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机械图样中的技术要求模板
第13章机械图样中的技术要求
机械图样中除了有图形和尺寸外,还必须有说明产品制造时应达到的一些技术要求,如表面结构、极限与配合、几何公差、材料的热处理、材料的要求和说明、特殊加工要求、检验和试验说明等。
本章将简述图样中的表面结构、极限与配合、几何公差等技术要求。
【本章重点】
∙表面结构的概念
∙表面结构的标注
∙极限与配合的基本概念
∙极限与配合的标注
∙几何公差的基本概念
∙几何公差的标注
13.1表面结构
表面结构是表面粗糙度、表面波纹度、表面缺陷和表面几何形状的总称。
13.1.1表面结构的形成
表面结构的特性一般不是孤立存在,多数表面是由于粗糙度、波纹度及形状误差综合影响产生的结果,如图13-1所示
图13-1表面结构特性
1.表面粗糙度的形成
表面粗糙度主要是由采用的加工方法形成的。
如切削过程中,工件加工表面留下的刀痕,以及切削撕裂时的材料塑性变形等原因形成。
2.表面波纹度的形成
表面波纹度由机床或工件的绕曲、振动、颤动、形成材料应变的各种原因,以及一些外部原因等因素形成。
3.表面几何形状的形成
表面几何形状一般由机器或工件的绕曲或导轨误差引起。
提示:
下面以表面粗糙度为主要评定指标,讲述表面结构具体标注使用方法。
13.1.2表面粗糙度
4.表面粗糙度的概念
表面粗糙度是指加工表面上具有的较小间距和峰谷所组成的微观几何形状特性。
也就是物体的加工表面经过加工后遗留的痕迹,在微小的区间内形成的高低不平程度。
在放大镜下显示的情况,如图13-2所示。
图13-2表面微观结构
5.表面粗糙度的主要评定参数
零件表面粗糙度的评定参数有轮廓算术平均偏差(Ra)、轮廊最大高度(Rz)等参数,使用时优先选用轮廓算术平均偏差(Ra)参数。
(1)轮廓算术平均偏差(Ra)的概念及数值
在取样长度lr内,沿测量方向的轮廓上,各点到基准线的距离Zi的绝对值的算术平均值,称为轮廓算术平均偏差。
如图13-3所示。
图13-3轮廓算术平均偏差Ra
公式表示为:
或:
轮廓算术平均偏差(Ra)的数值,一般可从如表13-1所示中选取。
表13-1Ra的数值(µm)
Ra
0.012
0.025
0.05
0.1
0.2
0.4
0.8
1.6
3.2
6.3
12.5
25
50
100
(2)轮廓最大高度(Rz)的概念及数值
在取样长度lr内,最大轮廓峰高Zp与最大轮廓谷深Zv之和,称为轮廊最大高度。
如图13-4所示。
图13-4轮廓最大高度Rz
公式表示为:
轮廓最大高度(Rz)的数值,一般可从如表13-2所示中选取。
表13-2Rz的数值(µm)
Rz
0.025
0.05
0.1
0.2
0.4
0.8
1.6
3.2
6.3
12.5
25
50
100
200
400
800
1600
13.1.3表面结构的图形代号
在技术产品文件中,对表面结构的要求可用几种不同的图形符号表示。
每种符号都有特定含义,如表13-3所示。
图形符号一般应附加对表面结构的补充要求,补充要求其形式有数字、图形符号和文本。
在特殊情况下,图形符号可以在技术图样中单独使用,以表达特殊意义。
6.基本图形符号
表面结构的基本图形符号如表13-3所示。
表13-3图形符号
符号
意义
基本图形符合仅用于简化代号标注,没有补充说明时不能单独使用。
在基本图形代号上加一短横,表示指定表面是用去除材料的方法获得,例如通过机械加工获得的表面。
在基本图形代号上加一个圆圈,表示指定表面是用不去除材料的方法获得。
7.完整图形符号
表面结构的完整图形符号如表13-4所示。
