許多設(shè)計(jì)師忽略的公差原則的基本知識(shí)

在設(shè)計(jì)孔軸配合時(shí)，工程師通常依靠尺寸公差來(lái)保證裝配功能。如下圖，孔和軸組裝好，孔的最小直徑為5.0，軸的最大直徑為5.0，那么尺寸公差標(biāo)注在下圖一定要保證孔和軸組件不干涉？初步判斷組裝似乎沒(méi)有問(wèn)題，因?yàn)榭椎淖钚≈睆綖?.0，軸的最大直徑為5.0，最大軸和最小孔的直徑為相等，軸和孔應(yīng)能組裝。但事實(shí)真的如此嗎？

除了尺寸誤差外，上圖中的軸加工后還有形狀誤差。當(dāng)孔和軸的直徑加工到直徑5時(shí)，如果此時(shí)孔或軸有輕微彎曲或截面圓度不好，則裝配必須過(guò)盈。，也就是說(shuō)，如果孔和軸的直徑都是5，如果要保證裝配，它們的形狀必須是完美的。根據(jù)GB/T-4249和ISO-8015標(biāo)準(zhǔn)中的獨(dú)立原則，尺寸公差和形狀公差是獨(dú)立的。因?yàn)槌叽绻钍敲總€(gè)截面兩點(diǎn)之間的差值，而截面兩點(diǎn)之間的尺寸與整個(gè)軸的彎曲程度和截面的圓度無(wú)關(guān)，而紅色的尺寸在下圖是組裝尺寸，大于截面尺寸。因此，根據(jù)獨(dú)立性原則，上圖中孔軸組件的設(shè)計(jì)存在問(wèn)題。

夾雜原則是美國(guó)尺寸公差標(biāo)準(zhǔn)ASME Y14.5中默認(rèn)的第一原則，也就是我們常說(shuō)的Rule#1，那么夾雜原則到底是什么？包容性原則的核心是尺寸公差與形狀公差相關(guān)。

如上圖所示，當(dāng)軸徑最大（MMC）時(shí)，軸的形狀必須完美，即形狀誤差為0，但如果軸小，則可以有一個(gè)補(bǔ)償形狀誤差。對(duì)于孔，當(dāng)孔最小化（MMC）時(shí)，孔的形狀必須是完美的，形狀誤差必須為0。如果孔較大，可以補(bǔ)償形狀誤差。具體關(guān)系如下表所示。

上表反映了夾雜原理，軸孔尺寸與形狀誤差的關(guān)系。從表中可以看出，孔軸的夾雜邊界是它們的最大實(shí)體邊界5.0，而它們的尺寸公差和形狀公差不會(huì)合并。超過(guò)最大實(shí)體裝配邊界，即包含原理，保證孔軸的裝配邊界為固定值，從而保證裝配不干涉。從包含原理可以看出，即使不標(biāo)注形狀公差，尺寸公差也控制著形狀公差，即形狀公差不應(yīng)超過(guò)尺寸公差。

包含原理檢測(cè)

1）：檢測(cè)最大實(shí)體邊界，保證組裝

2）：檢測(cè)最小實(shí)體尺寸并保證尺寸

最大固體邊界由通用量規(guī)測(cè)量。例如，5.0的通用量規(guī)用于測(cè)量上圖中孔的最大實(shí)體邊界。

限位器的最小物理尺寸理論上應(yīng)該用限位器的兩個(gè)點(diǎn)來(lái)測(cè)量。如下圖所示，限位器的尺寸以孔5.2的LMC尺寸為準(zhǔn)。

在實(shí)際測(cè)量中，為了操作方便，將通規(guī)和限規(guī)做成圓柱量規(guī)，如上圖所示，通規(guī)在測(cè)量過(guò)程中通過(guò)，停規(guī)即使合格也停止。但是，如果將限位器制成圓柱形量規(guī)來(lái)測(cè)量最小物理尺寸，則存在誤判的風(fēng)險(xiǎn)。如下圖所示，當(dāng)限位器為圓柱量規(guī)時(shí)，測(cè)量孔也可能會(huì)停止，但實(shí)際孔尺寸超出公差，因此會(huì)有誤差。句子。如果將限位器做成兩點(diǎn)測(cè)量式，就可以避免這種誤判問(wèn)題。（如果孔的作用是拼裝，孔的最小物理尺寸不是太重要，為了方便檢測(cè)，

如果圖中出現(xiàn)以下情況之一，則表示遏制原則無(wú)效

1）直線度用來(lái)控制中心線

2）Flatness 用于控制中心平面

3）在圖紙中標(biāo)注“PERFECT FORM AT MMC NOT REQUIRED，最大的實(shí)體不需要完美的形狀”

4）在尺寸公差后加一個(gè)I圈，表示獨(dú)立原則。

如上圖，直線度用來(lái)控制中心線的直線度，平面度用來(lái)控制中心平面的直線度，所以?shī)A雜原則是無(wú)效的，形狀公差值可以大于尺寸公差0.2。（如果表面標(biāo)注直線度和平面度，標(biāo)注的公差值不得大于0.2）

