爱问共享资料机械零件精度设计与实例文档免费下载，数万用户每天上传大量最新资料，数量累计超一个亿 ，第12章机械零件精度设计与实例教学提示通过轴齿轮和箱体等典型零件的精度设计实例开拓视野为实际应用奠定基础教学要求了解精度设计的方法从总体掌握精度设计的内容为零件的精度设计奠定基础121机械精度设计概述机器精度的设计尽管需要从多方面进行分析与计算但总是要根据给定的整机精度确定出各个组成零件的精度因此零件的精度设计是整机精度设计的基础影响零件精度的最基本因素是零件的尺寸形状方向和位置以及表面粗糙度因而精度设计的主要内容包括尺寸公差形位公差表面质量等几个方面的选择与设计几何精度设计的方法主要有类比法计算法和试验法三种1211类比法类...

　　第12章机械零件精度设计与实例教学提示通过轴齿轮和箱体等典型零件的精度设计实例开拓视野为实际应用奠定基础教学要求了解精度设计的方法从总体掌握精度设计的内容为零件的精度设计奠定基础121机械精度设计概述机器精度的设计尽管需要从多方面进行分析与计算但总是要根据给定的整机精度确定出各个组成零件的精度因此零件的精度设计是整机精度设计的基础影响零件精度的最基本因素是零件的尺寸形状方向和位置以及表面粗糙度因而精度设计的主要内容包括尺寸公差形位公差表面质量等几个方面的选择与设计几何精度设计的方法主要有类比法计算法和试验法三种1211类比法类比法就是与经过实际使用证明合理的类似产品上的相应要素相比较确定所设计零件几何要素的精度采用类比法进行精度设计时必须正确选择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发展市场供求信息等多种因素采用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采用的方法类比法亦称经验法1212计算法计算法就是根据由某种理论建立起来的功能要求与几何要素公差之间的定量关系计算确定零件要素的精度例如根据液体润滑理论计算确定滑动轴承的最小间隙根据弹性变形理论计算确定圆柱结合的过盈根据机构精度理论和概率设计方法计算确定传动系统中各传动件的精度等目前用计算法确定零件几何要素的精度只适用于某些特定的场合而且用计算法得到的公差往往还需要根据多种因素进行调整1213试验法试验法就是先根据一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相比较根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足功能要求的合理设计互换性与测量技术基础·218··218·试验法的设计周期较长且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迄今为止几何精度设计仍处于以经验设计为主的阶段大多数要素的几何精度都是采用类比的方法凭实际工作经验确定的计算机辅助公差设计CAT的研究还刚刚开始要使计算机辅助公差设计进入实用化还需要进一步的研究122轴类零件的精度设计轴类零件一般都是回转体因此主要是设计直径尺寸和轴向长度尺寸设计直径尺寸时应特别注意有配合关系的部位当有几处部位直径相同时都应逐一设计并注明不得省略即使使是圆角和倒角也应标注无遗或者在技术要求中说明标注长度尺寸时既要考虑零件尺寸的精度要求又要符合机械加工的工艺过程不致给机械加工造成困难或给操作者带来不便因此需要考虑基准面和尺寸链问题轴类零件的表面加工主要在车床上进行因此轴向尺寸的设计与标注形式和选定的定位基准面也必须与车削加工过程相适应现以图121所示的轴为例说明如何选择基准面和设计标注轴向尺寸图121轴类零件图从图中分析其装配关系可知与两轴承端面接触的两轴肩之间的距离l对尺寸精度有一定的要求而外形长度L和其余各轴段长度可按自由尺寸公差加工如果轴向尺寸采用图122a所示都是以轴的一端面作基准的设计与标注方式则形成并列的尺寸组．