河南機電學校 楊利明
機械零件測繪中有關尺寸圓整問題的探討
河南機電學校 楊利明
在機械零件測繪中,經(jīng)常會遇到零件尺寸被測量之后,如何確定公稱尺寸和公差的問題。本文,筆者對尺寸圓整、尺寸換算、尺寸協(xié)調的方法進行了探討,以便在實際機械測繪中能夠方便地確定基本尺寸、公差和偏差。
1.尺寸圓整。即根據(jù)實測尺寸數(shù)據(jù),分析、推斷并確定原設計尺寸的公稱尺寸和公差的過程。在測繪過程中,因為存在著制造和測量誤差,按實樣測出的尺寸往往不成整數(shù)。所以,需要對尺寸進行圓整。圓整包括確定基本尺寸的圓整和尺寸公差的圓整兩個方面。
2.設計圓整法。設計圓整法是最常用的一種圓整法,其方法基本上是按設計的程序,即以實測值為依據(jù),參照同類或類似產(chǎn)品的配合性質及配合類別,確定基本尺寸和尺寸公差。圓整前首先應進行數(shù)值優(yōu)化,數(shù)值優(yōu)化是指各種技術參數(shù)數(shù)值的簡化和統(tǒng)一,即設計制造中所使用的數(shù)值,為國標推薦使用的優(yōu)先數(shù)。數(shù)值優(yōu)化是標準化的基礎。本文,筆者將主要討論設計圓整法。
在工業(yè)產(chǎn)品的設計和制造中,常常要用到很多數(shù)。當選定一個數(shù)值作為某產(chǎn)品的參數(shù)指標時,這個數(shù)值就會按一定的規(guī)律向一切有關制品和材料中的相應指標傳播。例如,若螺紋孔的尺寸一定,則其相應的絲錐尺寸、檢驗該螺紋孔的塞規(guī)尺寸以及攻絲前的鉆孔尺寸和鉆頭直徑也隨之而定,這種情況稱為數(shù)值的傳播。
1.優(yōu)先數(shù)系。GB/T321-2005《優(yōu)先數(shù)和優(yōu)先數(shù)系》規(guī)定的優(yōu)先數(shù)系分別用符號R5,R10,R20和R40等表示,稱為R5系列,R10系列,R20系列和R40系列。
2.優(yōu)先數(shù)。優(yōu)先數(shù)系的各系列中任一個項值稱為優(yōu)先數(shù)。優(yōu)先數(shù)也叫常用值,是取三位有效數(shù)字進行圓整后規(guī)定的數(shù)值。
一般機械的主要參數(shù),如立式車床的主軸直徑、專用工具的主要參數(shù)尺寸都按R10系列確定,通用型材、零件及工具的尺寸和鑄件壁厚等按R20系列確定。設計任何產(chǎn)品,其主要尺寸及參數(shù)應有意識地采用優(yōu)先數(shù),使其在設計時就納入標準化軌道。
常規(guī)設計是指標準化的設計。它是以方便設計、制造和具有良好的經(jīng)濟性為主。在對常規(guī)設計的尺寸圓整時,一般都應使其符合國家標準GB/T2822-2005推薦的尺寸系列。尺寸系列的選取原則是:優(yōu)先數(shù)系R系列按R10系列,R20系列,R40系列的順序選用;如必須將數(shù)值圓整,可在Ra系列中按Ra10,Ra20、Ra40順序選用。
(1)圓整時一般都應將全部實測尺寸圓整成整數(shù)。對于配合尺寸,也應按照國家標準圓整成整數(shù)。
例如,實測一對配合孔和軸,孔的尺寸為Φ25.012mm,軸的尺寸為Φ24.978mm,需確定圓整尺寸和尺寸公差。
(2)考慮確定基本尺寸。根據(jù)孔、軸的實測尺寸,只有R10系列的基本尺寸Φ25.0mm靠近實測值。故將該配合的基本尺寸選為Φ25mm。通過對此配合結構的分析可知,該配合為基孔制間隙配合。從相關技術資料獲知,此配合屬單件小批生產(chǎn)。根據(jù)工藝要求,單件小批生產(chǎn)時,零件尺寸靠近最大實體尺寸,即孔的尺寸靠近最小極限尺寸,軸的尺寸靠近最大極限尺寸。已知軸的尺寸為Φ24.978mm=Φ(25-0.022)mm,靠近軸的基本偏差。查軸的基本偏差,在Φ25mm所在的尺寸段內,與協(xié)Φ(25-0.022)mm最靠近的基本偏差只有為-0.020mm,即軸的基本偏差代號為f.。
(3)確定公差等級。通過查標準公差數(shù)值表,得Φ25mm軸的公差等級為IT7級。又根據(jù)工藝等價的性質,推出孔的公差等級比軸低一級,為IT8級。根據(jù)上述分析與計算,該孔軸配合的尺寸公差為Φ25H8/f7或Φ25+0.0330mm/Φ25-0.020-0.041mm。
