浅谈公差原则在机械零件设计中的应用
摘 要:在机械零件设计中,正确、合理地应用公差原则,是提高机械零件的设计质量、工艺性和实现最佳
技术经济指标的有效途径。本文介绍了公差原则及其在机械零件设计中的应用。 关键词:公差原则;独立原则;相关要求;设计;应用 公差原则是处理尺寸公差与形位公差之间相互关系 的原则。在机械零件的几何精度设计中,如何正确、合理 地选择公差原则是一个很重要的问题。机械零件设计所 追求的目标是:使所设计的零件既能满足功能要求,又能 获得良好的工艺性和经济性。只有正确、合理地选用公 差原则,才能有效地实现上述目标。
然而,许多企业的设计者在机械零件设计中,由于传 统习惯或对公差原则不太熟悉等原因,常常有意或无意 地在机械零件设计图样上,只应用独立原则,而不应用相 关要求,使公差原则不能在机械零件设计中发挥其应有 的作用。这样不仅使产品难以获得最佳的工艺性和质 量,而且在经济上也难以取得最佳效益。为此,本文将对 公差原则及其在机械零件设计中的应用作简单阐述,以 期引起工程技术人员的重视,在机械零件设计中能正确、 合理地应用公差原则,提高机械零件的设计质量和工艺 性,实现最佳的技术经济指标。 一、公差原则简述
在机械零件设计时,根据零件的功能要求,对零件的 重要几何要素,常常需要同时给定尺寸公差、形位公差 等,确定尺寸公差与形位公差之间相互关系的原则称为 公差原则。依据两者不同关系的要求,公差原则又分为 独立原则和相关要求,其中,相关要求又含包容要求、最 大实体要求、最小实体要求、可逆要求等。在机械零件设 计中正确运用公差原则,使所设计的机械零件既满足功 能要求,又具有最佳的工艺性和经济性,这是每个设计者 所追求的目标,因此,我们必须熟悉公差原则的各项基本 内容。 1、独立原则
独立原则是图样上给定的形位公差与尺寸公差相互 无关,分别满足各自要求的公差原则。遵守独立原则时, 图样上无任何附加的标记如:(、○M、○L、○R等;形位公差与 尺寸公差彼此独立,相互之间无任何补偿关系;尺寸公差 控制局部实际尺寸,两点法测量;形位公差控制形位误 差,通用量仪测量。独立原则的合格条件为: 孔:f≤t,Dmax≥Da≥Dmin;轴:f≤t,dmax≥da≥dmin。
式中:f———形位误差值;t———形位公差值;Da、da——— 孔、轴局部实际尺寸;Dmax、dmax———孔、轴最大极限尺寸;
Dmin、dmin———孔、轴最小极限尺寸。 2、相关要求
相关要求是指图样上给定的形位公差与尺寸公差相 互有关的公差原则。根据被测实际要素遵守的理想边界 的不同,又分为以下四种: (1)包容要求
被测要素遵守包容要求时,要求实际要素遵守最大 实体边界,即要求实际要素处处不得超越最大实体边界, 且实际要素的局部实际尺寸不得超越最小实体尺寸。包 容要求仅用于单一要素(形状公差)。应用包容要求的单 一要素应在其尺寸极限偏差或公差带代号之后加注符号 (。应用包容要求时,设计者只给出了尺寸公差值T,当 实际轮廓要素处于最大实体状态时,中心要素不允许有 形位误差;实际轮廓要素偏离最大实体状态时,中心要素 才允许有形位误差;当实际轮廓要素处于最小实体状态 时,中心要素的形位误差可达最大值:T。包容要求的合 格条件为:
孔:Dmo≥MMS(Dmin)且Da≤LMS(Dmax);轴:dmo≤MMS (dmax)且da≥LMS(dmin)。
式中:Dmo、dmo———孔、轴体外作用尺寸; MMS———最 大实体尺寸;LMS———最小实体尺寸。 (2)最大实体要求
