本课程的研究对象及任务
- 极限与配合
- 形位公差
- 表面粗糙度
1.读懂工程图 正确理解图中标注的含义。
2.会标注工程图，能提出合理的图面要求。
互换性的意义及作用
互换性概念
- 同一规格的一批零部件，任取其一，不经任何挑选和修配就能装在机器上，并能满足其使用功能要求。
要点
- 同一规格的一批零件或部件；
- 不经任何辅助工作（挑选、调整、修配等）；
- 互换后仍满足原定的使用要求（包括几何参数和力学性能的互换）。
如机器上的螺钉，汽车上的轴承等零部件，灯泡
互换性的分类
- 按其互换范围分为：
完全互换 装配时不需挑选和修配。
不完全互换 装配时允许挑选、调整和修配。
如：轴承部件，在装配内圈、外圈和滚珠时，通过测量将零件按照实际尺寸的大小分组，组内互换装配，以保证内、外圈之间的半径差变化小。
- 按是否应用在标准部件分为：
内互换 是指组成标准部件的零件的互换。
外互换 是指标准部件与其它零部件的互换。
互换性的作用
- 在设计方面
能最大限度地使用标准件，简化绘图和计算工作量，缩短设计周期，利于产品更新换代。
- 在制造方面
利于组织专业化生产，使用专用设备和CAM技术。
- 在使用和维修方面
便于及时更换丧失使用功能的零部件，对于易损件可提供备用件，既可及时维修、缩短停机时间，又减少维修成本。
机械产品的几何量精度设计
机械产品的设计过程，一般需要进行三方面的分析计算：
- 运动分析与计算 由运动学原理，确定机器或机构的合理的传动系统，选择合适的机构或元件，满足运动方面的要求。
- 强度的分析与计算 确定各零件合理的基本尺寸，进行结构设计，使其达到强度和刚度方面的要求。
- 几何精度的分析与计算 零件基本尺寸确定后，要进行精度计算，以决定产品各部件的装配精度、零件的几何参数和公差。
- 几何量精度设计是机械产品精度设计中的重要内容，对机械产品的使用性能和制造成本，对企业的经济效益有着重要的影响，有时甚至起决定性作用。
几何量精度设计的基本概念
- 按照机械产品的使用功能要求和经济性要求，对构成机械产品的零部件的配合部位确定配合性质；确定各个零件上各处的尺寸精度、形状和位置精度、表面质量；确定机械产品在轴向上的定位精度等。
几何量精度设计的任务
- 在机械产品总装配图和部件装配图上，确定其各零件配合部位的配合代号和其他技术要求，并标注于装配图。
- 确定各零件各处的尺寸公差、形状和位置公差、表面粗糙度要求以及典型表面(如：键、圆锥、螺纹、齿轮等)公差要求等，并标注于零件图上。
几何量精度设计的原则
互换性原则：指同种零件在几何参数方面能够彼此互相替换的性能。
经济性原则：工艺性 、合理的精度要求、合理选材、合理的调整环节、提高寿命。
匹配性原则：根据机器中各部分对机械精度影响程度的不同，对其提出不同的精度要求和恰当的精度分配，做到恰到好处。
最优化原则：探求并确定各组成零、部件精度处于最佳协调时的集合体。例如探求并确定先进工艺，优质材料等。
标准化及优先数
实现互换性的条件—— 公差 标准化
几何量公差
- 允许零件几何参数变动的范围称为几何量公差。
- 包括：尺寸公差、形状和位置公差、表面粗糙度要求以及典型表面（如：键、圆锥、螺纹、齿轮等）公差。
2光滑圆柱体结合的公差与配合
2.1 公差与配合的基本术语及定义
1 轴和孔
2 尺寸
3 尺寸偏差和公差
4 加工误差与公差的关系
5 配合与配合制
