轴类零件精度及检测互换性三级项目燕山大学.docx
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轴类零件精度及检测互换性三级项目燕山大学
《互换性及测量技术》三级项目报告
题目：
轴类零件的精度及检测
班级：
机制3班
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提交时间：
2016年4月12日
摘要
本报告主要研究轴类零件的尺寸精度设计方法和原则，以及检测的要素的确定，并通过研究和计算完成实际轴的设计和标注工作。
首先介绍了轴类零件的结构特征，轴类零件的加工方法，以及各加工方法所能达到的精度等基本内容，接着就尺寸公差的选用、几何公差的选用、基准制和表面粗糙度的选用做了简要的说明。
结尾总结了我的工作，并完成了零件图的尺寸标注。
0前言1
1轴类零件的结构特点及加工方法1
1.1结构特点1
1.2加工方法1
2轴类零件的误差种类1
3轴类零件的尺寸公差选用1
3.1基准制的选用1
3.1.1基孔制的选用1
3.1.2下述情况下必须选用基轴制1
3.1.3非基准制的选用2
3.2精度等级的选用2
3.2.1选择依据2
3.2.2选择公差等级的原则2
3.2.3选择公差等级的方法2
3.3配合种类和配合的选用3
3.3.1配合种类和特征3
3.3.2配合的选用4
4.轴类零件的几何公差选用4
4.1公差项目的选用4
4.2公差等级的选用5
4.2.1选择原则5
4.2.2选用方法5
4.3基准的确定5
4.3.1基准的选用原则6
5.轴类零件的表面粗糙度选择6
5.1评定参数6
5.2评定值6
5.2.1一般选择原则7
5.2.2选用方法7
结论8
参考文献9
前言
轴是机器的常见零件，轴的精度直接影响机器的运转精度和使用寿命。
轴主要是用来支撑其他零件，传递转矩和运动；是确保产品互换性、质量、性能的重要零部件。
轴的设计主要包括尺寸、公差等级及配合、形位公差等级项目及等级，表面粗糙度参数值等。
本报告介绍了轴类零件的设计要求和设计方法，并做了实际设计例子，末尾附上设计的零件图。
1轴类零件的结构特点及加工方法
1.1结构特点
轴类零件是旋转零件，由圆柱面、圆锥面、内孔及相应的端面等组成要素。
根据功用和结构形状的不同，轴分为光轴、空心轴、半轴、阶梯轴、花键轴、偏心轴、曲轴、凸轮轴等，最常用的是阶梯轴。
轴的使用要求包括可动性、固定性、可拆性。
1.2加工方法
轴常见的加工方法有：
铸造、锻造、轧制、滚压、车、镗、刨、焊、等。
2轴类零件的误差种类
误差种类有：
尺寸误差，包括直线尺寸中心距误差及角误差等；形状误差和位置误差，由加工过程中的载荷及变形，热变形、震动、磨损等引起的；表面微观几何形状误差，由塑性变形、撕裂、机床振动、摩擦等因素引起的。
3轴类零件的尺寸公差选用
3.1基准制的选用
3.1.1基孔制的选用
基孔制的选用由于孔的公差带位置一定，轴公差带位置不同，所以孔的极限尺寸类型少，轴的极限尺寸类型多。
孔的尺寸类型少，昂贵的定尺寸孔用刀具（特别是拉刀）和塞规可以减少，轴的尺寸类型多，但不会引起刀具费用的相应增加，因为车刀、砂轮对不同尺寸的轴是同样适用的。
若选用基轴制，由于轴的公差带位置一定，孔公差带位置不同，则孔的尺寸类型多，需要多种规格不同的制造工具，从而使工具费用及成本提高。
3.1.2下述情况下必须选用基轴制
1.使用不再加工的冷拔棒料做轴时，冷拔棒料即冷拉圆型材，精度等级可以达到79，对于某些光滑轴来说，已经满足要求，不必进行任何加工，，只要按照使用要求选择不同的孔公差带来加工孔，就能得到不同性质的配合，这种情况下采用基轴制在技术上和经济上都是合理的。
