幾何公差在零件設(shè)計(jì)中的運(yùn)用范文

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《現(xiàn)代制造技術(shù)與裝備雜志》2015年第一期

1機(jī)械零件設(shè)計(jì)中幾何公差項(xiàng)目的選用根據(jù)

在滿足零件基本功能的前提下，幾何公差項(xiàng)目的選用原則在于以最少的幾何公差項(xiàng)目運(yùn)用，達(dá)到良好的經(jīng)濟(jì)性。所以，在明確零件的精度與功能后，需要考慮下述的幾點(diǎn)要求。（1）功能及精度要求。當(dāng)零件的精度與功能滿足時(shí)，要考慮到形位誤差帶來的影響，比如零件可靠性、工作精度、配合程度等。在機(jī)械零件設(shè)計(jì)中，為了符合標(biāo)準(zhǔn)選用要求，要對(duì)設(shè)計(jì)目標(biāo)零件的各項(xiàng)使用性能加以改進(jìn)與熟悉。（2）結(jié)構(gòu)特征。幾何公差項(xiàng)目的選用會(huì)受到零件自身結(jié)構(gòu)特征的影響。由于零件結(jié)構(gòu)本身存在類型差異，所以，選擇要素也存在明顯的區(qū)別[3]。平面要素，一般選擇平行度誤差和平面度誤差；曲面要素，一般選擇面闊輪廓度；圓柱體一類，則要考慮到零件的圓柱度、圓度、素線直線度以及軸線直線度等來合理選擇；如果零件含有階梯孔，則又同軸度誤差的存在。另外，如果零件上設(shè)計(jì)有軸和孔，在這兩個(gè)位置上也很容易發(fā)生偏差。（3）項(xiàng)目特點(diǎn)及方便檢測。在設(shè)計(jì)機(jī)械零件時(shí)，要考慮到幾何公差項(xiàng)目能否滿足功能設(shè)計(jì)要求，方便項(xiàng)目檢測，如定位、形狀、跳動(dòng)等公差項(xiàng)目。形狀公差可以控制其余部分公差；定位公差只有偶在要素相同的前提下，才可以控制定向與形狀公差，將其約束在一定的公差范圍之內(nèi)，讓其擁有綜合控制要素功能，比如方向、形狀以及位置等；由于徑向跳動(dòng)本身的綜合性，使得跳動(dòng)公差對(duì)其余幾何公差有著極強(qiáng)的控制力，所以對(duì)圓柱零件的素線、圓度以及圓柱度都可以進(jìn)行全面控制。

2依據(jù)幾何公差項(xiàng)目的特點(diǎn)和檢測方便性

機(jī)械零件設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該充分考慮幾何公差項(xiàng)目的特點(diǎn)和它們之間的關(guān)系。例如滿足功能要求的前提下也應(yīng)該盡量選用檢測方法簡單的項(xiàng)目來代替檢測難度較大的的項(xiàng)目。第一，形式公差可以控制某些其他的形式公差，它們具有相互的可控性。例如圓柱形公差可以綜合控制圓柱體的正截面的圓度誤差和圓柱體軸線方向上的形狀誤差。所以當(dāng)圓柱體給出了圓柱公差后，就不會(huì)再給出圓柱公差和素線直線度的公差。第二，定向公差可以控制形狀公差。定向公差會(huì)將同一要素的形狀誤差控制在定向公差范圍內(nèi)，這就是定向公差可控制形狀公差。如果對(duì)同一要素給出了定向公差時(shí)，就不再注出形式公差，只有當(dāng)形式公差的精度高于定向公差時(shí)，才需要單獨(dú)進(jìn)行標(biāo)注。圖1中被測平面的平面公差小于平行度公差值。第三，定位公差可控制定向公差和形式公差。定位公差有綜合控制被測要素位置、方向和狀態(tài)的能力。如果要對(duì)同一要素給出定位公差時(shí)不會(huì)再注出定向公差。位置度公差時(shí)目前綜合性最強(qiáng)的指標(biāo)，它可以同時(shí)控制被測要素的所有形狀公差和定向公差。如圖2，零件上孔的軸線位置公差與它的直線度公差帶———對(duì)基準(zhǔn)C的垂直度公差帶時(shí)一樣的。

