公差原则的合理选用
零件尺寸公差与配合的合理选择(1)
零件尺寸公差与配合的合理选择(1)一、基孔制和基轴制的选择基准制是选择孔轴间各种配合关系的前提，被分为基孔制和基轴制两种系列。
基孔制是基本偏差为一定的孔的公差带，与不同基本偏差的轴的公差带形成各种配合的一种制度。
基孔制的特点是孔为基准孔，其下偏差为零。
基轴制是基本偏差为一定的轴的公差带，与不同基本偏差的孔的公差带形成各种配合的一种制度。
基轴制的特点是轴为基准轴，其上偏差为零。
维修中基准制的选择原则是：（1）一般情况下，要优先选用基孔制。
相对来说，加工孔要比加工轴困难。
采用基孔制，通过改变轴的尺寸和基准孔相配，加工起来容易方便，工艺性好；又有利于减少加工同一公称尺寸而配合不同的孔，所需标准刀具和量具的总数，减少总的生产投入。
（2）修理中，若直接截取冷拉钢材做轴，外圆不再进行加工，可采用基轴制，在加工孔中实现配合要求。
（3）与标准件配合的零件，基准制的选择应依照标准件来定。
（4）修理件的基准制应根据相配件的具体情况进行选择。
（5）由于结构原因必须采用多件配合时，应根据装配要求，具体分析情况，选用合适的基准制。
二、公差等级的选择（1）选择公差等级首先要能满足使用要求。
常用的配合尺寸一般采用的公差等级为IT5～IT11；特别精密零件的配合尺寸一般采用的公差等级为IT2～IT5；非配合尺寸制造时，一般采用的公差等级为IT12～IT18。
（2）选择公差等级要考虑工艺实现的可能性和经济性。
在满足使用的前提下，应尽可能地选择较低的公差等级以降低加工成本。
在生产过程中，产品精度的提高会明显增加生产成本，两者并不成正比关系。
因此，选择公差等级一定要慎重。
首先要对各种加工方法能达到的公差等级做到心中有数。
然后，再根据工艺设备和条件进行综合考虑。
（3）维修件选择公差等级还要考虑相配零件的精度及装配要求等。
三、配合的选择1.配合的一般选择配合是指基本尺寸相同的，相互结合的孔和轴的公差带之间的关系。
因此，配合性质主要由基本偏差的特点决定，同时也与公差等级有一定关系。
公差选用原则
选用公差等级的原则，是在满足使用要求的前提下，尽可能选择较 低的公差等级，以便更好地解决产品零件的使用要求与加工成本之 间的矛盾。
公差等级与使用情况和加工方法的对应关系见附录A。
1.图样上注出公差 1.1塑料件 按GB/T14486《工程塑料模塑塑料件尺寸公差》合理选取。
1.2金属切削件 按GB/T1800.3《极限与配合 基础 第3部分：标准公差和基本偏差数 值表》合理选取。
1.3 冲压件 按GB/T 13914《冲压件尺寸公差》合理选用。
1.4 铸造件 按GB/T6414《铸件 尺寸公差与机械加工余量》合理选取。
2.图样上未注公差 2.1塑料件 按GB/T14486-MT5执行。
2.2金属切削件 按国家标准GB/T1804-m执行。
2.3 冲压件 按GB/T15055-m执行。
2.4 铸造件 按GB/T6414-CT5执行。
3.形状和位置公差 3.1图样上注出公差 按GB/T1184附录B合理选用。
3.2未注公差 按国家标准GB/T1184-K执行。
4. 角度公差 4. 1 图样上注出角度公差 4. 1.1 冲压件 按GB/T13915《冲压件角度公差》合理选 用。
4. 1.2 其它 按GB/T1804-m执行。
4.2未注角度公差 4. 2.1 冲压件 按GB/T13915-AT5（BT5）执行。
4. 2.2 其它 按GB/T1804-m执行。
。
公差原则
2)最小实体实效尺寸（LMVS）:最小实体实效 状态下的体内作用尺寸 孔：DLV=DL+t形位 =Dmax+tL 轴：dLV=dL-t形位 =dmin-tM
