差有密切关系, 如果车加工时的公差范围比较宽, 则导致成品轴承的倒角尺寸分散, 甚至可能超出标准的规定。同时, 如果倒角过小, 则容易出现如图1所示的情况, 如倒角过大, 轴承的外观不美观、轴承的承载面也会偏小。如果车加工时的公差范围较小, 虽然成品轴承的倒角尺寸相对集中, 但车加工的成本则有可能上升。因此, 在保证轴承成品倒角尺寸、形状达到规定要求的同时, 车加工也要较好地满足其加工经济性, 故车加工阶段倒角公差的选择是一个很重要的环节。

如图5所示, 图中各参数符号的意义为:

r1———成品套圈轴向倒角尺寸, mm;

r2———成品套圈径向倒角尺寸, mm;

r1'———套圈车加工轴向倒角尺寸, mm;

r2'———套圈车加工径向倒角尺寸, mm;

t1———套圈端面磨削量, mm;

t2———内孔或外径磨削量, mm;

α———倒角斜边与端面的夹角, °;

β———倒角斜边与内孔或外径的夹角, °。

另外, 上述各参数的尺寸偏差以△表示, 如△r1'、△r2'、△t1、△t2。为便于计算, 设各参数的尺寸偏差为对称分布, 如r1'±△r1'。由于α、β的公差对倒角尺寸的影响较小, 在此忽略不计。

从图5可得:

考虑到各参数的尺寸偏差, 有

令

由式 (1) ~ (8) , 可得成品轴承轴向倒角、径向倒角分别为:r1±△r1、r2±△r2。由此可见, 轴承成品倒角尺寸是否满足规定要求, 不仅仅与各连接面的磨削量有关, 各有关参数的尺寸偏差的影响也是不可忽视的。成品套圈倒角尺寸的变动量大于其车加工的尺寸变动量。

在轴承产品设计中, 一般取α=25°、β=15°。以6202为例, t1=0.075±0.015、t2=0.08±0.02、r1'=1.65±0.50、r2'=1.0±0.15, 由式 (1) 、 (2) 、 (7) 、 (8) 得:

6202成品轴承的轴向倒角为:1.28±0.59, 即0.69~1.87;径向倒角为:0.76±0.20, 即0.56~0.96。

由标准GB/T 274-2000可查得, 6202轴承的轴向倒角、径向倒角尺寸分别为:1-0.4+1、1-0.40, 亦即0.6~2、0.6~1。

从上述计算可知, 6202成品轴承的轴向倒角满足标准要求, 径向倒角的最小值小于标准要求, 不符合标准规定。从轴承的加工、安装使用、外观等方面综合考虑, 将套圈车加工的倒角尺寸修订为:r1'=1.66±0.40、r2'=1.2±0.12, 则成品轴承的轴向倒角、径向倒角分别为:1.29±0.49、0.78±0.17, 即:0.80~1.78、0.61~0.95, 满足标准规定。

4 结束语

综上所述, 轴承倒角的设计, 涉及到轴承安装使用的好坏。成品轴承的倒角尺寸变动量大于其车加工阶段的倒角尺寸变动量。在保证成品轴承倒角尺寸满足标准规定的前提下, 其车加工阶段的倒角公差不宜太小, 以获得良好的加工经济性;但若车加工阶段的倒角公差太大, 则会造成整批轴承倒角尺寸分散, 外观不一致。因此, 倒角公差的选择, 应兼顾轴承加工的经济性、安装使用、外观等方面, 选取合适的数值。

摘要：基于轴承的设计过程, 对轴承装配倒角的形状设计和车加工阶段尺寸公差的选择进行了分析和讨论。

关键词：轴承,装配倒角,形状,公差

参考文献