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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I的精度(因这时要由尺寸L2和L5共同确定尺寸I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
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I;
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。
完整的轴向尺寸设计与标注方式,如图12.3(c)所示。
(b)
图12.2轴向尺寸的不合理设计与标注
(a)
(c)
图12.3轴的车削过程及轴向尺寸的设计与标注
12.2.1尺寸公差的确定
轴类零件有以下各处需要设计与标注尺寸公差,即选择确定其公差值,一般采用类比
法确定。
1安装传动零件(齿轮、蜗轮、带轮、链轮等)、轴承以及其他回转件与密封处轴的直径公差,公差值按装配图中选定的配合性质从公差配合表中选择确定。
2键槽的尺寸公差。
键槽的宽度和深度的极限偏差按键联结标准规定选择确定。
为了检验方便,键槽深度一般标注尺寸d—t极限偏差(此时极限偏差取负值)。
3轴的长度公差。
在减速器中一般不作尺寸链的计算,可以不必设计确定长度公差。
一般采用自由公差,按h12,h13或H12、H13确定。
12.2.2形位公差的确定
各重要表面的形状公差和位置公差。
根据传动精度和工作条件等,可确定以下各处的形位公差:
1.配合表面的圆柱度
与滚动轴承或齿轮(蜗轮)等配合的表面,其圆柱度公差约为轴直径公差的1/2;
与联轴器和带轮等配合的表面,其圆柱度公差约为轴直径公差的0.6〜0.7倍。
2.配合表面的径向跳动公差
轴与齿轮,蜗轮轮毂的配合部位相对滚动轴承配合部位的径向跳动公差可按表12-1确定。
表12-1轴与齿轮、蜗轮配合部位的径向跳动度
齿轮精度等级或运动精度等级
6
7,8
9
轴在安装轮毂部
圆柱齿轮和圆锥齿轮
2IT32IT42IT5
位的径向跳动度
蜗杆、蜗轮
2IT52IT6
注:
IT为轴配合部分的标准公差值,(见表3-4)。
轴与联轴器、带轮的配合部位相对滚动轴承配合部位的径向跳动度可按表12-2确定。
表12-2轴与联轴器带轮配合部位的径向跳动度
转速n/rpm
300
600
100015003000
径向跳动度/mm
0.08
0.04
0.0240.0160.0
)8
1轴与两滚动轴承的配合部位的径向跳动度,其公差值:
对球轴承为IT6,对滚子轴承为IT5。
2轴与橡胶油封接触部位的径向跳动度:
轴转速n<
500rpm,取0.1mm;
n>
500〜1000rpm,取0.07mm;
轴转速n>
1000〜1500rpm,取0.05mm;
1500〜3000rpm,取
0.02mm。
3•轴肩的端面跳动公差
1与滚动轴承端面接触:
对球轴承取(1〜2)IT5;
对滚子轴承取(1〜2)IT4
2与齿轮、蜗轮轮毂端面接触:
当轮毂宽度I与配合直径d的比值<
0.8时,可按表12-3确定端面跳动度;
当比值I/d>
0.8时,可不标注端面跳动度。
表12-3轴与齿轮、蜗轮轮毂端面接触处的轴肩端面跳动度
精度等级或接触精度等级
轴肩的端面跳动度
2IT32IT4
2IT5
4.平键键槽两侧面相对轴线的平行度和对称度
平行度公差约为轴槽宽度公差的1/2;
对称度公差约为轴槽宽度公差的2倍。
5.轴的尺寸公差和形位公差设计与标注示意图
图12.4为轴的尺寸公差和形位公差设计与标注示意图。
表12-4归纳了轴上应设计与
标注的形位公差项目及其对工作性能的影响。
按本i训疗仁再仆衣4不和的制心用曲
按眾仔推荐M再介衣斗J和⑷
图12.4轴的尺寸公差和形位公差设计与标注指示图
表12-4轴的形位公差推荐项目
内容
项目
符号
对工作性能的影响
形状公差
与传动零件相配合表面的圆度
圆柱度
与轴承相配合表面的
圆度
影响传动零件与轴配合的松紧及对中性
影响轴承与轴配合的松紧及对中性
(续)
位置公差
齿轮和轴承的定位端面相对应配合
表面的
端面圆跳动
同轴度
全跳动
/◎
影响齿轮和轴承的定位及其承载的均匀性
与传动零件相配合的表面以及与轴
承相配合的表面相对于基准轴线的
径向圆跳动或全跳动