表13-4完整图形符号和工件轮廓各表面的图形符号
符号
意义
当要求标注表面结构特征的补充信息时,应在图形符号的长边上加一横线,以便标注补充信息。
当在图样某个视图上构成封闭轮廓的各表面有相同的表面结构要求时,应在完整图形符号上加一个圆圈。
说明:
在图样某个视图上构成封闭轮廓的各表面有相同的表面结构要求时,图形符号标注在图样中工件的封闭轮廓线上,如图13-5所示,图中除前后表面外,其他封闭轮廓的六个表面有共同要求。
如果该标注会引起歧义时,各表面应分别标注。
图13-5封闭轮廓表面结构标注
8.图形符号的画法
技术图样中图形符号的画法如图13-6所示。
图13-6图形符号的画法
9.图形符号的尺寸
技术图样中图形符号和附加标注的尺寸如表13-5所示,其中图形符号的水平线长度取决于其上下所注写的内容长度。
图形符号中书写的数字和大写字母等文本的高度h,应与图样中标注尺寸数字的字号相一致。
表13-5图形符号的尺寸单位:
mm
数字字母高度h
2.5
3.5
5
7
10
14
20
符号线宽d′
0.25
0.35
0.5
0.7
1
1.4
2
字母线宽d
高度H1
3.5
5
7
10
14
20
28
高度H2(最小值)
7.5
10.5
15
21
30
42
60
注:
H2取决于标注内容
10.表面结构代号
图形符号中加注对表面结构的补充要求后,可称为表面结构代号。
表面结构补充要求包括:
表面结构参数代号、数值、传输带/取样长度。
说明:
传输带是评定表面结构时的波长范围。
此内容后续课程将专门讲述。
(3)在完整代号中,对表面结构的单一要求应注写在指定位置,如图13-7所示,
图13-7表面结构代号补充要求的注写位置
(4)表面结构代号注写的内容如表13-6所示。
表13-6表面结构代号注写的内容
位置
注写内容
a
注写表面结构的单一要求;如有两个或多个表面结构要求,注写第一个表面结构要求。
b
注写两个或多个表面结构要求中的第二个要求。
c
注写加工方法、表面处理、涂层或其他加工工艺要求等。
d
注写所要求的表面纹理和纹理的方向。
e
注写所要求的加工余量,以毫米为单位给出数值。
提示:
在a和b位置注写三个或更多表面结构要求时,图形符号应在垂直方向扩大,以留出足够的空间。
扩大图形符号时,a和b的位置随之上移,如图13-7所示。
13.1.4表面结构的标注方法
13.1.4.1基本规则
(5)表面结构要求对每一表面一般只标注一次。
(6)表面结构尽可能标注在相应的尺寸及其公差(见13.2)的同一视图上。
(7)除非另有说明,所标注的表面结构要求是对完工零件表面的要求。
13.1.4.2表面结构符号、代号的标注位置与方向
(8)表面结构的注写和读取方向与尺寸的注写和读取方向一致,如图13-8所示。
图13-8表面结构要求的注写方向
(9)表面结构要求可标注在轮廓线上,其符号应从材料外指向并接触表面。
必要时,表面结构符号也可以用带箭头或黑点的指引线引出标注,如图13-9、图13-20所示。
图13-9表面结构要求在轮廓线上的标注
(a)(b)
图13-10用指引线标注表面结构要求
(10)表面结构代号的标注位置和方向应按如图13-11所示标注。
(a)(b)
图13-11表面结构代号标注方向
(11)在不致引起误解时,表面结构要求可以标注在给定的尺寸线上,如图13-12所示。
图13-12表面结构要求标注在尺寸线上
(12)表面结构要求可以标注在几何公差(见13.3)框格的上方,如图13-13所示。
(a)(b)
图13-13表面结构要求标注在几何公差框格的上方
(13)表面结构要求可以直接标注在延长线上,或带箭头的指引线引出标注,如图13-9、图13-14所示。
