互换性与技术测量第8章课件.ppt

第8章 圆锥结合的互换性 8.1 概述 8.2 锥度、锥角系列与圆锥公差 8.3 圆锥配合 8.4 锥度与锥角的测量 思考题与习题8.1 概 述8.1.1 圆锥体配合的特点 圆锥体配合的特点如下：(1)内、外两圆锥体的配合，可以自动定心，容易保证内、外圆锥体的轴线具有较高的同轴度，而且能快速装拆。(2)圆锥配合的间隙和过盈，可随内、外圆锥体的轴向相互位置不同而得到调整，而且能补偿零件的磨损，延长配合的使用寿命。但它不适宜孔、轴轴向相互位置要求较高的配合。(3)圆锥体的配合具有较好地自锁性和密封性。(4)内、外圆锥体的配合比较复杂，影响互换性的参数比较多，加工和检验也相对麻烦。图 8-1 圆锥旋转形成的表面8.1.2 圆锥配合的基本参数 锥度与锥角的基本参数有圆锥表面、圆锥、圆锥长度、圆锥角和锥度。(1)圆锥表面：与轴线成一定角度，且一端相交于轴线的一条线段（母线），围绕着该轴线旋转形成的表面（见图8-1）。(2)圆锥：由圆锥表面与一定尺寸所限定的几何体。(3)圆锥长度 L：最大圆锥直径截面与最小圆锥直径截面之间的轴向距离。(4)圆锥角（锥角）a：在通过圆锥轴线的截面内，两条素线间的夹角。图 8-2 圆锥的几何参数(5)锥度：两个垂直圆锥轴线截面的圆锥直径 D和 d 之差与其两截面间的轴向距离L之比（见图8-2），即 锥度与圆锥角的关系为 锥度一般用比例或分式表示，例如，C=1 20或1/20。(8-1)（8-2）8.2 锥度、锥角系列与圆锥公差 圆锥公差适用于锥度从13至1500、圆锥长度L从6至630 mm的光滑圆锥，也适用于棱体的角度与斜度。8.2.1 锥度与锥角系列 一般用途圆锥的锥度与锥角系列见附表8-1。为便于圆锥件的设计、生产和控制，表中给出了圆锥角或锥度的推算值，其有效位数可按需要确定。为保证产品的互换性，减少生产中所需的定值工、量具规格，在选用时应当优先选用第一系列。特殊用途圆锥的锥度与锥角系列见附表8-2。它仅适用于某些特殊行业，在机床、工具制造中，广泛使用莫氏锥度。常用的莫氏锥度共有7种，从0号至6号，使用时只有相同号的莫氏内、外锥才能配合。8.2.2 圆锥公差的基本参数 公称圆锥是指设计给定的理想形状的圆锥。它可用以下两种形式确定：(1）一个公称圆锥直径（最大圆锥直径D、最小圆锥直径d、给定截面圆锥直径dx）、公称圆锥长度L、公称圆锥角或公称锥度C。(2)两个公称圆锥直径和公称圆锥长度L（见图8-3）。图 8-3 圆锥公差的基本参数8.2.3 圆锥公差 1.极限圆锥 极限圆锥是指与公称圆锥共轴且圆锥角相等，直径分别为上极限尺寸和下极限尺寸的两个圆锥（Dmax、Dmin、dmax、dmin）。在垂直圆锥轴线的任一截面上，这两个圆锥的直径差都相等（见图8-4）。2.圆锥直径公差TD 圆锥直径公差是指圆锥直径的允许变动量，它适用于圆锥全长上。圆锥直径公差带是在圆锥的轴剖面内，两锥极限圆所限定的区域，见图8-4。一般以最大圆锥直径为基础。图 8-4 极限圆锥、圆锥直径公差带 3.圆锥角公差AT(ATD、AT)圆锥角公差是指圆锥角的允许变动量。圆锥角公差带是两个极限圆锥角所限定的区域，如图8-5所示。锥角公差共分12个公差等级，用AT1AT12表示，其中AT1最高，AT12最低，例如AT6表示级圆锥角公差。各公差等级的圆锥角公差见附表8-3。