_公差原则_标准的分析及应用_独立原则和包容要求

ＧＢ／Ｔ ４２４９ － １９９６ 《 公 差 原 则 》 和 ＧＢ／Ｔ １６６７１－ １９９６ 《形 状 和 位 置 公 差 最 大 实 体 要 求 、 最小实体要求和可逆要求》在机械设计和教学中 都得到了广泛的应用。但笔者从一些设计文件和 有关的资料中发现的问题看， 有必要对这两个标 准的有关规定、图样表示方法及应用进行分析讨 论。为便于重点分析问题， 本文仅阐述独立原则 和包容要求的概念及其应用。
《 公差原则》标准的分析及应用·） 刘嵬嵬等
尺寸不得超出最小实体尺寸。 图 ５ 为采用包容要求时孔和轴的最大实体边
界示例。孔、轴的实际轮廓 Ｓ 与必须控制在最大 实 体 边 界 ＭＭＢ 范 围 内 ， 且 实 际 尺 寸 Ｄａ 或 ｄａ 应 不超出最小实体尺寸。
ＭＭＢ
Ｓ
Ｓ
ＭＭＢ
!ＢＳＤ＝!ＤＭ !ｄＭ
２． 有关公差原则的一些术语及定义
为使本文阐述方便， 下面对有关公差原则的 一些术语及定义作一说明。
（ １） 体 外 作 用 尺 寸 （ ＥＦＳ）
《航天标准化》２００６ 年第 ４ 期
体 外 作 用 尺 寸 （ ＥＦＳ） 是 指 在 被 测 要 素 的 给
定长度上， 与实际内表面 （ 孔） 体外相接的最大
理想面 （ 最大理想轴） 或与外表面 （ 轴） 体外相
接的最小理想面 （ 最小理想孔） 的直径或宽度。
实际内、外表面 （ 孔和轴） 的体外作用尺寸分别
用 符 号 Ｄｆｅ、 ｄｆｅ 表 示 ， 如 图 １ 所 示 的 为 单 一 要 素 的体外作用尺寸。
对于关联要素， 体现其体外作用尺寸的理想
面的轴线 （ 或中心平面） ， 必须与基准保持图样
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《 公差原则》标准的分析及应用·） 刘嵬嵬等
采用独立原则时， 在图样上的标注没有用特 定 的 关 系 符 号 （ 例 如 Ｅ 、Ｍ 、Ｌ 和 Ｒ 等 ） 说 明尺寸公差和形位公差有联系。由于工程上绝大 多数采用独立原则， 故独立原则是尺寸公差与形 位公差相互关系遵循的基本原则。
图 ３ 为独立原则的标注示例， 其含义为： 轴 线 的 直 线 度 误 差 ｆ 不 允 许 大 于 !０．０１ （ 即 ｆ≤ｔ） ， 任 一 截 面 的 圆 度 误 差 ｆ０ 不 允 许 大 于 ０．００５ｍｍ （ 即 ｆ０≤ｔ０） ， 它 们 都 不 受 尺 寸 公 差 带 的 控 制 。 轴 的 实 际 尺 寸 ｄａ 应 在 !２４．９７９ｍｍ～!２５ｍｍ 范 围 内 变 动 （ 即 ２４．９７９≤ｄａ≤２５） ， 也 不 受 轴 线 直 线 度 、 圆 度 公差带控制。
＋０ ．００８
!１２．５－ ０．０１０ ０．００３
图 ４ 连杆
（ ３） 对于未注尺寸公差的要素 对于未注尺寸公差的要素， 它们一般仅有装 配方便、减轻重量等要求， 而没有配合性质等特 殊要求。因此， 它们的尺寸公差与形位公差 （ 一 般也是不标注的） 的关系应采用独立原则， 不需 要尺寸公差与形位公差相互有关。
图 ６ （ ａ） 为包容要求的标注示例， 其含义 为：
①该轴的实际轮廓不得超过最大实体边界 （ ＭＭＢ） 的 边 界 尺 寸 （ ＢＳｄ＝３０ｍｍ） ， 即 轴 的 体 外 作 用 尺 寸 应 不 大 于 最 大 实 体 尺 寸 （ ｄｆｅ ≤ ｄＭ＝３０ｍｍ） 。 当 轴 的 实 际 尺 寸 等 于 最 大 实 体 尺 寸 （ ｄａ＝ｄＭ＝３０ｍｍ） 时 ， 不 允 许 轴 线 有 直 线 度 误 差 ， 如图 ６ （ ｂ） 所示。