这种标注方式从图面上看虽然也能确定各轴段的长度但却与轴的实际加工过程不相符因为般车削加工需要调头装夹两次分别加工出中部较大直径两侧的各轴段直径因而加工时测量不便同时也降低了尺寸l的精度因这时要由尺寸L2和L5共同确定尺寸l的精度如改为图122b所示逐段标注轴的各段长度则形成串联式的尺寸链由于这种标注各尺寸线首尾相接即前一尺寸线的终止处是后一尺寸线的基准这样实际加工的结果只有当每一尺寸都精确时才能使各轴段的长度之和保持一定并使各轴段的相对位置符合设计要求由此可以知道图122所示的两种设计与标注方式都不合理为了使轴的轴向长度尺寸设计标注比较合理设计者应对轴的车削过程有所了解．但车削过程与机床类型有关故设计

　　标注轴向尺寸时首先应根据零件的批量确定机床类型图123所示为按小批生产采用普通车床加工时轴向尺寸的设计与标注方式图123a表示按轴总长L截取直径稍大于最大直径的一段棒料先打好两端面的中心孔并以此为第12章机械零件精度设计与实例·219··219·基准从右端开始车削由于与两轴承端面相靠的轴肩之间距离有精度要求故应先车出L5然后以端面①和轴肩②为基准依次车出两轴段长度a5和a8并切槽和倒角调头重新装夹后如图123b所示先车出最大直径再以轴肩②为基准量出尺寸l定出另一轴肩的位置从而车出轴段a3和安装轴承处的轴颈完整的轴向尺寸设计与标注方式如图123c所示ab图122轴向尺寸的不合理设计与标注abc图123轴的车削过程及轴向尺寸的设计与标注互换性与测量技术基础·220··220·1221尺寸公差的确定轴类零件有以下各处需要设计与标注尺寸公差即选择确定其公差值一般采用类比法确定①安装传动零件齿轮蜗轮带轮链轮等轴承以及其他回转件与密封处轴的直径公差公差值按装配图中选定的配合性质从公差配合表中选择确定②键槽的尺寸公差键槽的宽度和深度的极限偏差按键联结标准规定选择确定为了检验方便键槽深度一般标注尺寸dt极限偏差此时极限偏差取负值③轴的长度公差在减速器中一般不作尺寸链的计算可以不必设计确定长度公差一般采用自由公差按h12h13或H12H13确定1222形位公差的确定各重要表面的形状公差和位置公差根据传动精度和工作条件等可确定以下各处的形位公差1．配合表面的圆柱度与滚动轴承或齿轮蜗轮等配合的表面其圆柱度公差约为轴直径公差的1／2与联轴器和带轮等配合的表面其圆柱度公差约为轴直径公差的06～07倍2．配合表面的径向跳动公差轴与齿轮蜗轮轮毂的配合部位相对滚动轴承配合部位的径向跳动公差可按表12-1确定表12-1轴与齿轮蜗轮配合部位的径向跳动度齿轮精度等级或运动精度等级6789圆柱齿轮和圆锥齿轮2IT32IT42IT5轴在安装轮毂部位的径向跳动度蜗杆蜗轮2IT52IT6注IT为轴配合部分的标准公差值见表3-4轴与联轴器带轮的配合部位相对滚动轴承配合部位的径向跳动度可按表12-2确定表12-2轴与联轴器带轮配合部位的径向跳动度转速nrpm000径向跳动度mm008①轴与两滚动轴承的配合部位的径向跳动度其公差值对球轴承为IT6对滚子轴承为IT5②轴与橡胶油封接触部位的径向跳动度轴转速n≤500rpm取01mmn500～1000rpm取007mm轴转速n1000～1500rpm取005mmn1500～3000rpm取002mm3．轴肩的端面跳动公差①与滚动轴承端面接触对球轴承取1～2IT5对滚子轴承取1～2IT4第12章机械零件精度设计与实例·221··221·②与齿轮蜗轮轮毂端面接触当轮毂宽度l与配合直径d的比值08时可按表12-3确定端面跳动度当比值l／d≥08时可不标注端面跳动度表12-3轴与齿轮蜗轮轮毂端面接触处的轴肩端面跳动度精度等级或接触精度等级6789轴肩的端面跳动度2IT32IT42IT54．平键键槽两侧面相对轴线的平行度和对称度平行度公差约为轴槽宽度公差的12对称度公差约为轴槽宽度公差的2倍5．