第6章 圓錐結(jié)合的互換性及其檢測.ppt

6 1概述6 2圓錐幾何參數(shù)偏差對圓錐互換性的影響6 3圓錐公差6 4錐度與錐角的測量 第6章圓錐結(jié)合的互換性及其檢測 開始 6 1 1圓錐配合的特點(diǎn)6 1 2圓錐配合的基本參數(shù)6 1 3圓錐配合的形成方法6 1 4圓錐配合的種類6 1 5圓錐配合的使用要求 6 1概述 在機(jī)械行業(yè)中圓錐配合是機(jī)械設(shè)備常用的典型結(jié)構(gòu) 圓錐配合的特點(diǎn)是 可自動定心 對中性良好 而且裝拆簡便 配合間隙或過盈的大小可以自由調(diào)整 能利用自鎖性來傳遞扭矩以及良好的密封性等優(yōu)點(diǎn) 但是 圓錐配合在結(jié)構(gòu)上比較復(fù)雜 其加工和檢測較困難 國家于2001年頒布了GB T157 2001 圓錐的錐度與錐角系列 GB T11334 2005 圓錐公差 GB T12360 2005 圓錐配合 等標(biāo)準(zhǔn) 錐度與錐角的標(biāo)準(zhǔn)化 對保證圓錐配合的互換性具有重要意義 6 1 1圓錐配合的特點(diǎn) 6 1 2圓錐配合的基本參數(shù) 圖6 1圓錐表面 1 圓錐表面 與軸線成一定角度 且一端相交于軸線的一條線段 母線 圍繞著該軸線旋轉(zhuǎn)形成的表面 2 圓錐 由圓錐表面與一定尺寸所限定的幾何體 3 圓錐直徑 圓錐在垂直于其軸線的截面上的直徑 常用的圓錐直徑有 最大圓錐直徑D 內(nèi) 外圓錐的最大直徑分別用Di De 最小圓錐直徑d 內(nèi) 外圓錐的最小直徑分別用di de 給定截面上的圓錐直徑Dx dx 見圖6 2 4 圓錐長度 最大圓錐直徑截面與最小圓錐直徑截面之間的軸向距離 內(nèi) 外圓錐長度分別為Li和Le 見圖6 2 5 圓錐的結(jié)合長度Lp 內(nèi) 外圓錐結(jié)合部分的軸向距離 6 圓錐角 錐角 在通過圓錐軸線的截面內(nèi) 兩條素線間的夾角 見圖6 2 圓錐素線角 2 圓錐素線與軸線間的夾角 并且等于圓錐角的一半 7 錐度C 兩個垂直圓錐軸線截面的圓錐直徑D和d之差與其兩截面間的軸向距離L之比 見圖6 2 即錐度C與圓錐角 的關(guān)系為錐度一般用比例或分式表示 例如 C 1 20或1 20來表示 圖6 2圓錐的幾何參數(shù) 8 基面距 相互配合的內(nèi) 外圓錐基準(zhǔn)平面之間的距離 用Ea表示 如圖6 3所示 基面距用來確定內(nèi) 外圓錐的軸向相對位置 圖6 3圓錐結(jié)合的基面距 6 1 3圓錐配合的形成方法調(diào)整內(nèi) 外圓錐軸向的相對位置 可得到不同的配合性質(zhì) 1 結(jié)構(gòu)型圓錐配合的形成方法1 由內(nèi) 外圓錐的結(jié)構(gòu)確定裝配的最終位置而形成配合 圖6 4為由軸肩接觸得到間隙配合 2 由內(nèi) 外圓錐基面之間的尺寸確定裝配后的最終位置而形成的配合 圖6 5為由結(jié)構(gòu)尺寸Ea 基面距 得到過盈配合 圖6 4由結(jié)構(gòu)形成的圓錐間隙配合圖6 5由基面距形成的圓錐過盈配合 2 位移型圓錐配合的形成方法1 由內(nèi) 外圓錐實(shí)際初始位置A開始 作一定的相對軸向位移上而形成配合 實(shí)際初始位置是指在不施加裝配力的情況下相互結(jié)合的內(nèi) 外圓錐表面接觸時的軸向位置 這種形成方式可以得到間隙配合或過盈配合 如圖6 6所示 2 由內(nèi) 外圓錐實(shí)際初始位置A開始 施加一定裝配力產(chǎn)生軸向位移而形成配合 這種方式只能得到過盈配合 如圖6 7所示 圖6 6由軸向位移形成圓錐間隙配合圖6 