03.04 基礎的公差原則知識,很多設計師卻忽略這些重點

工程師們在設計孔軸配合時,通常是靠標註尺寸大小公差來保證裝配功能,如下圖所示,孔與軸裝配,孔最小直徑是5.0 ,軸最大直徑是5.0,那麼下圖的尺寸公差標註就一定可以保證孔軸裝配不干涉嗎?初步判斷好像裝配沒問題的,因為孔最小直徑是5.0 ,軸最大直徑是5.0,最大軸和最小孔的直徑大小相等,軸和孔應該可以裝配。

可實際情況是如此嗎?

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上圖的軸加工後除了大小誤差外,還有形狀誤差,當孔、軸的直徑都加工在直徑5的時,如果這時孔或軸有一點彎曲或者截面圓度不好,裝配肯定要干涉,也就是說如果孔軸直徑都是5的時候,如果要保證裝配,它們的形狀必須完美。由GB/T-4249和ISO-8015標準中的獨立原則可知,尺寸大小公差和形狀公差是獨立的。因為大小公差是表示每個截面的兩點之間的小,而截面兩點之間的大小與整個軸彎曲的程度和截面的圓度沒系,而下圖中的紅色尺寸是裝配作用尺寸,大於截面大小尺寸。所以按照獨立原則,上圖的設計孔軸裝配有問題。

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包容原則是美國尺寸公差標準ASME Y14.5中默認的第一原則,也就是我們經常說的Rule #1 ,那到底什麼是包容原則呢?包容原則的核心就是大小公差要和形狀公差關聯起來。

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如上圖當軸直徑最大時(MMC),軸的形狀必須完美即形狀誤差為0,但軸做小了,這時就可以有一個形狀誤差的補償。對於孔來講,當孔做到最小時(MMC),孔的形狀必須完美及形狀誤差必須是0,孔做大了可以有形狀誤差補償,具體關係見下表。

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上面表格反應了包容原則,軸孔的大小與形狀誤差的關係,由表可知孔軸的包容邊界都是它們的最大實體邊界5.0,而它們的大小公差和形狀公差綜合不會超過最大實體裝配邊界,即包容原則保證了孔軸的裝配邊界是一個固定值,從而保證了裝配不干涉。由包容原則可知,即使沒有標註形狀公差,大小公差也把形狀公差管控了,即形狀公差不要超過大小公差。

包容原則檢測

1):檢測最大實體邊界,保證裝配

2):檢測最小實體尺寸,保證尺寸大小

通規測最大實體邊界,比如上圖中的孔測最大實體邊界要用5.0的通規

止規測最小實體尺寸,理論上應該是用止規兩點測量,如下圖所示,止規的大小用孔的LMC尺寸5.2。

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實際測量時為了操作方便,把通止規都做成圓柱規,如上圖所示,測量時通規通過,止規止住就算合格。但是這裡如果止規做成圓柱規去測量最小實體尺寸存在誤判的風險,如下圖所示,止規是圓柱規時測量孔也可能止住,但是實際孔尺寸超差了,所以會出現誤判。如果把止規做成兩點測量式的就會避免這種誤判的問題。(如果孔的功能是裝配,而孔的最小實體尺寸不是太重要,為了檢測方便,通常是把通止規都做成圓柱規)

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在圖紙中如果出現下列情況之一,表示包容原則失效

1)直線度用來管控中心線

2)平面度用來管控中心面

3)在圖紙中標註“PERFECT FORM AT MMC NOT REQUIRED,最大實體時不要求形狀完美”

4)在尺寸大小公差後面加I圈,表示獨立原則。

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如上圖中,直線度是控制中心線直線度,平面度用來控制中心面的直線度,所以包容原則失效,形狀公差值可以大於大小公差0.2。(如果直線度和平面度標註在表面,公差值標註不能大於0.2)

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1 尺寸公差怎麼評定?

要想把尺寸公差的定義和評定搞懂,首先要知道兩大國際標準對尺寸公差的定義和區別. 以及這兩大國際標準默認的公差原則和區別

兩大國際標準公差原則參見文章 工程師必須要了解的公差原則

2 國際標準對尺寸的分類

一提到Size(尺寸),絕大部分工程師們覺得很簡單,好像尺寸公差就只有一種即兩點之間的大小,實際產品圖紙中除了兩點之間的尺寸外,還有很多關於尺寸的定義。

下圖中的尺寸公差定義有啥區別?怎麼檢測?

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美標ASME Y14.5對尺寸(SIZE)定義有三種類型:即實際局部尺寸(兩點之間的尺寸),非關聯包容尺寸和關聯包容尺寸。

實際局部尺寸和非關聯包容尺寸一般是對單一尺寸要素的定義,即上圖中美標圖紙中軸的直徑,要測量兩個尺寸出來,局部兩點之間的尺寸不小於9.9,非關聯包容尺寸即最小外接圓柱尺寸不大於10.1,只有這兩個同時合格,產品才算合格,因為美標默認公差原則為包容原則。

美標中的關聯包容尺寸一般是和基準相關的尺寸,也就是一般在用基準建立座標系或者做檢具設計時要考慮的。

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歐標ISO 11405 對尺寸SIZE定義就複雜多了,主要分為三大類,及局部尺寸(Local Size),計算尺寸(Calculated Size)和全局尺寸(Global Size),而每大類又包括好幾小類,總計十小類尺寸。

局部尺寸包括兩點尺寸,部分尺寸,截面尺寸和球徑尺寸

計算尺寸包括圓周直徑、面積直徑和體積直徑

全局尺寸包括最小二乘、最大內切和最小外接

每種尺寸在圖紙中用不同的符號表示,詳細內容參見標準ISO 14405-1.

ISO標準圖紙用到最多的尺寸就下面幾種:

1) 兩點尺寸,在圖紙中用LP符號表示,相當於美標ASME中實際局部尺寸。

2) 最大內切尺寸,在圖紙中用GX符號表示,一般用在內部尺寸要素,比如孔,相當於美標ASME中的非關聯包容尺寸。

3) 最小外接尺寸,在圖紙中用GN符號表示,一般用在外部尺寸要素,比如軸,相當於美標ASME中的非關聯包容尺寸。

4) 最小二乘尺寸,在圖紙中用GG符號表示,指的是平局尺寸。

3 ISO標準對尺寸的標註規定

ISO 標準默認的公差原則是獨立原則,默認的尺寸是兩點尺寸,相當於美標中實際局部尺寸。

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上圖中的尺寸標註,左圖只需要測量兩點之間的尺寸大小,因為默認獨立公差原則,右圖中測量按照包容原則執行,即測量兩個尺寸:兩點尺寸不小於9.9,最小外接尺寸不大於10.1。

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如果上下極限公差測量評定要求不一樣,分別標出不同的符號,如上圖中左圖表示35.1尺寸按照最小外接尺寸評定,34.8按照最大內切尺寸評定。右圖中的35.0尺寸按照最小外接尺寸評定,34.9按照兩點法檢測評定。

如上下極限公差要求一樣,只需要標註一個符號即可。下圖表示任一橫截面的尺寸按照最小二乘法評定。

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