圆锥公差与配合标准：直径、角度、公差等级和线值单位说明

6.2.1 圆锥公差项目

GB/T 157—2001《产品几何量技术规范（GPS） 圆锥的锥度与锥角系列》是等效采用国际标准ISO1119：1998制定的。圆锥公差适用于锥度C从1∶3至l∶500，圆锥长度L从6至630 mm的光滑圆锥，也适用于棱体的角度与斜度。

圆锥公差的项目有圆锥直径公差、圆锥角公差、圆锥的形状公差和给定截面圆锥直径公差。

1.圆锥直径公差TD

圆锥直径公差是指圆锥直径的允许变动量。其数值为允许的最大极限圆锥和最小极限圆锥直径之差，它适用于圆锥全长上。其公式如下

圆锥直径公差带是在圆锥的轴剖面内，两锥极限圆锥所限定的区域，如图6.6所示。最大极限圆锥和最小极限圆锥都称为极限圆锥，它与公称圆锥同轴，且圆锥角相等，且在垂直圆锥轴线的任一截面上，这两个圆锥的直径差都相等。

圆锥直径公差的数值可根据圆锥配合的使用要求和工艺条件，对圆锥直径公差TD和给定截面直径公差TDS，分别以最大圆锥直径D和给定截面圆锥直径dx为公称尺寸，直接从圆柱体公差表中选用。圆锥直径公差带用圆柱体公差与配合标准符号表示，其公差等级也与该标准相同。

对于配合要求的圆锥，推荐采用基孔制；对于没有配合要求的内、外圆锥，最好采用基本偏差为js和JS。

2.圆锥角公差AT

圆锥角公差是指圆锥角的允许变动量。其数值为允许的最大与最小圆锥角之差，其公式如下

圆锥角公差带是两个极限圆锥角所限定的区域，如图6.7所示。圆锥角公差AT共分12个公差等级，用AT1，AT2，…，ATl2表示，其中ATl精度最高，其余依次降低。表6.1列出了AT4～AT9圆锥角公差值。

图6.6 圆锥直径公差

图6.7 圆锥角公差

圆锥角公差有两种表示形式：

（1）ATα以角度单位（微弧度、度、分、秒）表示圆锥角公差值。

（2）ATD以线值单位（μm）表示圆锥角公差值。圆锥角公差是用与圆锥轴线垂直且距离为L的两端直径变动量之差来表示的。

表6.1 圆锥角公差数值

注：① 1μrad等于半径为1 m，弧长为1 μm所产生的圆心角，5 μrad≈1″，300 μrad≈l′；
② 摘自GB/T 11334—2005

ATα和ATD的关系为

式中，ATα的单位符号为μrad；ATD的单位符号为μm；L的单位符号为mm。

从表6.1中可以看出，在每个长度段中，ATα是一个定值，而ATD值是由最大和最小圆锥长度分别计算得出的一个数值范围。对于不同的公称圆锥长度，其圆锥角公差值得计算应按式（6.5）计算。例如：选用AT9，当L=100 mm时，查表6.1得ATα=630 μrad或2′10″，则ATD=630×100×10-3=63（μm）；若L=50 mm时，仍为9级，则ATD= 630×50×10-3≈32 μm。

当对圆锥角公差无特殊要求时，可以用圆锥直径公差加以限制；当对圆锥角精度要求较高时，除应规定圆锥直径公差以外，还要单独规定圆锥角公差。

圆锥角的极限偏差可按单向取值，如图6.8（a）、（b）所示；或者双向取值，如图6.8（c）所示。

图6.8 圆锥角极限偏差

3.圆锥的形状公差TF

圆锥的形状公差包括两种：

（1）圆锥素线直线度公差。

圆锥素线直线度公差是指在圆锥轴线平面内，允许实际素线形状的最大变动量。圆锥素线直线度的公差带是指在给定截面上距离为公差值TF的两条平行直线间的区域。

（2）截面圆锥圆度公差。

截面圆锥圆度公差是指在圆锥轴线法向截面上允许截面形状的最大变动量。截面圆度公差带是指以半径差为TF的两同心圆间的区域。

4.给定截面圆锥直径公差TDS

给定截面圆锥直径公差是指在垂直于圆锥轴线的给定截面内圆锥直径的允许变动量。

它仅适用于该给定截面的圆锥直径。其公差带是给定的截面内两同心圆所限定的区域，如图6.9所示。TDS公差带所限定的是平面区域，而TD公差带所限定的是空间区域，两者是不同的。

图6.9 给定截面圆锥直径公差带

6.2.2 圆锥公差的给定方法

对于一个具体的圆锥工件，并不都需要给定上述4项公差，而是根据工件使用要求来提出公差项目。在GB/T 11334—2005中规定了两种圆锥公差的给定方法。

（1）给出圆锥的公称圆锥角α（或锥度C）和圆锥直径公差TD，由TD确定两个极限圆锥。此时，圆锥角误差和圆锥的形状误差均应在极限圆锥所限定的区域内，如图6.10所示，标注示例如图6.11所示。

