机械制图教程-(7.5)零件图的技术要求

7.5 零件图的技术要求

    零件图不仅要把零件的形状和大小表达清楚，还需要对零件的材料、加工、检验、测量等提出必要的技术要求。用规定的代号、数字、文字等，表示零件在制造和检验过程中应达到的技术指标，称为技术要求。技术要求的主要内容包括：表面粗糙度、尺寸公差、形位公差、材料及热处理等。这些内容凡有指定代号的，需用代号注写在视图上，无指定代号的则用文字说明，注写在图纸的空白处。

7.5.1 表面粗糙度

1. 表面粗糙度的概念

    零件的表面，无论采用哪种方法加工，都不可能绝对光滑、平整，将其置于显微镜下观察，都将呈现出不规则的高低不平的状况，高起的部分称为峰，低凹的部分称为谷，这种表面上具有较小间距的峰谷所组成的微观几何形状特性，称为表面粗糙度，如图7-34所示。这是由于加工零件时，刀具在零件表面上留下刀痕和切削时金属的塑性变形等影响，使零件表面存在着间距较小的轮廓峰谷。

 

 图7-34 表面粗糙度

    表面粗糙度反映了零件表面的加工质量，它对零件的耐磨性、耐腐蚀性、配合精度、疲劳强度及接触刚度和密封性等都有较大影响。国家标准规定了零件表面粗糙度的评定参数，应在满足零件表面功能要求的前提下，合理地选择表面粗糙度的参数值。一般来说，凡零件上有配合要求或有相对运动的表面，零件表面质量要求较高。

2. 表面粗糙度代号

    表面粗糙度用代号标注在图样上，代号由符号、数字及说明文字组成。在零件的每个表面，都应按设计要求，标注表面粗糙度代号。表面粗糙度符号有三种，见表7-2。

表7-2 表面粗糙度符号

3. 表面粗糙度的高度评定参数

    评定表面粗糙度的高度参数有：轮廓的算术平均偏差Ra、轮廓的最大高度Rz等。这里只介绍最常用的轮廓算术平均偏差Ra。其他内容可参阅国家标准。

    轮廓的算术平均偏差Ra是指在取样长度l内，轮廓偏距y绝对值的算术平均值，如图7-35。用公式可表示为：

 Ra=∣y(x)∣dx   或    Ra≈∣yi∣

图7-35 轮廓算术平均偏差

    表面粗糙度的高度评定参数Ra的数值见表7-3。

          表7-3 表面粗糙度Ra数值              μm

    零件的表面粗糙度高度评定参数轮廓算术平均偏差Ra的数值越大，表面越粗糙，零件表面质量越低，加工成本就越低；轮廓算术平均偏差Ra的数值越小，表面越光滑，零件表面质量越高，加工成本就越高。因此，在满足零件使用要求的前提下，应合理选用表面粗糙度参数。

4. 表面粗糙度代号在图样上的标注

    表面粗糙度符号的画法如图7-36所示。对于Ra、Rz粗糙度高度参数，尤其选用Ra数值的为最多，标注Ra数值时省略Ra字样，见表7-4。

图7-36 表面粗糙度符号的画法

 

表7-4 表面粗糙度代号

    在图样上标注表面粗糙度时，应注意以下几点：

(1) 同一零件图中，每个表面一般只标注一次表面粗糙度代号。

(2) 表面粗糙度代号的尖端必须从材料外指向材料表面。

(3) 表面粗糙度代号应标注在可见轮廓线、尺寸线、尺寸界线或引出线上，并且尽量标注在有关范围附近，如图7-3所示。 

 

