几何公差在零件设计中的运用范文

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《现代制造技术与装备杂志》2015年第一期

1机械零件设计中几何公差项目的选用根据

在满足零件基本功能的前提下，几何公差项目的选用原则在于以最少的几何公差项目运用，达到良好的经济性。所以，在明确零件的精度与功能后，需要考虑下述的几点要求。（1）功能及精度要求。当零件的精度与功能满足时，要考虑到形位误差带来的影响，比如零件可靠性、工作精度、配合程度等。在机械零件设计中，为了符合标准选用要求，要对设计目标零件的各项使用性能加以改进与熟悉。（2）结构特征。几何公差项目的选用会受到零件自身结构特征的影响。由于零件结构本身存在类型差异，所以，选择要素也存在明显的区别[3]。平面要素，一般选择平行度误差和平面度误差；曲面要素，一般选择面阔轮廓度；圆柱体一类，则要考虑到零件的圆柱度、圆度、素线直线度以及轴线直线度等来合理选择；如果零件含有阶梯孔，则又同轴度误差的存在。另外，如果零件上设计有轴和孔，在这两个位置上也很容易发生偏差。（3）项目特点及方便检测。在设计机械零件时，要考虑到几何公差项目能否满足功能设计要求，方便项目检测，如定位、形状、跳动等公差项目。形状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，才可以控制定向与形状公差，将其约束在一定的公差范围之内，让其拥有综合控制要素功能，比如方向、形状以及位置等；由于径向跳动本身的综合性，使得跳动公差对其余几何公差有着极强的控制力，所以对圆柱零件的素线、圆度以及圆柱度都可以进行全面控制。

2依据几何公差项目的特点和检测方便性

机械零件设计时应该充分考虑几何公差项目的特点和它们之间的关系。例如满足功能要求的前提下也应该尽量选用检测方法简单的项目来代替检测难度较大的的项目。第一，形式公差可以控制某些其他的形式公差，它们具有相互的可控性。例如圆柱形公差可以综合控制圆柱体的正截面的圆度误差和圆柱体轴线方向上的形状误差。所以当圆柱体给出了圆柱公差后，就不会再给出圆柱公差和素线直线度的公差。第二，定向公差可以控制形状公差。定向公差会将同一要素的形状误差控制在定向公差范围内，这就是定向公差可控制形状公差。如果对同一要素给出了定向公差时，就不再注出形式公差，只有当形式公差的精度高于定向公差时，才需要单独进行标注。图1中被测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。定位公差有综合控制被测要素位置、方向和状态的能力。如果要对同一要素给出定位公差时不会再注出定向公差。位置度公差时目前综合性最强的指标，它可以同时控制被测要素的所有形状公差和定向公差。如图2，零件上孔的轴线位置公差与它的直线度公差带———对基准C的垂直度公差带时一样的。

3机械零件设计中几何公差值的选用原则

计算法、类比法可以确定几何公差值。一般情况下，机械零件设计中都会选择类比法来确定公差值，它是基于零件的功能要求与结构特点，参考实际的资料与现场操作经验，通过与类似零件的相比比较分析来确定公差值[4]。如果确定几何公差值，需要运用类比法，则需要注意：第一，如果统一要素确定之下的表面粗糙度以及不同公差时，要考虑到相互之间是否协调。一般而言，表面粗糙度应该满足表面粗糙度、形状、定向、定位、尺寸。如果轴线属于细长轴，其直线度公差要远远大于尺寸公差，而位置度公差和对称度与尺寸公差保持基本一致，不存在较大的差异。第二，在最常用的尺寸公差范围中，中高精度零件形状公差值占据了25%~65%的尺寸公差值，位置公差值占据50%，中等精度几何公差值与尺寸公差保持相同的等级，中等精度零件的表面粗糙度以及中等尺寸则占据了20%~25%的几何公差值。按照公差等级来划分，IT5~IT9属于精密配合。它被常用于普通精度机床、发动机等机械的关键部位。对于精密配合来说，表面的粗糙程度应该相对略小，因为这有利于一般传动轴和轴承、传动齿轮与轴的配合。一般来说，IT5的轴和孔，在表面粗糙程度Ra可选取轴为0.2~0.4um，孔0.4~0.8um；IT6的轴和孔表面粗糙度Ra可选取：轴0.4~0.8um、孔0.8~1.6um；IT7：轴0.8~1.6um，孔0.8~1.6um；IT8：轴0.8~1.6um、孔1.6~3.2um；IT9：轴1.6um、孔3.2um的标准。平面表面的粗糙图，对安装基准面和定位基准面十分关键，表面的粗糙度Ra可以影响传动轴与轴承等元件之间的磨合，直接关系到生产效率。第三，在考虑到加工难易度以及除开主参数之外的其余参数的影响，在面临孔相相对于轴、间距较大的孔或者轴等情况，在零件功能得到满足的前提下，可以降低1-2个公差等级，来提升实际的需求。

4结语

时代在发展，科技在进步，在机械零件设计中已经逐渐开始应用公差原则。本文通过几何公差在机械零件设计中应用的探讨，希望能够让更多的业内人士认识到几何公差的重要性，进而认识到只有在全面掌握各项零件要素（功能设定、设备要求、使用材料、性能要求）的同时，才能够合理地运用几何公差来提升零件设计精确度，满足产品质量要求，促进机械制造行业的发展下去。

作者：陈彤 单位：浙江省工业设计研究院