2022年机械零件技术中几何精度设计的探讨.docx

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1、精品学习资源机械零件技术中几何精度设计的探讨摘要一台机器性能的优势，第一取决于其零件的设计与制造精度；要保证机械零件的精度，必需对其提出几何精度要求；该文就机械零件设计过程中几何精度设计的一般原就和方法作了一些探讨；着重指出形位公差与尺寸公差、表面粗糙度之间的关系，通过其间关系可以比较正确、合理地进行零件的几何精度设计；关键词几何精度设计；尺寸公差；形位公差；表面粗糙度前言几何精度就是零、部件答应的几何误差，也称为几何公差，简称公差；几何精度是依据产品的使用功能要求和加工工艺确定的；几何精度设计学问依据产品的使用功能要求和制造条件确定机械零部件几何要素答应的加工和装配误差；一般来说，零件上任何

2、一个几何要素的误差都会以不同的方式影响其功能；例如，曲柄 - 连杆 - 滑块机构中的连杆长度尺寸L 的误差，将导致滑块的位置和位移误差，从而影响使用功能；由此可见，对零件每个要素的各类误差都应给出精度要求；正确合理地给出零件几何要素的公差是工程技术人员的重要任务；几何精度设计在机械产品的设计过程中具有非常重要的意义；下面就其中主要问题进行探讨；零件的几何精度包括：1）零件的尺寸精度； 2）形状和位置精度； 3）表面精度等；几何精度数值挑选得是否合理，直接关系到零件的使用要求和加工成本；几何精度设计的方法主要有：类比法、运算法和试验法三种；类比法（亦称体会法）就是与经过实际使用证明合理的类似产品

3、上的相应要素相比较，确定所设计零件几何要素的精度；采纳类比法进行精度设计时，必需正确挑选类比产品，分析它与所设计产品在使用条件和功能要求等方面的异同，并考虑到实际生产条件、制造技术的进展、市场供应信息等诸多因素；采纳类比法进行精度设计的基础是资料的收集、分析与整理；类比法是大多数零件要素精度设计所采纳的方法；欢迎下载精品学习资源运算法就是依据由某种理论建立起来的功能要求与几何要素精度之间的定量关系，运算确定零件要素的精度；例如，依据液体润滑理论运算确定滑动轴承的最小间隙、依据弹性变形理论运算确定圆柱结合的过盈、依据机构精度理论和概率设计方法运算确定传动系统中各传动件的精度等等；目前，用运算法确

4、定零件几何要素的精度，只适用于某些特定的场合；而且，用运算法得到的公差，往往仍需要依据多种因素进行调整；试验法就是先依据肯定条件，初步确定零件要素的精度，并按此进行试制；再将试制产品在规定的使用条件下运转，同时对其各项技术性能指标进行监测，并与预定的功能要求比较，依据比较结果再对原设计进行确认或修改；经过反复试验和修改，就可以最终确定满意功能要求的合理设计；试验法的设计周期较长、费用较高，因此主要用于新产品设计中个别重要要素的精度设计；目前应用最广的仍是类比法，但类比法需要成熟的数据，同时仍需要丰富的体会，在缺乏类比数据时，如何比较精确地进行几何精度设计，是每一个设计和加工人员需要解决的问题；

5、1 公差等级的挑选合理地选用公差等级，就是为了更好地解决机械零、部件使用要求与制造工艺及成本之间的冲突；因此挑选公差等级的基本原就是：在满意使用要求的前提下，尽量选取低的公差等级；对一般机械行业来说，常用的公差等级为IT5 IT12 ；公差等级的详细选用可参照以下情形确定：IT2 IT4 （特殊精密的协作）： IT2 IT4 用于特殊精密的重要部位的协作，如高精度机床 P4（即原 C 级）滚动轴承的协作，以及精密仪器中特殊精密的协作，这种协作的精度很高，加工困难，挑选此精度时肯定要谨慎；IT5 IT7 （精密协作）： IT5 IT7 用于精密协作处，其中IT5 的轴和 IT6 的孔用于一般精度

6、机床、发动机等机械的特殊重要的关键部位、高精度镗模中镗套内外径处的协作；IT6 的轴和 IT7 的孔用于一般传动轴和轴承、传动齿轮与轴的协作，以及与一般精度滚动轴承相配的轴颈和外壳孔的尺寸精度；欢迎下载精品学习资源IT7 IT8 （中等精度协作）： IT7 IT8 用于中等精度要求的协作部位，如一般速度的皮带轮、联轴器和轴颈的协作等；IT9 IT10 （一般精度协作）： IT9 IT10 用于一般精度要求的协作部位，例如轴套外径与孔、操纵件与轴、平键与键槽、轮毂槽的协作等；IT11 IT12 （较低精度协作）： IT11 IT12 用于不重要的协作，如农业机械、纺织机械粗糙活动处的协作；从加工

7、上看， IT6 IT7 的大孔需要粗镗后精镗（或浮动镗）、粗磨后精磨，而IT7 IT8 的孔只需要半精镗后精镗或半精镗后磨孔，因此要特殊注意不要随便提高精度等级；一般机械制造工厂中，主要加工方法与公差等级的大致对应关系如下： 研磨： IT01 IT5 铰孔： IT6 IT10 冲压： IT10 IT14研磨： IT4 IT7 铣： IT8 IT11 锻造： IT10 IT14圆磨： IT5 IT7 车： IT7 IT12 砂型铸造： IT16平磨： IT5 IT8 镗： IT7 IT12 塑料成型： IT13 IT17拉削： IT5 IT8 刨： IT7 IT12 粉末冶金成型尺寸： IT7

