零件的技术要求

9.5　零件的技术要求

在零件图上，除了用一组视图表示零件的结构形状，用尺寸表示零件的大小外，还必须标注制造和检验时在技术指标上应达到的要求，即零件的技术要求。零件的技术要求主要有零件表面结构、尺寸公差、几何公差、热处理及镀涂等。

零件图的技术要求一般用规定的代（符）号、数字、字母等标注在视图上，当不能用代（符）号标注时，允许在“技术要求”标题下，用简要的文字进行说明。技术要求涉及的专业知识面很广，本节仅介绍表面结构、极限与配合，以及几何公差的基本知识。

9.5.1　表面结构

1.表面结构的概念及参数

零件经过机械加工后，因刀痕及切削时表面金属的塑性变形等影响，其表面会存在间距较小的轮廓峰谷。用显微镜观察，则会清楚看见这些高低不平的峰谷，如图9-24（a）所示。这种零件表面上具有的较小间距的峰谷所形成的微观几何特征，称为表面结构。

图9-24　轮廓算术平均偏差Ra及轮廓最大高度Rz

表面结构是零件表面质量的重要指标之一，它对表面间摩擦与磨损、配合性质、密封性、抗腐蚀性及疲劳强度等都有影响。一般说来，凡零件上有配合要求或有相对运动的面，就必须标注一定的表面结构要求。

GB/T　131—2006规定，评定表面结构的参数有两种：轮廓算术平均偏差Ra和轮廓最大高度Rz。在这两项参数中，优先选用Ra参数。

1）轮廓算术平均偏差Ra

轮廓算术平均偏差Ra是指取样长度l（具有表面粗糙度特征的一段长度）内，轮廓偏差y（表面轮廓上点至基准线的距离）绝对值的算术平均值，如图9-24（b）所示，可用下式来表示：

GB/T　1031—2009规定了Ra的数值及对应的取样长度l和评定长度l_n，如表9-3所示。

表9-3　Ra及l、l_n的数值（摘自GB/T　1031—2009）

2）轮廓最大高度Rz

在取样长度内，轮廓峰顶线和轮廓谷底线之间的距离为Rz，如图9-24（b）所示。

2.表面结构符号、代号及其含义

国家标准GB/T　131—2006规定了表面结构符号、代号及其注法。表9-4列出了表面结构的主要符号。

表9-4　表面结构符号及其含义（摘自GB/T　131—2006）

表面结构符号的画法如图9-25所示，若以图样轮廓线宽度b为参数，图中参数的大小为：符号的线宽d＝b/2，高度H1＝10b，高度H2＝2　H1＋（1～2）＝20b＋（1～2）。另外，与符号相关的数字、字母的高度h＝10d＝5b。

图9-25　表面结构符号的比例

表面结构的代号及其含义如表9-5所示。

表9-5　表面结构代号及其含义（摘自GB/T　131—2006）

对表面结构的单一要求和补充要求的注写位置如图9-26所示。

3.表面结构的标注

1）标注原则

（1）同一图样上，每个表面一般只标注一次表面结构的符号、代号，并应注在可见轮廓线、尺寸界线、引出线或它们的延长线上。

（2）符号的尖端必须从材料外部指向零件表面。

（3）在图样上，表面结构代号中数字的大小和方向必须与图中尺寸数字的大小和方向一致。

2）表面结构的标注应用示例

表9-6所示为表面结构的标注示例。

图9-26　表面结构补充要求的注写位置

a———注写表面结构的单一要求；

a和b———注写两个或多个表面结构要求；

c———注写加工方法；

d———注写表面纹理和方向；

e———注写加工余量

表9-6　表面结构标注示例

9.5.2　极限与配合

1.互换性概念

在相同规格的一批零件中，不用选择、不经修配就能装在机器上，并能达到规定的性能要求，零件的这种性质称为互换性。零件的互换性是现代化机械工业的重要基础，它既有利于装配或维修机器，又便于组织生产协作，从而进行高效的专业化生产。而极限与配合制度，是实现互换性的一个基本条件。