图7-37 表面粗糙度的标注示例            图7-38 表面粗糙度的标注 

(4) 当表面粗糙度代号中，仅有高度参数值一项内容时，表面粗糙度代号和数字的方向应按图7-38规则标注。 

(5) 当零件表面有相同的表面粗糙度要求时，可将表面粗糙度代号统一标注在图样的右上角，如图7-39所示。

     图7-39 相同表面的表面粗糙度标注       图7-40 不连续的同一表面、连续表面的标柱

    当零件各表面的表面粗糙度要求不同时，可将使用最多的一种表面粗糙度代号统一标注在图样的右上角，并在代号的前面加上“其余”二字，如图7-37所示。

    零件上连续表面、重复要素（如孔、齿、槽等）的表面和用细实线连接不连续的同一表面，其表面粗糙度代号只注一次，如图7-40所示。

图7-41 同一表面不同要求的注法        图7-42 螺纹、齿轮、键槽、倒角、圆角的注法

    同一表面上有不同的表面粗糙度要求时，应用细实线画出其分界线，并注出相应的表面粗糙度代号和尺寸，如图7-41所示。

 齿轮、螺纹、键槽等的工作表面和倒角、圆角的表面粗糙度代号可以简化标注，如图7-42所示。

 5. 表面粗糙度的选用

    表面粗糙度参数值的选用，应该既要满足零件表面的功能要求，又要考虑经济合理性。具体选用时，可参照已有的类似零件图，用类比法确定。

    选用时要注意以下问题：

① 在满足功用的前提下，尽量选用较大的表面粗糙度数值，以降低生产成本。

② 一般情况下，零件的接触表面比非接触表面的粗糙度参数值要小。

③ 受循环载荷的表面极易引起应力集中的表面，表面粗糙度参数值要小。

④ 配合性质相同，零件尺寸小的比尺寸大的表面粗糙度参数值要小；同一公差等级，小尺寸比大尺寸、轴比孔的表面粗糙度参数值要小。

⑤ 运动速度高、单位压力大的磨擦表面比运动速度低，单位压力小的磨擦表面的粗糙度参数值小。

⑥ 要求密封性、耐腐蚀的表面其粗糙度参数值要小。

表7-5列举了表面粗糙度参数Ra值与加工方法的关系及其应用实例，可供选用时参考。

表7-5 表面粗糙度参数Ra值应用举例

7.5.2 极限与配合

7.5.2.1极限与配合基本概念

1.零件的互换性

    现代化的大规模生产，要求零件具有互换性。即在同一规格的一批零件中任取一件，在装配时不经加工与修配，就能顺利地将其装配到机器上，并能够保证机器的使用要求。零件在制造过程中，由于加工和测量等因素引起的误差，使得零件的尺寸不可能绝对准确，为了使零件具有互换性，就必须限制零件尺寸的误差范围，并且在制造上又是经济合理的。零件具有互换性，不但给装配、修理机器带来方便，还可用专用设备生产，提高产品数量和质量，同时降低产品的成本。

2. 尺寸公差

    制造零件时，为了使零件具有互换性，就必须对零件的尺寸规定一个允许的变动范围。为此，国家制定了极限尺寸制度，即零件制成后的实际尺寸，限制在最大极限尺寸和最小极限尺寸的范围内。这种允许尺寸的变动量，称为尺寸公差。

    下面简要介绍关于尺寸公差中的一些名词，如图7-43所示。

 

 (a) 尺寸公差             (b) 公差带图

图7-43 尺寸公差名词

(1) 基本尺寸：根据零件强度、结构和工艺性要求，设计给定的尺寸，如Φ50。

(2) 实际尺寸：通过测量所得到的尺寸。

(3) 极限尺寸：允许尺寸变化的两个界限值。它以基本尺寸为基数来确定。两个界限值中较大的一个称为最大极限尺寸；较小的一个称为最小极限尺寸。如最大极限尺寸为Φ50.007，最小极限尺寸为Φ47.982。

(4) 尺寸偏差（简称偏差）：极限尺寸减去基本尺寸的代数差，分别为上偏差和下偏差。孔的上偏差用ES，下偏差用EI表示；轴的上偏差用es，下偏差用ei表示。

上偏差＝最大极限尺寸－基本尺寸

下偏差＝最小极限尺寸－基本尺寸

ES＝50.007－50＝＋0.007

EI＝47.982－50＝－0.018

上、下偏差统称极限偏差。上、下偏差可以是正值、负值或零。

(5) 尺寸公差（简称公差）：允许尺寸的变动量。它等于最大极限尺寸与最小极限尺寸之代数差的绝对值。也等于上偏差与下偏差之代数差的绝对值。

尺寸公差＝最大极限尺寸－最小极限尺寸＝上偏差－下偏差

公差＝50.007－47.982＝0.025＝0.007－（－0.018）＝0.025

    因为最大极限尺寸总是大于最小极限尺寸，所以尺寸公差一定为正值。

(6) 零线：在公差带图中，确定偏差值的基准线，也称零偏差线。通常以零线表示基本尺寸。

(7) 尺寸公差带（简称公差带）：在公差带图解中由代表最大极限尺寸和最小极限尺寸的两条直线所限定的一个区域。为了便于分析，一般将尺寸公差与基本尺寸的关系，按放大比例画成简图，称为公差带图，如图7-43(b)。

