《互换性与测量技术基础》综合训练指导书

《互换性与测量技术基础》综合训练指导书 一、综合训练项目 项目一 轴类零件精度设计 目的：通过本综合训练，使学生深入理解尺寸精度、几何精度、表面粗糙度有关基本概念和术语，掌握类比法设计轴类零件几何量精度的原则和方法，熟练运用国家标准中各类相关表格，提高学生绘制图纸和精度设计的能力。 要求：根据轴类零件的使用要求和工作条件，确定主要配合尺寸的尺寸公差、主要配合面的几何公差项目和公差值、各表面的表面粗糙度值，并进行设计结果正确标注在图样上。 成果形式：零件图1张，设计说明书1份。 设计题目： 1.机床主轴 C616车床主轴，见图1.1，φ70mm轴颈安装4级精度NN3014双列圆柱滚子轴承，φ50mm轴颈安装4级精度两列6210向心球轴承，φ60mm轴颈安装传动齿轮，前端φ75mm外锥面安装卡盘，内锥面安装顶尖。 确定φ70mm、φ50mm、φ60mm和前端内、外锥面的尺寸公差，确定各圆柱、圆锥面及相应端面的形位公差项目和公差值，并选择各表面的表面粗糙度值，并进行正确标注。

图1.1 C616车床主轴 2.柴油机曲轴 某三拐曲轴，尺寸精度见图1.2，试确定三φ24曲轴轴颈、两φ25、φ20轴颈及键槽的形位精度，选择各轴颈及端面的表面粗糙度要求，并进行正确的标注。

图1.2 三拐曲轴 项目二 轴承配合精度设计 目的：通过本综合训练，使学生深入理解轴承的使用要求，掌握轴承配合精度设计的原则和方法，提高学生绘图和精度设计的能力。 要求：根据给定要求完成轴承配合精度设计，确定轴颈和外壳孔的公差带代号，画出公差带图，并确定孔、轴的几何公差值和表面粗糙度参数值，将它们分别标注在装配图和零件图上。 成果形式：轴承配合的装配图1张，零件图2张，设计说明书1份。 设计题目： 1.有一圆柱齿轮减速器，小齿轮轴要求较高的旋转精度，装有0级单列深沟球轴承，轴承尺寸为50mm×110mm×27mm，额定动负荷Cr=32000N，轴承承受的当量径向负荷Fr=4000N。试用类比法确定轴颈和外壳孔的公差带代号，画出公差带图，并确定孔、轴的形位公差值和表面粗糙度参数值，将它们分别标注在装配图和零件图上。 2.在C616车床主轴后支承上，装有两个单列向心球轴承（如图1.3），其外形尺寸为d×D×B=50mm×90mm×20mm，试选定轴承的精度等级，轴承与轴和壳体孔的配合，并确定壳体孔、轴的形位公差值和表面粗糙度参数值，将它们分别标注在零件图上。

图1.3 C616后轴承装配示意图 项目三 齿轮精度设计 目的：通过本综合训练，使学生深入理解齿轮的使用要求、齿轮精度检测指标等理论知识，掌握齿轮精度设计的原则和方法，提高学生综合运用尺寸精度、几何精度、表面粗糙度的能力，熟练掌握齿轮工作图的绘制和要求。 要求：根据给定的使用要求，利用计算法确定齿轮的齿厚偏差，利用类比法选择齿轮的检验项目及其允许值，标注相应的几何公差及表面粗糙度；确定花键孔的尺寸公差、几何公差和表面粗糙度，并进行正确标注。 成果形式：齿轮零件图1张，设计说明书1份。 设计题目： 1、汽车变速箱齿轮 解放汽车变速箱齿轮，见图1.4，模数m=4.5mm，齿数=45，α=20°，齿轮精度7 GB/T10095.1—2001。试选择齿轮的齿厚偏差、检验项目及其允许值，标注相应的形位公差及表面粗糙度；确定花键孔的尺寸公差、形位公差和表面粗糙度，并进行正确标注。 图1.4 汽车变速箱齿轮 2、减速器齿轮 某通用减速器中有一对直齿圆柱齿轮副，模数m=4mm，小齿轮z1=30,齿宽b1=40mm,大齿轮2的齿数z2=96,齿宽b2=40mm，齿形角α=20º。两齿轮的材料为45号钢，箱体材料为HT200，其线胀系数分别为α齿=11.5×10-6K-1, α箱=10.5×10-6K-1,齿轮工作温度为t齿=60ºC,箱体工作温度t箱=30ºC,采用喷油润滑，传递最大功率7.5KW，转速n=1280r/min，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。

二、设计实例 2.1 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2.1 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2.1 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2.2(a)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2.2(b)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2.2 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2.3 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2.3(a) 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2.3(b)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2.3(c)所示。 (a) (b) 图2.2 轴向尺寸的不合理设计与标注

(a) (b) (c) 图2.3 轴的车削过程及轴向尺寸的设计与标注 2.1.1 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d—t 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h12，h13 或H12、H13 确定。 2.1.2 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0.6～0.7 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2-1 确定。 表2-1 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 6 7，8 9 轴在安装轮毂部位的径向跳动度 圆柱齿轮和圆锥齿轮 2IT3 2IT4 2IT5

蜗杆、蜗轮 … 2IT5 2IT6 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2-2 确定。 表2-2 轴与联轴器带轮配合部位的径向跳动度 转速n/rpm 300 600 1000 1500 3000 径向跳动度/mm 0.08 0.04 0.024 0.016 0.008

①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IT5。 ②轴与橡胶油封接触部位的径向跳动度：轴转速n≤500 rpm，取0.1mm；n>500～1000rpm，取0.07mm；轴转速n>1000～1500 rpm，取0.05mm；n>1500～3000 rpm，取0.02mm 。 3．轴肩的端面跳动公差 ①与滚动轴承端面接触：对球轴承取(1～2) IT5；对滚子轴承取(1～2) IT4。 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<0.8 时，可按表2-3 确定端面跳动度；当比值l／d≥0.8 时，可不标注端面跳动度。 表2-3 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 6 7，8 9 轴肩的端面跳动度 2IT3 2IT4 2IT5 4．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1/2；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2.4 为轴的尺寸公差和形位公差设计与标注示意图。表2-4 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2.4 轴的尺寸公差和形位公差设计与标注指示图