機械零件測繪中有關(guān)尺寸圓整問題的探討

河南機電學(xué)校 楊利明

機械零件測繪中有關(guān)尺寸圓整問題的探討

河南機電學(xué)校 楊利明

在機械零件測繪中，經(jīng)常會遇到零件尺寸被測量之后，如何確定公稱尺寸和公差的問題。本文，筆者對尺寸圓整、尺寸換算、尺寸協(xié)調(diào)的方法進行了探討，以便在實際機械測繪中能夠方便地確定基本尺寸、公差和偏差。

一、圓整概念

1.尺寸圓整。即根據(jù)實測尺寸數(shù)據(jù)，分析、推斷并確定原設(shè)計尺寸的公稱尺寸和公差的過程。在測繪過程中，因為存在著制造和測量誤差，按實樣測出的尺寸往往不成整數(shù)。所以，需要對尺寸進行圓整。圓整包括確定基本尺寸的圓整和尺寸公差的圓整兩個方面。

2.設(shè)計圓整法。設(shè)計圓整法是最常用的一種圓整法，其方法基本上是按設(shè)計的程序，即以實測值為依據(jù)，參照同類或類似產(chǎn)品的配合性質(zhì)及配合類別，確定基本尺寸和尺寸公差。圓整前首先應(yīng)進行數(shù)值優(yōu)化，數(shù)值優(yōu)化是指各種技術(shù)參數(shù)數(shù)值的簡化和統(tǒng)一，即設(shè)計制造中所使用的數(shù)值，為國標推薦使用的優(yōu)先數(shù)。數(shù)值優(yōu)化是標準化的基礎(chǔ)。本文，筆者將主要討論設(shè)計圓整法。

二、優(yōu)先數(shù)系和優(yōu)先數(shù)

在工業(yè)產(chǎn)品的設(shè)計和制造中，常常要用到很多數(shù)。當(dāng)選定一個數(shù)值作為某產(chǎn)品的參數(shù)指標時，這個數(shù)值就會按一定的規(guī)律向一切有關(guān)制品和材料中的相應(yīng)指標傳播。例如，若螺紋孔的尺寸一定，則其相應(yīng)的絲錐尺寸、檢驗該螺紋孔的塞規(guī)尺寸以及攻絲前的鉆孔尺寸和鉆頭直徑也隨之而定，這種情況稱為數(shù)值的傳播。

1.優(yōu)先數(shù)系。GB/T321-2005《優(yōu)先數(shù)和優(yōu)先數(shù)系》規(guī)定的優(yōu)先數(shù)系分別用符號R5，R10，R20和R40等表示，稱為R5系列，R10系列，R20系列和R40系列。

2.優(yōu)先數(shù)。優(yōu)先數(shù)系的各系列中任一個項值稱為優(yōu)先數(shù)。優(yōu)先數(shù)也叫常用值，是取三位有效數(shù)字進行圓整后規(guī)定的數(shù)值。

一般機械的主要參數(shù)，如立式車床的主軸直徑、專用工具的主要參數(shù)尺寸都按R10系列確定，通用型材、零件及工具的尺寸和鑄件壁厚等按R20系列確定。設(shè)計任何產(chǎn)品，其主要尺寸及參數(shù)應(yīng)有意識地采用優(yōu)先數(shù)，使其在設(shè)計時就納入標準化軌道。

三、常規(guī)設(shè)計的尺寸圓整

常規(guī)設(shè)計是指標準化的設(shè)計。它是以方便設(shè)計、制造和具有良好的經(jīng)濟性為主。在對常規(guī)設(shè)計的尺寸圓整時，一般都應(yīng)使其符合國家標準GB/T2822-2005推薦的尺寸系列。尺寸系列的選取原則是：優(yōu)先數(shù)系R系列按R10系列，R20系列，R40系列的順序選用；如必須將數(shù)值圓整，可在Ra系列中按Ra10，Ra20、Ra40順序選用。

（1）圓整時一般都應(yīng)將全部實測尺寸圓整成整數(shù)。對于配合尺寸，也應(yīng)按照國家標準圓整成整數(shù)。

例如，實測一對配合孔和軸，孔的尺寸為Φ25.012mm，軸的尺寸為Φ24.978mm，需確定圓整尺寸和尺寸公差。

（2）考慮確定基本尺寸。根據(jù)孔、軸的實測尺寸，只有R10系列的基本尺寸Φ25.0mm靠近實測值。故將該配合的基本尺寸選為Φ25mm。通過對此配合結(jié)構(gòu)的分析可知，該配合為基孔制間隙配合。從相關(guān)技術(shù)資料獲知，此配合屬單件小批生產(chǎn)。根據(jù)工藝要求，單件小批生產(chǎn)時，零件尺寸靠近最大實體尺寸，即孔的尺寸靠近最小極限尺寸，軸的尺寸靠近最大極限尺寸。已知軸的尺寸為Φ24.978mm=Φ（25-0.022）mm，靠近軸的基本偏差。查軸的基本偏差，在Φ25mm所在的尺寸段內(nèi)，與協(xié)Φ（25-0.022）mm最靠近的基本偏差只有為-0.020mm，即軸的基本偏差代號為f.。

（3）確定公差等級。通過查標準公差數(shù)值表，得Φ25mm軸的公差等級為IT7級。又根據(jù)工藝等價的性質(zhì)，推出孔的公差等級比軸低一級，為IT8級。根據(jù)上述分析與計算，該孔軸配合的尺寸公差為Φ25H8/f7或Φ25+0.0330mm/Φ25-0.020-0.041mm。