2. 标准公差和基本偏差

    公差带是由标准公差和基本偏差组成的。标准公差确定公差带的大小，基本偏差确定公差带的位置。

(1) 标准公差：国家标准所列的，用以确定公差带大小的任一公差。标准公差的数值由基本尺寸和公差等级来决定。公差等级确定尺寸的精确程度，分为20级，“IT”表示标准公差，公差等级的代号用阿拉伯数字表示。即IT01，IT0，IT1，…，IT18。其尺寸精确程度从IT01到IT18依次降低。对于一定的基本尺寸，公差等级越高，标准公差值越小，尺寸的精确程度越高。基本尺寸和公差等级相同的孔与轴，它们的标准公差值相等。标准公差的具体数值见书末的附表。

(2) 基本偏差：基本偏差是指在标准的极限与配合中，确定公差带相对零线位置的上偏差或下偏差，一般指靠近零线的那个偏差。当公差带在零线的上方时，基本偏差为下偏差；反之，则为上偏差。基本偏差共有28个，用拉丁字母表示，大写字母代表孔，小写字母代表轴，如图7-44所示。

 

图7-44 基本偏差系列示意图

    从基本偏差系列图中可以看出：孔的基本偏差A～H和轴的基本偏差k～zc为下偏差；孔的基本偏差K～ZC和轴的基本偏差a～h为上偏差，JS和js的公差带对称分布于零线两边，孔和轴的上、下偏差分别都是＋IT/2、－IT/2。基本偏差系列图只表示公差带的位置，不表示公差的大小，因此，公差带一端是开口的，开口的另一端由标准公差限定，根据尺寸公差的定义有以下的计算式。

孔的另一偏差：

ES＝EI＋IT 或 EI＝ES－IT

轴的另一偏差：

ei＝es－IT或 es＝ei＋IT

(3) 孔、轴的公差带代号

    对于某一基本尺寸，取标准规定的一种基本偏差，配上一级标准公差，就可以形成一种公差带。我们用基本偏差代号的字母和标准公差等级代号的数字即可组成一种公差带代号，如：H9、h7、F8、f7等。

例如Ø50H8的含义是：

此公差带的全称是：基本尺寸为Ø50，公差等级为8级，基本偏差为H的孔的公差带。

又如Ø50f7的含义是：

3. 配合

    基本尺寸相同的、相互结合的孔和轴公差带之间的关系，称为配合。配合分为三类：即间隙配合、过盈配合和过渡配合。

(1) 间隙配合：孔的公差带完全在轴的公差带之上，孔比轴大，任取其中一对轴和孔相配都成为具有间隙的配合（包括最小间隙为零），如图7-45所示。当互相配合的两个零件需相对运动或要求拆卸很方便时，则需采用间隙配合。

图7-45间隙配合

(2) 过盈配合：孔的公差带完全在轴的公差带之下，孔比轴小，任取其中一对轴和孔相配都成为具有过盈的配合（包括最小过盈为零），如图7-46所示。当互相配合的两个零件需牢固连接、保证相对静止或传递动力时，则需采用过盈配合。

图7-46  过盈配合

 (3) 过渡配合：孔和轴的公差带相互交叠，孔可能比轴大，也可能比轴小，任取其中一对孔和轴相配合，可能具有间隙，也可能具有过盈的配合，如图7-47所示。过渡配合常用于不允许有相对运动，轴孔对中要求高，但又需拆卸的两个零件间的配合。

7.47  过渡配合

4. 配合制度

    在制造相互配合的零件时，使其中一种零件作为基准件，它的基本偏差一定，通过改变另一种非基准件的基本偏差来获得各种不同性质配合的制度称为基准制。根据生产实际的需要，国家标准规定了基孔制和基轴制两种基准制度。

