机械零件精度设计与实例

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1、第12章机械零件精度设计与实例教学提示：通过轴、齿轮和箱体等典型零件的精度设计实例，开拓视野，为实际应用奠定基础。教学要求：了解精度设计的方法，从总体掌握精度设计的内容，为零件的精度设计奠定基础。12.1机械精度设计概述机器精度的设计尽管需要从多方面进行分析与计算，但总是要根据给定的整机精度，确定出各个组成零件的精度。因此，零件的精度设计是整机精度设计的基础。影响零件精度的最基本因素是零件的尺寸、形状、方向和位置以及表面粗糙度，因而，精度设计的主要内容包括尺寸公差、形位公差、表面质量等几个方面的选择与设计。几何精度设计的方法主要有：类比法、计算法和试验法三种。12.1.1类比法类比法就是与

2、经过实际使用证明合理的类似产品上的相应要素相比较，确定所设计零件几何要素的精度。采用类比法进行精度设计时，必须正确选择类比产品，分析它与所设计产品在使用条件和功能要求等方面的异同，并考虑到实际生产条件、制造技术的发展、市场供求信息等多种因素。采用类比法进行精度设计的基础是资料的收集、分析与整理。类比法是大多数零件要素精度设计采用的方法。类比法亦称经验法。12.1.2计算法计算法就是根据由某种理论建立起来的功能要求与几何要素公差之间的定量关系，计算确定零件要素的精度。例如：根据液体润滑理论计算确定滑动轴承的最小间隙；根据弹性变形理论计算确定圆柱结合的过盈；根据机构精度理论和概率设计方法计算确

3、定传动系统中各传动件的精度等。目前，用计算法确定零件几何要素的精度，只适用于某些特定的场合。而且，用计算法得到的公差，往往还需要根据多种因素进行调整。12.1.3试验法试验法就是先根据一定条件，初步确定零件要素的精度，并按此进行试制。再将试制产品在规定的使用条件下运转，同时，对其各项技术性能指标进行监测，并与预定的功能要求相比较，根据比较结果再对原设计进行确认或修改。经过反复试验和修改，就可以最终确定满足功能要求的合理设计。·218·互换性与测量技术基础试验法的设计周期较长且费用较高，因此，主要用于新产品设计中个别重要要素的精度设计。迄今为止，几何精度设计仍处于以经验设计为主的阶段。大多数

4、要素的几何精度都是采用类比的方法凭实际工作经验确定的。计算机辅助公差设计(CAT)的研究还刚刚开始，要使计算机辅助公差设计进入实用化，还需要进一步的研究。12.2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

5、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12.1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12.1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12.2(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

6、L2和L5共同确定尺寸l的精度)。如改为图12.2(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12.2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12.3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12.3(a)表示

7、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·218·第12章机械零件精度设计与实例·219·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12.3(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