2.尺寸与尺寸公差

（1）基本尺寸　由设计确定的尺寸为基本尺寸，如图9-27中的φ50。

（2）实际尺寸　通过测量获得的尺寸为实际尺寸。

（3）极限尺寸　允许零件尺寸变化的两个界限值称为极限尺寸，分最大极限尺寸和最小极限尺寸，如图9-27中的φ50.039和φ49.975。

（4）尺寸偏差　某一尺寸减其基本尺寸所得的代数差称为尺寸偏差，简称偏差。最大极限尺寸减其基本尺寸所得的代数差，称为上偏差，孔、轴的上偏差分别用ES和es表示。最小极限尺寸减其基本尺寸所得的代数差，称为下偏差，孔、轴的下偏差分别用EI和ei表示。

图9-27　尺寸公差带图

上、下偏差统称为极限偏差，图9-27所示的尺寸偏差为：

孔的上偏差ES＝（50.039-50）mm＝0.039mm

孔的下偏差EI＝（50-50）mm＝0

轴的上偏差es＝（49.975-50）mm＝-0.025mm

轴的下偏差ei＝（49.950-50）mm＝-0.050mm

（5）尺寸公差　允许尺寸的变动量称为尺寸公差，简称公差。

公差＝最大极限尺寸-最小极限尺寸＝上偏差-下偏差

图9-27所示的尺寸公差为

孔的公差＝（50.093-50）mm＝（0.039-0）mm＝0.039mm

轴的公差＝（49.975-49.950）mm＝［-0.025-（-0.050）］mm＝0.025mm

尺寸公差是一个没有正负号的绝对值。

（6）公差带　在尺寸公差分析中，常将图9-27（a）和（b）所示的基本尺寸、偏差和公差之间的关系简化成如图9-27（c）所示的图形-公差带图。图中，由代表上、下偏差的两条线所限定的一个区域称为公差带。确定偏差的一条基准线称为零偏差线，简称零线。一般情况下，零线代表基本尺寸，零线以上为正偏差，零线以下为负偏差。

公差带包括了“公差带大小”与“公差带位置”。国标规定，公差带大小和位置分别由标准公差和基本偏差来确定。

（7）标准公差　由国家标准所列的，用以确定公差带大小的公差称为标准公差。用“国际公差”的符号“IT”表示，共分为20个等级，分别用IT01、IT0、IT1…IT18表示。公差依次增大，等级（精度）依次降低。标准公差取决于基本尺寸的大小和标准公差等级，其值可查阅相关国家标准规定。

（8）基本偏差　用以确定公差带相对于零线位置的那个极限偏差称为基本偏差。它可以是上偏差或下偏差，一般是指靠近零线的那个偏差。

国家标准规定的基本偏差系列，其代号用拉丁字母表示，大写字母表示孔，小写字母表示轴，各有28个，如图9-28所示。由图可见，孔的基本偏差A～H为下偏差，J～ZC为上偏差；而轴的基本偏差则相反，a～h为上偏差，j～zc为下偏差。图中h和H的基本偏差为零，分别代表基准轴和基准孔，JS和js对称于零线，其上、下偏差分别为＋IT/2和-IT/2，基本偏差的数值可查阅相关国家标准规定。

图9-28　基本偏差系列图

（9）公差带的确定及代号　图9-28所示的基本偏差系列图中，只表示了公差带的位置，没有表示公差带的大小，因此，公差带一端是开口的，其偏差值取决于所选标准公差的大小，可根据基本偏差和标准公差算出。

对于孔：ES＝EI＋IT或EI＝ES-IT。

对于轴：es＝ei＋IT　或ei＝es-IT。

孔、轴公差带代号由基本偏差代号和公差等级代号组成。例如：

3.配合

1）配合及其种类

基本尺寸相同的、相互结合的孔和轴的公差带之间的关系称为配合。其中，基本尺寸相同的孔和轴的结合是配合的条件，而孔、轴公差带之间的关系反映了配合精度和配合的松紧程度。孔、轴的配合松紧程度可用“间隙”或“过盈”来表示。孔的尺寸减去相配合的轴的尺寸为正，即孔的尺寸大于轴的尺寸，就产生间隙；孔的尺寸减去相配合的轴的尺寸为负，即孔的尺寸小于轴的尺寸，就产生过盈。

