机械图样技术要求解析

机械图样中的技术要求主要是指零件几何精度方面的要求，如尺寸公差、几何公差、表面结构和热处理等。技术要求通常是用符号、代号或标记标注在图形上，或者用简明的文字注写在标题栏附近。

8.1.4.1　极限与配合

现代化大规模生产要求零件具有互换性，即从同一规格的一批合格零件中任取一件，不经修配直接装到机器或部件上，并能保证设计和使用要求，零件的这种性质叫做互换性。互换性是机械产品批量化生产的前提。为了满足零件的互换性，就必须严格控制零件配合处的尺寸精度。下面简要介绍相关国家标准《极限与配合》的基本内容。

1）尺寸公差

在实际生产中，零件的尺寸不可能加工得绝对准确，而是允许零件的实际尺寸在一个合理的范围内变动。这个允许尺寸的变动量就是尺寸公差，简称公差。公差是尺寸允许的变动量，是没有符号的绝对值。

如图8-4所示，当轴装进孔时，为了满足使用过程中不同松紧程度的要求，必须对轴和孔的直径分别给出一个尺寸大小的限制。例如孔和轴的直径φ20后面的“+0.0330”和“-0.020-0.041”就是限制范围，它们的含义是孔直径的允许变动范围为φ20～φ20.033mm；轴直径的允许变动范围为φ19.959～φ19.980mm。允许尺寸变动的两个界限值称为极限尺寸，极限尺寸分为上极限尺寸和下极限尺寸。关于尺寸公差的一些名词，以图8-4为例作简要说明。

图8-4　孔与轴的尺寸公差及公差带图

2）公称尺寸与极限尺寸

公称尺寸　设计给定的尺寸：φ20

极限尺寸　允许尺寸变动的两个极限值：

实际尺寸　零件完工后实际测量所得的尺寸。

3）极限偏差与尺寸公差

（1）极限偏差　极限尺寸减公称尺寸所得的代数差，偏差有正负之分。

上极限偏差　上极限尺寸减公称尺寸所得的代数差。

下极限偏差　下极限尺寸减公称尺寸所得的代数差。

孔的上、下极限偏差代号用大写字母ES、EI表示。

轴的上、下极限偏差代号用小写字母es、ei表示。

（2）尺寸公差（简称公差）　零件尺寸的允许变动量，公差恒为正值。公差=上极限尺寸一下极限尺寸=上极限偏差-下极限偏差

孔的公差　20.033-20=0.033或+0.033-0=0.033

轴的公差　19.980-19.959=0.021或-0.020-（-0.041）=0.021

（3）公差带　为便于分析尺寸公差和进行有关计算，可以公称尺寸为基准（零线），用夸大了间距的两条直线表示上、下极限偏差，这两条直线所限定的区域称为公差带，用这种方法画出的图称为公差带图，它表示尺寸公差的大小和相对于零线（即公称尺寸线）的位置。图8-4分别画出了孔和轴公称尺寸的公差带图。

在公差带图中，零线是确定正、负偏差的基准线，零线以上为正偏差、零线以下为负偏差，其上、下极限偏差有时都是正值，有时都是负值，有时一正一负。上、下极限偏差值中可以有一个值是“0”，但不得两个值均为“0”。公差带的宽度即为尺寸公差。

（4）标准公差与基本偏差　公差带由“公差带大小”和“公差带位置”两个要素确定。

公差带大小由标准公差来确定。标准公差分为20个等级，即IT01、IT00、ITl、IT2…ITl8。IT表示标准公差，数字表示公差等级。在同一公称尺寸段中IT1公差值最小，精度最高；ITl8公差值最大，精度最低。常用的标准公差的数值见表8-1。

表8-1　标准公差数值（摘自GB/T1800.2—2009）

公差带相对零线的位置由基本偏差来确定。基本偏差通常是指靠近零线的那个偏差，它可以是上极限偏差或下极限偏差，当公差带在零线上方时，基本偏差为下极限偏差；反之则为上极限偏差。基本偏差的代号用字母表示。根据实际需要，国家标准分别对孔和轴各规定28个不同的基本偏差，如图8-5所示。