图 8-5 极限圆锥角 圆锥角公差值按圆锥长度分尺寸段，其表示方法有以下两种：(1）AT以角度单位（微弧度、度、分、秒）表示锥角公差值（1 rad等于半径为1 m，弧长为1 m所产生的角度，5 rad1300rad1）。(2）ATD以线值单位(m)表示圆锥角公差值。在同一圆锥长度分段内，ATD值有两个，分别对应于L的最大值和最小值。AT和ATD的关系如下：式中,ATD的单位为m，AT的单位为rad，L的单位为mm。例如，当L=100,AT为9级时，查附表8-3得AT=630 rad或，ATD=63 m。若L=80，AT仍为9级，则按上式计算得ATD=（6308010-2）m=50.4 m50 m。(8-3)4.给定截面圆锥直径公差 TDS给定截面圆锥直径公差是指在垂直于圆锥轴线的给定截面内圆锥直径的允许变动量，它仅适用于该给定截面的圆锥直径。其公差带是给定的截面内两同心圆所限定的区域，如图8-6所示。TDS 公差带所限定的是平面区域，而 TD 公差带所限定的是空间区域，两者是不同的。图 8-6 给定截面圆锥直径公差带 5.圆锥形状公差TF 圆锥形状公差包括素线直线度公差和横截面圆度公差。圆锥形状误差一般由圆锥直径公差TD控制，当圆锥的形状公差有更高的要求时，可单独给出形状公差，如图8-12和图8-13所示。8.3 圆 锥 配 合8.3.1 圆锥配合的特点 圆锥配合的特点是通过改变内圆锥与外圆锥的轴向相对位置，可改变间隙的大小，以达到配合的目的。即使是很紧密的配合在轴向力的作用下，拆卸也是很方便的。圆锥配合有以下两种形式。1.结构型圆锥配合 结构型圆锥配合是指，由内、外圆锥的结构，或由内、外圆锥基准平面之间的尺寸（简称基面距）确定装配后的最终轴向位置，从而得到的配合。图8-7所示的是依靠外圆锥的轴肩与内圆锥端面的接触，使两者的轴向位置确定而得到的间隙配合。图8-8所示的是通过基面距 a（外圆锥基准平面与内圆锥基准平面之间的轴向距离）来确定两者的轴向位置而获得的过盈配合。图 8-7 结构形成圆锥的间隙配合 图 8-8 基面距形成圆锥的过盈配合 由于结构型圆锥配合的内、外圆锥轴向相对位置是固定的，因而它们的性质就取决于内、外圆锥的直径公差带。其极限间隙或极限过盈以及配合公差的计算与光滑圆柱配合相同。2.位移型圆锥配合 位移型圆锥配合是指，通过规定内、外圆锥的轴向相对位移或产生位移的轴向力的大小，来确定内、外圆锥的轴向位置，以获得预定的配合。图8-9所示的圆锥配合，由实际初始位置 Pa（内、外圆锥不受轴向力的情况下相接触的位置）开始，内圆锥作一定的轴向位移 Ea，达到终止位置 Pf，即可获得预定的配合。图8-10所示的圆锥配合，则是由初始位置 Pa 开始，对内圆锥施加一定的装配轴向力 F，使内圆锥产生轴向位移至终止位置Pf，即可获得预定的配合。该方法只能获得过盈配合。对于位移型圆锥配合，其直径方向的配合公差仍由间隙或过盈的变动量所决定，但间隙或过盈量的大小，主要取决于位移量 Ea，这是它与结构型圆锥配合的本质区别。图 8-9 轴向位移形成圆锥的间隙配合 图 8-10 施加装配力形成圆锥的过盈配合8.3.2 圆锥配合的种类 圆锥配合的种类有过渡(紧密)配合、间隙配合和过盈配合。1.过渡（紧密）配合 这类配合具有良好的密封性，可以防止漏气和漏水，例如，在内燃机中，气阀与气阀座的配合。为了使配合圆锥面接触紧密，在加工时，内、外圆锥应成对研磨，因此这类配合的圆锥一般都无互换性。