形位公差原则在机械零件设计制造中的重要性
耿 职,张 奎,张德三
【摘 要】该文阐述了形位公差原则的基本概念以及适用的一般范围,同时结合一些实际应用对其进行了进一步说明。特别是对如何结合零件的功能性和制造工艺、装配、检验的可能性与经济性来选用形位公差原则进行了详细分析。 【期刊名称】建材世界 【年(卷),期】2014(000)004 【总页数】4
【关键词】独立原则; 包容要求; 实体要求; 可逆要求
机械零件在加工过程中,由于装夹、刀具、机床加工精度及其他机加工工艺操作等因素的影响,会使被加工零件的几何要素产生一定的形状和位置误差。而形状和位置精度是零件的一项重要质量指标,会直接影响到机械产品的工作精度、密封性、运动平稳性、使用寿命和可装配性等。因此,为了保证机械零件的质量,就必须在零件图上给出形状和位置公差;同时,根据功能要求(零件的实际使用要求),还应该确定零件各几何要素尺寸和形位公差之间的关系,即形位公差原则。 形位公差原则分为独立原则和相关要求。相关要求包括包容要求、最大实体要求、最小实体要求及可逆要求。在设计或者生产实践中如果能正确理解和应用形位公差原则,不仅能保证产品的质量,而且能简化零件制造、检验、装配的过程,对提高生产率,最终提升产品的市场竞争力有着重要的意义。但笔者发现在一些零件设计中并没有很好的理解形位公差原则,造成零件制造过程中控制及检验的繁琐。因此,笔者首先会在文中对形位公差原则进行详细阐述,之后再列举一些实际应用。
1 独立原则
独立原则即图纸中给定的形位公差与尺寸公差相互无关,分别满足要求的公差原则。图1所示是我公司某产品,两孔分别为。尺寸精度和形位精度要求都比较严格,但是被测孔及与其配合的密封圈之间的配合性质要求不严,故采用独立原则。两孔的实际尺寸在其公差带内无论如何变动,都与被测孔的同轴度公差没有关系,同轴度公差始终为?0.05 mm。独立原则主要应用于没有配合要求的要素尺寸,有单项特殊功能的要素(密封性、运动精度、摩损寿命,旋转平衡等),非全长配合的要素尺寸,对配合性质要求不严的尺寸等场合。
2 包容要求
包容要求表示实际要素应遵守最大实体边界,其局部实际尺寸不得超出最小实体尺寸。采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后加注符号E。采用包容要求的合格条件为:体外作用尺寸不得超过最大实体尺寸,局部实际尺寸不得超出最小实体尺寸。如图2所示,d1为最大实体尺寸,即?40 mm;d2为实际尺寸;?f为允许形位公差。当d2=20 mm时,?f=0;当d2= 39.975 mm时,?f=0.025 mm。采用包容要求主要是为了保证配合性质,特别是配合公差较小的精密配合。用最大实体边界综合控制实际尺寸和形位误差来保证必要的最小间隙,用最小实体尺寸控制最大间隙,从而达到所要求的配合性质。如滑块与滑块槽的配合等。
3 最大实体要求
最大实体要求是指被测要素的实际轮廓遵守其最大实体实效边界,当实际尺寸偏离其最大实体尺寸时,允许其形状、定向、定位误差值超出其给定的公差值的一种要求,用符号M表征。采用最大实体要求的合格条件为:孔或轴的体外作用尺
寸不得超过最大实体实效尺寸,局部实际尺寸不得超出极限尺寸。体外作用尺寸是指在被测要素的给定长度上,与实际内表面体外相接的最大理想面或与实际外表面体外相接的最小理想面的直径或宽度。最大实体要求是从装配互换性基础上建立起来的,在保证装配互换的地方从装配经济性考虑,可以选择最大实体要求;在要求自由装配的部位,应以孔的最大实体实效尺寸大于或等于轴的最大实体实效尺寸来选择尺寸的极限偏差以及形位公差值。分别对?60 mm的轴和孔进行尺寸及形位公差的标注,其各自的动态公差带及最大实体实效边界分布如图3所示,分别位于其下方。轴的最大实体实效尺寸为最大实体尺寸加上形位公差值,即?60.01 mm,当轴的直径在?59.97～?60 mm范围内变动时,其轴线的直线度公差在?0.04～?0.01 mm之间变动;孔的最大实体实效尺寸为最大实体尺寸减去形位公差值,即?59.99 mm,当孔的直径在?60～?60.046 mm范围内变动时,其轴线的直线度公差在?0.01～?0.04 mm之间变动。
4 最小实体要求
最小实体要求是指控制被测要素的实际轮廓处于其最小实体实效边界之内,当实际尺寸偏离其最小实体尺寸时,允许其形状、定向、定位误差值超出其给定的公差值的一种要求,用符号L表征。也就是说,其体内作用尺寸不得超出其最小实体实效尺寸,而且,其局部实际尺寸不得超出极限尺寸。体内作用尺寸是指在被测要素的给定长度上,与实际内表面体内相接的最小理想面或与实际外表面体内相接的最大理想面的直径或宽度。最小实体要求可以用于被测要素,也可以用于基准要素,但被测要素或基准要素必须是中心要素。如图4所示,轴的最小实体实效尺寸为最小实体尺寸减去形位公差值,即?59.96 mm,当轴的直径在?59.7～?60 mm范围内变动时,其轴线的直线度公差在?0.01～?0.04 mm之间变动;孔的
形位公差原则在机械零件设计制造中的重要性