2.同一轴上有多种不同性质的配合要求时，例如发动机的活塞连杆组件，要求活塞杆及连杆小头衬套孔之间有相对运动，采用间隙配合；要求活塞销及活塞上的销座孔之间相对静止但又不宜太紧，采用过渡配合。
如果采用基孔制配合，活塞销应制成两头粗中间细的阶梯形，这样就给装配带来了困难。
3.以标准件为基准件来确定其基准制，标准件即标准零件或部件，如平键和滚动轴承等，其一般由专业工厂制造供各行业使用，因此及标准件相配合的孔或者轴，基准制不可自由选择，应以标准件为基准件，来确定基准制，例如，轴承内圈不能及轴配合应选用基孔制，轴承外圈及机座孔。
3.1.3非基准制的选用
某些特殊场合可用任一孔或轴公差带组成非基准值配合。
例如轴承端盖及外壳孔、隔套及轴的配合，即是采用H和h意外的任一孔、轴公差带的配合。
3.2精度等级的选用
3.2.1选择依据
选择公差等级的依据主要是根据使用性能对尺寸精度及配合一致性要求的高低确定。
3.2.2选择公差等级的原则
在满足使用要求的前提下尽量选择用较低的公差等级，在基本尺寸相同的条件下，公差值越小，生产成本越高。
当公差等级很高时，需使用精密的机床、夹具、刀具和量具，经过多道工序加工，因而只要尺寸精度略有提高，生产成本将急剧增加；及此同时，由于加工和检验困难，还会使废品率增大。
应尽量遵守标准推荐和孔和轴公差的等级组合规定，例如，由于高等级的孔比轴难以加工，为使配合的孔和轴工艺等价，两者公差之间的关系，标准推荐如下：
基本尺寸至500的配合，当孔的公差等级高于8时，孔公差应比轴公差低一级；当孔的公差等级等于8时，孔公差比轴公差低一级或者同级；当空的公差等级低于8时，孔及轴同级。
基本尺寸大于500时，推荐孔及轴均采用同级配合。
在某些特殊的场合，如仪表行业的公差等级，甚至有孔比轴高1级或2级的例子；对于采用任一孔、轴公差带组成的配合，孔和轴的公差等级也不受此规定的限制。
3.2.3选择公差等级的方法
计算查表法：
当配合的极限间隙（或极限过盈）已知时，可先计算出配合公差，然后根据配合公差用查表的方法确定孔和轴的公差等级
类比法：
是生产实际中常用的方法，它又称为对照法。
所谓类比法，就是参考从社会实践种总结出来的经验资料，进行比照来选择公差等级。
要考虑以下几点：
考虑零件的功用和工作条件，确定主次配合表面：
对一般机械而言，主要配合表面的孔选68，轴选57;次要配合面，孔和轴选912;非配合表面，孔和轴一般选择12以下。
考虑配合性质：
对过盈、过渡配合的公差等级不能太低（）推荐孔小于等于8，轴小于等于9。
对间隙配合，公差等级可高也可低；但间隙小时孔轴公差等级应较高，间隙大的则应低些，例如，选用H65和H1111是可以的，而选用H1111和H65则不妥。
考虑配合件的精度：
及滚动轴承、齿轮等配合的零件的公差等级，直接受轴承和齿轮精度的影响，应按轴承和齿轮的精度等级来确定相配零件的公差等级。
3.3配合种类和配合的选用
选择配合的实质是：
在保证机械正常工作的前提下，确定结合件的配合性质及配合质量。
即确定配合件的间隙、过盈值及其允许的变动量。
所选定的配合是否合适，将对机械的使用性能和装配的难易程度，产生直接的影响。
选择配合的任务：
对基孔制，确定轴公差带的位置；
对基轴制，确定孔公差带的位置；
对必须选用这两种基准制以外的配合，还要选择非基准轴或非基准孔的基本偏差代号。
3.3.1配合种类和特征
（1）间隙配合：
由（或）11种基本偏差及基准孔（或基准轴）形成。
各种间隙配合的特征是：