根据一批相配合的孔、轴在配合后得到的松紧程度，国家标准将配合分为以下三种。

（1）间隙配合　具有间隙（包括最小间隙等于零）的配合称为间隙配合。如图9-29（a）所示，此时孔的公差带在轴的公差带之上。

（2）过盈配合　具有过盈（包括最小过盈等于零）的配合称为过盈配合。如图9-29（b）所示，此时孔的公差带在轴的公差带之下。

（3）过渡配合　可能具有间隙或过盈的配合称为过渡配合。如图9-29（c）所示，此时孔、轴的公差带互相交叠。

图9-29　配合种类

2）基准制

把基本尺寸相同的孔、轴公差带组合起来，就可以组成各种不同的配合。为了便于设计制造、降低成本，实现配合标准化，国标规定了两种基准制，即基孔制和基轴制。

（1）基孔制　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形成各种配合的一种制度称为基孔制。如图9-30（a）所示，基孔制配合中的孔称为基准孔，其基本偏差为H，下偏差EI＝0。

（2）基轴制　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形成各种配合的一种制度称为基轴制。如图9-30（b）所示，基轴制的轴为基准轴，其基本偏差代号为h，上偏差es＝0。

由于孔加工一般采用定值（定尺寸）刀具，而轴加工采用通用刀具，因此，国标规定，一般情况下应优先采用基孔制配合。孔的基本偏差为一定，可大大减少加工孔时所使用的定值刀具的品种、规格，便于组织生产、管理和降低成本。

图9-30　基孔制与基轴制

3）配合代号

配合代号是指用孔、轴公差带代号来组合表示的代号，写成分数形式。例如：φ50H8/f7或，其中φ50表示孔、轴基本尺寸，H8表示孔的公差带代号，f7表示轴的公差带代号，H8/f7表示配合代号。

在配合代号中，凡孔的基本偏差为H者，表示基孔制配合，凡轴的基本偏差为h者，表示基轴制配合。

4）优先和常用配合

标准公差有20个等级，基本偏差有28种，可以组成大量配合。但是，过多的配合既不能发挥标准的作用，也不利于生产。因此，国家标准将孔、轴公差带分为优先、常用和一般用途公差带，并由孔、轴的优先和常用公差带分别组成基孔制和基轴制的优先配合和常用配合，以便选用。基孔制和基轴制各种优先配合、常用配合可查阅有关国家标准规定手册。

5）孔和轴的极限偏差值

根据基本尺寸和公差带代号，可通过查表获得孔、轴的极限偏差数值。查表时，根据某一基本尺寸的轴和孔，先由其基本偏差代号查表得到基本偏差值，再由公差等查表得到标准公差值，最后由标准公差与极限偏差的关系，算出另一极限偏差值。

对于优先及常用配合的极限偏差，可直接查手册获得。

图9-31　公差带图

例9-1　已知轴、孔的配合代号为，试确定孔和轴的极限偏差值及配合性质。

解　由基本尺寸φ50（属于分段＞40～50）和孔的公差带代号H8，从国家标准规定手册可查表得孔的上、下偏差分别为ES＝39μm，EI＝0。由基本尺寸φ50和轴的公差带代号f7，查表可得轴的上、下偏差分别为es＝-25μm，ei＝-50μm。因此，孔的尺寸为 mm，轴的尺寸为。的公差带图如图9-31（a）所示，从图中可以看出，孔、轴是基孔制的间隙配合，最大间隙为0.089mm，最小间隙为0.025mm。例9-2　已知孔、轴的配合代号为，试确定孔、轴的极限偏差值及配合性质。