轴的尺寸公差和形位公差设计与标注示意图图124为轴的尺寸公差和形位公差设计与标注示意图表12-4归纳了轴上应设计与标注的形位公差项目及其对工作性能的影响图124轴的尺寸公差和形位公差设计与标注指示图表12-4轴的形位公差推荐项目内容项目符号对工作性能的影响形状公差与传动零件相配合表面的圆度圆柱度与轴承相配合表面的圆度圆柱度影响传动零件与轴配合的松紧及对中性影响轴承与轴配合的松紧及对中性互换性与测量技术基础·222··222·续内容项目符号对工作性能的影响位置公差齿轮和轴承的定

　　位端面相对应配合表面的端面圆跳动同轴度全跳动影响齿轮和轴承的定位及其承载的均匀性位置公差与传动零件相配合的表面以及与轴承相配合的表面相对于基准轴线的径向圆跳动或全跳动影响传动零件和轴承的运转偏心位置公差键槽相对轴中心线的对称度平行度要求不高时不注影响键承载的均匀性及装拆的难易注按以上推荐确定的形位公差数值应圆整至相应的标准公差值1223表面粗糙度的确定轴的各个表面都需要进行加工其表面粗糙度数值可按表12-5推荐值的确定或查其他手册表12-5推荐用的轴加工表面粗糙度数值加工表面表面粗糙度值Raμm与传动件及联轴器等轮毂相配合的表面16～04与普通精度等级轴承相配合的表面08当轴承内径d≤80mm16当轴承内径d80mm与传动件及联轴器相配合的轴肩表面32～16与滚动轴承相配合的轴肩表面16平键键槽32～16工作面16非工作面毡封油圈橡胶油封间隙或迷宫式与轴接触处的圆周速度ms≤33～55～10与轴承密封装置相接触的表面32～1608～0404～0232～16螺纹牙型表面08精密精度螺纹16中等精度螺纹其他表面63～32工作面125～63非工作面1224轴类零件精度设计与标注实例图125为轴的工作图示例为了使图上表示的内容层次分明便于辩认和查找对于不同的内容应分别划区标注例如在轴的主视图下方集中标注轴向尺寸和代表基准的符号第12章机械零件精度设计与实例·223··223·如图124中的ABC在轴的主视图上方可标注形位公差以及表面粗糙度和需作特殊检验部位的引出线齿轮类零件精度设计齿轮类零件包括齿轮蜗杆和蜗轮等齿轮类零件精度设计包括齿坯精度设计与齿轮啮合精度设计两部分1231齿坯精度设计为了保证齿轮加工的精度和有关参数的测量基准面要优先规定其尺寸和形位公差齿轮的轴孔和端面既是工艺基准也是测量和安装的基准齿轮的齿顶圆作为测量基准时有两种情况一是加工时用齿顶圆定位或校正此时需要控制齿顶圆的径向跳动另一种情况是用齿顶圆定位检验齿厚或基节尺寸公差此时要控制齿顶圆公差和径向跳动齿轮基准面的尺寸公差和形位公差的项目与相应数值都与传动的工作条件有关通常按齿轮精度等级确定其公差值以下分别说明齿坯上需设计的各处尺寸公差和形位公差项目表12-6齿坯精度设计项目表种类项目名称处理方法齿顶圆直径的极限偏差其值可查表116确定轴孔或齿轮轴轴颈的公差其值可查表116确定尺寸公差键槽宽度b的极限偏差和尺寸d-t的极限偏差其值可查键标准确定互换性与测量技术基础·224··224·续齿轮齿顶圆的径向跳动度公差其值可查表117确定形位公差齿轮端面的跳动度公差其值可查表117确定齿轮轴孔的圆柱度公差其值约为轴孔直径尺寸公差的03倍并圆整到标准形位公差值键槽的对称度公差其值可取轮毂键槽宽度公差的2倍键槽的平行度公差其值可取轮毂键槽宽度公差的05倍以上所取的公差值均应圆整到标准形位公差值1232齿轮啮合精度设计圆柱齿轮啮合特性表应列入的基本参数有齿数模数齿形角径向变位系数等还应列出齿轮精度等级以及轮齿检验项目评定单个齿轮的加工精度的检验项目有齿距偏差齿廓总偏差螺旋线总偏差及齿厚偏差检验项目选择与齿轮的精度等级和测量仪器有关1233齿轮精度设计实例某通用减速器中有一对直齿圆柱齿轮副模数m4mm小齿轮z130齿宽b140mm大齿轮的齿数z296齿宽b240mm齿形角α20°两齿轮的材料为45号钢箱体材料为HT200其线ºC箱体工作温度t箱30℃采用喷油润滑传递最大功率75KW转速n1280rmin小批生产试确定其精度等级检验项目及齿坯公差并绘制齿轮工作图解1确定精度等级根据齿轮圆周速度使用要求等确定齿轮的精度等级圆周速度v为vπdn1000×60