2.间隙配合 此类配合具有间隙，而且在装配和使用过程中，可借助内圆锥与外圆锥的轴向移动来调整间隙的大小。例如，车床主轴圆锥轴颈与圆锥轴承衬套的配合。3.过盈配合 这种配合具有过盈，用于传递扭矩。例如，钻头、铰刀、铣刀的锥柄与机床主轴锥孔的配合，且此配合具有自锁性好，装拆方便等优点。8.3.3 圆锥配合的一般规定 无论结构型圆锥配合或位移型圆锥配合，内、外圆锥通常都按第一种方法给定公差，即给出理论正确的圆锥角和圆锥直径公差带。1.结构型圆锥配合 由于结构型圆锥配合轴向相对位置是固定的，其配合性质主要取决于内、外圆锥的直径公差带，选择、计算与光滑圆柱的配合类同。(1）公差等级的确定：按极限与配合选取公差等级。由于结构型圆锥配合直径配合公差带，直接影响间隙或过盈的变动，因此，内、外圆锥的直径公差一般应不低于 IT9。(2）基准制的确定：国标推荐优先采用基孔制，即内圆锥直径的基本偏差选定 H。(3）配合的确定：当采用基孔制时，外圆锥的基本偏差是决定配合性质的主要因素。因此，可根据允许极限间隙或过盈的大小，确定外圆锥直径的基本偏差，从而确定其配合。圆锥配合的公差带也可以从极限与配合规定的常用和优先配合中选定。当圆锥配合的接触精度要求较高时，可给出圆锥角公差和圆锥形状公差。其数值可以从附表8-3的相应表格中选择。但其数值应小于圆锥的直径公差。2.位移型圆锥配合 位移型圆锥配合的配合性质，是由轴向位移或轴向装配力决定的，因而圆锥直径公差带不影响其配合性质，但影响初始位置、位移公差（允许位移的变动量）、基面距和接触精度。因此位移型圆锥配合的公差等级也不能选择太低。对于位移型圆锥配合的内、外圆锥直径的极限偏差，国家标准推荐采用单向分布或双向分布，即内圆锥的基本偏差采用 H 或 JS，外圆锥的基本偏差采用 h或 js。对于没有配合要求的内、外圆锥，推荐选用基本偏差 JS 或 js。例如内圆锥最大直径为 40，无配合要求，可选用 40JS10（0.05）。轴向极限位移及位移公差的计算公式如下：对于间隙配合 对于过盈配合 轴向位移公差(8-4)(8-5)(8-6)8.3.4 圆锥公差的标注 按GB/T 157541995技术制图 圆锥的尺寸和公差标注标准中规定，若锥角和圆锥的形状公差都控制在直径公差带内，标注时应在圆锥直径的极限偏差后面加注圆圈的符号 T，如图8-11所示。图 8-11 圆锥配合的标注示例 通常圆锥公差应按面轮廓度法标注，如图8-12(a)和图8-13(a)所示，它们的公差带分别如图8-12(b)和图8-13(b)所示。必要时还可以给出附加的形位公差要求，但只占面轮廓度公差的一部分，形位误差在面轮廓度公差带内浮动。图 8-12 给定圆锥角标注示例图 8-13 给定锥度标注示例8.4 锥度与锥角的测量8.4.1 相对测量法 相对测量法又称比较测量法。它是将角度量具与被测角度比较，用光隙法或涂色检验的方法估计被测锥度及角度的测量。其常用的量具有角度量块、直角尺及圆锥量规等。1.角度量块 在角度测量中，角度量块是基准量具，它用来检定或校正各种角度量仪，也可以用来测量精密零件的角度。角度量块的结构形式有型和型两种，如图8-14所示。型为四边形量块，有四个工作角（、）；型为三角形量块，有一个工作角。角度量块可单独使用,也可组合使用。图 8-14 角度量块的结构形式(a)型；(b)型 2.