7由施加裝配力形成圓錐過盈配合 6 1 4圓錐配合的種類 1 間隙配合這類配合具有間隙 而且在裝配和使用過程中間隙大小可以調(diào)整 常用于有相對運(yùn)動的機(jī)構(gòu)中 如某些車床主軸的圓錐軸頸與圓錐滑動軸承襯套的配合 2 過盈配合這類配合具有過盈 自鎖性好 產(chǎn)生較大的摩擦力來傳遞轉(zhuǎn)矩 折裝方便 例如鉆頭 或鉸刀 的圓錐柄與機(jī)床主軸圓錐孔的配合 圓錐形摩擦離合器中的配合等 3 過渡配合可能具有間隙或過盈的配合稱為 其中要求內(nèi) 外圓錐緊密接觸 間隙為零或稍有過盈的配合稱為緊密配合 它用于對中定心或密封 可以防止漏液漏氣 如錐形旋塞 發(fā)動機(jī)中的氣閥與閥座的配合等 為了保證良好的密封性 通常將內(nèi) 外錐面成對研磨 所以這類配合的零件沒有互換性 1 相互配合的圓錐面的接觸均勻性 因此必須控制內(nèi)外圓錐的圓錐角偏差和形狀誤差 2 基面距的變化應(yīng)控制在允許的范圍內(nèi) 當(dāng)內(nèi) 外圓錐長度一定時 基面距太大 會使配合長度減小 影響結(jié)合的穩(wěn)定性和傳遞轉(zhuǎn)矩 太小的基面距會使間隙配合的圓錐為補(bǔ)償磨損的軸向調(diào)節(jié)范圍縮小 其影響基面距的主要因素是內(nèi)外圓錐的直徑偏差和圓錐素線角偏差 6 1 5圓錐配合的使用要求 6 2圓錐幾何參數(shù)偏差對圓錐互換性的影響 6 2 1直徑偏差對基面距的影響6 2 2圓錐角偏差對基面距的影響6 2 3圓錐的形狀誤差對圓錐配合的影響 6 2 1直徑偏差對基面距的影響 圖6 8圓錐直徑誤差對基面距的影響 假設(shè)基面距在大端 為了便于分析 內(nèi) 外圓錐角均無偏差 僅圓錐直徑存在偏差 如圖6 8所示 內(nèi)圓錐直徑偏差 Di為正 外圓錐直徑偏差 De為負(fù) 則基面距將減少 即基面距偏差 1Ea為負(fù)值 得 式中 1Ea 由直徑偏差引起的基面距偏差 C 基本圓錐的錐度 Di De 分別為內(nèi) 外圓錐直徑偏差 計算 1Ea時應(yīng)注意 Di De的正負(fù)號 6 2 2圓錐角偏差對基面距的影響 假設(shè)以內(nèi)錐大端直徑為基本直徑 內(nèi) 外錐大端直徑均無誤差 僅斜角有誤差 1 當(dāng)外錐角 e 內(nèi)錐角 i時 如圖6 9a所示 則內(nèi) 外錐在大端接觸 基面距的變化可忽略不計 但是因接觸面積小 易磨損 可能使內(nèi) 外錐相對傾斜 2 當(dāng)外錐角 e 內(nèi)錐角 i時 如圖6 9b所示 則內(nèi) 外錐將在小端接觸 由半角偏差所引起的基面距變動量為 2Ea 對常用工具錐 圓錐角很小 則 實(shí)際上 圓錐直徑偏差和斜角偏差同時存在 當(dāng) i e和圓錐角較小時 基面距的最大可能變動量為 上式為基面距變動量的一般關(guān)系式 若已確定了兩個參數(shù)的公差 利用上式可求另一參數(shù)的公差 i e均以 為單位 圖6 9圓錐斜角偏差對基面距的影響 圓錐的形狀誤差主要指圓錐素線的直線度和圓錐的圓度誤差 圓錐的形狀誤差主要影響圓錐結(jié)合面的接觸精度 而對基面距的影響很小 綜上所述 對上述圓錐幾何參數(shù)都必須規(guī)定公差 以限止其誤差對其配合性能的影響 從而滿足配合的需要 6 2 3圓錐的形狀誤差對圓錐配合的影響 6 3 1錐度與錐角系列 GB T157 2001 6 3 2圓錐公差 6 3圓錐公差 6 3 1錐度與錐角系列 GB T157 2001 圓錐標(biāo)準(zhǔn)包括錐度和錐角系列 圓錐公差與配合 圓錐尺寸和公差標(biāo)準(zhǔn) 