幾何公差在零件設計中的運用范文

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《現代制造技術與裝備雜志》2015年第一期

1機械零件設計中幾何公差項目的選用根據

在滿足零件基本功能的前提下，幾何公差項目的選用原則在于以最少的幾何公差項目運用，達到良好的經濟性。所以，在明確零件的精度與功能后，需要考慮下述的幾點要求。（1）功能及精度要求。當零件的精度與功能滿足時，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。在機械零件設計中，為了符合標準選用要求，要對設計目標零件的各項使用性能加以改進與熟悉。（2）結構特征。幾何公差項目的選用會受到零件自身結構特征的影響。由于零件結構本身存在類型差異，所以，選擇要素也存在明顯的區別[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，如果零件上設計有軸和孔，在這兩個位置上也很容易發生偏差。（3）項目特點及方便檢測。在設計機械零件時，要考慮到幾何公差項目能否滿足功能設計要求，方便項目檢測，如定位、形狀、跳動等公差項目。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，讓其擁有綜合控制要素功能，比如方向、形狀以及位置等；由于徑向跳動本身的綜合性，使得跳動公差對其余幾何公差有著極強的控制力，所以對圓柱零件的素線、圓度以及圓柱度都可以進行全面控制。

2依據幾何公差項目的特點和檢測方便性

機械零件設計時應該充分考慮幾何公差項目的特點和它們之間的關系。例如滿足功能要求的前提下也應該盡量選用檢測方法簡單的項目來代替檢測難度較大的的項目。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。所以當圓柱體給出了圓柱公差后，就不會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。定向公差會將同一要素的形狀誤差控制在定向公差范圍內，這就是定向公差可控制形狀公差。如果對同一要素給出了定向公差時，就不再注出形式公差，只有當形式公差的精度高于定向公差時，才需要單獨進行標注。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、方向和狀態的能力。如果要對同一要素給出定位公差時不會再注出定向公差。位置度公差時目前綜合性最強的指標，它可以同時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———對基準C的垂直度公差帶時一樣的。

3機械零件設計中幾何公差值的選用原則

計算法、類比法可以確定幾何公差值。一般情況下，機械零件設計中都會選擇類比法來確定公差值，它是基于零件的功能要求與結構特點，參考實際的資料與現場操作經驗，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，需要運用類比法，則需要注意：第一，如果統一要素確定之下的表面粗糙度以及不同公差時，要考慮到相互之間是否協調。一般而言，表面粗糙度應該滿足表面粗糙度、形狀、定向、定位、尺寸。如果軸線屬于細長軸，其直線度公差要遠遠大于尺寸公差，而位置度公差和對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了25%~65%的尺寸公差值，位置公差值占據50%，中等精度幾何公差值與尺寸公差保持相同的等級，中等精度零件的表面粗糙度以及中等尺寸則占據了20%~25%的幾何公差值。按照公差等級來劃分，IT5~IT9屬于精密配合。它被常用于普通精度機床、發動機等機械的關鍵部位。對于精密配合來說，表面的粗糙程度應該相對略小，因為這有利于一般傳動軸和軸承、傳動齒輪與軸的配合。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的標準。平面表面的粗糙圖，對安裝基準面和定位基準面十分關鍵，表面的粗糙度Ra可以影響傳動軸與軸承等元件之間的磨合，直接關系到生產效率。第三，在考慮到加工難易度以及除開主參數之外的其余參數的影響，在面臨孔相相對于軸、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個公差等級，來提升實際的需求。

4結語

時代在發展，科技在進步，在機械零件設計中已經逐漸開始應用公差原則。本文通過幾何公差在機械零件設計中應用的探討，希望能夠讓更多的業內人士認識到幾何公差的重要性，進而認識到只有在全面掌握各項零件要素（功能設定、設備要求、使用材料、性能要求）的同時，才能夠合理地運用幾何公差來提升零件設計精確度，滿足產品質量要求，促進機械制造行業的發展下去。

作者：陳彤 單位：浙江省工業設計研究院