直角尺 直角尺的公称角度为90，它用于检验直角偏差、划垂直线、目测光隙以及用塞尺来确定垂直度误差的大小。直角尺的结构形式如图8-15所示。图 8-15 直角尺的结构形式（a）圆柱角尺；（b）刀口角尺；（c）刀口矩形角尺；（d）铸铁角尺；（e）宽座角尺 直角尺的精度按外工作角和内工作角在长度 H上对 90的垂直误差大小划分为 0、1、2、3 四个等级，其中0级为最高级，3级是最低级，0、1级用于检定精密量具或作精密测量，2、3级用于检验一般零件。3.圆锥量规 圆锥量规的结构形式如图 8-16 所示。图 8-16 圆锥量规的结构形式(a)圆锥塞规；(b)圆锥环规 圆锥量规可以检验零件的锥度及基面距误差。检验时，先检验锥度，检验锥度常用涂层法，在量规表面沿着素线方向涂上34条均布的红丹线，与零件研合转动1/31/2转，取出量规，根据接触面的位置和大小判断锥角误差；然后用圆锥量规检验零件的基面距误差，在量规的大端或小端处有距离为 m 的两条刻线或台阶，m 为零件圆锥的基面距公差。测量时，被测圆锥的端面只要介于两条刻线之间，即为合格。8.4.2 绝对测量法 绝对测量法是用测量角度的量具和量仪直接测量，被测的锥度或角度的数值可在量具和量仪上直接读出。常用量具和量仪有万能游标角度尺和光学分度头等。1.万能游标角度尺 万能游标角度尺是机械加工中常用的度量角度的量具，它的结构如图8-17所示。它是由主尺、基尺、制动器、扇形板、直角尺、直尺和卡块等组成的。万能游标角度尺是根据游标读数原理制造的。读数值为2和5，其示值误差分别不大于2和5。以读数值为2的为例：主尺朝中心方向均匀刻有120条刻线，每两条刻线的夹角为1，游标上，在29范围内朝中心方向均匀刻有30条刻线，则每条刻线的夹角为29/3060=58。因此，尺座刻度与游标刻度的夹角之差为6029/3060=2，即游标角度尺的读数值为2。调整基尺、角尺、直尺的组合可测量0320范围内的任意角度。图 8-17 万能游标角度尺 光学分度头用于锥度及角度的精密测量，以及工件加工时的精密分度。如测量花键、凸轮、齿轮、铣刀、拉刀等的分度中心角，在测量时以零件的旋转中心为测量基准来测量工件的中心夹角(详细内容略)。8.4.3 间接测量法 间接测量法是测量与被测角度有关的尺寸，再经过计算得到被测角度值。常用的有正弦尺、圆柱、圆球、平板等工具和量具。1.正弦尺 正弦尺是锥度测量中常用的计量器具，其结构形式如图8-18所示。正弦尺的工作台面分宽型和窄型两种，见表8-1。图 8-18 正弦尺的结构形式 表 8-1 正弦尺的基本尺寸 mm 用正弦尺测量外锥的锥度如图8-19所示。在正弦尺的一个圆柱下面垫上高度为 h 的一组量块，已知两圆柱的中心距为 L，正弦尺工作面和平板的夹角为，则h=L。用百分表测量圆锥面上相距为 l 的 a、b 两点，由 a、b 两点的读数差 n 和 a、b 两点的距离 l 之比，即可求出锥度误差C，即 或2.圆柱或圆球 采用精密钢球和圆柱量规测量锥角，适用于正弦尺无法测量的场合。图 8-19 正弦尺测外锥思考题与习题 8-1 圆锥结合有哪些优点？8-2 圆锥配合分为几类？各适用于什么场合？8-3 圆锥的直径公差与给定截面的圆锥直径公差有什么不同？8-4 用圆锥量规检验工件锥角时，根据接触斑点的分布情况，如何判断锥角误差是正还是负？8-5 一外圆锥的锥度C=1 20，大端直径D=20,圆锥长度L=60,试求小端直径d、圆锥角和素线角/2。