6.边界 --由设计给定的具有理想形状的极限包容面。 具体为：孔的理想边界为一具有理想形状的外 表面（理想轴) 轴的理想边界为一具有理想形状的内表面（理 想孔） 1）最大实体边界(MMB)：尺寸为最大实体尺寸 的理想边界。 孔：BSh=DM=Dmin ；轴： BSs=dM=dmax
最小实体要求的应用范围
最小实体要求广泛应用于需要保证最小壁 厚(如空心的圆柱凸台、带孔的小垫圈等) 和设计强度等功能要求的中心要素,以获得 最佳的技术经济效益。
三种公差原则小结 公差原则 遵守的边 界 独立原则 允许的形位 应用 公差 t 广泛
包容原则 最大实体 边界MMB
最大实体 实效边界 原则 MMVB
区别 4 实效尺寸的作用是控制作用尺寸的边界 尺寸 。 6) 最大实体边界与实效边界 MMB 用来限制实际要素的理想边界，MMVB 是控制关联实际要素的理想边界。
4.2.2独立原则 尺寸公差与形位公差各自独立，测量时分别 满足各自的公差要求。 因独立原则时尺寸与形位误差检测较为方便， 故应用广泛。 实际尺寸：dmin(Dmin)≤da(Da) ≤ dmax(Dmax)
c
合格零件拥有材料最少的状态称最小实体状态。 最小实体尺寸(LMS)： dL=dmin DL=Dmax 最大实体状态获得 最紧的配合, 而最小实体状态获 得 最松的配合。
5.最大实体实效状态（MMVC）：实际要素处于 最大实体状态且其中心要素的形位误差等于给 出公差值时的综合极限状态。 1)最大实体实效尺寸（MMVS）：最大实体实效 状态下的体外作用尺寸 孔：DMV=DM-t形位 =Dmin-t L 轴：dMV=dM+t形位 =dmax+t M
公差等级的选用
第四节常用尺寸公差与配合的选用一、配合制的选用选用配合制时，应从零件的结构、工艺、经济几方面来综合考虑，权衡利弊。
一般情况下，设计时应优先选用基孔制配合。
因为孔通常用定值刀具（如钻头、铰刀、拉刀等）加工，用极限量规检验，所以采用基孔制配合可减少孔公差带的数量，大大减少用定值刀具和极限量规的规格与数量，显然是经济合理的。
但是，在有些情况下采用基轴制配合比较合理。
例如：1）在农业机械，建筑机械等制造中，又是采用具有一定公差等级的冷拉钢材，外径不需要加工，可直接做轴。
在此情况下，应选用基轴制配合。
2）在同一基本尺寸的轴上需要装配几个具有不同配合性质的零件时，应选用基轴制配合。
3）与标准件相配合的孔或轴，应以标准件来确定配合制。
二、公差等级的选用选用公差等级时，要正确处理使用要求、制造工艺和成本之间的关系。
因此，选用公差等级的基本原则是：在满足使用要求的前提下，尽量选取低的公差等级。
另外在确定孔和轴的公差等级关系时，要考虑孔和轴的工艺等价性，即对基本尺寸≤500mm的较高等级的配合，由于孔比同级轴加工困难，当标准公差≤IT8时，国家标准推荐孔比轴低一级相配合，但对标准公差＞IT8级或基本尺寸＞500mm的配合，由于孔的测量精度比轴容易保证，因而推荐采用同级孔、轴配合。
国家标准推荐的各公差等级的应用范围如下：1）IT01、IT0、IT1级一般用于高精度量块和其他精密尺寸标准块的公差，他们大致相当于量块的1、2、3级精度的公差。
2）IT2~IT5级用于特别精密零件的配合。
3）IT5~IT12级用于配合尺寸公差。
其中IT5（孔到IT6）级用于高精度和重要的配合处。
例如精密机床主轴的轴颈、主轴箱体孔与精密滚动轴承的配合等。
4）IT6（孔到IT7）级用于要求精密配合的情况。
例如机床中一般传动轴和轴承的配合，齿轮、带轮和轴的配合。