/
影响传动零件和轴
承的运转偏心
键槽相对轴中心线的
对称度
平行度
(要求不高时不注)
影响键承载的均匀性及
装拆的难易
按以上推荐确定的形位公差数值,应圆整至相应的标准公差值。
12.2.3表面粗糙度的确定
轴的各个表面都需要进行加工,其表面粗糙度数值可按表12-5推荐值的确定,或查其他手册。
表12-5推荐用的轴加工表面粗糙度数值
加工表面
表面粗糙度值Ra/^m
与传动件及联轴器等轮毂相配合的表面1.6
~0.4
与普通精度等级轴承相配合的表面0.8(
当轴承内径d<
80mm)
1.6(当轴承内径d>
80mm)
与传动件及联轴器相配合的轴肩表面3.2
〜1.6
与滚动轴承相配合的轴肩表面
1.6
平键键槽3.2
〜1.6(工作面)1.6(非工作面)
与轴承密封装置相接触的表面
毡封油圈橡胶油封
间隙或迷宫式
与轴接触处的圆
周速度(m/s)
3.2〜1.6
<
3>
3
~5>
5
〜10
3.2〜1.60.8
~0.40.4
〜0.2
螺纹牙型表面0.8(
精密精度螺纹),1.6(中等精度螺纹)
其他表面6.3
〜3.2(工作面),12.5〜6.3(非工作面)
12.2.4轴类零件精度设计与标注实例
图12.5为轴的工作图示例,为了使图上表示的内容层次分明,便于辩认和查找,对于不同的内容应分别划区标注,例如在轴的主视图下方集中标注轴向尺寸和代表基准的符号
如图12.4中的A、B、C;
在轴的主视图上方可标注形位公差以及表面粗糙度和需作特殊检验部位的引出线等。
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l"
4X0.4
H-I0.015IC
4
g
g呂
J二-
技术姿求
I,未注啊角半径为RI5
2.220-25UHh
4XOJ
占)0,005]
72
]05
2X45
尺
2-B4125GUI跖一拓
图12.5轴精度设计与标注实例
12.3齿轮类零件精度设计
齿轮类零件包括齿轮、蜗杆和蜗轮等。
齿轮类零件精度设计包括齿坯精度设计与齿轮啮合精度设计两部分。
12.3.1齿坯精度设计
为了保证齿轮加工的精度和有关参数的测量,基准面要优先规定其尺寸和形位公差。
齿轮的轴孔和端面既是工艺基准也是测量和安装的基准。
齿轮的齿顶圆作为测量基准时有两种情况,一是加工时用齿顶圆定位或校正,此时需要控制齿顶圆的径向跳动;
另一种情况是用齿顶圆定位检验齿厚或基节尺寸公差。
此时要控制齿顶圆公差和径向跳动。
齿轮基准面的尺寸公差和形位公差的项目与相应数值都与传动的工作条件有关,通常按齿轮精度等级确定其公差值。
以下分别说明齿坯上需设计的各处尺寸公差和形位公差项目:
表12-6齿坯精度设计项目表
种类
项目名称
处理方法
齿顶圆直径的极限偏差
其值可查表11.6确定
尺寸
轴孔或齿轮轴轴颈的公差
公差
键槽宽度b的极限偏差和尺寸(d-t)
的极限偏差
其值可查键标准确定
形位公差
齿轮齿顶圆的径向跳动度公差
其值可查表11.7确定
齿轮端面的跳动度公差
齿轮轴孔的圆柱度公差
其值约为轴孔直径尺寸公差的0.3倍,并圆整到标准形
位公差值
键槽的对称度公差
其值可取轮毂键槽宽度公差的2倍;
键槽的平行度公差,其值可取轮毂键槽宽度公差的0.5倍。
以上所取的公差值均应圆整到标准形位公差值
12.3.2齿轮啮合精度设计
圆柱齿轮啮合特性表应列入的基本参数有齿数、模数、齿形角、径向变位系数等,还应列出齿轮精度等级以及轮齿检验项目,评定单个齿轮的加工精度的检验项目有齿距偏差、
齿廓总偏差、螺旋线总偏差及齿厚偏差,检验项目选择与齿轮的精度等级和测量仪器有关。
12.3.3齿轮精度设计实例
某通用减速器中有一对直齿圆柱齿轮副,模数m=4mm,小齿轮zi=30,齿宽bi=40mm,
大齿轮的齿数Z2=96,齿宽b2=40mm,齿形角a=20°
。
两齿轮的材料为45号钢,箱体材料为HT200,其线胀系数分别为a齿=11.5X10-61/C,a箱=10.5X10-61/C,齿轮工作温度为t齿=60oC,箱体工作温度t箱=30C,采用喷油润滑,传递最大功率7.5KW,转速n=1280r/min,小批生产,试确定其精度等级、检验项目及齿坯公差,并绘制齿轮工作图。
解:
(1)确定精度等级。
根据齿轮圆周速度、使用要求等确定齿轮的精度等级。
圆周速度v为
v=ndn/(1000X60)=[nX4X30X1280/(1000X60)m/s=8.04m/s