如汽车空气压缩机连杆的小头孔 （ 如图 ４ 所 示） ， 它与活塞销配合， 功能上要求该孔圆柱度公 差 为 ０．００３ｍｍ， 若 用 尺 寸 公 差 带 控 制 这 样 小 的 圆 柱度公差， 将使尺寸极难加工。考虑到汽车为大 批量生产， 可以对该孔规定尺寸公差 ０．０１８ｍｍ 和 严 格 的 圆 柱 度 公 差 ０．００３ｍｍ， 采 用 把 加 工 后 的 实 际尺寸分组装配来满足配合性质和功能要求。这 样， 该孔的尺寸公差和形位公差按独立原则给出， 比较经济而合理。
!ＢＳｄ ＝ ! ＤＭ !ｄａ
（ａ） 孔
（ｂ） 轴
图 ５ 最大实体边界示例
采用包容要求时， 应在尺寸的上、下偏差后
面或公差带后面加注符号 Ｅ ，此时就应满足下列
要 求 ： 对 于 轴 ， ｄｆｅ≤ｄＭ＝ｄｍａｘ 且 ｄａ≥ｄＬ＝ｄｍｉｎ； 对 于 孔 ， Ｄｆｅ≥ＤＭ＝Ｄｍｉｎ 且 Ｄａ≤ＤＬ＝Ｄｍａｘ。
《航天标准化》２００６ 年第 ４ 期
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《 公差原则》标准的分析及应用· 刘嵬嵬等
!ＢＳｄ＝!３０ !３０ !３０ ｔ／ ｍｍ
０
!３０－ ０．０２１
Ｅ
ＭＭＢ
ＭＭＢ !２９．９７９
０．０２１ ０．０１１
（ａ） 图 样 标 注
（ｂ） 轴 处 于 最 大 实 体 状 态 （ｃ） 轴 处 于 最 小 实 体 状 态
·标准介绍与实施·
《 公 差 原 则 》标 准 的 分 析 及 应 用
— ——独立原则和包容要求
哈尔滨工业大学 刘嵬嵬 赵熙萍 李 莉
文 摘 根据形位公差与尺寸公差关系的有关国家标准规定和实际应用， 对独立原则和 包容要求的概念、图样标注以及它们的应用范围作了较详细地介绍。
关键词 形位公差； 公差原则； 独立原则； 包容要求； 检测标准。
一 基本概念
１． 公差原则的含义
机械零件的同一要素既有尺寸公差要求， 又 有形位公差要求。确定形位公差与尺寸公差之间 的相互关系应遵循的原则称为公差原则。对同一 要素的形位公差和尺寸公差彼此无关的公差要求 为独立原则， 若对同一要素的形位公差和尺寸公 差相互有关的公差要求为相关要求。而相关要求 又 分 为 包 容 要 求 （ＥＲ）、 最 大 实 体 要 求 （ ＭＭＲ） 、 最 小 实 体 要 求 （ ＬＭＲ） 和 可 逆 要 求 （ ＲＲ） 。 在 机 械设计时， 可根据使用要求 （ 配合性质、装配互 换及其他功能要求等） 合理地选用独立原则或不 同的相关要求。
三 包 容 要 求 （ ＥＲ）
１．包 容 要 求 的 含 义 和 在 图 样 上 的 标 注 方法
包容要求是适用于单一要素的一种相关要 求 。 它 是 指 设 计 时 应 用 最 大 实 体 边 界 ＭＭＢ （ 边 界 尺 寸 ＢＳ 为 最 大 实 体 尺 寸 ＭＭＳ） 来 控 制 单 一 要素 （ 如圆柱表面或两平行表面） 的实际轮廓， 要求体外作用尺寸不得超出最大实体尺寸， 实际
②当轴的实际尺寸偏离最大实体尺寸时， 才 允许轴线有直线度误差。当轴的实际尺寸为 !２９．９８９ｍｍ 时 ， 轴 线 直 线 度 误 差 最 大 允 许 值 为 ０．０１１ｍｍ （ ３０－ ２９．９８９） ； 当 轴 的 实 际 尺 寸 为 最 小 实 体 尺 寸 !２９．９７９ｍｍ 时 ， 轴 线 直 线 度 误 差 最 大 允 许 值 为 ０．０２１ｍｍ （ ３０－ ２９．９７９） （ 尺 寸 公 差 ） ， 如图 ６ （ ｃ） 所示。