图13-14表面结构要求标注在圆柱特征的延长线上
(14)圆柱和棱柱表面结构要求只标注一次,如图13-14所示。
如果每个棱柱表面有不同的表面结构要求,则应分别单独标注,如图13-15所示。
图13-15圆柱和棱柱表面结构要求的注法
13.1.4.3表面结构要求的简化注法
11.有相同表面结构要求的简化注法
如果工件的多数(包括全部)表面有相同的表面结构要求,则其表面结构要求可统一标注在图样的标题栏附近。
此时(除全部表面有相同要求的情况外),表面结构要求的符号后面应有:
(15)在圆括号内给出无任何其他标注的基本符号,如图13-16(a)所示。
(16)在圆括号内给出不同的表面结构要求,如图13-16(b)所示。
(17)除按以上两项规定标注出表面结构要求外,如果还有不同的表面结构要求应直接标注在图形中,如图13-16(a)(b)所示。
(a)(b)
图13-16大多数表面有相同表面结构要求的简化注法
12.多个表面有共同要求的注法
当多个表面具有相同的表面结构要求或图纸空间有限时,可采用简化标注。
(18)可用带字母的完整符号,以等式的形式,在图形或标题栏附近,对有相同表面结构要求的表面进行简化标注,如图13-17所示。
图13-17图纸空间有限时的简化画法
(19)可用基本图形符号和扩展图形符号的表面结构符号,以等式的形式给出对多个表面共同的表面结构要求,如图13-18所示。
(a)未指定工艺方法(b)要求去除材料方法(c)不允许去除材料方法
图13-18只用表面结构符号的简化画法
13.1.4.4特殊情况的注法示例
(20)同一表面的不同部分有不同的表面结构要求时,可用细实线画出分界线位置,并标出尺寸,然后分别标出表面结构代号,如图13-19所示。
图13-19同一表面有不同表面结构要求的注法
(21)连续表面只注一次表面结构代号,如图13-20所示。
图13-20连续表面的注法
(22)不连续的同一表面,用细实线连接后,只需标注一次表面结构代号,如图13-21所示。
图13-21不连续的同一表面注法
(23)孔、槽、齿等重复要素的表面,只注一次表面结构代号。
如齿轮、渐开线花键、螺纹等工作表面,在没有画出齿形时,表面结构代号的标注方法分别如图13-22、图13-23、图13-24所示。
图13-22重复要素注法
图13-23花键注法图13-24螺纹注法
(24)中心孔及键槽的工作表面,倒角、圆角等表面结构要求,可简化标注,如图13-25所示。
图13-25中心孔、键槽、倒角、圆角表面结构注法
13.2极限与配合
13.2.1极限与配合的基本概念
13.零件的互换性
在机械产品的生产过程中,在许多相同规格的成品零件中任取一件,不经任何选择和修配,装配到机器上,并能保证机器的设计和使用性能,这种性质称为互换性。
零件具有互换性,就为机械装备现代化的设计和生产提供了可能性。
14.尺寸公差
在零件的加工过程中,由于受到机床、刀具、夹具、测量工具和操作技能等因素的影响,使得完工的产品其尺寸必然存在一定的误差。
为了保证零件的互换性,在满足使用性能的基础上,合理地给零件的尺寸规定了一个允许的变动范围,该允许的尺寸变动量称为尺寸公差,简称公差。
图13-26极限与配合示意图
15.基本术语及定义
(25)基本尺寸
设计时给定的尺寸。
如图13-26所示。
(26)实际尺寸
零件制造完成后,通过测量所得的尺寸。
(27)极限尺寸
允许零件尺寸变化的两个极限值,它以基本尺寸为基数来确定。
其中较大的一个尺寸称为最大极限尺寸,较小的一个尺寸称为最小极限尺寸,如图13-26所示。
(28)尺寸偏差
某一尺寸减去其基本尺寸所得的代数差。
简称偏差。