2.1公差与配合的基本术语及定义——轴和孔
孔：通常指工件的圆柱形内表面，也包括其它内表面中由单一尺寸确定的部分。其直径尺寸用 D 表示。
轴：通常指工件的圆柱形外表面，也包括其它外表面中由单一尺寸确定的部分。其直径尺寸用 d 表示。
2.1公差与配合的基本术语及定义——尺寸
2.1公差与配合的基本术语及定义——偏差与公差
2.1公差与配合的基本术语——尺寸公差带图
公差带图中的基本尺寸、最大最小极限尺寸、公差等的概念
零线：在公差带图中，表示基本尺寸的一条直线，以其为基准确定偏差和公差。正偏差位于其上，负偏差位于其下
公差带：在公差带图中，由代表上偏差和下偏差的两条平行直线所限定的一个区域。
在国家标准中，公差带包括：
公差带大小 由“标准公差”确定
公差带位置 由“基本偏差”确定
标准公差就是国家标准所确定的公差。
基本偏差就是用来确定公差带相对于零线位置的上偏差或下偏差，一般指靠近零线的那个偏差。
2.1公差与配合的基本术语及定义——加工误差与公差的关系
加工误差 包括尺寸误差、形状误差、位置误差。
·1.尺寸误差 加工后实际尺寸和理想尺寸之差。
·2.形状误差 广义上可分为宏观几何形状误差、表面波度、表面粗糙度。
·3.位置误差 工件上各要素之间实际相互位置和理想位置之间的偏差。
·误差与公差的关系：公差是误差的允许变动范围。误差不超过公差，零件就是合格的。
2.1公差与配合的基本术语及定义——配合
- 配合是指基本尺寸相同、相互结合的轴和孔公差带之间的关系。
- 间隙与过盈
——孔的尺寸减去相配合的轴的尺寸所得的代数差，
差值为正时，称为间隙，用X表示，
差值为负时，称为过盈，用Y表示。
配合种类
1.间隙配合
2.过盈配合
3.过渡配合
配合种类
1.间隙配合
配合种类
2.过盈配合
配合种类
3.过渡配合
配合公差带图：图解表示配合公差与极限间隙、极限过盈之间的关系。
- 配合公差带在零线上方时为间隙配合(如(1)、(2)组配合)；在零线下方时为过盈配合(如(3)、(4)组)；跨在零线上下两侧为过渡配合(如(5)、(6)组)。
- 用配合公差带宽窄可判断配合精度高低。图中，(6)组配合精度最高，(5)组配合精度最低。
2.2 公差与配合国家标准
1 标准公差系列
2 基本偏差系列
公差带代号
基本尺寸 + 基本偏差代号 + 公差等级数字
标准公差 （表2-4）
标准公差数值表
2) 基本偏差数值（轴）
以基孔制配合为基础，依据配合要求，从生产实践经验和统计分析结果整理出一系列的轴基本偏差计算公式。见表2-6 基本尺寸≤500mm的基本偏差公式
可根据基本尺寸、轴的基本偏差代号和公差等级查表2-7获得轴的基本偏差数值
注意：需明确该轴的基本偏差是上偏差还是下偏差。
另一个极限偏差数值按照轴的极限偏差与标准公差之间的关系求得。
基本偏差数值（轴）
基本偏差数值（孔）
2.3 国家标准规定的公差带与配合
1 常用尺寸段公差带
2 常用尺寸段配合
2.3.1 常用尺寸段公差带
公差带系列
1)公差带代号（回顾）
由基本偏差代号和公差等级数字表示。
2）公差带在零件图上的标注
3）国标推荐选用的尺寸公差带
国家标准推荐了孔和轴的一般、常用和优先选用的公差带
轴公差带
国家标准推荐的一般、常用和优先选用的轴公差带共有119种，见表2-11。其中方框内(除括号外)为常用公差带，有59种；括号内的为优先选用的公差带，有13种。
孔公差带