5）IT7~IT8级用于一般精度要求的配合。
例如一般机械中速度不高的轴和轴承的配合，在重型机械中用于精度要求较高的配合，在农业机械中则用于较重要的配合。
零件形位公差和尺寸公差的合理设计
般 情 况下 ，同一 表 面 上 的形 状公 差 、尺 寸公 差 、 位
置公 差 的公 差 值 选 用 存 在 这样 的关 系 ：尺 寸 公 差 ＞位 置
公 差 ＞形 状 公 差 。
在考 虑 加 工 的难 以程 度 和 除 主 参 数 外 的 其 他 参 数 影
独立 原 则是 指 尺 寸公 差 和形 位 公 差分 别 满 足要 求 、 互
不 相 关 的公 差原 则 。该 原 则 是 形 位公 差 和尺 寸 公 差 遵 循
公 差功 能上 能 够 控 制 形 状 误 差 时 ，而 且 可 以满 足 使 用 要
求 ， 不 再单 独 给 出形 状 误 差 。 则 综 合公 差 和 单项 公 差 的关 系 ：圆柱 度 、跳 动公 差 、 位
３ 公 差 值 的选 用 ：
一
最 小 尺寸 要求 主 要 用于 保 证零 件 有 足够 的强度 ， 轴 对 类 要 求保 证 最小 截 面 ， Ｌ ＇ 对￣ Ｍ 保证 最 大 壁 厚 。 Ｊ 最 大 尺寸 要求 主 要用 于 保证 零 件 可 装 配性 的场 合 ， 该 原 则扩大 了形 位公差 ， 提高 了产 品合 格率 ， 有 良好 的 经济 具 性 ， 是该 原则 只有在 形位公 差控 制 中心要 素时才 可使 用 。 但 可逆 要求 只用 于被 测 要 素 ， 用 于 基 准要 素 。 不
的基本 原 则 。独 立 原 则一 般 用 于非 配合 零 件 ， 对形 状 和 或 位 置要 求 严格 ， 对 尺 寸精 度 要求 相 对较 低 的场合 。 而
相关 原则 是 指 图样 上 的 尺 寸 公 差 与 形 位 公 差 相 互 有 关 的 公差 要 求 。该 原 则 适 用 于有 配合 或 装 配 性 质 要 求 的 场 合 ，此 时 需 要 尺 寸公 差 补偿 形 位 公 差 或 反 之 以 获 得 最 佳综 合 效 果 。相关 原 则 有 包 括 包 容要 求 、 小 实体 要 求 、 最 最大 实 体要 求 、 逆要 求 。 可 包 容要 求 主要 用 于 装配 要 求 严格 的场合 ， 件 的互 换 零
机械设计中公差配合选择及尺寸标注
公差等级的选择依据是不同用途对产品所提出的精度 要求和保证使用要求的配合特性。无论是过盈配合还 是间隙配合，配合公差等于根据配合要求所确定的过 盈量或间隙量的变动范围。
对于<500mm的基本尺寸，当公差等级在IT8以上 时，推荐轴比孔高一级，如H7/g6。对>500mm的基 本尺寸，一般采用同级孔、轴配合。下面是配合尺寸 公差等级一般的应用情况，可供选择时参考。
3）平行度公差值应小于其应的距离公差值（见上图）。 2.对于下列情况，考虑到加工的难易程度和主参数外其它参
数的影响，在满足零件功能的要求下，适当降低1-2级精 度使用： A)孔相对位于轴； B)细长较大的轴或孔； C)距离较大的轴或孔 D)宽度较大（一般>1/2长度）的零件表面；
如下图，轴长412，外径Φ10 0-0.015,h7
(1)公差等级IT5：使用得比较少，用于间隙或过盈 的一致性要求比较高的特别精密的配合，目前在 缝纫机上主要用于测量工具和刀具。
(2)公差等级IT6和IT7 ：用于机构的重要配合。这是 缝纫机上最常用的公差等级。在这种联结中，为 了保证零件的机械强度、精确位移、平稳运行、 联结的密封和其他性能，以及保证零件装配的需 要，在间隙或过盈方面对配合提出了高要求.