　　[π×4×30×12801000×60ms804ms一般减速器对齿轮传递运动准确性的要求也不高故根据以上两方面的情况选取齿轮精度等级为8级故该齿轮的精度标注应为8GBT确定齿厚偏差①计算最小极限侧隙jnminjn1jn2jn1αα齿Δt齿-α箱Δt箱2sinα[4×30962]×[115×10-6×60-20-105×10-6×30-20]×2sin20°61µm由于v10ms所以jn210mn10×4μm40μm于是jnmin6140μm101μm②计算齿轮齿厚上偏差查表得fpb116µmfpb218µm查表得Fβ24µmδ∑fFβ24µm第12章机械零件精度设计与实例·225··225·∑βf12Fβ12μm补偿齿轮制造与安装误差引起的侧隙减小量Jn222pb1pb22104ffFβ×24×μm4233μm查表得fa21IT821×81µm405μm齿厚上偏差EsnsEsns-fatgαnnnnJjαcos2min-405tg20°10142332cos20μm-91μm设两啮合齿轮的齿厚上偏差相等Esns1Esns2-91μm③计算齿轮齿厚下偏差齿厚的下偏差Esi1Ess1-Ts1Esi2Ess2-Ts2齿厚公差snT22rrFb2tgαn查表得rF44μm另rb126IT9126×87μm10962μmsnT226210944×2tg20°μm86μmEsni1Esns1-snT-91-86μm-177μm故小齿轮为8GBT1009512001或8GBT选择检验项目及其公差值本减速器齿轮属于中等精度齿廓尺寸不大生产规模为小批量生产①单个齿距偏差的极限偏差±fptw查表确定fpt1w±18μm②齿距累积总偏差Fp查表得Fp55μm③齿廓总偏差αF查表得αF27μm4齿坯技术要求查表可得齿轮轴的尺寸公差和形位公差顶圆直径公差齿坯基准面径向跳动和端面圆跳动齿轮各面的表面粗糙度的推荐值5绘制齿轮工作图将选取的齿轮精度等级齿厚偏差代号检验项目及公差极限偏差和齿坯技术条件等标注在大小齿轮的工作图上如图126所示互换性与测量技术基础·226··226·模数m4基节极限偏差±fpb1±0016齿数z30螺旋线GBT1009512001齿距累积总偏差Fp10055齿圈径向跳动公差Fr0044齿廓总偏差Fα0027技术要求1．未注圆角半径R152．调质220～250HB图126小齿轮工作图124箱体类零件精度设计实例一般地在机械产品的设计过程中需要进行以下三方面的分析计算①运动分析与计算根据机器或机构应实现的运动由运动学原理确定机器或机构的合理的传动系统选择合适的机构或零件以保证实现预定的动作满足机器或机构的运动方面的要求②强度的分析与计算根据强度刚度等方面的要求决定各个零件的合理的基本尺寸进行合理的结构设计使其在工作时能承受规定的负荷达到强度和刚度方面的要求③几何精度的分析与计算零件基本尺寸确定后还需要进行精度计算以决定产品各个部件的装配精度以及零件的几何参数和公差需要指出的是以上三个方面在设计过程中是缺一不可的本节主要讨论的是壳体类零件机械精度的选用实例1241油缸体精度设计实例下面是某油缸体零件如图127所示第12章机械零件精度设计与实例·227··227·图127油缸体零件图设计说明考虑油缸结构特点制造工艺和检测方法等因素①φ76H7孔采用包容原则要求油缸孔的形状误差不得超过尺寸公差以保证与柱塞的配合性能和密封性②φ76H7采用圆柱度公差0005mm以保证圆柱面的圆度和素线直线度精度使与柱塞接触均匀密封性好和柱塞运动的平稳性由于尺寸公差和包容原则不能保证达到应有的圆柱度要求