图6.10 用圆锥直径公差TD控制圆锥角误差

图6.11 第一种圆锥公差给定方法标注示例

当对圆锥角公差、圆锥形状公差有更高要求时，可再给出圆锥角公差AT和圆锥形状公差TF。此时，AT，TF仅占TD的一部分。

此种给定公差的方法通常运用于有配合要求的内、外圆锥。

（2）给出给定截面圆锥直径公差TDS和圆锥角公差AT。此时，TDS和AT是独立的，应分别满足。标注示例及其公差带如图6.12所示。(www.xing528.com)

图6.12 第二种圆锥给定方法标注示例

当对形状公差有更高要求时，可再给出圆锥的形状公差。

此种给定公差得方法适用于对给定圆锥截面直径有较高要求的情况。如某些阀类零件中，两个相互结合的圆锥在规定截面上要求接触良好，以保证密封性。

6.2.3 圆锥公差的标注

按GB/T 15754—1995《技术制图 圆锥的尺寸和公差标注》标准中的规定，其标注方法分别为以下几种。

1.基本锥度法标注

（1）给定圆锥直径公差TD的标注。

如图6.13所示，此时，圆锥的直径偏差、锥角偏差和圆锥的形状误差都由圆锥直径公差控制。若对圆锥角和其素线精度有更高要求时，应另给出它们的公差，但其数值应小于圆锥的直径公差值。

图6.13 给定圆锥直径公差TD的标注

（2）给定截面圆锥直径公差TDS的标注。

给定截面圆锥直径公差TDS，可以保证两个相互配合的圆锥在规定的截面上具有良好的密封性，如图6.14所示。

图6.14 给定截面圆锥直径公差TDS的标注

（3）给定圆锥形状公差TF的标注。

如图6.15所示为给定圆锥形状公差TF的标注示例，图中的直线度公差带在圆锥直径公差带内浮动。

图6.15 给定圆锥形状公差TF的标注

（4）相配合的圆锥公差的标注。

根据GB/T 12360—2005的要求，相配合的圆锥应保证各装配件的径向和轴向位置，标注两个相配圆锥的尺寸及公差时，应确定：具有相同的锥度或锥角；标注尺寸公差的圆锥直径的公称尺寸应一致。如图6.16所示。

图6.16 相配合的圆锥公差的标注

2.公差锥度法的标注

公差锥度法适用于非配合的圆锥，也适用于给定截面圆锥直径有较高精度要求的圆锥。其标注方法如图6.17所示。

图6.17 公差锥度法标注示例

6.2.4 圆锥配合

1.圆锥配合的定义

圆锥配合是指基本圆锥相同的内、外圆锥直径之间，由于结合不同所形成的关系。

圆锥配合时，其配合间隙或过盈是在圆锥素线的垂直方向上起作用的。但在一般情况下，可以认为圆锥素线垂直方向的量与圆锥径向的量两者差别很小，可以忽略不计，因此这里所讲的配合间隙或过盈为垂直于圆锥轴线的间隙或过盈。

2.圆锥配合的种类

（1）间隙配合。

这类配合具有间隙，而且在装配和使用过程中间隙大小可以调整。常用于有相对运动的机构中。如某些车床主轴的圆锥轴颈与圆锥滑动轴承衬套的配合。

（2）过盈配合。

这类配合具有过盈，它能借助于相互配合的圆锥面间的自锁，产生较大的摩擦力来传递转矩。例如，钻头（或铰刀）的圆锥柄与机床主轴圆锥孔的配合、圆锥形摩擦离合器中的配合等。

（3）过渡配合。

这类配合很紧密，间隙为零或略小于零。主要用于定心或密封场合，如锥形旋塞、发动机中的气阀与阀座的配合等。通常要将内、外锥成对研磨，故这类配合一般没有互换性。

3.圆锥配合的形成

（1）结构型圆锥配合。

结构型圆锥配合是指由内、外圆锥本身的结构或基面距，来确定装配后的最终轴向相对位置而获得的配合。这种配合方式可以得到间隙配合、过渡配合和过盈配合。

图6.18（a）所示为由内、外圆锥的结构来确定装配后的最终轴向相对位置，以获得指定的圆锥间隙配合的情形。即通过外圆锥的轴肩与内圆锥大端端面接触的方式来获得。

图6.18（b）所示为由内、外圆锥基准平面之间的结构尺寸a来确定装配后的最终轴向相对位置，以获得指定的圆锥过盈配合的情形。

图6.18 结构型圆锥配合

（2）位移型圆锥配合。

位移型圆锥配合是指由内、外圆锥的相对轴向位移或产生轴向位移的轴向力的大小，来确定最终轴向相对位置而获得的配合。这种方式是通过控制轴向位移Ea获得配合，可得到间隙配合和过盈配合。

图6.19（a）所示为内、外圆锥表面接触位置（不施加力）称实际初始位置，从这位置开始让内、外圆锥相对作一定轴向位移（Ea），则可获得间隙配合。

图6.19 位移型圆锥配合

图6.19（b）所示为从实际初始位置开始，施加一定的装配力FS而产生轴向位移。所以这种方式只能产生过盈配合。