(1) 基孔制配合：基本偏差为一定的孔的公差带，与不同基本偏差的轴的公差带构成各种配合的一种制度称为基孔制。这种制度在同一基本尺寸的配合中，是将孔的公差带位置固定，通过变动轴的公差带位置，得到各种不同的配合，如图7-48所示。

基孔制的孔称为基准孔。国标规定基准孔的下偏差为零，“H”为基准孔的基本偏差。

一般情况下应优先选用基孔制。

图7-48 基孔制

  (2) 基轴制配合：基本偏差为一定的轴的公差带与不同基本偏差的孔的公差带构成各种配合的一种制度称为基轴制。这种制度在同一基本尺寸的配合中，是将轴的公差带位置固定，通过变动孔的公差带位置，得到各种不同的配合，如图7-49所示。

    基轴制的轴称为基准轴。国家标准规定基准轴的上偏差为零，“h”为基轴制的基本偏差。

图7-49 基轴制

    从基本偏差系列，如图7-44中可以看出：

    在基孔制中，基准孔H与轴配合，a～h（共11种）用于间隙配合；j～n（共5种）主要用于过渡配合；p～zc（共12种）主要用于过盈配合。

    在基轴制中，基准轴h与孔配合，A～H（共11种）用于间隙配合；J～N（共5种）主要用于过渡配合；P～ZC（共12种）主要用于过盈配合。

5. 优先配合和常用配合

    国家标准根据机械工业产品生产使用的需要，考虑到定值刀具、量具的统一，规定了一般用途孔公差带105种，轴公差带119种以及优先选用的孔、轴公差带。国标还规定轴、孔公差带中组合成基孔制常用配合59种，优先配合13种；基轴制常用配合47种，优先配合13种。表7-6为基孔制常用、优先配合系列，表7-7为基轴制常用、优先配合系列。在设计中，应根据配合特性和使用功能，尽量选用优先和常用配合。

表7-6 基孔制常用、优先配合

基准孔

轴

a

b

c

d

e

f

g

h

js

k

m

n

p

r

s

t

u

v

x

y

z

间隙配合

过渡配合

过盈配合

H6

H7

H8

H9

H10

H11

H12

注： 1. 、在≤3mm和≤100mm时为过渡配合。

2. 黑框中的配合符号为优先配合。

表7-7 基轴制常用、优先配合

基准轴

孔

A

B

C

D

E

F

G

H

JS

K

M

N

P

R

S

T

U

V

X

Y

Z

间隙配合

过渡配合

过盈配合

h5

h6

h7

h8

h9

h10

h11

h12

注：黑框中的配合符号为优先配合。

7.5.2.2 极限与配合的选用

    极限与配合的选用包括基准制、配合类别和公差等级三项内容。

1. 基准制的选择

    国家标准中规定优先选用基孔制，因为一般地说加工孔比加工轴难，采用基孔制可以减少加工孔所需用的定值刀具、量具的规格数量，从而获得较好的经济效益。

    基轴制通常仅用于结构设计要求不适宜采用基孔制，或者采用基轴制具有明显经济效果的场合。例如，同一轴与几个具有不同公差带的孔配合，或冷拉制成不再进行切削加工的轴在与孔配合时，采用基轴制。

    在零件与标准件配合时，应按标准件所用的基准制来确定，如滚动轴承的内圈与轴的配合为基孔制；而滚动轴承的外圈与机体孔的配合则为基轴制。

2. 公差等级的选择

    由于公差等级越高，加工加工成本就越高，所以在保证零件使用要求的条件下，应尽量选择比较低的公差等级，即标准公差等级数较大，公差值较大，以减少零件的制造成本。由于加工孔比较难，故当标准公差等级高于IT8时，在基本尺寸至500mm的配合中，应选择孔的标准公差等级比轴低一级（如孔为8级，轴为7级）来加工孔。标准公差等级低时，轴、孔的配合可选相同的标准公差等级。

通常IT01～IT4用于块规和量规；IT5～IT12用于配合尺寸；IT12～IT18用于非配合尺寸。表7-8列举了IT5～IT12公差等级的应用说明，可供选择时参考。