a（A）形成的配合间隙最大，其后间隙依次减小，h（H）形成的配合最小间隙等于零。
间隙用于储存润滑油，形成一层油膜，保证液体摩擦，还用来补偿温升引起的变形、安装误差及弹性变形等引起的误差。
一是广泛地用于相配件需做相对运动的结合；二是加键、销等紧固件后，用于易于拆卸并能承受一定转矩的结合。
（2）过渡配合：
一般由（）5种基本偏差及基准孔（或基准轴）形成。
特征是装配时可能产生间隙，也可能产生过盈，并且间隙及过盈量都比较小。
由于间隙较小，及间隙配合相比，虽不适于活动结合，但能保证孔及轴准确地同心；由于过盈量较小，及过盈配合相比，虽然加紧固件才适用于传递载荷，但装拆比较方便。
因此，过渡配合常用在相配件同轴度要求较高，且需要拆卸的可能结合。
考虑以下三方面：
一是所受载荷的大小及类型，负载越大或受冲击载荷，应选平均过盈大的过渡配合；二是同轴度要求，当结合件的同轴精度要求高时，应选平均过盈较大的过渡配合；三是拆卸情况，当机械调整、维修时，需经常拆卸的结合，应选具有平均间隙的过渡配合。
（3）过盈配合：
一般由（）12种基本偏差及基准孔（或基准轴）形成。
其特征是具有过盈（个别情况最小过盈为零）。
其中p（P）形成的过盈量最小，此后依次增大。
由于过盈的作用，是装配后孔的尺寸被胀大，而轴的尺寸被压小，若两者的变形未超过材料的弹性极限，则在结合面上产生一定的正压力和摩擦力，即产生一定的紧固能力，利用这种紧固力，就可传递转矩和固定零件。
具体选用某种过盈配合时，若不附加紧固件，其选择原则是：
最小过盈应保证传递所需的最大负荷（包括转矩和轴向力），同时最大过盈应不使相配件的材料应力过大而产生破坏或塑性变形。
当这两项要求不易同时满足时，则要采用加紧固件或用分组装配法来解决。
选择过盈基本偏差的依据是最小过盈。
3.3.2配合的选用
计算法：
按照一定的理论公式，计算所需的间隙或过盈，然后按照计算结果确定配合；
实验法：
通过实验确定配合；
类比法：
参照同类型机器或机构中经生产实践考验的已用配合，考虑新设计对象的具体要求、不同条件和影响因素，来确定配合；具体思路和步骤如下：
（1）分析对比：
首先分析结合件的结构、材料、工艺、工作条件和使用要求，并以一些类同的、经过实践验证认为是行之有效的典型零件的配合进行比较，确定孔及轴的配合类别。
（2）从配合类别入手：
根据使用要求，孔轴配合件有可动性、固定性和可拆性三种结合方式，相对应有间隙配合、过盈配合和过渡配合。
（3）根据工件条件确定松紧：
配合类别确定后，当待定的配合部位于供类比的配合不为在工作条件上有一定的差异时，应对配合的松紧程度作适当的调整。
对间隙配合，应考虑运动特性、运动条件、运动精度以及工作时的温度影响等；对过应配合，应考虑负荷的大小、负荷的特性、所用材料的许用应力、装配条件、装配变形以及温度影响等；对过渡配合，还应考虑同轴度精度和对拆装的要求等。
（4）对照配合特征确定基本偏差：
当基准制确定后，则基准件的公差带位置也随之确定。
因此，选择配合性质，实质上是确定非基准件的基本偏差。
4.轴类零件的几何公差选用
几何公差的选用是零件精度设计的一个重要组成部分，选用是否得当，直接关系到产品质量、使用性能和加工的经济性。
应根据产品的功能要求、结构特点等，综合多方面的因素正确选用几何公差项目、基准、公差值。
4.1公差项目的选用
几何公差项目的具体选用，可综合考虑以下几个方面。
（1）零件的几何特征零件在加工后，总会产生由自身几何特征决定的一些几何误差。
例如，圆柱形零件会有圆柱度误差，圆锥类零件会有圆度误差和素线直线度误差，平面类零件会有平面度误差，凸轮类零件会有轮廓度误差，阶梯孔、轴会有同轴度误差，槽类零件会有对称度误差，孔组类件会有位置度误差等。