－ !０．０１
○ ０．００５
０
!２５－ ０．０２１
图 ３ 独立原则标注示例
零件加工后， 应分别对其实际尺寸和形状 误差进行测量。用两点法测量实际尺寸， 用普 通量具或专用量具测量形状误差， 只有同时分 别满足尺寸公差和形位公差要求， 该零件才能 被判为合格。
２．独立原则的应用
独立原则主要应用于以下几种情况。 （ １） 对于有特殊功能要求的零部件的一些 要素 在机器或仪器中， 有一些零件或零件上的某 些表面， 既没有配合性质要求 （ 不与偶合件配 合） ， 又没有装配要求 （ 无需与相应件装配） ， 但 为了保证这类零件具有良好的功能要求， 有的要 求较高的形状精度， 而对尺寸精度要求不高， 有 的对尺寸精度要求较高， 而对形位精度要求不 高， 这时应采用独立原则。 如， 印刷机或印染机中的滚筒， 其形状 （ 圆 柱度） 精度要求很高， 以保证印刷或印染时它与 纸面或面料接触均匀， 使印刷的图文或印染的花 纹清晰。还有量仪工作台的工作平面的 ｄａ／ ｍｍ
（ｄ） 动 态 公 差 图
图 ６ 包容要求的解释
２． 包容要求的应用
包容要求主要用于要保证孔、轴的配合性 质， 特别是配合公差要求较严的精密配合。它用 最大实体边界尺寸控制孔、轴配合所需要的最小 间隙或最大过盈。
＋０ ． ０１９
例 如 ， 车 床 尾 座 孔 !６０Ｈ６（ ０ ）! 与 顶 尖 套
二 独立原则
１．独 立 原 则 的 含 义 和 在 图 样 上 的 标 注 方法
独立原则是指图样上对某要素注出 （ 或未 注） 的尺寸公差与形位公差各自独立， 彼此无 关， 应分别满足各自公差要求的公差原则。采用 独立原则时， 形位误差不受尺寸公差带的控制， 实际尺寸也不受形位公差带的控制； 形位公差不 随实际尺寸的变化而改变， 尺寸公差也不随形位 误差的变化而改变。
③轴的实际尺寸应不小于最小实体尺寸 （ ｄａ≥ ｄＬ＝ ２９．９７９ｍｍ） 。图 ６ （ ｄ） 表示轴线直线度误差允 许值 ｔ 随轴实际尺寸变化规律的动态 公 差图。
单一要素的孔、轴采用包容要求时， 应该用 光滑极限量规检验。这量规的通规用来检验孔、 轴的实际轮廓是否在最大实体边界范围内， 即体 外作用尺寸是否超出最大实体尺寸； 止规用来判 断孔、轴的实际尺寸是否超出最小实体尺寸。
《航天标准化》２００６ 年第 ４ 期
纺织机中的罗拉表面的直线度和轮廓度的精度要 求较高， 以保证测量精度和纺织均匀性。而它们 的尺寸精度要求都不高。
再如， 零件上的通油孔， 为保证规定的油流 量， 就要控制通油孔的尺寸精度， 而该孔轴线的 弯曲不影响油的流量， 故其形状精度要求不高。
（ ２） 对于除配合要求外， 还有很高形位公差 精度要求的要素
（ ４） 边界 边界是指由设计给定的具有理想形状的极限 包容面 （ 圆柱面或两平行平面） 。单一要素的边 界没有方向和位置的约束， 关联要素的边界应与 基准保持图样上给定的方向或位置关系。该极限 包 容 面 的 直 径 或 宽 度 称 为 边 界 尺 寸 （ ＢＳ） 。 根据设计要求的不同， 可以给出不同的边 界。当被测要素采用包容要求时， 该要素应遵循 最 大 实 体 边 界 （ ＭＭＢ） 。 所 谓 最 大 实 体 边 界 是 指 具有理想形状且边界尺寸为最大实体尺寸 （ ＭＭＳ） 的 包 容 面 。