表7-8  公差等级的应用

3. 配合的选择

    选择配合的方法有类比法、计算法和实验法等。在实际生产中，应用最广泛的是类比法。所谓类比法就是参考现有手册和资料，参照经过验证的类似产品已有的配合，进行修正的方法。当零件之间具有相对转动或移动时，必须选择间隙配合；当零件之间无键、销等紧固件，只依靠结合面之间的过盈来实现传动时，必须选择过盈配合；当零件之间不要求有相对运动，同轴度要求较高，且不是依靠该配合传递动力时，通常选择过渡配合。表7-9列举了基孔制中轴的基本偏差应用说明，表7-10列举了优先配合的特性及应用说明，可供选择时参考。

表7-9 轴的基本偏差应用说明

表7-10 优先配合的特性及应用

7.5.2.3 极限与配合的标注及查表

1. 在零件图中的标注

    在零件图中进行公差标注有三种方法：

(1) 标注公差带代号：直接在基本尺寸后面标注出公差带代号，如图7-50a所示。这种注法常用于大批量生产中，由于与采用专用量具检验零件统一起来，因此不需要注出偏差值。

(2) 标注极限偏差：直接在基本尺寸后面标注出上、下偏差数值，如图7-50b所示。在零件图中进行公差标注一般采用极限偏差的形式。这种注法常用于小批量或单件生产中，以便加工检验时对照。标注偏差数值时应注意：

① 上、下偏差数值不相同时，上偏差注在基本尺寸的右上方，下偏差注在右下方并与基本尺寸注在同一底线上。偏差数字应比基本尺寸数字小一号，小数点前的整数位对齐，后边的小数位数应相同，如图中Ø 50。

② 如果上偏差或下偏差为零时，应简写为“0”，前面不注“＋”、“—”号，后边不注小数点；另一偏差按原来的位置注写，其个位“0”对齐，如图中。

③ 如果上、下偏差数值绝对值相同，则在基本尺寸后加注“±”号，只填写一个偏差数值，其数字大小与基本尺寸数字大小相同，如Φ80±0.017。

(3) 公差带代号与极限偏差值同时标出：在基本尺寸后面标注出公差带代号，并在后面的括弧中同时注出上、下偏差数值，如图7-50c所示。这种标注形式集中了前两种标注形式的优点，常用于产品转产较频繁的生产中。

国家标准规定，同一张零件图中其公差只能选用一种标注形式。

图7-50 零件图中公差的标注

 2. 在装配图上的标注

    在装配图上标注配合，是在基本尺寸的后面，用分式注出，分子为孔的公差带代号，分母为轴的公差带代号，有以下三种形式：

(1) 标注孔、轴的配合代号，如图7-51a所示。这种注法应用最多。

(2) 标注孔、轴的极限偏差，如图7-51b所示。这种注法主要用于非标准配合。

图7-51 装配图中配合的标注

(3) 零件与标准件或外购件配合时，装配图中可仅标注该零件的公差带代号。如图7-51b中轴颈与滚动轴承内圈的配合，只注出轴颈Φ30K6；机座孔与滚动轴承外圈的配合，只注出机座孔Φ62J7。

3. 查表方法

    基本尺寸、基本偏差、公差等级确定以后，极限偏差的数值可以从书末的附表中查得。

    例如，查表写出Φ30H8/f7的轴、孔的极限偏差数值。

    从该配合代号中可以看出：孔、轴基本尺寸为Φ30，孔为基准孔，公差等级8级；相配的轴的基本偏差代号为f，公差等级7级，属基孔制间隙配合。

① 查孔Φ30H8的偏差数值。在附表16中由基本尺寸“大于24至30”的横行与H8的纵列相交处，查得上偏差为＋33μm（即＋0.033mm），下偏差为“0”，见表7-11。所以Φ30H8可写成。

表7-11 查孔Φ30H8的偏差数值

② 查轴Φ30f7的偏差数值。在附表15中，由基本尺寸“大于24至30”的横行与f7的纵列相交处，查得上偏差为－20μm（即－0.020mm），下偏差为－41μm（即－0.041mm），见表7-12。所以Φ30f7可写成。