（2）零件的使用要求在确定几何公差项目时，应分析几何误差对零件使用性能的影响，只有对零件使用性能有显著影响的误差项目，才规定几何公差。
例如，齿轮箱上各轴承孔的轴线平行度误差，会影响齿轮的解出精度和齿侧间隙的均匀性，因此应规定平行度公差。
设计中应尽量减少在图样上标注的几何公差项目，对一些由一般机械加工能控制的几何公差项目，在图样上则不必标出几何公差值，由几何公差未注公差控制。
（3）测量的方便性阶梯轴会产生同轴度公差，可用跳动公差来代替同轴度公差。
这样，检测就方便多了。
对于长度及直径之比大的圆柱形零件，从综合检测形状误差的角度考虑，应标注圆柱度公差，但目前圆柱度误差难以检测，故为测量方便，可分别用圆度和直线度或圆度和素线平行度等项目代替。
（4）几何公差的控制功能圆柱度公差可以控制该要素的圆度误差，定向公差可以控制及其有关的形状误差、定向误差，定位公差可以控制及其有关的定向误差和形状误差。
因此，对同一被测要素规定了圆柱度公差，一般就不再规定圆度公差；规定了定向公差，通常就不再规定及其有关的形状公差了。
4.2公差等级的选用
在1184-1996中，除线轮廓度和面轮廓度没有规定公差值外，其余10个项目均选用了公差等级，并规定有公差值，位置度公差规定了数系。
4.2.1选择原则
在选择几何公差值时，总的原则是在满足零件使用要求的前提下，尽量选用较低的形位公差等级，以降低生产成本。
同时，应兼顾以下几点：
（1）尺寸公差、几何公差和表面粗糙度之间虽没有一个确定的比例关系，但一般情况下应注意它们之间的协调，即尺寸>位置>形状>。
（2）对于结构复杂，刚性较差或不易加工及测量的零件（如细长轴和孔，距离较大的孔），要考虑除主参数外其他参数的影响，可降低几何公差的等级1~2级。
（3）及某些标准件相结合时，零件上选定的几何公差数值应符合有关的规定。
例如，在选定及滚动轴承想配合的轴及外壳孔的行为公差是，除了遵守几何公差国家标准外，还应遵守滚动轴承公差标准的规定。
4.2.2选用方法
通常采用类比法，即将所设计的零件及类似零件进行比较，通过分析确定几何公差值。
另外，根据经验，对圆柱体结合件的尺寸公差若选定为6、7、8时，其几何公差值可考虑也用相应的6、7、8级。
通常情况下，考虑实际加工，其几何公差值可大致确定为：
形位=（0.25~0.5）尺寸
根据算得值，再采用及其接近的标准数值。
对某些位置公差，可用尺寸链分析计算。
对于用螺栓和螺钉连接的两个或两个以上的零件，可用下列方法计算：
用螺栓联接时，被联接件上的孔均为通孔，其孔径大于螺栓的直径，位置度的公差为：
用螺钉联接时，被联接件中有一个孔是螺孔，而其余零件上的孔均为通孔，且孔径大于螺钉的直径，位置度的公差值为：
0.5
4.3基准的确定
4.3.1基准的选用原则
在确定位置公差是必须给出基准。
基准选择是否得当，在很大程度上影响零件的质量和加工成本。
具体选择是，主要考虑零件的设计要求，应注意以下几点。
（1）在保证使用要求的前提下，应力求使设计、加工和检测的基准三者统一，以免出现由于基准变换引起的误差。
另外，也应避免过多地规定基准而增加测量中的累积误差。
（2）便于加工和检测为了简化工夹量具的设计及制造并使检测方便，在同一零件上的各项位置公差应尽量采用统一基准。
（3）任选基准对某些表面形状完全对称的零件，为保证零件在装配时无论正反、上下颠倒均能互换，则可任选基准。
对任选基准，检测时一般要进行两次，以其中较大者作为判定合格及否的依据。