　　所以进步提出高精度的圆柱度要求其5级精度公差值0005mm远小于尺寸公差值003mm③零形位公差要求在此就是关联要求遵守包容原则当孔处于最大实体状态时孔的轴线对基准平面C油缸右端面的垂直度公差为零当孔偏离最大实体状态到达最小实体状态时垂直度公差可增大到003mm等于尺寸公差值它能使柱塞移动只有一定的导向精度④右端面C对左端面B的平行度公差0015mm以保证两端面与装配零件紧密结合⑤左端面端面全跳动公差0015mm主要控制左端面对孔轴线的垂直度误差由于端面全跳动误差比垂直度误差的检测方法简便所以采用了端而全跳动公差⑥螺钉孔的位置度公差φ010mm是保证螺孔间距的位置误差以保证螺钉的可装配性第一基准C以保证螺孔首先垂直于右端面C第二基准A以保证螺孔与油缸孔平行由于螺钉的可装配性与油缸φ76H7孔的尺寸大小有关故采用了最大实体原则即当油缸孔为最大实体状态φ76时位置度公差为φ010mm当油缸孔偏离最大实体尺寸时螺孔轴线在保证垂直于基准平面B的情况下允许成组移动其移动量为尺寸公差给予的互换性与测量技术基础·228··228·补偿值1242拨动叉几何精度设计实例拨动叉形位公差如图128所示图128拨动叉零件图设计说明①垂直度公差φ0012mm因为φ110H6孔是拨动叉的安装基准孔为保证拨动叉的方向不偏斜并作为孔φ110H6的工艺基准所以注出φll06孔轴线对基准面A的垂直度要求②上平面对基准面A的平行度公差0015mm是为了保证拨动叉两平面装入零件槽内的可装配性③同轴度公差φ003mm为保证阶梯轴装入拨动叉与两孔具有相同的配合性质④线mm是保证从动件具有平稳运动规律和移动的位置所以这两项线轮廓度公差不仅控制直线和曲线的形状误差由于有三基面所以它又是位置公差以控制从动件的移动距离⑤由于孔φ110mm为拨动叉的安装基准孔且为变速机构中零件考虑匹配性选择尺寸精度为φ110H6其表面粗糙度aR为08μm同理孔φ50尺寸精度为φ50H6其第12章机械零件精度设计与实例·229··229·表面粗糙度aR为08μm⑥孔φ170为连接零件用孔精度低于孔φ110降低一个等级选取为φ170H7⑦拨动叉上下表面与其他零件配合面处表面粗糙度为aR为08μm其余表面表面粗糙度aR为16μm1243减速箱体几何精度设计实例减速器箱体是典型的箱体类零件我们选取装有一对斜齿轮和一对锥齿轮减速箱体为例具体设计如图129所示图129减速器箱体零件图设计说明①箱体上表面规定平面IM电竞 IM电竞平台度公差006mm是为了使箱体上表面与箱盖结合具有较好连接效果与密封效果同时使各孔轴线与箱体的上表面获得共面②ⅠⅤ各孔轴线mm并规定箱体上表面为基准面以保证各孔轴线共面在箱体的上表面上③ⅠⅡ孔和Ⅲ一Ⅳ孔以及Ⅴ孔的圆度公差是保证各孔与轴瓦或传动轴的轴颈的配合性质④孔I和孔Ⅱ的同轴度要求Ⅲ孔和Ⅳ孔的同轴度要求是为了保证齿轮传动啮合精度要求⑤公共轴线Β与A的平行度公差要求是为了保证一对斜齿轮的啮合接触精度⑥孔Ⅴ轴线对公共轴线mm它主要是保证孔Ⅴ轴线对公共轴线A互换性与测量技术基础·230··230·的垂直度要求以保证一对锥齿轮的接触精度和正常啮合⑦各孔都给出素线平行度公差要求实际上是控制各孔在轴向上的形状误差主要防止各孔产生锥度误差⑧箱体侧面各凸缘上的螺钉孔以及箱体上平面的螺栓孔它们的位置可用尺寸公差控制也可用位置度公差控制如果工厂批量生产减速箱体应采用位置度公差控制各螺孔的位置误差本章小结本章以减速器工作轴齿轮和箱体等典型零件为例从尺寸精度形位精度和表面粗糙度几个方面进行综合设计从而使学习者对精度设计尤其是几何精度设计有一个全面认识并为机械零件设计奠定基础习题1轴类零件精度设计应包括哪几方面的设计2箱体类零件精度设计如何进行

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