1.非常規(guī)設計尺寸圓整的原則。
(1)基本尺寸和尺寸公差數(shù)值不一定都是標準化數(shù)值,可以根據(jù)需要,在進行尺寸圓整時,對一些性能尺寸、配合尺寸、定位尺寸等允許保留到小數(shù)點后一位,個別重要的和關鍵性的尺寸,允許保留到小數(shù)點后兩位,其他尺寸則圓整為整數(shù)。
(2)將實測尺寸圓整為整數(shù)或帶一兩位小數(shù)時,尾數(shù)刪除應采用四舍六入五單雙法,即尾數(shù)刪除時,逢四以下舍,逢六以上進,遇五則以保證偶數(shù)的原則決定進舍。
(3)刪除尾數(shù)時,是按一組數(shù)來進行刪除的,而不得逐位地進行刪除。
(4)所有尺寸圓整時,都應盡可能使其符合國家標準推薦的尺寸系列值,尺寸尾數(shù)多為0、2、5、8及某些偶數(shù)值。
2.軸向功能尺寸的圓整。軸向尺寸中的功能尺寸(例如參與軸向裝配尺寸鏈的尺寸)圓整時,依據(jù)大批量生產(chǎn)中其隨機誤差分布符合正態(tài)曲線的特征,所以可假定零件的實際尺寸位于零件公差帶的中部,即當尺寸僅有一個實測值時,就可將該實測值當成公差中值。同時盡量將基本尺寸按國標所給尺寸系列圓整成整數(shù),并保證所給公差在IT9級以內。公差值采用單向或雙向公差。當該尺寸在尺寸鏈中屬孔類尺寸時,取單向正公差[如Φ(30+0.026)mm];當該尺寸屬軸類尺寸時,取單向負公差[如Φ(30-0.026)mm];當該尺寸屬長度尺寸時,采用雙向公差[如(30±0.026)mm]。
例如,某傳動軸的軸向尺寸參與裝配尺寸鏈計算,實測值為84.99mm,將其圓整。這里需確定基本尺寸。查標準尺寸系列表,確定基本尺寸為85mm。確定公差數(shù)值。查標準公差數(shù)值表,在基本尺寸大于(80~120)mm時,公差等級為IT9的公差值為0.087mm。取公差值為0.080mm。將實測值84.99mm當成公差中值,得圓整方案為(85+0.04)mm。由于,公差值為0.08mm,在IT9公差值以內且接近該公差值,并采用雙向公差。實測值84.99mm接近(85±0.04)mm的公差中值。故該圓整方案合理。
3.非功能尺寸的圓整。非功能尺寸是指一般公差的尺寸(未注公差的線性尺寸),包含功能尺寸外的所有軸向尺寸和非配合尺寸。
圖紙上未注公差的尺寸,人們習慣上稱為自由尺寸,但不應把自由尺寸理解為尺寸不受任何限制,可以任意變動。原則上講,圖紙上每一個尺寸都應給出公差。若這樣處理,不但會大大增加設計人員的工作量,而且注滿了公差會使尺寸標注失去清晰性。所以,通常的做法是只對少量的重要尺寸即主要尺寸才注出公差數(shù)值。這樣可使圖紙清晰地表示出哪些尺寸將影響產(chǎn)品的功能。由于一般公差不需在圖樣上進行標注,則突出了圖樣上的注出公差的尺寸,可使制造人員和工藝人員把注意力集中在這些尺寸上,在進行加工和檢驗時對這些注出尺寸給予應有的重視,從而有利于提高產(chǎn)品的質量并降低制造成本。
采用自由尺寸的主要場合為圓整非功能尺寸時,主要是合理確定基本尺寸,保證圓整后的基本尺寸應符合國家標準規(guī)定的優(yōu)先數(shù)、優(yōu)先數(shù)系和標準尺寸。除個別外,一般不保留小數(shù),例如8.03圓整為8,30.08圓整為30等。
尺寸協(xié)調是指相互結合、聯(lián)接、配合的零件或部件間的尺寸的合理調整。一臺機器或設備通常由許多零件、組件和部件組成。因此,不但要考慮部件中零件與零件之間的關系,而且還要考慮部件與部件之間,部件與組件或零件之間的關系。所以在標注尺寸時,必須把裝配在一起的或在裝配尺寸鏈中有關零件的尺寸一起測量,將測量結果加以分析比較,最后一并確定基本尺寸和尺寸偏差。如圖1所示的法蘭盤,其上孔的位置尺寸是在協(xié)調后采用相用的標注方法,圖2中的尺寸A、B,可能會影響裝配精度和部件的工作性能,所以兩尺寸在協(xié)調后取值不同。
圖2 零件配合
機器內部各配合部位的尺寸,(如孔、軸、槽等),應盡量做到同時測量、同時圓整、統(tǒng)一考慮,以保證尺寸的協(xié)調一致。很多結合面的外形,由于毛坯的制造不十分規(guī)整,測繪時應在分析的基礎上確定兩零件結合面的外形尺寸,以保證結合處外形的統(tǒng)一。
因此,在尺寸圓整時不僅應注意到相關尺寸的數(shù)值,而且在尺寸的標注形式上也必須進行協(xié)調。