从图8-5中可知：

图8-5　孔和轴的基本偏差示意图

（1）基本偏差代号用拉丁字母（一个或两个）表示，大写字母代表孔，小写字母代表轴。

（2）轴的基本偏差从a～h为上极限偏差，从j～zc为下极限偏差。js的上、下极限偏差分别为和，其基本偏差可以为上极限偏差或下极限偏差。

（3）孔的基本偏差从A～H为下极限偏差，从J～ZC为上极限偏差。JS的上、下极限偏差分别为和，其基本偏差可以为上极限偏差或下极限偏差。

（4）轴或孔的另一极限偏差值应根据轴或孔的基本偏差和标准公差按以下代数式计算：

轴的另一极限偏差（上极限偏差或下极限偏差）：es=ei+IT或ei=es-IT

孔的另一极限偏差（上极限偏差或下极限偏差）：ES=EI+IT或EI=ES-IT

当孔或轴的基本偏差和标准公差确定之后，其公差带的大小和位置也就随之确定。

（5）公差带代号。孔、轴的尺寸公差可用公差带代号表示。公差带代号由基本偏差代号（字母）和标准公差等级代号（数字）组成，如图8-6所示。

φ50H8的含义：公称尺寸为φ50，基本偏差代号为H的8级孔，其公差带代号为H8。

φ50f7的含义：公称尺寸为φ50，基本偏差代号为f的7级轴，其公差带代号为f7。

图8-6　公差带代号解读

4）配合

一批公称尺寸相同的孔和轴相互结合其公差带之间的关系称为配合。根据使用要求不同，孔和轴之间的配合有松有紧：例如轴承座、轴套和轴三者之间的配合如图8-7所示，轴套与轴承座之间不允许相对运动，应选择紧的配合，而轴在轴套内要求能转动，应选择松动的配合。为此，国家标准规定的配合分为三类：

（1）间隙配合　一批孔轴在配合时，都会出现间隙（包括最小间隙等于零）的配合（注：孔的实际尺寸-轴的实际尺寸＞0，即间隙量为正数）。两者装配在一起后，轴与孔之间存在间隙，轴在孔中能相对运动。这时，孔的公差带在轴的公差带之上，如图8-8所示。

图8-7　配合的概念

图8-8　间隙配合公差带图

（2）过盈配合　一批孔轴在配合时，都会出现过盈（包括最小过盈量等于零）的配合（注：过盈量：孔实际尺寸-轴实际尺寸＜0，为负）。两者在装配时需要一定的外力或使带孔零件加热膨胀后，才能把轴压入孔中，所以轴与孔装配在一起后不能产生相对运动并起联结作用。这时，孔的公差带在轴的公差带之下，如图8-9所示。

图8-9　过盈配合公差带图

（3）过渡配合　一批孔轴在配合时，可能会出现间隙配合，也可能会出现过盈配合，但间隙或过盈量都相对较小。这种介于间隙配合与过盈配合之间的配合，即为过渡配合。这时，孔的公差带与轴的公差带将出现相互重叠部分，如图8-10（a）、（b）、（c）、（d）所示。

图8-10　过渡配合的公差示意图及公差带图

5）配合制度

孔和轴公差带形成配合的一种制度，称为配合制度。根据生产实际需要，国家标准规定了两种配合制度。

（1）基孔制配合　基本偏差一定的孔的公差带，与不同基本偏差的轴的公差带形成不同松紧程度配合的一种制度。基孔制配合的孔称为基准孔，其基本偏差代号为“H”，下极限偏差为零，即它的下极限尺寸等于公称尺寸，如图8-11所示。

图8-11　基孔制配合

（2）基轴制配合　基本偏差一定的轴的公差带，与不同基本偏差的孔的公差带形成不同松紧程度配合的一种制度。基轴制配合的轴称为基准轴，其基本偏差代号为“h”，上极限偏差为零，即它的上极限尺寸等于公称尺寸，如图8-12所示。

图8-12　基轴制配合

6）优先常用配合

在配合代号中，一般孔的基本偏差代号为“H”的，表示基孔制；轴的基本偏差代号为“h”的，表示基轴制。20个标准公差等级和28种基本偏差代号可组成大量的配合。国家标准根据孔、轴的公差带规定一系列基孔制和基轴制的优先和常用配合，供设计时选用，详见表8-2和表8-3。

