机械零件设计中形位公差的合理选择
形位公差是评定机械零件的一项重要的技术经济指标。在机械零件的设计过程中正确地选择形位公差项目以及合理地确定形位公差数值，对提高产品的质量和降低制造成本，具有十分重要的意义。
标签：机械零件；设计；形位公差；合理选择
1.引言
零件在加工过程中不仅有尺寸误差，同时由于机床精度、加工方法等多种原因，使得零件的加工表面、轴线对称中心平面等的实际形状和位置相对于设计所要求的理想形状和位置，也不可避免地存在着误差，我们称它为形状和位置误差（简称形位误差）。形位误差对机械产品的制造、机械零部件的使用和工作性能的影响不容忽视。为保证机械产品的质量和零件的互换性，在对零件的尺寸误差加以控制的同时，必须对形位误差也加以控制，规定合理的形位公差，才能真正的保证产品质量。
2.形位公差项目的选择
2.1根据零件的几何特征来考虑。零件的几何特征不同，会产生不同的形位误差。例如：回转类（轴类、套类）零件中的阶梯轴，它的轮廓要素是圆柱面、端面、中心要素是轴线。圆柱面选择圆柱度是理想项目，因为它能综合控制径向的圆度误差、轴向的直线度误差和素线的平行度误差。也可选用圆度和素线的平行度。从项目特征看，同轴度主要用于轴线，是为了限制轴线的偏离。跳动能综合限制要素的形状和跳动公差。其他诸如平面零件，选用平面度项目，槽类零件选用对称度项目，均基于零件存在不同的几何特征的原因。
2.2根据零件的功能要求来考虑。机器对零件不同功能的要求，决定零件需选用不同的形位公差项目。若阶梯轴两轴承位置明确要求限制轴线问的偏差，应采用同轴度。但如果阶梯轴对形位精度有要求，而无需区分轴线的位置误差与圆柱面的形状误差，则可选择跳动项目。其他诸如箱体类零件，轴承孔轴线之间平行度的要求都是基于保证运动件之间的正常啮合，提高承载能力的性能要求而确定的，给定结合面的平面度要求是为保证平面的良好密封性。
2.3从方便检测来考虑。在满足功能要求的前提下，为了方便检测，应该选用测量简便的项目代替难于测量的项目，有时可将所需的公差项目用控制效果相同或相近的公差项目来代替。如与滚动轴承内孔相配合的轴颈位置公差的确定，为了保证可装配性和运动精度，应控制两轴颈的同轴度误差，但考虑到两轴颈的同轴度在生产中不便于检测，可用径向圆跳动公差来控制同轴度误差。不过应注意，径向跳动是同轴度误差与圆柱面形状误差的综合结果，故当同轴度用径向跳动代替时，给出的跳动公差应略大于同轴度公差值，否则要求过严。
形位公差
形状公差
1、直线度 符号为一短横线（－），是限制实际直线对理想直线变动量的一项指
标。它是针对直线发生不直而提出的要求。
2、平面度 符号为一平行四边形，是限制实际平面对理想平面变动量的一项指标。
它是针对平面发生不平而提出的要求。
3、圆度 符号为一圆（○），是限制实际圆对理想圆变动量的一项指标。它是对
具有圆柱面（包括圆锥面、球面）的零件，在一正截面（与轴线垂直的面）内的
圆形轮廓要求。
4、圆柱度 符号为两斜线中间夹一圆（/○/），是限制实际圆柱面对理想圆柱面
变动量的一项指标。它控制了圆柱体横截面和轴截面内的各项形状误差，如圆度、
素线直线度、轴线直线度等。圆柱度是圆柱体各项形状误差的综合指标。
5、线轮廓度 符号为一上凸的曲线（⌒），是限制实际曲线对理想曲线变动量的
一项指标。它是对非圆曲线的形状精度要求。
6、面轮廓度 符号为上面为一半圆下面加一横，是限制实际曲面对理想曲面变动
量的一项指标，它是对曲面的形状精度要求。
定向公差
1、平行度（∥） 用来控制零件上被测要素（平面或直线）相对于基准要素（平
面或直线）的方向偏离0°的要求，即要求被测要素对基准等距。