5）被测要素为单一要素的轴线时，指示箭头不 允许直接指向轴线，应与尺寸线相连。
旧标准
新标准
6）任选基准应注出基准代号，并在框格中注出 基准代号。
旧标准
新标准
8.剖面线注意点： 1）一个零件同一个实体的剖面线方向和比例要一致。
2）特别是局部放大时，注意剖面线的方向一至且比例 不能放大。
9.基准的选择
c)采用按基轴制生产的标准零部件，如滚动轴承外圈与机 座孔的配合及结合轴或轴套的键和槽的结合等情况。
形位公差的选择
三、公差值的选择
1. 选择原则 保证零件功能要求的前提下，考虑工艺经济性和检测条件， 选择最经济的公差值，所以应选择最低的形位公差等级或相 应的公差值。 2. 用类比法选择 （1）在同一要素上给出的形状公差值应小于位置公差值， 即t形状<t位置。如同一平面上，平面度公差值应小于该平 面对基准平面的平行度公差值。 （2）圆柱形零件的形状公差，除轴线直线度以外，一般 情况下应小于其尺寸公差。如最大实体状态下，形状公差在 尺寸公差之内，形状公差包含在位置公差带内。
3. 公差项目替换 形位公差项目有单项控制项目，如直线度、圆度等，也有 综合控制项目，如圆柱度、定向公差、定位公差和跳动公差 项目，其中的综合控制项目间或单项控制项目间可以替换， 其关系见表4-25。
表4-25 公差项目替换
综合控制项目
圆柱度
径向圆跳动 端面圆跳动 斜向圆跳动
端面全跳动
综合或单项控制项目
未注尺寸公差或未注形位公差，如退刀槽、倒角、圆角。
用于单一要素，保证配合性质，如φ40H7孔与φ40h7轴配合， 保证最小间隙为零。
最大实体要 用于中心要素，保证零件的可装配性，如轴承盖上用于穿过螺
求
钉的通孔，法兰盘上用于穿过螺栓的通孔，同轴度的基准轴线。
最小实体要 求
保证零件强度和最小壁厚。
1. 用尺寸公差控制形位精度
（2）尺寸精度低而形位精度要求高，应单独给出公差。若 用尺寸公差直接控制形位精度，将会影响工艺经济性。如 图4-34所示的滚筒，直径精度要求很低，但圆柱度要求较 高。
2. 综合控制与单项控制 （1）定向公差可以综合控制被测要素的方向精度和形状精度 ，故当某被测要素已给出定向公差后，若对形状精度无法进一 步要求，则不再另行给出形状公差。 （2）当某被测要素的形状精度高于其定向精度时，除给出定 向公差外，还应给出形状公差。形状公差数值必须小于已给出 的定向公差值。
机械零件设计中几何公差的合理选用
R ＯＣＣＵＰＡＴＩＯＮ2012 0338教学研究ESEARCH机械零件设计中几何公差的合理选用文／符 莎在机械零件设计中，零件的尺寸精度、表面质量和几何精度是影响产品质量的重要因素。
几何公差项目、公差原则、基准及公差值的合理选用，是保证零件设计精度、使用功能和产品质量的重要内容。
一、几何公差项目的选用几何公差项目的选用应遵循的原则是：在最大限度地满足零件功能要求的前提下，以最少的几何公差项目，获得较好的经济性。
首先要根据零件的结构特征和加工情况，零件的功能和精度要求来合理选用几何公差特征项目，同时要考虑几何公差项目的特点和检测方便性。
１．依据零件的结构特征和加工情况零件自身的结构特征限定了可选择的几何公差项目。
例如有平面要素的零件可选平面度、平行度误差，有曲面要素的零件可选面轮廓度；圆柱体零件可根据零件自身各要素选择轴线直线度、素线直线度、圆度、圆柱度、径向圆跳动误差；阶梯孔零件会有同轴度误差；零件上孔或轴的轴线会有位置度误差等。