表8-2　基孔制优先、常用配合（摘自GB/T1801—2009）

表8-3　基轴制优先、常用配合（摘自GB/T1801—2009）

续表

7）极限与配合的标注与查表

（1）在装配图上的标注方法　在装配图上标注配合代号时，采用组合式标注法，如图8-13所示，在公称尺寸后面用分式表示，分子为孔的公差带代号，分母为轴的公差带代号。

图8-13　装配图上极限与配合的标注方法

（2）在零件图上的标注方法　在零件图上标注公差有三种形式：在公称尺寸后只注公差带代号（图8-14（a）），或只注极限偏差（图8-14（b）），或代号和极限偏差标注（图8-14（c））。用于大批量生产的零件图，可只注公差带代号，图8-14（a）；用于中小批量生产的零件图，一般可只注极限偏差，图8-14（b）；如要求同时标注公差带代号及相应的极限偏差时，其极限偏差应加上圆括号，如图8-14（c）所示。

（3）极限偏差值的查表示例。

例1　查表写出φ30H7/g6的极限偏差数值，并说明属于何种配合制度和配合类别。

φ30H7基准孔的极限偏差由附表《优先及常用配合中孔的极限偏差》中查得。在表中由公称尺寸＞24～30mm的行和公差带H7的列交汇处查得+210μm，这就是孔的上、下极限偏差，

图8-14　零件图上极限与配合的标注方法

换算写成+0.0210mm，标注为φ30+0.0210；基准孔的公差为0.021mm，这在表8-1《标准公差数值》中公称尺寸＞18～30mm的行和IT7的列交汇处也能得到21μm（即0.021mm）。

φ30g6轴的极限偏差由附表《优先及常用配合中轴的极限偏差》中查得。在表中由公称尺寸＞24～30mm的行和公差带为g6的列交汇处查得-7-20μm，这就是轴的上、下极限偏差-0.007-0.020mm，标注为φ30-0.007-0.020。

从φ30H7/g6公差带图8-15中可看出孔的公差带在轴的公差带之上，所以该配合为基孔制间隙配合。φ30H7/g6的含义为：公称尺寸为φ30、公差等级为7级的基准孔，与相同公称尺寸、公差等级为6级、基本偏差代号为g的轴组成的间隙配合。

请大家查表自行分析φ14N7/h6属于何种配合制度和配合类别。

8.1.4.2　几何公差

1）基本概念

经过切削加工的零件，不仅会产生尺寸误差，还会产生形状和相对位置误差，如图8-16所示轴与孔的配合，即使轴的尺寸合格，但由于轴存在形状误差—弯曲，其实际起作用的尺寸应为φ22.023mm，从而影响装配和使用性能；不能满足设计要求。

图8-15　例φ30H7/g6的公差带示意图

图8-16　形状误差

又如图8-17所示，左端盖上两个安装齿轮轴的孔，如果两孔轴线倾斜太大，势必影响一对齿轮的啮合传动。为保证正常的啮合，必须标注方向公差——平行度。图中代号的含义：左端盖上与从动齿轮轴配合的孔的回转轴线对与主动齿轮轴配合的孔的回转轴线的平行度的公差值为φ0.04。

图8-17　位置公差示例

由上面两例可见，为保证零件的装配和使用要求，在图样上除给出尺寸及其公差要求外，还必须给出几何公差（形状、方向、位置和跳动公差）要求。形位公差在图样上的注法应按照GB/T1182—2008的规定。

2）公差符号

几何公差的几何特征和符号见表8-4。

表8-4　几何特征符号（摘自GB/T1182—2008）

3）几何公差在图样上的标注

（1）公差框格　用公差框格标注几何公差时，公差要求注写在划分成两格或多格的矩形框格内，如图8-18所示。(www.xing528.com)