尺寸偏差有上偏差、下偏差和实际偏差,如图13-26所示。
∙上偏差=最大极限尺寸-基本尺寸
∙下偏差=最小极限尺寸-基本尺寸
∙实际偏差=实际尺寸-基本尺寸。
国家标准规定用代号ES和es分别表示孔和轴的上偏差,用EI和ei分别表示孔和轴的下偏差。
说明:
上偏差和下偏差统称为极限偏差。
偏差可以为正、负或零值。
(29)尺寸公差
允许尺寸的变动量。
简称公差,如图13-26所示。
∙公差=∣最大极限尺寸-最小极限尺寸∣=∣上偏差-下偏差∣
(30)零线
在极限与配合图解中,确定偏差为零的一条基准线,如图13-26所示。
(31)尺寸公差带
表示公差大小和相对于零线位置的一个区域,简称公差带。
如图13-26所示表示了一对相互结合的孔和轴的基本尺寸、极限尺寸、偏差、公差的相互关系。
为了便于分析,一般将尺寸公差与基本尺寸的关系,按比例放大画成简图,称为公差带图,如图13-27所示。
在公差带图中,零线是表示基本尺寸的一条直线。
图13-27公差带图
16.标准公差和基本偏差
公差带由标准公差和基本偏差两个要素组成。
标准公差确定公差带的大小,而基本偏差确定公差带的位置(相对零线的位置),如图13-28所示。
图13-28标准公差和基本偏差图示
(32)标准公差
在国家标准极限与配合制中,用以确定公差带大小的任一公差,称为标准公差。
标准公差系列是由不同公差等级和不同基本尺寸的标准公差构成。
标准公差的符号为IT,国家标准将标准公差分为20级,即IT01、IT0、IT1、IT2…、IT18。
其表示尺寸的精确程度从IT01~IT18依次降低。
在一般的配合尺寸中,孔用IT6-IT12级,轴用IT5-IT12级。
在保证产品质量的前提下,应选用较低的公差等级。
标准公差的具体数值见附表19。
(33)基本偏差
在国家标准极限与配合制中,确定公差带相对零线位置的那个极限偏差。
其可以是上偏差或下偏差,一般是指靠近零线的那个偏差。
当公差带在零线的上方时,基本偏差为下偏差;当公差带在零线的下方时,基本偏差为上偏差,如图13-28所示。
基本偏差的代号用拉丁字母表示,大写字母为孔的基本偏差代号,小写字母为轴基本偏差代号,各28个。
轴和孔的基本偏差数值见附表20、附表21。
基本偏差系列如图13-29所示。
基本偏差系列图中可知,孔的基本偏差A~H为下偏差,J~ZC为上偏差;轴的基本偏差a~h为上偏差,j~zc为下偏差;JS和js的公差带对称于零线两边,孔和轴的上、下偏差可分别是+IT/2或-IT/2。
基本偏差系列图只表示公差带的位置,不表示公差的大小,因此,公差带一端开口,开口的一端由标准公差限定。
图13-29基本偏差系列
原则上公差等级与基本偏差无关,但有少数基本偏差对不同的公差等级使用不同的数值,如K在4到7级范围内使用一种数值,而在其他公差等级范围内全部为零,所以如图13-29所示中,K的基本偏差分成高低不同的两个部分。
根据尺寸公差的定义,基本偏差和标准公差的计算公式如下:
孔:
ES=EI+IT或EI=ES-IT
轴:
es=ei+IT或ei=es-IT
孔和轴的公差带代号由基本偏差代号与公差等级代号组成。
【例12-1】:
Φ50H8
【分析】:
H8—孔的公差带代号,H—孔的基本偏差代号,8—标准公差的等级代号。
【例12-2】:
Φ50f7
【分析】:
f7—轴的公差带代号,f—轴的基本偏差代号,7—标准公差的等级代号。
17.配合
基本尺寸相同相互结合的孔和轴公差带之间的关系,称为配合。
根据不同的使用要求,孔和轴之间的配合可松可紧。
(34)配合种类
①间隙配合孔与轴装配时有间隙(包括最小间隙等于零)的配合。
孔的公差带在轴的公差带之上,如图13-30所示。