1 如何評(píng)估尺寸公差？

要了解尺寸公差的定義和評(píng)價(jià)，首先要了解尺寸公差的兩大國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的定義和區(qū)別。以及兩大國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的默認(rèn)容差原則和差異

兩個(gè)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)公差原則參考文章Tolerance Principles Engineers Must Know

2 國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)尺寸分類

談到尺寸檢具設(shè)計(jì)，大多數(shù)工程師認(rèn)為它非常簡(jiǎn)單。似乎只有一維公差，即兩點(diǎn)之間的大小。在實(shí)際的產(chǎn)品圖紙中，除了兩點(diǎn)之間的尺寸外，關(guān)于尺寸還有很多。定義。

下圖中的尺寸公差定義有什么區(qū)別？如何檢測(cè)？

美國(guó)標(biāo)準(zhǔn) ASME Y14.5 定義了三種類型的尺寸 (SIZE)：實(shí)際局部尺寸（兩點(diǎn)之間的尺寸）、非關(guān)聯(lián)包含尺寸和關(guān)聯(lián)包含尺寸。

實(shí)際局部尺寸和不相關(guān)的包容尺寸一般是單一尺寸元素的定義，即上圖中美標(biāo)圖紙中軸的直徑。必須測(cè)量?jī)蓚€(gè)尺寸，并且兩個(gè)局部點(diǎn)之間的尺寸不小于9. 9. 非關(guān)聯(lián)包含尺寸，即最小外接圓柱尺寸不大于10. 1. 只有當(dāng)這兩者同時(shí)合格時(shí)，產(chǎn)品才被認(rèn)為是合格的，因?yàn)槊罉?biāo)默認(rèn)的公差原則是包容原則。

美標(biāo)中關(guān)聯(lián)的容器尺寸一般為與基準(zhǔn)相關(guān)的尺寸，即用基準(zhǔn)建立坐標(biāo)系或做檢具設(shè)計(jì)時(shí)一般會(huì)考慮。

歐洲標(biāo)準(zhǔn)ISO 11405對(duì)SIZE的定義要復(fù)雜得多，主要分為三類：Local Size、Calculated Size和Global Size檢具設(shè)計(jì)，每一類又包括幾個(gè)小類，共十個(gè)子類大小。

零件尺寸包括兩點(diǎn)尺寸、零件尺寸、截面尺寸和球徑尺寸

計(jì)算尺寸包括周徑、面積直徑和體積直徑

全局尺寸包括最小二乘、最大內(nèi)接和最小外接

每個(gè)尺寸在圖中用不同的符號(hào)表示，詳情參見(jiàn)標(biāo)準(zhǔn) ISO 14405-1.

ISO標(biāo)準(zhǔn)圖紙中最常用的尺寸如下：

1） 兩點(diǎn)尺寸，圖中用LP符號(hào)表示，相當(dāng)于美標(biāo)ASME中的實(shí)際局部尺寸。

2） 圖中用GX符號(hào)表示的最大內(nèi)切尺寸，一般用于孔等內(nèi)部尺寸元素，相當(dāng)于美標(biāo)ASME中的非關(guān)聯(lián)包含尺寸。

3） 圖中用GN符號(hào)表示的最小外形尺寸，一般用于軸等外形尺寸要素，相當(dāng)于美標(biāo)ASME中的非相關(guān)包容性尺寸。

4） 圖紙中用GG符號(hào)表示的最小二乘尺寸，是指圖紙尺寸。

3 ISO 尺寸標(biāo)注標(biāo)準(zhǔn)

ISO標(biāo)準(zhǔn)默認(rèn)公差原則為獨(dú)立原則，默認(rèn)尺寸為兩點(diǎn)尺寸，相當(dāng)于美標(biāo)中的實(shí)際局部尺寸。

對(duì)于上圖中的尺寸標(biāo)注，左圖只需要測(cè)量?jī)牲c(diǎn)之間的尺寸，因?yàn)槟J(rèn)的獨(dú)立公差原則，右圖的測(cè)量是按照包容原則進(jìn)行的，即測(cè)量二維：兩個(gè)點(diǎn)的大小不小于9.9，最小外部大小不大于10.1。

如果上下限公差測(cè)量評(píng)價(jià)要求不同，分別標(biāo)注不同符號(hào)，如上左圖，35.1尺寸按照最小外形尺寸評(píng)價(jià)，34.8根據(jù)最大內(nèi)部尺寸進(jìn)行評(píng)估。右圖中 35.0 的大小按照最小外部尺寸評(píng)估，34.9 的大小按照兩點(diǎn)法評(píng)估。

由于上下限公差要求相同，只需標(biāo)出一個(gè)符號(hào)即可。下圖顯示了任何橫截面的尺寸都是根據(jù)最小二乘法進(jìn)行評(píng)估的。