圓錐的檢驗(yàn)等 為了便于生產(chǎn)和控制圓錐 在設(shè)計時 應(yīng)選用標(biāo)準(zhǔn)錐度或標(biāo)準(zhǔn)圓錐角 一般用途圓錐的錐度與錐角系列見表6 1 表中給出了圓錐角或錐度的推算值 優(yōu)先選用第一系列 特殊用途圓錐的錐度與錐角系列見表6 2 它僅適用于某些特殊行業(yè) 在機(jī)床 工具制造中 廣泛使用莫氏錐度 常用的莫氏錐度共有7種 從0號至6號 使用時只有相同號的莫氏內(nèi) 外錐才能配合 表6 1一般用途圓錐的錐度與錐角系列 摘自GB T157 2001 注 系列1中120 1 3的數(shù)值近似按R10 2優(yōu)先數(shù)系列 1 5 1 500按R10 3優(yōu)先數(shù)系列 見GB T321 表6 2特殊用途圓錐的錐度與錐角 摘自GB T157 2001 圓錐公差包括圓錐直徑公差TD 圓錐角公差A(yù)T和圓錐形狀公差TF三個方面 1 圓錐直徑公差TD圓錐直徑公差是指圓錐實(shí)際直徑允許的變動量 用TD表示 它適用于圓錐全長上 圓錐直徑公差帶是在圓錐的軸剖面內(nèi) 兩錐極限圓所限定的區(qū)域 見圖6 10 一般以最大圓錐直徑為基礎(chǔ) 6 3 2圓錐公差 圖6 10圓錐直徑公差帶 圖6 11極限圓錐角和圓錐角公差帶 2 圓錐角公差A(yù)T ATD AT 圓錐角公差是指圓錐角的允許變動量 圓錐角公差帶是兩個極限圓錐角所限定的區(qū)域 如圖6 11所示 錐角公差共分12個公差等級 用ATl ATl2表示 其中ATl最高 ATl2最低 例如AT6表示6級圓錐角公差 各公差等級的圓錐角公差見表6 3所示 圓錐角公差值按圓錐長度分尺寸段 其表示方法有以下兩種 1 AT 以角度單位 微弧度 度 分 秒 表示錐角公差值 1 rad等于半徑為l弧長為1 m所產(chǎn)生的角度 5 rad 1 300 rad 1 2 ATD以線值單位 m 表示圓錐角公差值 在同一圓錐長度分段內(nèi) ATD值有兩個 分別對應(yīng)于L的最大值和最小值 AT 和ATD的關(guān)系如下 ATD AT L 10 2式中 ATD的單位為 m AT 的單位為 rad L的單位為mm例如 當(dāng)L 100 AT 為9級時 查表6 3得AT 630 rad或2 10 ATD 63 m 若L 80 AT 仍為9級 則按上式計算得ATD 630 80 10 2 m 50 4 m 50 m 給定截面圓錐直徑公差是指在垂直于圓錐軸線的給定截面內(nèi)圓錐直徑的允許變動量 它僅適用于該給定截面的圓錐直徑 其公差帶是給定的截面內(nèi)兩同心圓所限定的區(qū)域 如圖6 12所示 TDS公差帶所限定的是平面區(qū)域 而TD公差帶所限定的是空間區(qū)域 兩者是不同的 圖6 12給定截面圓錐直徑公差帶 3 給定截面圓錐直徑公差TDS 4 圓錐形狀公差TF圓錐形狀公差包括素線直線度公差和橫截面圓度公差 圓錐直徑公差TD控制圓錐形狀誤差 當(dāng)圓錐的形狀公差有更高的要求時 可另外給出形狀公差 5 圓錐公差的標(biāo)注方法由GB T15754 1995 技術(shù)制圖圓錐的尺寸和公差標(biāo)注 標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定 如果錐角和圓錐的形狀公差都被控制在直徑公差帶內(nèi) 標(biāo)注時應(yīng)在圓錐直徑的尺寸公差后面加注圓圈的符號T 如圖6 13所示 圖6 13圓錐配合的標(biāo)注示例 給定圓錐直徑公差 錐角為理論正確值 時 其標(biāo)注見圖6 14所示 此時圓錐直徑公差帶不僅限制各截面的直徑 