几何尺寸公差及其特征

知识要求：

1．了解几何尺寸公差的作用；

2．熟悉几何尺寸公差的项目；

3．掌握几何尺寸公差的标注方法；

4．了解几何尺寸公差的检测方法。

技能要求：

能正确识别各类几何尺寸公差，会使用测量工具进行工件的检测。

零件加工后，不仅存在尺寸误差，而且还会产生几何形状和相互位置误差。这种在形状上出现的误差叫作形状误差。在加工阶梯轴时，可能会出现各段圆柱的轴线不在一条直线的情况，如图6－18所示。这种在相互位置上出现的误差叫作位置误差。如果零件在加工时所产生的几何尺寸误差过大，将会影响机器的质量，甚至无法装配。如何保证零件的几何尺寸误差在合适的范围内呢？这就要求我们能正确辨别各种几何尺寸公差的标注，选择合理的加工方式，确保加工出合格的零件。课程的教学以任务为载体，学生5～6人为一个小组，观察并分析任务，最终完成任务。

图6－18　几何尺寸公差的示例

1．几何尺寸公差概念

形状公差和位置公差简称几何尺寸公差，它是指零件的实际形状和位置相对于理想形状和位置的允许变动量。

2．几何尺寸公差在机械制造中的作用

在加工中，对零件的尺寸误差加以限制，根据零件的使用要求，并考虑到制造的工艺性和经济性，规定出合理的几何尺寸公差，用以限制形状和位置误差，保证零件的使用性能。

3．零件的几何要素的分类

几何尺寸公差的研究对象是构成零件几何特征的点、线、面，这些点、线、面统称为几何要素（简称要素）。一般在研究形状公差时，涉及的对象有线和面两类要素；在研究位置公差时，涉及的对象有点、线、面三类要素。要素可以从以下不同的角度进行分类：

（1）按存在的状态分

1）理想要素：理想要素是指具有几何学意义的要素。

理想要素是没有任何误差的要素，图样是用来表达设计意图和加工要求的，因而图样上构成零件的点、线、面都是理想要素。

2）实际要素：实际要素是指零件上实际存在的要素。

实际要素是由加工形成的，在加工中由于各种原因会产生加工误差，所以实际要素是具有几何尺寸公差的要素。由于存在测量误差，故实际要素并非该要素的真实状况。

（2）几何特征分

1）轮廓要素：轮廓要素是指构成零件外形能直接为人们所感觉到的点、线、面。

当被测要素或基准要素为轮廓要素时，几何尺寸公差代号的指引线箭头或基准符号的连线应指在表示相应轮廓要素的线上或该线的延长线上，并明显地与尺寸线错开。

2）中心要素：中心要素是指表示轮廓要素的对称中心的点、线、面。

当被测要素和基准要素为中心要素时，几何尺寸公差代号的指引线箭头或基准符号的连线应与该要素轮廓的尺寸线对齐。

（3）按在几何尺寸公差中所处的地位分

1）被测要素：被测要素是指给出了形状或（和）位置公差的要素。

如图6－19所示的圆柱面和台阶面及圆柱的轴线等。

图6－19　零件几何要素示例

2）基准要素：基准要素是指用来确定被测要素方向和（或）位置的要素。如图6－19所示的d圆柱面的轴线。

1．几何尺寸公差特征项目符号及代号

标准规定几何尺寸公差共有14个项目，其中：形状公差4项，形状或位置公差2项，位置公差8项。几何尺寸公差的每一项目都规定了专门的符号，如表6－7所示。

表6－7　几何尺寸公差特征项目及符号

2．部分几何尺寸公差项目的标注示例

（1）直线度公差（如图6－20所示）

图6－20　直线度公差的标注

直线度公差用于限制平面内或空间直线的形状误差。

1）给定平面内的直线度。

在给定平面内，直线度公差带是距离为直线度公差值t的两平行直线之间的区域。

2）给定方向上的直线度。

在给定方向上，直线度公差带是距离为直线度公差值t的两平行平面之间的区域。

3）任意方向上的直线度。

在任意方向上，直线度公差带是直径为直线度公差值t的圆柱内的区域。

（2）平面度公差

平面度公差用于限制被测实际平面的形状误差。平面度公差带是距离为公差值t的两平行平面之间的区域，如图6－21所示。

图6－21　平面度公差的标注

（3）圆度公差

圆度公差用于限制回转表面（如圆柱面、圆锥面、球面）径向截面轮廓的形状误差。其公差带是在任意正截面上，半径差为公差值t的两同心圆之间的区域，如图6－22所示。

图6－22　圆度公差的标注

（4）圆柱度公差

圆柱度公差用于限制被测实际圆柱面的形状误差。其公差带是半径差为公差值的两同轴圆柱之间的区域，如图6－23所示。

图6－23　圆柱度公差的标注

（5）圆跳动公差

圆跳动公差是被测关联实际要素绕基准轴线无轴向移动地旋转一周时，位置固定的指示表在任意测量面内所允许的最大跳动量。

1）径向全跳动公差。

径向全跳动公差带是半径差为公差值t，且与基准轴线同轴的两同轴圆柱面之间的区域，如图6－24所示。

图6－24　径向全跳动公差的标注

2）端面全跳动公差

端面全跳动公差带是距离为公差值t，且与基准轴线垂直的两平行平面之间的区域，如图6－25所示。(https://www.xing528.com)