国家标准推荐的一般、常用和优先选用的孔公差带共105种，见表2-12。其中方框内(除括号外)为常用公差带，有44种；括号内的为优先选用的公差带，有13种。
选用时，应按照优先、常用、一般公差带的顺序选取。
表2-11 不大于500mm的一般、常用和优先轴公差带
表2-12 不大于500mm的一般、常用和优先孔公差带
2.3.2 常用尺寸段配合
表2-13 基孔制优先、常用配合
表2-14 基轴制优先、常用配合
实例
2.4 常用尺寸公差与配合的选用
1 基准（配合）制的选择和应用
2 尺寸公差等级的选择
3 配合的选择和应用
2.4.1 基准配合制的选用
主要考虑两方面的因素：
一是零件的加工工艺可行性及检测经济性；
二是机械设备及机械产品的结构形式的合理性。
基准配合制的选择原则是：
优先采用基孔配合制，其次采用基轴配合制，特殊场合应用非基准制。
1.基孔配合制的选择
同样公差等级情况下，一般来说，孔比轴的加工难度大，尤其是中、小孔的加工检测，常采用定值刀具和量具。采用基孔配合制，可以减少孔公差带的数量，从而减少定值刀具、量具的规格和数量，可获得较佳的经济效益。
3.非基准制应用的场合
国家标准规定：为了满足配合的特殊需要，允许采用非基准制配合，即采用任一孔、轴公差带(基本偏差代号非H的孔或h的轴)组成的配合（图2-23）。
2.4.2 公差等级的选用
1.公差等级的选择原则
在满足使用性能的前提下，尽量选取较低的公差等级。
2. 公差等级的选择方法
1) 类比法（经验法） 通过查阅有关参考资料、手册，进行分析比较后确定。多用于一般要求的配合。
2) 计算法 根据工作条件和使用性能要求确定配合部位的间隙或过盈允许的界限，然后再根据《极限与配合》的标准确定合理的公差等级。多用于重要的配合。
3. 确定公差等级应考虑的几个问题
（1）基本尺寸≤500mm，标准公差≤IT8时，孔比同级的轴加工困难，取孔比轴低一级配合；当标准公差>IT8级或基本尺寸>500mm时，由于孔的测量精度比轴容易保证，推荐采用孔、轴同级配合。
（2）既要满足设计要求，又要考虑工艺的可能性和经济性。
IT01、IT0、IT1用于高精度量块和标准块的公差；
IT2～IT5用于特别精密零件的配合；
IT6(孔到IT7)用于要求精密配合的情况；
IT7～IT8用于一般精度要求的配合；
IT9～IT10用于一般要求或精度要求较高的槽宽配合；
IT11～IT12用于不重要的配合；
IT12～IT18用于未注尺寸公差的尺寸精度。
3) 了解各个公差等级的应用范围
4) 熟悉各种工艺方法的加工精度 公差等级的应用范围、公差等级与加工方法的关系见表2-21。
5) 协调与相配零(部)件的精度关系 例如：与滚动轴承配合的轴或孔的公差等级应与滚动轴承的公差等级相匹配。
表2-21 各种工艺方法的加工精度
2.4.3 配合的选用
1. 配合选择的原则：
根据使用要求——配合公差(间隙或过盈)的大小，确定与基准件相配的孔、轴的基本偏差代号，同时确定基准件及配合件的公差等级。
尽可能选用国标推荐的优先配合。
2. 配合选择的方法
1) 类比法。主要应用在一般、常见的配合中。
2) 计算法。主要用于两种情况：一是用于保证与滑动轴承的间隙配合；二是完全依靠装配过盈传递负荷的过盈配合。
3) 试验法。主要用于新产品和特别重要配合的选择。
3. 各类配合的选择
1) 间隙配合的选择