而且限制錐角偏差和圓錐形狀誤差 此方法適用于有配合性質(zhì)要求的內(nèi) 外錐體 例如圓錐滑動軸承 圖6 14圓錐公差標(biāo)注方法1 同時給出圓錐直徑公差和錐角公差時 其標(biāo)注見圖6 15 此時圓錐直徑公差僅適用于圖樣上標(biāo)注的那個橫截面 而其他橫截面的公差帶寬度還應(yīng)滿足圓錐角公差的要求 此種標(biāo)注方法適用于對給定截面有較高精度要求的內(nèi) 外錐體 圖6 15圓錐公差標(biāo)注方法2 一般圓錐公差按面輪廓度法標(biāo)注 如圖6 16 a 和圖6 17 a 所示 它們的公差帶分別如圖6 16 b 和圖6 17 b 所示 必要時還可以給出附加的形位公差要求 但只占面輪廓度公差的一部分 形位誤差在面輪廓度公差帶內(nèi)浮動 a b 圖6 16給定圓錐角標(biāo)注示例 a b 圖6 17給定錐度標(biāo)注示例 6 4錐度與錐角的測量6 4 1比較測量法6 4 2直接測量法6 4 3間接測量法 比較測量法又稱相對測量法 它是將角度量具與被測角度比較 用光隙法或涂色檢驗(yàn)的方法估計被測錐度及角度的誤差測量 其常用的量具有圓錐量規(guī)和錐度樣板等 圓錐量規(guī)的測量方法 圓錐量規(guī)的結(jié)構(gòu)形式如圖6 18所示 圓錐量規(guī)可以檢驗(yàn)零件的錐度及基面距誤差 檢驗(yàn)時 先檢驗(yàn)錐度 檢驗(yàn)錐度常用涂層法 在量規(guī)表面沿著素線方向涂上3 4條均布的紅丹線 與零件研合轉(zhuǎn)動1 3 1 2轉(zhuǎn) 取出量規(guī) 根據(jù)接觸面的位置和大小判斷錐角誤差 然后用圓錐量規(guī)檢驗(yàn)零件的基面距誤差 在量規(guī)的大端或小端處有距離為m的兩條刻線或臺階 m為零件圓錐的基面距公差 測量時 被測圓錐的端面只要介于兩條刻線之間 即為合格 6 4 1比較測量法 圖6 18錐度量規(guī) 6 4 2直接測量法 直接測量法是用測量角度的量具和量儀直接測量 被測的錐度或角度的數(shù)值可在量具和量儀上直接讀出 對于精度不高的工件 常用萬能角度尺進(jìn)行測量 對精度高的工件 則需用光學(xué)分度頭和測角儀進(jìn)行測量 在生產(chǎn)車間游標(biāo)萬能角度尺是常用的可直接測量被測工件角度的量具 其游標(biāo)讀數(shù)值有2 和5 的游標(biāo)萬能角度尺 示值誤差分別不大于土2 和土5 常見的萬能角度尺如圖6 19所示 在主尺1上刻有90個分度和30個輔助分度 扇形板4上刻有游標(biāo) 用卡塊7可以把直角尺5及直角尺6固定在扇形板4上 主尺1能沿著扇形板4的圓弧面和制動頭3的圓弧面移動 用制動頭3可以把主尺1緊固在所需的位置上 這種游標(biāo)萬能角度尺的游標(biāo)讀數(shù)值為2 測量范圍為0 320 幻燈片39 圖6 19萬能角度尺1 主尺2 基尺3 制動頭4 扇形板5 6 直角尺7 卡塊 常用角度尺 6 4 3間接測量法間接測量法是測量與被測角度有關(guān)的尺寸 再經(jīng)過計算得到被測角度值 常用的有正弦規(guī) 圓柱 圓球 平板等工具和量具 圖6 20用正弦規(guī)測量圓錐量規(guī)錐角偏差正弦規(guī)是圓錐測量中常用的計量器具 適用于測量圓錐角小于30o的錐度 測量前 首先按公式h Lsina計算量塊組的高度h 式中 為公稱圓錐角 L為正弦尺兩圓柱中心距 完成上述工作后 可按圖6 20所示進(jìn)行測量 如果被測量角度有偏差 則a b兩點(diǎn)示值必有一差值 h 此時 錐度偏差為 rad C h ll為a b兩點(diǎn)間距離 如換算成錐角偏差 時 可按下式近似計