图6－25　端面全跳动公差的标注

3．部分几何尺寸公差项目的测量方法

（1）几何尺寸公差检测的三个步骤

1）根据公差项目和检测条件确定检测方案，根据方案选择检测器具，并确定测量基准。

2）进行测量，得到被测实际要素的有关数据。

3）进行数据处理，按最小条件确定最小包容区域，得到几何尺寸公差数值。

（2）直线度测量

1）指示器测量法，如图6－26所示。

图6－26　用两只指示器测直线度

2）刀口尺法，如图6－27（a）所示。

3）钢丝法，如图6－27（b）所示。

4）水平仪法，如图6－27（c）所示。

5）自准直仪法，如图6－27（d）所示。

图6－27　直线度误差的检测
（a）刀口尺法；（b）钢丝法；（c）水平仪法；（d）自准直仪法

（3）平面度测量

常见的平面度测量方法有指示器测量、平晶测量、水平仪测量和自准直仪测量，如图6－28所示。

图6－28　平面度误差的检测
（a）指示器测量；（b）平晶测量；（c）水平仪测量；（d）自准直仪测量

（4）圆跳动和全跳动公差的检测

1）径向圆跳动公差的检测

如图6－29所示，用一对同轴的顶尖模拟体现基准，将被测工件装在两顶尖之间，保证大圆柱面绕基准轴线转动但不发生轴向移动。

图6－29　径向圆跳动公差检测

2）端面圆跳动公差的检测

如图6－30所示，用一V形架来模拟体现基准，并用一定位支承使工件沿轴向固定。取各测量圆柱面的跳动量中的最大值作为该零件的端面圆跳动公差。

图6－30　端面圆跳动公差检测

3）径向全跳动公差的检测

如图6－31所示，将被测零件固定在两同轴导向套筒内，同时在轴向固定零件，调整两套筒，使其公共轴线与平板平行。在整个测量过程中指示器读数的最大差值即为该零件的径向全跳动公差。

图6－31　径向全跳动公差检测

4）端面全跳动公差的检测

如图6－32所示，将被测零件支承在导向套筒内，并在轴向固定，导向套筒的轴线应与平板垂直。在整个测量过程中指示器读数的最大差值即为该零件的端面全跳动公差。

图6－32　端面全跳动公差检测

1．几何尺寸公差框格及内容

几何尺寸公差用代号标注。代号包括几何尺寸公差特征项目符号、几何尺寸公差框格及指引线、基准符号、几何尺寸公差数值和其他有关符号等，如图6－33所示。

图6－33　几何尺寸公差代号及基准符号
（a）几何尺寸公差代号；（b）基准符号

2．被测要素的标注

用带箭头的指引线将被测要素与公差框格一端相连，指引线箭头指向公差带的宽度方向或直径方面。指引线箭头所指部位如下：

1）当被测要素为整体轴线或公共中心平面时，指引线箭头可直接指在轴线或中心线上。

2）当被测要素为轴线、球心或中心平面时，指引线箭头应与该要素的尺寸线对齐。

3）当被测要素为线或表面时，指引线箭头应指向该要素的轮廓线或其引出线上，并应明显地与尺寸线错开。

3．基准要素的标注

基准符号的画法如图6－33（b）所示，无论基准符号在图中的方向如何，细实线方框内的字母一律水平书写。

1）当基准要素为素线或表面时，基准符号应靠近该要素的轮廓线或引出线标注，并应明显地与尺寸线箭头错开。

2）当基准要素为轴线、球心或中心平面时，基准符号应与该要素的尺寸线箭头对齐。

3）当基准要素为整体轴线或公共中心面时，基准符号可直接靠近公共轴线（或公共中心线）标注。

图6－34　单缸内燃机曲轴零件

图6－34所示为单缸内燃机曲轴零件，请解释图中标注的各项几何尺寸公差的含义。

1）图中标注了几种几何尺寸公差？

2）在图中标注的6处几何尺寸公差中，属于形状公差的标号有哪几个？

3）基准A和D分别代表哪条线或哪个面？

4）解释图中出现的6处几何尺寸公差的含义，并填入表6－8中（以标号①所示为例）。

表6－8　单缸内燃机曲轴几何尺寸公差含义

1．简述几何尺寸公差在机械制造中的作用。

2．为什么说径向全跳动未超差，则被测表面的圆柱度误差就不会超过径向全跳动公差？

3．简述几何尺寸公差检测的步骤。

4．形状公差代号包括________、________、________和________。

5．零件的几何要素，按存在的状态分为________和________；按在几何尺寸公差中所处的地位分为________和________；按几何特性分为________和________。

6．在表6－9中填写几何尺寸公差各项目的符号，并注明该项目是属于形状公差还是位置公差。

表6－9　几何尺寸公差各项目符号填写