应用于：孔轴之间有相对运动或需拆卸的无相对运动的场合。
基孔制的间隙配合，轴的基本偏差代号为：a～h；
基轴制的间隙配合，孔的基本偏差代号为A～H。
2) 过渡配合的选择
主要场合：孔与轴之间有定心要求，而且需要拆卸的静联接(即无相对运动)的配合部位。
基孔制的过渡配合，轴的基本偏差代号为：js～m (n、p)；
基轴制的过渡配合，孔的基本偏差代号为JS ～M(N)。
3) 过盈配合的选择
应用场合：孔与轴之间需要传递扭矩的静联接的配合部位。
基孔制的过盈配合，轴的基本偏差代号为：(n、p) r～zc；
基轴制的过盈配合，孔的基本偏差代号为(N)P～ZC。
表2-23 轴的基本偏差选用说明
表2-24 优先配合选用说明
2.5 一般公差 线性尺寸的未注公差
1 线性尺寸的一般公差的概念
2 有差标准规定
3 线性尺寸的一般公差的表示方法
2 有关标准规定
表2-25 线性尺寸的极限偏差数值 (mm)
表2-26 倒圆半径和倒角高度尺寸的极限偏差数值 (mm)
练习
3测量技术
4形位公差及检测
轴套的外圆可能产生的误差：
- 外圆在垂直于轴线的正截面上不圆（圆度误差）
- 外圆柱面上任一素线不直（直线度误差）
- 外圆柱面的轴心线与孔轴心线不重合（同轴度误差）
第4章 形位公差及检测
4.1 概述
4.2 形位公差的标注
4.3 形状和位置公差
4.4 公差原则
4.5 形位公差的选用
4.6 形位公差检测原则
第4章 形位公差及检测
形位误差对零件使用性能的影响：
1）影响零件的功能要求；
2）影响零件的配合性质；
3）影响零件的互换性。
第一节 概述
1. 形位公差的研究对象——几何要素
定义：构成零件几何特征的点、线、面。
第一节 概述 形位公差项目及其符号
第一节 概述 形位公差项目及其符号
第二节 形位公差的标注
形位公差的标注
③指引线
2）被测要素为轮廓要素：指引线的箭头指在可见轮廓线上或其引出线上，应明显地与尺寸线错开。
被测要素为中心要素：指引线的箭头与该要素的尺寸线对齐。当箭头与尺寸线的箭头重叠时，可代替尺寸线箭头。指引线箭头不允许直接指向中心线。
④形位公差有附加要求时的标注
⑤形位公差的简化标注
第三节 形位公差
形位公差的公差带 形状举例
形状公差
限制被测几何要素——直线、平面、圆和圆柱的误差
其公差带有两个要素：公差带的形状和大小。
直线度
是用来限制被测实际直线形状对其理想直线变动量的指标
·在给定平面内的直线度
·在给定方向内的直线度
给定一个方向
给定两个方向
·任意方向上的直线度
平面度
定义：是限制实际表面对其理想平面变动量的一项指标。
公差带是距离为公差值t的两平行平面之间的区域。
圆度
是限制实际圆对其理想圆变动量的一项指标。控制圆柱（锥）面的正截面和球体上通过球心的任一截面的圆度。
公差带是指在同一正截面上，半径差为公差值t的两同心圆之间的区域。
圆柱度
是限制实际圆柱面对其理想圆柱面变动量的一项指标。
可以同时控制圆度、母线直线度和两条母线平行度等项目的误差。
公差带是半径差为公差值t的两同轴圆柱面之间的区域。
线轮廓度
是限制实际曲线对其理想曲线变动量的一项指标，它控制平面曲线或曲面的截面轮廓的形状误差。
无基准的理想轮廓线用尺寸并加注公差来控制，其位置是不定的；有基准的理想轮廓线用理论正确尺寸加注基准来控制，其位置是唯一的。
线轮廓度
