機(jī)械零件設(shè)計(jì)中幾何公差的合理選用分析

【摘要】現(xiàn)代各類企業(yè)的蓬勃發(fā)展，所需要的機(jī)械設(shè)備數(shù)量大，種類繁多。在該社會(huì)形勢(shì)下，機(jī)械制造業(yè)也得到了長(zhǎng)足的發(fā)展。對(duì)于機(jī)械零件的設(shè)計(jì)是與之相配套的產(chǎn)業(yè)。在進(jìn)行機(jī)械零件設(shè)計(jì)時(shí)幾何公差的合理選用會(huì)受到各種因素的影響，其選用的基本原則也會(huì)有所差別，也直接影響到設(shè)計(jì)的合理性及零件的質(zhì)量，具有重要的意義。本文簡(jiǎn)單闡述了合理選用幾何公差項(xiàng)目的根據(jù)，如功能及精度要求、結(jié)構(gòu)特征、項(xiàng)目特點(diǎn)及便于檢測(cè)等；公差原則的選用；基準(zhǔn)要素；幾何公差值等，為從事機(jī)械零件設(shè)計(jì)的人員提供一定的參考與借鑒。

【關(guān)鍵詞】機(jī)械零件；設(shè)計(jì)；幾何公差；合理選用；研究

前言

機(jī)械制造業(yè)為各個(gè)產(chǎn)業(yè)提供了先進(jìn)機(jī)械設(shè)備，保障生產(chǎn)的正常及生產(chǎn)力的提高?？茖W(xué)技術(shù)的進(jìn)步促進(jìn)了其發(fā)展，零件制造、修理行業(yè)等配套產(chǎn)業(yè)也隨之得到了長(zhǎng)足的發(fā)展。零件的設(shè)計(jì)與制造業(yè)與機(jī)械制造業(yè)的關(guān)系極為密切。在進(jìn)行機(jī)械零件的設(shè)計(jì)時(shí)，需要注意許多方面的因素，包括零件的尺寸精度、表面質(zhì)量、幾何精度等，其能夠直接影響到產(chǎn)品的質(zhì)量。零件設(shè)計(jì)精度、使用功能、質(zhì)量等又受到幾何公差項(xiàng)目、公差原則、基準(zhǔn)、公差值等方面的限制，因此對(duì)其進(jìn)行深入的研究是十分有必要的。

1、幾何公差項(xiàng)目的選用根據(jù)

選用幾何公差項(xiàng)目是的基本原則是在盡量達(dá)到零件功能要求的情況下，運(yùn)用較少的幾何公差項(xiàng)目，得到良好的的經(jīng)濟(jì)性。因此需要先掌握零件的功能及精度要求，并集合零件的結(jié)構(gòu)特征、項(xiàng)目的特殊性質(zhì)、便于檢測(cè)等，綜合把握，具體內(nèi)容如下：

1.1功能及精度要求

在達(dá)到零件的功能及精度要求時(shí)，應(yīng)充分考量形位誤差帶來的影響，如零件的配合程度、可靠性、裝配的互換性、工作精度等。在設(shè)計(jì)時(shí)，為了確認(rèn)保障零件性能所需要選用的幾何公差項(xiàng)目，需要全面掌握設(shè)計(jì)目標(biāo)零件的各項(xiàng)使用性能，如在保障一對(duì)錐齒輪良好的嚙合傳動(dòng)，在箱體上安裝錐齒輪軸時(shí)需要打孔，此時(shí)則需要掌握其垂直度要求；由于車床主軸旋轉(zhuǎn)時(shí)對(duì)精度要求較高，因此需要規(guī)定其前后頸的軸度保持一致，以保障主軸的精度[1]。