图13-30间隙配合
②过渡配合孔与轴装配时,可能有间隙或过盈的配合。
孔的公差带与轴的公差带互相交叠,如图13-31所示。
图13-31过渡配合
③过盈配合孔与轴装配时有过盈(包括最小过盈等于零)的配合。
孔的公差带在轴的公差带之下,如图13-32所示。
图13-32过盈配合
(35)配合制
同一极限制的孔和轴组成配合的一种制度,称为配合制。
为了便于选择配合,减少零件加工的专用刀具和量具,国家标准规定了基孔制和基轴制两种配合制度。
①基孔制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。
基孔制的孔称为基准孔,基准孔的下偏差为零,其基本偏差代号为H,如图13-33所示。
图13-33基孔制配合
②基轴制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。
基轴制的轴称为基准轴,基准轴的上偏差为零,其基本偏差代号为h,如图13-34所示。
图13-34基轴制配合
提示:
极限制是经标准化的公差与偏差制度。
13.2.2极限与配合的标注
18.配合代号
配合代号是由孔和轴的公差带代号组成,书写成分数形式,分子为孔的公差带代号,分母为轴的公差带代号。
通常分子中含H的为基孔制配合,分母中含h的为基轴制配合。
【例12-3】:
Φ25H7/g6
【分析】:
该配合的基本尺寸为Φ25,基孔制的间隙配合,基准孔的公差带为H7,轴的公差带为g6。
【例12-4】:
Φ25N7/h6
【分析】:
该配合的基本尺寸为Φ25,基轴制的过渡配合,基准轴的公差带为h6,孔的公差带为N7。
19.极限与配合在图样上的标注
(36)在装配图上标注极限与配合,采用组合式注法,即标注配合代号,如图13-35(a)所示。
(37)在零件图上的标注方法有三种形式:
∙只注公差带代号,如图13-35(b)所示;
∙只注极限偏差数值,如图13-35(c)所示;
∙注出公差带代号及极限偏差数值,如图13-35(d)所示,此时偏差数值必须加上括号。
(a)(b)(c)(d)
图13-35极限与配合在图样上的标注
(38)标注极限偏差时,偏差数值比基本尺寸数字的字体要小一号,偏差数值前必须注出正负号(偏差为零时除外)。
上、下偏差值的小数点必须对齐,小数点后的位数也必须相同,如Φ60
、Φ60
。
若上、下偏差的数值相同而符号相反时,则在基本尺寸后加注“±”号,再书写数值,其数字大小与基本尺寸数字的大小相同,例如Φ50±0.25。
20.查表确定极限偏差值
根据基本尺寸和配合代号可通过查表得到极限偏差数值。
【例12-5】:
孔Φ50H8
【分析】:
查标准公差数值表(附录表19),在基本尺寸大于30至50行中查得IT8为39;查孔的基本偏差表(附录附表21),在基本尺寸大于40至50行中查得下偏差H为0;得
,此即孔的偏差,标注为Φ50
。
【例12-6】:
轴Φ50h7
【分析】:
查标准公差数值表(附录表19),在基本尺寸大于30至50行中查得IT7为25;查轴的基本偏差表(附录附表20),在基本尺寸大于40至50行中查得上偏差h为0;得
,此即轴的偏差,标注为Φ50
。
【例12-7】:
孔和轴配合Φ30H7/p6
【分析】:
可根据Φ30H7和Φ30p6分别查标准公差数值表、孔的基本偏差表和轴的基本偏差表得:
孔:
Φ30H7(
);轴Φ30p6(
)。
由其偏差值可知这对配合为过盈配合。
13.3几何公差简介
13.3.1几何公差的概念
零件加工后,不仅存在尺寸的误差,而且会产生几何形状误差,以及某些要素的相互位置误差。
如图13-36所示,圆柱体的几何形状出现误差。