一般减速器对齿轮传递运动准确性的要求也不高,故根据以上两方面的情况,选取齿轮精度等级为8级。
故该齿轮的精度标注应为8GB/T10095.1—2001。
(2)确定齿厚偏差。
1计算最小极限侧隙jnmin=jn计jn2
jn1=a(0齿At齿-a箱At箱)2sina
=[4X(30+96)/2]X[11.56X(6(020)-10.5X1-0x(3020)]X2sin20°
=61□m
由于v<
10m/s,所以
jn2=10mn=(10X4)呵=40(im
于是jnmin=(61+40)(im=101(im
2计算齿轮齿厚上偏差
查表得fpb1=16卩m,fpb2=18
查表得F『24艸,fEs=F萨24□m
上1
J=2F产2呵
补偿齿轮制造与安装误差引起的侧隙减小量
■-222
Jn=.fpbi+fpb2+2.104xFp=162+182+2.104X242呵=42.33pm
11
杳表得fa=IT8=x81pm=40.5m
一22
齿厚上偏差Esns
jnmin+Jn、
Esns=-(fatga+)
2COSan
o101+42.33
=-(40.5tg20+)pm=-91pm
2cos20
设两啮合齿轮的齿厚上偏差相等,
Esns1=Esns2=-91pTO
3计算齿轮齿厚下偏差
齿厚的下偏差Esi1=Ess1-Ts1,Esi2=Ess2-Ts2
齿厚公差Tsn=.Fr2+br22tgan杳表得Fr=44pm,
另br=1.26IT9=1.26x87m=109.62pm
Tsn=(-442+109.622x2tg20)pm=86pm
Esni1=Esns1-Tsn=(-91-86)pm=-177pm
故小齿轮为8GB/T10095.1—2001或8GB/T10095.1—2002
(3)选择检验项目及其公差值。
本减速器齿轮属于中等精度,齿廓尺寸不大,生产规模为小批量生产。
1单个齿距偏差的极限偏差当ptw
杳表确定fpt1w=士1pm,
2齿距累积总偏差Fp
杳表得Fp=55pm,
3齿廓总偏差Fa
杳表得Fa=27pm
(4)齿坯技术要求。
杳表可得:
齿轮轴的尺寸公差和形位公差,顶圆直径公差。
齿坯基准面径向跳动和端面圆跳动。
齿轮各面的表面粗糙度的推荐值。
(5)绘制齿轮工作图。
将选取的齿轮精度等级、齿厚偏差代号、检验项目及公差、极限偏差和齿坯技术条件
等标注在大、小齿轮的工作图上,如图12.6所示。
[Z[tLOl2M;
3.5X45°
…占
^5
3X0.4
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28
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1
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0.4
HZI1).021/1
L】X45°
肾
宓2.5
GB145-85
模数m4基节极限偏差土fpbi土0.016
齿数Z30螺旋线总偏差Fb0.024
齿形角a20°
单个齿距偏差fptiw±
0.018
精度等级8GB/T10095.1—200啮距累积总偏差Fpi0.055
齿圈径向跳动公差Fr0.044
齿廓总偏差Fa0.027
技术要求
1.未注圆角半径R1.5
2.调质220〜250HB
图12.6小齿轮工作图
12.4箱体类零件精度设计实例
一般地,在机械产品的设计过程中,需要进行以下三方面的分析计算:
1运动分析与计算。
根据机器或机构应实现的运动,由运动学原理,确定机器或机构的合理的传动系统,选择合适的机构或零件,以保证实现预定的动作,满足机器或机构的运动方面的要求。
2强度的分析与计算。
根据强度、刚度等方面的要求,决定各个零件的合理的基本尺寸,进行合理的结构设计,使其在工作时能承受规定的负荷,达到强度和刚度方面的要求。
3几何精度的分析与计算。
零件基本尺寸确定后,还需要进行精度计算,以决定产品各个部件的装配精度以及零件的几何参数和公差。
需要指出的是,以上三个方面,在设计过程中,是缺一不可的。
本节主要讨论的是壳体类零件机械精度的选用实例。
12.4.1油缸体精度设计实例
下面是某油缸体零件,如图12.7所示:
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图12.7