解　由基本尺寸φ30和孔的公差代号P8查表可得孔的上、下偏差分别为ES＝-14μm，EI＝-35μm。由基本尺寸φ30和轴的公差带代号h6查表可得轴的上、下偏差分别为es＝0，ei＝-13μm。因此，孔的尺寸为，轴的尺寸为mm。的公差带图如图9-31（b）所示，从图中可以看出，孔、轴是基轴制的过盈配合，最大过盈为0.035mm，最小过盈为0.001mm。

4.公差与配合在图样上的标注

在零件图上，尺寸公差的标注分为下面三种形式：只标注公差带代号，如图9-32（b）所示；只标注极限偏差的数值，如图9-32（c）所示；同时标注公差带代号和相应的极限偏差值，且极限偏差值加上圆括号，如图9-32（d）所示。

在装配图上，两零件有配合要求时，应在基本尺寸的旁边注出相应的配合代号，并按图9-32（a）所示标注。

图9-32　公差与配合在图样上的标注

9.5.3　几何公差

几何公差简称公差，是指零件要素（点、线、面）的实际形状和实际位置对理想形状和理想位置的允许变动量。

1.几何公差的项目和符号

按照GB/T　1182—2008的规定，几何公差的每个特征项目都有专用符号，如表9-7所示。

表9-7　几何公差各项目的名称和符号（摘自GB/T　1182—2008）

2.几何公差的标注

在图样上标注几何公差时，应有公差框格、被测要素和基准要素（对位置公差）三项内容。

1）公差框格

几何公差要求在矩形公差框格中给出，该框由两格或多格组成，用细实线绘制，框格高度推荐为图内尺寸数字高度的2倍，框格中的内容从左到右分别填写公差特征符号、线性公差值（如公差带是圆形或圆柱形的，则在公差值前加注“φ”，如果是球形的，则加注“Sφ”），第三格及以后格为基准代号的字母和有关的符号，如图9-33所示。公差框格可水平或垂直放置。

图9-33　公差框格

2）被测要素的标注

用带箭头的指引线将框格与被测要素相连，按下列方式进行标注。

（1）当公差涉及线或面时，将箭头垂直指向被测要素轮廓线或其延长线上，但必须与相应尺寸线明显错开，如图9-34所示。

图9-34　被测要素标注方式（一）

（2）当公差涉及中心线、中心平面或中心点时，箭头应位于相应尺寸线的延长线上，如图9-35所示。

图9-35　被测要素标注方式（二）

（3）对几个表面有同一数值公差带要求时，其表示法如图9-36所示。

3）基准要素的标注

基准要素用基准字母表示，如图9-37所示。表示基准的字母也应注在公差框格内。

图9-36　被测要素标注方式（三）

图9-37　基准符号

单一基准用一个大写字母表示，如图9-38（a）所示。由两个要素组成的公共基准，用中间加连字符的两个大写字母表示，如图9-38（b）所示。由三个或三个以上要素组成的基准体系，如多基准组合，表示基准的大写字母应按基准的优先顺序从左至右分别置于格中，如图9-38（c）所示。

当基准要素是轮廓线或表面时，基准三角形应置于要素的外轮廓线上方或它的延长线上，并应与尺寸线明显错开，如图9-39所示。当基准要素是轴线、中心平面或中心点时，则基准三角形应放置在相应尺寸线的延长线上，如图9-40所示。当基准要素只以某一局部作基准，则应用粗点画线示出该部分并加注尺寸，如图9-41所示。

3.几何公差的公差等级和公差值

国家标准GB/T　1184—1996中对形状和位置公差各项目规定了1～12共12个公差等级，等级数越大，公差值就越大，精度也就越低，具体公差值可查阅有关手册。

4.零件图上几何公差标注例

零件图上几何公差标注实例如图9-42所示。

图9-38　基准的字母在框格内的表示

图9-39　基准三角形的放置（一）

图9-40　基准三角形的放置（二）

图9-41　任选基准时的标注方法

图9-42　几何公差标注示例