及指定基准相比较要求较严，故一般不宜轻易采用。
（4）多基准的顺序其安排应按零件的功能要求来确定。
设计时通常选择对被测要素的使用性能要求影响最大或定位最稳的平面作为第一基准，影响次之或窄而长的平面作为第二基准，影响最小的平面作为第三基准，切不可在公差框格中任意填写。
5.轴类零件的表面粗糙度选择
5.1评定参数
在表面粗糙度的六个评定参数中，、、三个高度参数为基本参数、S、为三个附加参数。
这些参数分别从不同角度反映了零件的表面形貌特征，但都存在着不同程度的不完整性。
因此，在具体选用时要根据零件的功能要求、材料性能、结构特点以及测量的条件等情况适当用一个或几个作为评定参数。
（1）如果表面没有特殊要求时，一般仅选用高度参数。
在高度特性参数常用的参数值范围内（为0.025~6.3μm、为0.1~25μm），推荐优先选用值，因为能较充分地反应零件表面轮廓的特征。
但以下情况不宜选用。
a.当表面过于粗糙（＞6.3μm）或太光滑（＜0.025μm）时，可选用，因为此范围便于选择用于测量的仪器进行测量。
b.当零件材料较软时，不能选用，因为值一般采用触针测量，如果用于软材料的测量，不仅会划伤零件表面，而且测得结果也不准确。
c.如果测量面积很小，如顶尖，刀具的刃部以及仪表小元件的表面，在取样长度内，轮廓的峰或谷少于五个时，也难于进行测量，这是可以选用值。
（2）当表面有特殊功能要求时，为了保证功能要求，提高产品质量，这是可以同时选用几个参数综合控制表面质量。
a.当表面要求耐磨时，可以选用、、和。
b.当表面要求承受交变应力时，可以选用、、和S。
c.当表面着重要求外观质量和可漆性，可选用和S。
5.2评定值
表面粗糙度参数值的选择合理及否，不仅对产品的使用性能有很大的影响，而且直接关系到产品的质量和制造成本。
一般来说，表面粗糙度值（评定参数值）越小，零件的工作性能越好，使用寿命也越长。
但绝不能认为表面粗糙度值越小越好，为了获得粗糙度小的表面，则零件需经过复杂的工艺过程，这样加工成本可能随之急剧增高。
因此选择表面粗糙度参数值既要考虑零件的功能要求，又要考虑其制造成本，在满足功能要求的前提下，应尽可能选用较大的粗糙度数值。
5.2.1一般选择原则
（1）同一零件上，工作表面的粗糙度参数值小于非工作表面的粗糙度参数值。
（2）摩擦表面比非摩擦表面的粗糙度参数值要小；滚动摩擦表面比滑动摩擦表面的粗糙度数值要小；运动速度高、单位压力大的摩擦表面，应比运动速度低、单位压力小的摩擦表面的粗糙度参数值要小。
（3）有循环载荷的表面及易引起应力集中的部分（如圆角、沟槽），表面粗糙度参数值要小。
（4）配合性质要求高的结合表面，配合间隙小的配合表面以及要求连接可靠、受重载的过盈配合表面等，都应取较小的粗糙度参数值。
（5）配合性质相同，零件尺寸越小则表面粗糙度参数值应越小；同一精度等级，小尺寸比大尺寸、轴比孔的表面粗糙度参数值要小。
5.2.2选用方法
在选择参数值时，通常可参照一些经过验证的实例，用类比法来确定。
一般尺寸公差、表面形状公差小时，表面粗糙度参数值也小。
然而，在实际生产中也有这样的情况，尺寸公差、表面形状公差要求很大，但表面粗糙度值却要求很小，如机床的手轮或手柄的表面，所以说，它们之间并不存在确定的函数关系。
结论
我们熟悉了课本上的设计方法和要求，熟悉了标注方法，增强和合作能力。
主要写了各种该方法和要求，分工合作，绘制了零件图。
参考文献
[1]互换性及测量技术基础[M].中国标准出版社，2011年。
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