在机械零件设计时，还应根据零件的加工和装配情况来选择几何公差项目。
例如在加工细长轴时中部较易产生变形，可以选择素线直线度或圆柱度来控制。
２．依据零件的功能和精度要求选择几何公差项目还应满足零件的功能和精度要求，主要考虑形位误差对零件的配合性质、装配互换性、工作精度、可靠性等影响。
设计时只有了解和明确所设计零件的使用性能，才能确定为保证这些性能必须选用的几何公差项目。
例如为保证一对锥齿轮的正确啮合传动，对箱体上安装锥齿轮轴的孔需要给出垂直度要求；车床主轴的旋转精度要求很高，应规定其前后颈的同轴度来保证主轴的精度要求等。
３．依据几何公差项目的特点和检测方便性在机械零件设计时，要充分考虑各几何公差项目的特点和它们之间的关系，在满足功能要求的前提下应尽量选用检测方法易行的项目来代替检测难度较大的几何公差项目。
（1）形状公差可控制某些其他形状公差。
形状公差中有些项目可以控制其他项目。
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公差原则的合理选用
公差原则是对尺寸公差和形位公差相互可否转换的规定。
尺寸公差和形位公差都反映在一个零件的同一个或几个要素上，一般情况下，它们彼此独立又相互依存，在一定的条件下还可以相互转换。
尺寸公差和形位公差不允许相互转换时为独立原则；允许转换时为相关原则。
相关原则又可分为：包容原则、最大实体原则及最小实体原则。
下面就相关原则在工程实际中的应用进行分析。
（一）包容原则的应用分析
包容原则是指实际要素应遵守最大实体边界，即要素的体外作用尺寸不得超越其最大实体边界，且局部实际尺寸不得超越其最小实体尺寸。
包容要求主要用于需严格保证配合性质的场合。
如图1，基本尺寸为20的轴与孔装配后，要求最小间隙为0，则轴与孔的尺寸可采用包容原则。
图1
轴的直径尺寸采用包容原则时，其最终加工尺寸应满足：
①体外作用尺寸（d fe）≤最大实体边界（MMB）（即Ø20）；
②局部实际尺寸（d al）≥最小实体边界（LMB）（即Ø19.998）；
孔的直径尺寸采用包容原则时，其最终加工尺寸应满足：
①体外作用尺寸（d fe）≥最大实体边界（MMB）（即Ø20）；
②局部实际尺寸（d al）≤最小实体边界（LMB）（即Ø20.012）；
当轴和孔装配后，最小间隙为0，最大间隙决定于轴和孔的公差值，图1中为0.014。
检验时，轴的实际圆柱面只要能通过直径等于最大实体边界尺寸Ø20的全形量规，且用两点法测得的局部实际尺寸大于或等于Ø19.998时，则该零件可判为合格；孔的实际圆柱面只要能通过直径等于最大实体边界尺寸Ø20的塞规，且用两点法测得的局部实际尺寸小于或等于Ø20.012时，则该零件可判为合格。
从以上分析可知：包容原则是将实际尺寸和形位公差同时控制在尺寸公差范围内的一种公差原则。
当零件的实际尺寸处处为最大实体尺寸时，其形位公差为零；当实际尺寸偏离最大实体尺寸时，则允许的形位公差可相应增大，其最大增大量为尺寸公差，从而在实现了尺寸公差和形位公差相互转化的同时，保证了配合的性质。
（二）最大实体原则的应用分析
最大实体原则是指当被测要素或基准要素偏离最大实体状态时，形位公差获得补偿的一种公差原则。