再如图13-37所示,阶梯轴各段圆柱体不同轴线,轴线的位置出现误差。
在机器中某些要求较高的零件,不仅需要保证尺寸公差的要求,而且还要保证几何公差的要求,这样才能满足零件的使用要求和装配互换性。
(a)理想形状(a)理想形状
(b)实际形状(b)实际形状
图13-36几何形状误差图13-37相互位置误差
21.要素
要素是指工件上的特定部位,如点、线或面,如图13-38所示。
这些要素可以是组成要素(如圆柱体的外表面),也可以是导出要素(如中心线或中心面)。
图13-38几何要素
(39)轮廓要素
零件外表轮廓上的点、线、面,即可触及到的要素,如图13-38所示的素线、顶点、球面、圆锥面、圆柱面等。
(40)中心要素
依附于轮廓要素而存在的点、线、面,即不便触及但客观存在的要素,如图13-38所示的球心、轴线、中心线等。
(41)被测要素
给出几何公差要求的要素,是检测的对象。
(42)基准要素
用来确定被测要素几何关系的参照要素,应为理想要素。
(43)单一要素
按其功能要求而给出几何公差的被测要素。
是独立的,与基准无关的要素。
(44)关联要素
相对基准要素有功能关系而给出相互位置公差要求的被测要素。
22.几何公差的代号
国家标准规定用代号来标注几何公差。
几何公差代号包括几何公差各项目的符号、公差框格及指引线、公差数值以及基准代号和其它有关符号等。
(1)几何公差的几何特征、符号如表13-7所示.
表13-7几何特征符号
公差类型
几何特征
符号
基准
公差类型
几何特征
符号
基准
形状公差
直线度
无
方向公差
垂直度
有
平面度
无
倾斜度
有
圆度
无
位置公差
位置度
有或无
圆柱度
无
同心(同轴)度
有
线轮廓度
无
对称度
有
面轮廓度
无
跳动公差
圆跳动
有
方向公差
平行度
有
全跳动
有
23.几何公差带
几何公差带是用来限制实际被测要素变动的区域,如表13-8所示。
表13-8几何公差带区域
两平行线之间
两等距线之间
两同心圆之间
两平行面之间
两等距面之间
两同轴圆柱面之间
一个圆柱面内
一个圆内
一个圆球面内
13.3.2几何公差的标注
24.公差框格简介
(45)公差框格的高度
公差框格用细实线绘制,框格中的文字与图样中文字的字号应一致,公差框格的高度、线宽和字体的比例关系如表13-9所示。
表13-9公差框格的高度、线宽和字体的比例关系
特征
推荐尺寸
框格高度H
5
7
10
14
20
28
40
字体高度h
2.5
3.5
5
7
10
14
20
线条粗细d
0.25
0.35
0.5
0.7
1
1.4
2
(46)公差框格的推荐宽度,如图13-39所示。
∙第一格等于框格的高度;
∙第二格与标注的内容相适应;
∙第三格及以后各格与标注的有关字母相适应。
(47)公差框格尺寸
如图13-39所示为框格尺寸图示。
图13-39框格尺寸
25.被测要素的标注
被测要素是给出几何公差要求的要素,标注时用指引线连接被测要素和公差框格,指引线引自框格的任意一侧,终端带箭头。
(48)当公差涉及轮廓线或轮廓面时,箭头指向该要素的轮廓线或其延长线,并与尺寸线明显错开,箭头的方向与几何公差值的测量方向一致,如图13-40所示。
(a)(b)
图13-40被测要素标注方法
(一)
(49)当公差涉及实际平面时,箭头也可指向引出线的水平线,引出线引自被测面,其末端画一圆点,如图13-41所示。
图13-41被测要素标注方法
(二)
(50)当公差涉及要素的中心线、中心面或中心点时,箭头应位于相应尺寸线的延长线上,如图13-
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