图8-18　公差框格

（2）被测要素的标注　用箭头的指引线将框格与被测要素相连，按以下方式相连：

当公差涉及轮廓线或表面时，将箭头置于要素的轮廓线或轮廓线的延长线上（必须与尺寸线明显的分开），如图8-19（a）所示。

图8-19　被测要素和公差框格

（3）当指向实际表面时，箭头可置于带点的参考线上，该点指在实际表面上，如图8-19（b）所示。

（4）当被测要素为轴线或中心平面时，箭头应位于尺寸线的延长线上，若公差值前面加注φ，表示给定的公差带为圆形或圆柱形，如图8-20所示。

图8-20　被测要素为轴线或中心平面

（5）基准要素的标注　基准要素是零件上用来建立基准并实际起基准作用的实际（组成）要素（如一条边、一个表面等），用基准符号（字母注写在基准方格内，与一个涂黑的三角形相连）表示，表示基准的字母也应注写在公差框格内，如图8-21所示，基准三角形画法如图8-22所示。涂黑的和空白的基准三角形含义相同。

（6）当基准要素是轮廓线或轮廓面时，基准三角形放置在要素的轮廓线或其延长线上（与尺寸线明显错开），如图8-23所示。

（7）当基准要素是轴线或中心平面时，基准三角形应放置在该尺寸线的延长线上，如图8-24所示。如果没有足够的位置标注基准要素尺寸的两个箭头，则其中一个箭头可用基准三角形代替。

图8-21　基准符号注写

图8-22　基准符号书写格式

图8-23　基准要素为平面时的注法

图8-24　基准要素为轴线或中心平面时的注法

（4）几何公差标注示例（如图8-25所示）。

图8-25　几何公差标注示例

8.1.4.3　表面结构的图样表示法

在机械图样上，为保证零件装配后的使用要求，除了对零配件各部分的尺寸、形状和位置给出公差要求，还要根据功能需要对零件的表面质量——表面结构给出要求。表面结构是表面粗糙度、表面波纹度、表面缺陷、表面纹理和表面几何形状的总称。表面结构的各项要求在图样上的表示法在GB/T131—2006中均有具体规定。本节主要介绍常用的表面粗糙度表示法。

1）基本概念及术语

（1）表面粗糙度。

零件经过机械加工后的表面会留有许多高低不平的凸峰和凹谷，零件加工表面上具有较小间距与峰谷所组成的微观几何形状特性称为表面粗糙度。表面粗糙度与加工方法、刀刃形状和走刀量等各种因素都有密切关系。

表面粗糙度是评定零件表面质量的一项重要技术指标，对于零件的配合、耐磨性、抗腐蚀性以及密封性等都有显著影响，是零件图中必不可少的一项技术要求。

零件表面粗糙度的选用，应既满足零件表面的功用要求，又要考虑经济合理。一般情况下，凡是零件上有配合要求或有相对运动的表面，粗糙度参数值要小，参数值越小，表面质量越高，但加工成本也越高，因此，在满足使用要求的前提下，应尽量选用较大的参数值，以降低成本。

（2）表面波纹度。

在机械加工过程中，由于机床、工件和刀具系统的振动，在工件表面所形成的间距比表面粗糙度大得多的表面不平度称为波纹度，如图8-26所示。零件表面的波纹度是影响零件使用寿命和引起振动的重要因素。

图8-26　粗糙度、波纹度和形状公差的综合影响的表面轮廓

表面粗糙度、表面波纹度以及表面几何形状总是同时生成并存在于同一表面内的。

（3）评定表面结构常用的轮廓参数。

对于零件表面结构的状况，可由三大类参数加以评定：轮廓参数（由GB/T3505—2000定义）、图形参数（由GB/T18618—2009定义）、支承率曲线参数（由GB/T18778.2—2003和GB/T18778.3—2006定义）。其中轮廓参数是我国机械图样中目前最常用的评定参数。