1.2結(jié)構(gòu)特征

零件自身的結(jié)構(gòu)特征對(duì)于可選擇的幾何公差項(xiàng)目有著決定性的影響。零件的結(jié)構(gòu)分為許多不同類型，因此要素的選擇也有所區(qū)別。如果屬于平面要素的零件，一般選擇平面度、平行度誤差；有曲面要素的零件一般選擇面輪廓度；如果是圓柱體零件，則需要結(jié)合零件的各種要素合理選擇，包括素線直線度、軸線直線度、圓柱度、圓度、徑向圓跳動(dòng)誤差等；階梯孔零件一般存在同軸度誤差，另外零件上存在孔或者軸時(shí)，孔或者軸的位置會(huì)存在一定的偏差。

1.3項(xiàng)目特點(diǎn)及便于檢測(cè)

機(jī)械零件設(shè)計(jì)過程中，需要掌握各個(gè)幾何公差項(xiàng)目的特點(diǎn)及其聯(lián)系，不僅要滿足功能要求，還應(yīng)選用檢測(cè)方法易行的項(xiàng)目，如形狀公差、定位公差、跳動(dòng)公差等。形狀公差可以控制其他部分公差；定位公差帶能夠?qū)ο嗤氐亩ㄏ蚬罴靶螤罟钸M(jìn)行有效控制，使之保持在一定位公差范圍內(nèi)，其具有綜合控要素的位置、方向、形狀等性質(zhì)的功能；跳動(dòng)公差則能夠控制其他幾何公差，徑向全跳動(dòng)公差具有極強(qiáng)的綜合性，能夠全面控制圓柱零件的圓度、圓柱度、素線等[2]。

2、公差原則

公差原則的應(yīng)用是在機(jī)械零件設(shè)計(jì)的過程中需要充分考慮的。公差原則是指協(xié)調(diào)幾何公差和尺寸公差關(guān)系的原則，根據(jù)性質(zhì)的不同可以分為獨(dú)立原則及相關(guān)要求兩個(gè)類型，具體內(nèi)容如下：①獨(dú)立原則 其是屬于幾何公差和尺寸公差需要遵循的首要原則。具體是指幾何公差及尺寸公差需要分別達(dá)到相關(guān)要求、沒有聯(lián)系及影響的公差原則，適應(yīng)該原則的情況較為豐富，包括齒輪箱各孔的尺寸精度、各孔軸線的平行度等對(duì)尺寸及形位精度要求較高且需要分別滿足的方面；平板形狀精度要求高而尺寸精度要求低等對(duì)尺寸及形位精度要求差別較大的方面；對(duì)保證運(yùn)動(dòng)精度、保證密封性及未注尺寸公差與幾何公差的方面等；②相關(guān)要求 其是指圖樣中的尺寸公差和幾何公差二者之間相關(guān)的公差要求，包括包容要求、可逆要求、最大實(shí)體要求、最小實(shí)體要求等。包容要求主要應(yīng)用于保障孔、軸的配合性質(zhì)等重要的配合；可逆要求一般需要配合最大實(shí)體要求或最小實(shí)體要求使用，應(yīng)用范圍較為狹窄，僅能應(yīng)用于被測(cè)要素，而無法應(yīng)用于基準(zhǔn)要素。最大實(shí)體要求的主要作用是保障被測(cè)中心要素及基準(zhǔn)中心要素零件的可裝配性場(chǎng)合；最小實(shí)體要求的作用主要應(yīng)用于保障最小壁厚的方面[3]。