2、垂直度（⊥） 用来控制零件上被测要素（平面或直线）相对于基准要素（平
面或直线）的方向偏离90°的要求，即要求被测要素对基准成90°。
3、倾斜度（∠） 用来控制零件上被测要素（平面或直线）相对于基准要素（平
面或直线）的方向偏离某一给定角度（0°～90°）的程度，即要求被测要素对
基准成一定角度（除90°外）。
定位公差
1、 同轴度（◎） 用来控制理论上应该同轴的被测轴线与基准轴线的不同轴程
度。
2、对称度 符号是中间一横长的三条横线，一般用来控制理论上要求共面的被测
要素（中心平面、中心线或轴线）与基准要素（中心平面、中心线或轴线）的不
重合程度。
3、位置度 符号是带互相垂直的两直线的圆，用来控制被测实际要素相对于其理
想位置的变动量，其理想位置由基准和理论正确尺寸确定。
零件的几何要素及形位公差的项目和符号
一、零件的几何要素
1、概念
几何要素——构成零件形体的点、线、面称为零件的几何要素。如下图所示的顶尖就是由点、平面、圆柱面、原锥面、球面、轴线等几何要素组成。
形位误差——关于零件各个几何要素的自身形状和相互位置的误差。
形位公差——对这些几何要素的形状和相互位置所提出的精度要求。
2、几何要素的分类
理想要素：具有几何意义的要素，绝对准确
按存在的状态分
实际要素：零件上实际存在的要素，存在误差，如下图
图1
被测要素：图样上给出了形状或位置公差的要素，如下图所式，1d给出了圆柱度要求，2d给出了同轴度要求
按形位公差中所处的地位分 基准要素：用来确定被测要素的方向和位置的要素，如下图所示，1d的轴线2d的台阶面为基准要素
图2
轮廓要素：构成零件外形的点、线、面，是可见的，能感觉到的
按几何特征分
中心要素：表示轮廓要素的对称中心的点、线、面，不可见，不能感觉到，但可以通过相应的轮廓要素模拟，如图1
二、形位公差的项目及符号
形状公差——被测实际要素的形状相对其理想形状所允许的变动量。
位置公差——被测实际要素的位置对基准所允许的变动量。
形状或位置公差（轮廓度公差）——有线轮廓度和面轮廓度两项。
形位公差带及公差带的等级
一、形位公差带
形位公差带——限制实际要素变动的区域。由形状、大小、方向、位置四要素确定
1、形状：由公差项目及被测要素与基准要素的几何特征来确定。
（1）两平行直线，应用于直线度和位置度；
（2）两等距曲线，应用于线轮廓度；
（3）两同心圆，应用于圆度和径向圆跳动；
1 / 1 几何形状精度定义 几何形状精度是指零件的尺寸、形状、相对位置和表面特征等与设计要求的偏差程度。这些偏差可能来自于制造过程中的加工误差、测量误差、材料变形等因素。几何形状精度包括以下几个方面： 1. 尺寸精度：即零件尺寸与设计要求之间的偏差程度。尺寸精度可以用公差来描述，例如，直径为50mm的孔的公差为±0.01mm。 2. 形状精度：即零件形状与设计要求之间的偏差程度。常见的形状精度包括圆度、平面度、直线度、倾斜度等。 3. 相对位置精度：即零件之间相对位置关系与设计要求之间的偏差程度。例如，两个孔之间的距离应为100mm，实际测量距离为100.1mm，则相对位置精度为0.1mm。 4. 表面特征精度：即零件表面特征（如粗糙度、平整度、圆柱度、椭圆度等）与设计要求之间的偏差程度。表面特征精度常常用符号来描述，如Ra、Rz等。 几何形状精度是衡量零件质量的重要指标之一，不同的零件需要的精度要求不同，具体精度要求需根据实际情况和设计要求来确定。在制造和测量过程中，需要采取相应的措施来保证几何形状精度的达到要求，例如，选用合适的加工设备和工艺、精确的测量工具和方法等。