本节仅介绍评定粗糙度轮廓（R轮廓）中的两个高度参数Ra和Rz。

算术平均偏差Ra　是指在一个取样长度内纵坐标值Z（x）绝对值的算术平均值，如图8-27所示。

轮廓的最大高度Rz　是指在同一取样长度内，最大轮廓峰高和最大轮廓谷深之和的高度（见图8-27）。

图8-27　轮廓的算术平均偏差Ra和轮廓最大高度Rz

轮廓算术平均偏差Ra定义为：在取样长度L内，轮廓偏距绝对值的算术平均值，如图8-27所示，其近似值为：

2）标注表面结构的图形符号

标注表面结构要求时的图形符号种类、名称、尺寸及其含义见表8-5。

表8-5　表面结构符号

超过极限值有两种含义：当给定上限值时，超过是指大于给定值；当给定下限值时，超过是指小于给定值。

当在图样某个视图上构成封闭轮廓的各表面有相同的表面结构要求时，在完整图形符号上加一圆圈，标注在图样中工件的封闭轮廓线上，如图8-28所示。

图8-28　对周边各面有相同的表面结构要求的注法

注：图示的表面结构符号是指对图形中封闭轮廓的六个面的共同要求（不包括前后面）

3）表面结构要求在图形符号中的注写位置

为了明确表面结构要求，除了标注表面结构参数和数值外，必要时应标注补充要求，包括传输带、取样长度、加工工艺、表面纹理及方向、加工余量等。这些要求在图形符号中的注写位置如图8-29所示。

表面纹理是指完工零件表面上呈现的，与切削运动轨迹相应的图案，各种纹理方向的符号及其含义可参阅GB/T131。

图8-29　补充要求的注写

4）表面结构代号

表面结构符号中注写了具体参数代号及数值等要求后即称为表面结构代号。表面结构代号的示例及含义见表8-6。

表8-6　表面结构代号示例

5）表面结构要求在图样中的注法

（1）表面结构要求对每一表面一般只注一次，并尽可能注在相应的尺寸及其公差的同一视图上。除非另有说明，所标注的表面结构要求是对完工零件表面的要求。

（2）表面结构的注写和读取方向与尺寸的注写和读取方向一致。表面结构要求可标注在轮廓线上，其符号应从材料外指向并接触表面，如图8-30所示。必要时，表面结构也可用带箭头或黑点的指引线引出标注，如图8-31所示。

（3）在不致引起误解时，表面结构要求可以标注在给定的尺寸线上，如图8-32所示。

（4）表面结构要求可标注在形位公差框格的上方，如图8-33所示。

图8-30　表面结构要求在轮廓上标注

图8-31　用引线引出标注表面结构要求

图8-32　表面结构要求标注在尺寸线上

图8-33　表面结构要求标注在形位公差框格的上方

（5）圆柱和棱柱表面的表面结构要求只标注一次，如图8-34所示，如果每个棱柱表面有不同的表面要求，则应分别单独标注，如图8-35所示。

图8-34　表面结构要求标注在圆柱特征的延长线上

图8-35　圆柱和棱柱的表面结构要求的注法

（6）表面结构要求在图样中的简化注法。

①有相同表面结构要求的简化注法。

如果在工件的多数（包括全部）表面有相同的表面结构要求时，则其表面结构要求可统一标注在图样的标题栏附近。此时，表面结构要求的符号后面应有：

在圆括号内给出无任何其他标注的基本符号，如图8-36（a）所示。

在圆括号内给出不同的表面结构要求，如图8-36（b）所示。

不同的表面结构要求应直接标注在图形中，如图8-36（a）、（b）所示。

图8-36　大多数表面有相同表面结构要求的简化注法

②多个表面有共同要求的注法。

用带字母的完整符号的简化注法，如图8-37所示，用带字母的完整符号，以等式的形式在图形或标题栏附近，对有相同表面结构要求的表面进行简化标注。

图8-37　在图纸空间有限时的简化注法

只用表面结构符号的简化注法，如图8-38所示，用表面结构符号，以等式的形式给出对多个表面共同的表面结构要求。

图8-38　多个表面结构要求的简化注法

（a）未指定工艺方法；（b）要求去除材料；（c）不允许去除材料

③两种或多种工艺获得的同一表面的注法。

由几种不同的工艺方法获得的同一表面，当需要明确每种工艺方法的表面结构要求时，可按图8-39（a）所示进行标注（图中Fe表示基体材料为钢，Ep表示加工工艺为电镀）。

图8-39　多种工艺获得同一表面的注法

如图8-39（b）所示为三个连续的加工工序的表面结构、尺寸和表面处理的标注。

第一道工序：单向上限值，Rz=1.6μm，“16%规则”（默认），默认评定长度，默认传输带，表面纹理没有要求，去除材料的工艺。

第二道工序：镀铬，无其他表面结构要求。

第三道工序：一个单向上限值，仅对长为50mm的圆柱表面有效，Rz=6.3μm，“16%规则”（默认），默认传输带，表面纹理没有要求，磨削加工工艺。