3、基準(zhǔn)要素

基準(zhǔn)要素的確認(rèn)是確定位置公差項(xiàng)目是必須的工作之一。合理選擇幾何公差項(xiàng)目的基準(zhǔn)，需要參考多方面的因素，不僅包括零件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、基本功能、設(shè)計(jì)要求、加工工藝、裝配等要求，還需要根據(jù)各個(gè)及基準(zhǔn)統(tǒng)一的原則，包括設(shè)計(jì)基準(zhǔn)、加工基準(zhǔn)、測(cè)量基準(zhǔn)、裝配基準(zhǔn)等，進(jìn)行合理選用，具體考慮以下幾個(gè)方面：①在加工零件的過程中，需要采用在夾具中定位的相關(guān)要素作為基準(zhǔn)，包括加工較為平整的表面、接觸面積較大，工件將其作為表面定位的參照物，提高重心的固定性，保障工件的穩(wěn)定性等要素；②在零件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面可以采用長(zhǎng)度及面積均較大，且剛性優(yōu)良的要素作為基準(zhǔn)，能夠提高基準(zhǔn)的穩(wěn)定性及準(zhǔn)確性；③零件在制作完畢后行檢驗(yàn)時(shí)，需要采用在計(jì)量器具有定位作用的相關(guān)要素作為基準(zhǔn)；④進(jìn)行零件裝配時(shí)，應(yīng)選用零件相互咬合、相互接觸的表面作為各個(gè)零件的基準(zhǔn)， 使得裝配符合基本要求[4]。

4、幾何公差值

幾何公差值確認(rèn)的方式可以分為計(jì)算法和類比法。一般情況下采用類比法予以確定。其是根按照零件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、功能要求、結(jié)合設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)及相關(guān)資料，將其與已經(jīng)驗(yàn)證的類似零件的基本要求，進(jìn)行全面的對(duì)比分析，最終予以確認(rèn)。在進(jìn)行類比時(shí)有幾點(diǎn)注意事項(xiàng)，具體如下：①一般情況下，中、高精度零件的形狀公差值在占尺寸公差值中的占比約為25%～65%之間，位置公差值在尺寸公差值中的占比約為50%。中等精度的幾何公差值可以和尺寸公差保持一致，中等尺寸與和中等精度零件的表面粗糙度值在幾何公差值中的占比約為20%～25%之間。②在下列情況下，充分考量加工難度及輔助參數(shù)的影響，在達(dá)到零件功能要求的條件下可適當(dāng)降低2個(gè)左右的公差等級(jí)，包括與軸、細(xì)長(zhǎng)相比較大孔；軸、間距較大的孔；軸或者零件表面的寬度超過長(zhǎng)度的一半等。

5、總結(jié)

機(jī)械制造業(yè)的發(fā)展也帶動(dòng)了其上游、下游及周邊產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。零件制造即為其十分重要的產(chǎn)業(yè)。由于機(jī)械設(shè)備的類型、型號(hào)、規(guī)格等均有較大的區(qū)別，其所需的零件差異也十分巨大。在進(jìn)行零件設(shè)計(jì)時(shí)，為了達(dá)到適應(yīng)各類機(jī)械產(chǎn)品的使用要求、性能標(biāo)準(zhǔn)等，對(duì)于其設(shè)計(jì)的精確度有著較高的要求，幾何公差的合理選用是提高設(shè)計(jì)精確度的重要途徑之一，其直接影響到零件的使用質(zhì)量、性能等均有著直接的影響。在實(shí)踐的過程中還需要設(shè)計(jì)人員先全面掌握各項(xiàng)零件的各項(xiàng)要素，如機(jī)械設(shè)備的要求、性能要求、功能設(shè)定、制造技術(shù)、使用材料等，綜合把握，合理選用幾何公差，提高零件設(shè)計(jì)的精確度，保障產(chǎn)品質(zhì)量，促進(jìn)機(jī)械制造業(yè)的發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

[1]符莎.機(jī)械零件設(shè)計(jì)中幾何公差的合理選用[J].職業(yè)，2012（09）：38-39.

[2]龔崇民.公差原則在機(jī)械零件設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J].科技風(fēng)，2011（24）：127.

[3]何朝遠(yuǎn)，林貽軍.對(duì)玻纖機(jī)械零件設(shè)計(jì)原則及要點(diǎn)的討論[J].黑龍江交通科技，2012（01）：43.

[4]鄭立新，唐俊.公差原則在零件設(shè)計(jì)中的應(yīng)用探討[J].電子測(cè)試，2013（13）：107-108.