最大实体原则主要应用于要求保证可装配性（无配合性质要求）的场合。
如图2所示法兰盘上的普通螺栓联接，通孔位置只要求满足可装配性，即使基准A的位置稍有变化，零件的可装配性仍应满足，则在设计时基准及通孔的位置度公差
可采用最大实体原则。
图2
当基准A的轴线处于实效尺寸（基准的最大实体尺寸加其本身的未注直线度公差值），且被测孔处于最大实体尺寸（即Ø15）时，孔的轴线必须位于直径为Ø0.2，且相对基准成理想位置的圆柱面内，当被测孔偏离最大实体状态时，则其轴线位置的变动量将增加。
具体变化如表1。
表1被测孔轴线的位置度公差值
被测孔尺寸被测孔轴线的位置度公差值
Ø15 Ø0.2
Ø15.1 Ø0.2+ Ø0.1= Ø0.3
Ø15.3 Ø0.2+ Ø0.3= Ø0.5
当基准A的直径也偏离最大实体尺寸时，则成组要素的轴线可在一定的范围内变动。
具体变化情况如表2。
表2成组要素轴线相对于理想轴线的偏移量
基准A的尺寸成组要素轴线相对于理想轴线的偏移量
Ø150 Ø0
Ø149.98 Ø0.02
Ø149.96 Ø0.04
Ø149.95 Ø0.05
检验时，每个孔的直径应介于Ø15～ Ø15.3之间，且用位置量规（定位部位尺寸为基准要素的实效尺寸，即Ø150+未注直线度公差；测量部位尺寸为被测要素的实效尺寸，即Ø15- Ø0.2= Ø14.8，各被测部位的位置按图纸给定的几何关系）检测通过时，该零件可判为合格。
从以上分析可知：采用最大实体原则，因为它遵守实效边界，扩大了形位公差，提高了零件的合格率，有良好的经济性。
但最大实体原则只有当形位公差控制中心要素时才可使用。
（二）最小实体原则的应用分析
最小实体原则是指被测要素或基准要素偏离最小实体状态时，其形位公差获得补偿的一种公差原则。
被测要素的形位公差值是在该要素处于最小实体状态时给出的。
最小实体原则主要应用于保证最小临
界要素的场合。
如图3所示，图中0.250
8 Ø孔的轴线对基准A 的位置度公差采用了最小实体要求。
该孔应满足：
图3
①作用尺寸Dn ≤最小实体实效边界LMVB ； ②局部实际尺寸D al ≥最大实体尺寸MMS ；局部实际尺寸D al ≤最
小实体尺寸LMS。
根据最小实体原则，当被测孔处于最小实体尺寸Ø8.25时，其位置度公差为Ø0.4，当被测孔偏离最小实体尺寸时，其位置度公差可获得补偿，具体数据如表3
表3被测孔轴线的位置度公差值
被测孔尺寸被测孔轴线的位置度公差值
Ø8.25 Ø0.40
Ø8.15 Ø0.40+ Ø0.10= Ø0.50
Ø8.0 Ø0.40+ Ø0.25= Ø0.65
则孔壁与基准A间的最小距离为6-（8.25/2+0.40/2）=1.675mm，或6-（8.15/2+0.50/2）=1.675mm，或6-（8.0/2+0.65/2）=1.675mm。
可见，不管被测孔的尺寸是何值，孔壁至基准间的最小距离始终为定值。
从以上分析可知：零件的某些部位因强度或工艺上的需要，必须大于某一临界尺寸，且形位公差用以控制关联中心要素时，可采用最小实体原则来保证。
（四）结论
在实际设计过程中，若能正确选择公差原则，在使尺寸公差和形位公差获得相互转换的同时，或可保证必要的配合性质；或可保证最小临界要素；或可提高零件的合格率，降低加工成本。