3機(jī)械零件設(shè)計(jì)中幾何公差值的選用原則

計(jì)算法、類比法可以確定幾何公差值。一般情況下，機(jī)械零件設(shè)計(jì)中都會(huì)選擇類比法來確定公差值，它是基于零件的功能要求與結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，參考實(shí)際的資料與現(xiàn)場操作經(jīng)驗(yàn)，通過與類似零件的相比比較分析來確定公差值[4]。如果確定幾何公差值，需要運(yùn)用類比法，則需要注意：第一，如果統(tǒng)一要素確定之下的表面粗糙度以及不同公差時(shí)，要考慮到相互之間是否協(xié)調(diào)。一般而言，表面粗糙度應(yīng)該滿足表面粗糙度、形狀、定向、定位、尺寸。如果軸線屬于細(xì)長軸，其直線度公差要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于尺寸公差，而位置度公差和對(duì)稱度與尺寸公差保持基本一致，不存在較大的差異。第二，在最常用的尺寸公差范圍中，中高精度零件形狀公差值占據(jù)了25%~65%的尺寸公差值，位置公差值占據(jù)50%，中等精度幾何公差值與尺寸公差保持相同的等級(jí)，中等精度零件的表面粗糙度以及中等尺寸則占據(jù)了20%~25%的幾何公差值。按照公差等級(jí)來劃分，IT5~IT9屬于精密配合。它被常用于普通精度機(jī)床、發(fā)動(dòng)機(jī)等機(jī)械的關(guān)鍵部位。對(duì)于精密配合來說，表面的粗糙程度應(yīng)該相對(duì)略小，因?yàn)檫@有利于一般傳動(dòng)軸和軸承、傳動(dòng)齒輪與軸的配合。一般來說，IT5的軸和孔，在表面粗糙程度Ra可選取軸為0.2~0.4um，孔0.4~0.8um；IT6的軸和孔表面粗糙度Ra可選取：軸0.4~0.8um、孔0.8~1.6um；IT7：軸0.8~1.6um，孔0.8~1.6um；IT8：軸0.8~1.6um、孔1.6~3.2um；IT9：軸1.6um、孔3.2um的標(biāo)準(zhǔn)。平面表面的粗糙圖，對(duì)安裝基準(zhǔn)面和定位基準(zhǔn)面十分關(guān)鍵，表面的粗糙度Ra可以影響傳動(dòng)軸與軸承等元件之間的磨合，直接關(guān)系到生產(chǎn)效率。第三，在考慮到加工難易度以及除開主參數(shù)之外的其余參數(shù)的影響，在面臨孔相相對(duì)于軸、間距較大的孔或者軸等情況，在零件功能得到滿足的前提下，可以降低1-2個(gè)公差等級(jí)，來提升實(shí)際的需求。

4結(jié)語

時(shí)代在發(fā)展，科技在進(jìn)步，在機(jī)械零件設(shè)計(jì)中已經(jīng)逐漸開始應(yīng)用公差原則。本文通過幾何公差在機(jī)械零件設(shè)計(jì)中應(yīng)用的探討，希望能夠讓更多的業(yè)內(nèi)人士認(rèn)識(shí)到幾何公差的重要性，進(jìn)而認(rèn)識(shí)到只有在全面掌握各項(xiàng)零件要素（功能設(shè)定、設(shè)備要求、使用材料、性能要求）的同時(shí)，才能夠合理地運(yùn)用幾何公差來提升零件設(shè)計(jì)精確度，滿足產(chǎn)品質(zhì)量要求，促進(jìn)機(jī)械制造行業(yè)的發(fā)展下去。

作者：陳彤 單位：浙江省工業(yè)設(shè)計(jì)研究院