油缸体零件图
设计说明:
考虑油缸结构特点、制造工艺和检测方法等因素。
1076H7孔采用包容原则,要求油缸孔的形状误差不得超过尺寸公差,以保证与柱塞的配合性能和密封性。
2076H7采用圆柱度公差0.005mm,以保证圆柱面的圆度和素线直线度精度,使与柱塞接触均匀,密封性好和柱塞运动的平稳性。
由于尺寸公差和包容原则不能保证达到
应有的圆柱度要求,所以进一步提出高精度的圆柱度要求,其5级精度公差值0.005mm远
小于尺寸公差值0.03mm。
3零形位公差要求,在此就是关联要求遵守包容原则。
当孔处于最大实体状态时,孔
的轴线对基准平面C(油缸右端面)的垂直度公差为零,当孔偏离最大实体状态到达最小实体状态时,垂直度公差可增大到0.03mm(等于尺寸公差值)。
它能使柱塞移动只有一定的导
向精度。
4右端面C对左端面B的平行度公差0.015mm,以保证两端面与装配零件紧密结合。
5左端面端面全跳动公差0.015mm,主要控制左端面对孔轴线的垂直度误差,由于
端面全跳动误差比垂直度误差的检测方法简便,所以采用了端而全跳动公差。
6螺钉孔的位置度公差00.10mm是保证螺孔间距的位置误差,以保证螺钉的可装配
性。
第一基准C,以保证螺孔首先垂直于右端面C;
第二基准A,以保证螺孔与油缸孔平
行,由于螺钉的可装配性与油缸076H7孔的尺寸大小有关,故采用了最大实体原则。
即当
油缸孔为最大实体状态076时,位置度公差为00.10mm,当油缸孔偏离最大实体尺寸时,
螺孔轴线在保证垂直于基准平面B的情况下,允许成组移动,其移动量为尺寸公差给予的
补偿值。
12.4.2拨动叉几何精度设计实例
拨动叉形位公差,如图12.8所示
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D-D<
*I7OH7T
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图12.8拨动叉零件图
1垂直度公差00.012mm,因为011OH6孔是拨动叉的安装基准孔,为保证拨动叉的方向不偏斜,并作为孔011OH6的工艺基准,所以注出01106孔轴线对基准面A的垂直度要求。
2上平面对基准面A的平行度公差0.015mm,是为了保证拨动叉两平面装入零件槽内的可装配性。
3同轴度公差00.03mm,为保证阶梯轴装入拨动叉与两孔具有相同的配合性质。
4线轮廓度公差0.02mm和0.04mm,是保证从动件具有平稳运动规律和移动的位置。
所以这两项线轮廓度公差不仅控制直线和曲线的形状误差,由于有“三基面”,所以它又
是位置公差,以控制从动件的移动距离。
5由于孔0110mm为拨动叉的安装基准孔,且为变速机构中零件,考虑匹配性,选
择尺寸精度为0110H6,其表面粗糙度Ra为0.8呵。
同理,孔050尺寸精度为050H6,其
表面粗糙度Ra为0.8g。
6孔0170为连接零件用孔,精度低于孔0110,降低一个等级,选取为017OH7。
7拨动叉上下表面、与其他零件配合面处表面粗糙度为尺为0.8呵,其余表面表面粗糙度Ra为1.6呵。
1243减速箱体几何精度设计实例
减速器箱体是典型的箱体类零件,我们选取装有一对斜齿轮和一对锥齿轮减速箱体为例,具体设计如图12.9所示。
L-V齐扎垢线
J20
JJHLEOTiT
讲用申.I
¥
图12.9减速器箱体零件图
1箱体上表面规定平面度公差0.06mm,是为了使箱体上表面与箱盖结合具有较好连接效果与密封效果,同时,使各孔轴线与箱体的上表面获得共面。
2I—V各孔轴线的位置度公差0.3mm,并规定箱体上表面为基准面,以保证各孔轴线共面在箱体的上表面上。
3I—n孔和川一W孔,以及V孔的圆度公差是保证各孔与轴瓦(或传动轴的轴颈)的
配合性质。
4孔I和孔n的同轴度要求,川孔和"
孔的同轴度要求,是为了保证齿轮传动啮合精度要求。
5公共轴线B与A的平行度公差要求,是为了保证一对斜齿轮的啮合接触精度。
6孔V轴线对公共轴线的位置度公差00.1mm,它主要是保证孔V轴线对公共轴线A的垂直度要求,以保证一对锥齿轮的接触精度和正常啮合。
7各孔都给出素线平行度公差要求,实际上是控制各孔在轴向上的形状误差,主要防
止各孔产生锥度误差。
8箱体侧面各凸
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