实际要素遵守最大实体要求时,要求实际要素遵守 最大实体实效边界,即要求其实际轮廓要素处处不得超 越该边界,当实际要素偏离最大实体状态时,允许其形位 误差值超出图样上给定的形位公差值t,而要素的局部实 际尺寸应在最大实体尺寸与最小实体尺寸之间。应用最 大实体要求的单一要素或关联要素,应在其相应的形位 公差框格内的形位公差值t或基准代号字母后加注符号 ○M。最大实体要求可应用于被测要素、基准要素或同时应 用于被测要素与基准要素。最大实体要求的合格条 件为:
孔:Dmo≥VSM(Dmin-t)且Dmax≥Da≥Dmin;轴:dmo≤ VSM(dmax+t)且dmax≥da≥dmin。
式中:VSM———最大实体实效尺寸,VSM=MMS±t , 轴+,孔-。
还有最大实体要求的零形位公差。老标准中,这种 情况称为关联要素遵守包容原则(要求)。由于其标注形 式:0○M或Φ0○M,与最大实体要求的标注形式:t○M或Φt○M相 似,为了与ISO接轨,新标准将其从包容要求之中删除,划 归最大实体要求。但其实质内容与包容要求类似:要求 实际要素遵守最大实体边界,即要求实际要素处处不得
超越最大实体边界,且实际要素的局部实际尺寸不得超 越最小实体尺寸。最大实体要求的零形位公差的合格条 件为:
孔:Dmo≥MMS(Dmin)且Da≤LMS(Dmax);轴:dmo≤MMS (dmax)且da≥LMS(dmin)。 (3)最小实体要求
实际要素遵守最小实体要求时,要求实际要素遵守 最小实体实效边界,即要求其实际轮廓要素处处不得超 越该边界,当其实际尺寸偏离最小实体尺寸时,允许其形 位误差值超出在最小实体状态下给出的形位公差值t,而 其局部实际尺寸应在最大实体尺寸与最小实体尺寸之 间。应用最小实体要求的单一要素或关联要素,应在其 相应的形位公差框格内的形位公差值t或基准代号字母 后加注符号○L。最小实体要求可应用于被测要素、基准 要素或同时应用于被测要素与基准要素。最小实体要求 的合格条件为:
孔:Dmi≤VSL(Dmax+t)且Dmax≥Da≥Dmin;轴:dmi≥VSL (dmin-t)且dmax≥da≥dmin。
式中:Dmi、dmi———孔、轴体内作用尺寸;VSL———最小 实体实效尺寸,VSL=LMS±t ,轴-,孔+。
还有最小实体要求的零形位公差,其合格条件为: 孔:Dmi≤LMS(Dmax)且Da≥MMS(Dmin);轴:dmi≥LMS (dmin)且da≤MMS(dmax)。 (4)可逆要求
可逆要求是一种反补偿要求。上述的最大实体要求 与最小实体要求均是实际尺寸偏离最大实体尺寸或最小 实体尺寸时,允许其形位误差值增大,而实际尺寸受其极 限尺寸控制,不允许超出。而可逆要求则是,当形位误差 值小于其给定的形位公差值时,允许其实际尺寸超出极 限尺寸的一种公差原则,但两者综合所形成的实际极限 状态,仍然不允许超出其相应的控制边界。 可逆要求可用于最大实体要求,也可用于最小实体
要求。前者在符号○M后加注符号○R,后者在符号○L后加注 符号○R。
可逆要求用于最大实体要求的合格条件为:
孔:Dmo≥VSM(Dmin-t)且Dmax+t≥Da≥Dmin;轴:dmo≤ VSM(dmax+t)且dmax+t≥da≥dmin。 可逆要求用于最小实体要求的合格条件为:
孔:Dmi≤VSL(Dmax+t)且Dmax+t≥Da≥Dmin;轴:dmi≥ VSL(dmin-t)且dmax+t≥da≥dmin。 二、公差原则在机械零件设计中的应用
不同的公差原则反应不同的设计意图,机械零件设
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