表7-12 查轴Φ30f7的偏差数值

7.5.3 形状公差和位置公差简介

1. 形状公差和位置公差的概念

    机械零件在加工中的尺寸误差，根据使用要求用尺寸公差加以限制。而加工中对零件的几何形状和相对几何要素的位置误差则由形状和位置公差加以限制。

图7-52 形状误差

    如图7-52a所示的齿轮轴，即使加工后尺寸误差和表面粗糙度都合格，但齿轮轴形状弯曲了，产生了形状（直线度）误差，如图7-52b所示。如果零件存在严重的形状和位置误差，将给其装配造成困难，影响机器的质量。这种在形状上出现的误差，称为形状误差。再例如阶梯轴，加工后可能会出现各轴段的轴线不在一条直线上的情形。这种在相互位置上出现的误差，称为位置误差。如果零件在加工时产生的形状误差和位置误差过大，将会影响机器的质量。

    形状误差是指实际形状相对于理想形状的变动量。测量时，理想形状相对于实际形状的位置，应按最小条件来确定。形状公差是指实际要素的形状所允许的变动全量。

    位置误差是指实际位置相对于理想位置的变动量。理想位置是指相对于基准的理想形状的位置而言。测量时，确定基准的理想形状的位置应符合最小条件。位置公差是指实际要素的位置对基准所允许的变动全量。

    形状公差和位置公差，简称形位公差。对零件上精度要求较高的部位，必须根据实际需要对零件加工提出相应的形状误差和位置误差的允许范围，在图纸上标出形位公差。因此，它和表面粗糙度、极限与配合共同成为评定产品质量的重要技术指标。

2. 形位公差的代号

    国家标准规定了14个形位公差项目，每一项目用一个符号表示，见表7-13。

表7-13 形位公差项目及符号

图7-53 形位公差代号

    国家标准规定，形位公差在图样中应采用代号标注。当无法用代号标注形位公差时，允许在技术要求中用文字说明。形位公差代号包括：形位公差各项目的符号，形位公差框格及指引线，形位公差数值和其他有关符号，以及基准代号等。框格内字体的高度h与图样中的尺寸数字等高，如图7-53所示。

3. 形位公差的标注

    在图样中，形位公差的内容（项目符号、公差值、基准要素字母及其他要求）在公差框格中给出。公差框格用细实线画出，可画成水平的或垂直的，框格高度是图样中尺寸数字高度的两倍，它的长度视需要而定。框格中的数字、字母、符号与图样中的数字等高。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。有基准要求时，相对于被测要素的基准用基准代号表示。基准代号也可由基准符号、圆圈、连线和大写字母组成。基准符号用加粗的短划表示；圆圈和连线用细实线绘制，连线必须与基准要素垂直，表示基准的字母也应注在公差框格内。

    标注时应注意以下几点：

① 当被测要素或基准要素为实际表面时，指引线的箭头应指在该要素的轮廓线或其引出线上，基准符号应靠近该要素的轮廓线或其引出线标注，并都应明显地与尺寸线错开，如图7-54a所示。 

图7-54 形状公差的标注

 图7-55 位置公差的标注

 ② 当被测要素或基准要素为轴线、球心或中心平面时，指引线的箭头或基准符号应与该要素的尺寸线对齐，如图7-54b、图7-55所示。

图7-56 整体轴线

③ 当被测要素或基准要素为整体轴线或公共中心平面时，指引线的箭头可以直接指在轴线或中心线上，基准符号可以直接靠近轴线或中心线标注，如图7-56所示。 

④ 用带基准符号的指引线将基准要素与公差框格的另一端相连，如图7-55a所示。

图7-57为形位公差综合标注举例。

图7-57 形位公差综合标注举例

    图中的形位公差分别表示：

①  表示：Φ32圆柱面的圆柱度公差为0.005mm。即该被测圆柱面必须位于半径差为公差值0.005 mm的两同轴圆柱面之间。

② 表示：M12×1的轴线对基准A（Φ24圆柱面的轴线）的同轴度公差为0.1mm。即被测圆柱面的轴线必须位于直径为公差值Φ0.1mm，且与基准轴线A同轴的圆柱面内。

③ 表示：Φ32圆柱的左端面对基准A的端面圆跳动公差为0.01mm。即被测面围绕基准A旋转一周时，任一测量直径处的轴向圆跳动量不得大于公差值0.01mm。

④ 表示：Φ72的右端面对基准A的垂直度公差为0.025mm。即该被测面必须位于距离为公差值0.025mm，且垂直于基准A的两平行平面之间。