理论正确尺寸 —— 用以确定被测要素的理想形状、方向、位置的尺寸。它仅表达设计时对被测要素的理想要求，故该尺寸不附带公差，标注时以框格包围，该要素的形状、方向和位置误差则由给定的形位公差来控制。
线轮廓度的公差带是包络一系列直径为公差值t的圆的两包络线之间的区域。诸圆的圆心应位于理想轮廓线上。
面轮廓度
是限制实际曲面对其理想曲面变动量的一项指标，控制空间曲面的形状误差。
也分无基准要求的、有基准要求的面轮廓度公差。
公差带是指包络一系列直径为公差值t的球的两包络面之间的区域。诸球的球心应位于理想轮廓面上。
位置公差
基准
基准是确定被测要素的方向、位置的参考对象。
- 单一基准——由一个要素建立的基准称为单一基准。
- 组合基准(公共基准)——由两个或两个以上的要素所建立的一个独立基准称为组合基准或公共基准。
- 三基面体系
由三个相互垂直的平面所构成的基准体系
定向公差
是被测实际要素对基准要素在方向上的允许变动量。
特点：
- 相对于基准有确定的方向，公差带的位置可以浮动；
可综合控制被测要素的方向和形状。
定向公差带三要素：公差带的形状、大小和方向。
分类：按照被测要素和实际要素的类型，有：
线对线 线对面 面对线 面对面
平行度
1) 给定一个方向：线对面，线对线，面对线，面对面
2）给定两个方向
3）给定任意方向
1)当给定一个方向上的平行度要求时，平行度公差带是距离为公差值t，且平行于基准平面（或直线或轴线）的两平行平面（或轴线）之间的区域。
2）当给定互相垂直的两个方向时，平行度公差带是两对互相垂直的、距离分别为t1和t2、且平行于基准直线的两平行平面之间的区域。
3）当给定任意方向时，平行度公差带是直径为公差值t且平行于基准轴线的圆柱面内的区域。
垂直度
当两要素互相垂直时，用垂直度公差来控制被测要素对基准的方向误差。
当给定一个方向上的垂直度要求时，垂直度公差带是距离为公差值t，且垂直于基准平面（或直径、轴线）的两平行平面之间的区域。
给定任意方向时，平行度公差带是直径为公差值t，且垂直于基准平面的圆柱面内的区域。
如图 ød孔轴线必须位于直径公差值ø 0.1mm，且垂直于基准平面的圆柱面内。
倾斜度
当两要素在0°- 90°之间的某一角度时，倾斜度公差带是距离为公差值t，且与基准平面(或直线、轴线)成理论正确角度的两平行平面(或直线) 之间的区域。
·线对面 两个基准面 任意方向
·公差带形状：圆柱 公差带大小：直径为0.1
·公差带方向：圆柱轴线与基准底面A成理论正确角度60°，且平行于基准侧面B
定位公差
同轴度
用于控制轴类零件的被测轴线对基准轴线的同轴度误差。同轴度公差带是直径为公差值t，且与基准轴线同轴的圆柱面内的区域。
如图所示，ød孔轴线必须位于直径为公差值0.1mm，且与基准轴线同轴的圆柱面内。
对称度
对称度用于控制被测要素中心平面（或轴线）对基准中心平面（或轴线）的共面（或共线）误差。
如图所示，其公差带为距离为公差值0.1且相对基准的中心平面对称配置的两平行平面之间的区域。
位置度
用于控制被测要素（点、线、面）对基准的位置误差
跳动公差
跳动
圆跳动
径向圆跳动
公差带是垂直于基准轴线的任一测量平面内，半径差为t，且圆心在基准轴线上的两同心圆
端面圆跳动
公差带是在与基准轴线同轴的任一直径的测量圆柱面上，沿母线方向宽度为t的圆柱面区域
斜向圆跳动
公差带是在与基准主轴线同轴的任一测量圆锥面上，沿母线方向宽度为t的圆锥面区域。其测量方向是被测面的法线方向。