四、非常規(guī)設(shè)計的尺寸圓整

1.非常規(guī)設(shè)計尺寸圓整的原則。

（1）基本尺寸和尺寸公差數(shù)值不一定都是標準化數(shù)值，可以根據(jù)需要，在進行尺寸圓整時，對一些性能尺寸、配合尺寸、定位尺寸等允許保留到小數(shù)點后一位，個別重要的和關(guān)鍵性的尺寸，允許保留到小數(shù)點后兩位，其他尺寸則圓整為整數(shù)。

（2）將實測尺寸圓整為整數(shù)或帶一兩位小數(shù)時，尾數(shù)刪除應(yīng)采用四舍六入五單雙法，即尾數(shù)刪除時，逢四以下舍，逢六以上進，遇五則以保證偶數(shù)的原則決定進舍。

（3）刪除尾數(shù)時，是按一組數(shù)來進行刪除的，而不得逐位地進行刪除。

（4）所有尺寸圓整時，都應(yīng)盡可能使其符合國家標準推薦的尺寸系列值，尺寸尾數(shù)多為0、2、5、8及某些偶數(shù)值。

2.軸向功能尺寸的圓整。軸向尺寸中的功能尺寸（例如參與軸向裝配尺寸鏈的尺寸）圓整時，依據(jù)大批量生產(chǎn)中其隨機誤差分布符合正態(tài)曲線的特征，所以可假定零件的實際尺寸位于零件公差帶的中部，即當(dāng)尺寸僅有一個實測值時，就可將該實測值當(dāng)成公差中值。同時盡量將基本尺寸按國標所給尺寸系列圓整成整數(shù)，并保證所給公差在IT9級以內(nèi)。公差值采用單向或雙向公差。當(dāng)該尺寸在尺寸鏈中屬孔類尺寸時，取單向正公差[如Φ（30+0.026）mm]；當(dāng)該尺寸屬軸類尺寸時，取單向負公差[如Φ（30-0.026）mm]；當(dāng)該尺寸屬長度尺寸時，采用雙向公差[如（30±0.026）mm]。

例如，某傳動軸的軸向尺寸參與裝配尺寸鏈計算，實測值為84.99mm，將其圓整。這里需確定基本尺寸。查標準尺寸系列表，確定基本尺寸為85mm。確定公差數(shù)值。查標準公差數(shù)值表，在基本尺寸大于（80～120）mm時，公差等級為IT9的公差值為0.087mm。取公差值為0.080mm。將實測值84.99mm當(dāng)成公差中值，得圓整方案為（85+0.04）mm。由于，公差值為0.08mm，在IT9公差值以內(nèi)且接近該公差值，并采用雙向公差。實測值84.99mm接近（85±0.04）mm的公差中值。故該圓整方案合理。

3.非功能尺寸的圓整。非功能尺寸是指一般公差的尺寸（未注公差的線性尺寸），包含功能尺寸外的所有軸向尺寸和非配合尺寸。

圖紙上未注公差的尺寸，人們習(xí)慣上稱為自由尺寸，但不應(yīng)把自由尺寸理解為尺寸不受任何限制，可以任意變動。原則上講，圖紙上每一個尺寸都應(yīng)給出公差。若這樣處理，不但會大大增加設(shè)計人員的工作量，而且注滿了公差會使尺寸標注失去清晰性。所以，通常的做法是只對少量的重要尺寸即主要尺寸才注出公差數(shù)值。這樣可使圖紙清晰地表示出哪些尺寸將影響產(chǎn)品的功能。由于一般公差不需在圖樣上進行標注，則突出了圖樣上的注出公差的尺寸，可使制造人員和工藝人員把注意力集中在這些尺寸上，在進行加工和檢驗時對這些注出尺寸給予應(yīng)有的重視，從而有利于提高產(chǎn)品的質(zhì)量并降低制造成本。

采用自由尺寸的主要場合為圓整非功能尺寸時，主要是合理確定基本尺寸，保證圓整后的基本尺寸應(yīng)符合國家標準規(guī)定的優(yōu)先數(shù)、優(yōu)先數(shù)系和標準尺寸。除個別外，一般不保留小數(shù)，例如8.03圓整為8，30.08圓整為30等。

五、測繪中的尺寸協(xié)調(diào)

尺寸協(xié)調(diào)是指相互結(jié)合、聯(lián)接、配合的零件或部件間的尺寸的合理調(diào)整。一臺機器或設(shè)備通常由許多零件、組件和部件組成。因此，不但要考慮部件中零件與零件之間的關(guān)系，而且還要考慮部件與部件之間，部件與組件或零件之間的關(guān)系。所以在標注尺寸時，必須把裝配在一起的或在裝配尺寸鏈中有關(guān)零件的尺寸一起測量，將測量結(jié)果加以分析比較，最后一并確定基本尺寸和尺寸偏差。如圖1所示的法蘭盤，其上孔的位置尺寸是在協(xié)調(diào)后采用相用的標注方法，圖2中的尺寸A、B，可能會影響裝配精度和部件的工作性能，所以兩尺寸在協(xié)調(diào)后取值不同。

圖2 零件配合

機器內(nèi)部各配合部位的尺寸，（如孔、軸、槽等），應(yīng)盡量做到同時測量、同時圓整、統(tǒng)一考慮，以保證尺寸的協(xié)調(diào)一致。很多結(jié)合面的外形，由于毛坯的制造不十分規(guī)整，測繪時應(yīng)在分析的基礎(chǔ)上確定兩零件結(jié)合面的外形尺寸，以保證結(jié)合處外形的統(tǒng)一。

因此，在尺寸圓整時不僅應(yīng)注意到相關(guān)尺寸的數(shù)值，而且在尺寸的標注形式上也必須進行協(xié)調(diào)。