8、IT10 金刚石车或镗： IT5 IT8 钻： IT11 IT142 形位公差的挑选形位公差的挑选包括：形位公差工程、形位公差等级、公差原就和基准等的挑选，其中形位公差等级的确定是难点；零件的几何形状精度，主要由机床精度或刀具精度来保证；零件的相互位置精度，主要由机床精度、夹具精度和工件安装精度来保证；零件的尺寸精度、形位精度和表面粗糙度是相互联系的，如尺寸公差值小，形状误差和表面粗糙度值也小，其挑选需要依据零件的使用要求来确定，如滚筒的尺寸精度要求不高，但圆度、圆柱度和表面粗糙度要求却比较高；因此，要依据实际需要合理挑选各精度等级和数值；欢迎下载精品学习资源2.1 形位公差工程的挑选形位公差

9、特点工程的挑选可从以下几个方面考虑：零件的几何特点零件的几何特点不同，会产生不同的形位误差；例如，轴、套类零件的形状公差工程主要为圆柱面的圆度和圆柱度；位置精度工程主要是协作轴颈（装配传动件的轴颈）相对支承轴颈（装配轴承的轴颈）或套筒内外圆之间的同轴度；轴类件安装传动齿轮、滚动轴承的定位端面相对支承轴颈轴心线的端面圆跳动（或垂直度）；箱体类零件的主要表面有基准面及支承面，有一对或数对要求较高的轴承支承孔，主要形状精度为基准面及支承面的平面度；同一轴线上孔的同轴度、孔与安装基面的平行度、相关孔轴线之间的平行度；平面零件可挑选平面度；窄长平面可选直线度；槽类零件可选对称度；阶梯轴、孔可选同轴度等；

10、零件的功能要求依据零件不同的功能要求，给出不同的形位公差工程；例如，圆柱形零件，当仅需要顺当装配时，可选轴心线的直线度；假如孔、轴之间有相对运动，应匀称接触，或为保证密封性，应标注圆柱度公差以综合掌握圆度、素线直线度和轴线直线度（如柱塞与柱塞套、阀芯及阀体等）；又如，为保证机床工作台或刀架运动轨迹的精度， 需要对导轨提出直线度要求；对安装齿轮轴的箱体孔，为保证齿轮的正确啮合，需要提出孔心线的平行度要求；为使箱体、端盖等零件上各螺栓孔能顺当装配，应规定孔组的位置度公差等；检测的便利性确定形位公差特点工程时，要考虑到检测的便利性与经济性；例如，对轴类零件，可用径向全跳动综合掌握圆柱度、同轴度；用端

11、面全跳动代替端面对轴线的垂直度，由于跳动误差检测便利，又能较好地掌握相应的形位误差；在满意功能要求的前提下，尽量削减工程，以获得较好的经济效益；2.2 形位公差值的确定形位公差值的确定要依据零件的功能要求，并考虑加工的经济性和零件的结构、刚度等情形，在保证满意要素功能要求的条件下，选用完可能大的公差数值；a） 需注出的形位公差：零件图中形位公差需标注的有：1）凡选用形位公差标准中公差等级 IT01 IT12 级的，均应在图样上注出公差值；2）对低于未注公差等级中最低一级的特大公差值，也应在图样上注出公差值，可防止不必要的提高精度而增加加工成本；欢迎下载精品学习资源b） 形位公差与尺寸公差的对应

12、关系：就使用情形而言，在采纳独立原就时，形状公差与尺寸公差两者不发生联系，需分别满意各自的要求；而对于同一表面，形位公差与尺寸公差又是相互联系的；1） 形位公差与尺寸公差的关系：同一要素上给出的形状公差值应小于位置公差值， 位置公差值应小于尺寸公差值；例如要求平行的两个平而，其平面度公差值应小于平行度公差值，平行度公差值应小于其相应长度的尺寸公差值；所以形位公差值与相应要素的尺寸公差值应符合 t 形状t 位置形状公差 表面粗糙度；（8） 要求防腐蚀、密封性能好或外表美观等表面的粗糙度值应较小；欢迎下载精品学习资源（9）考虑加工方法确定表面粗糙度表面粗糙度与加工方法有亲密的关系，在确定零件的表面

13、粗糙度时，应考虑可能的加工方法；以下是常用公差等级表面粗糙度的部分设计资料，可供设计时参考；IT5 的轴和孔，表面粗糙度Ra可选取：轴 0 2 0 4um、孔 0 4 0 8um；IT6 的轴和孔，表面粗糙度Ra 可选取：轴 04 0 8um、孔 0 8 1 6um； IT7 的轴和孔，表面粗糙度 Ra 可选取：轴 0 8 1 6um、孔 08 1 6um； IT8 的轴和孔，表面粗糙度Ra可选取：轴 0 8 1 6um、孔 1 63 2um；IT9 的轴和孔，表面粗糙度Ra可选取：轴1 6um、孔 3 2um；平面的表面粗糙度：对于安装基准面和定位基准面，表面粗糙度Ra 可选取 0 632 5um，其它平面的表面粗糙度Ra 可选取 2 510um；5 结论在零件的几何精度设计中，先用类比法确定尺寸公差及表面粗糙度的数值，再依据形位公差与尺寸公差、表面粗糙度之间的关系，确定形位公差的公差等级或公差数值，必要时再进行适当调整，这样便可以比较正确、合理地确定零件的几何精度要求；参考文献：黄云清公差协作与测量技术M北京：机械工业出版社，2006忻良昌公差协作与测量技术M北京：机械工业出版社，l996 3 陈于萍互换性与测量技术M北京：高等训练出版社，2006欢迎下载