机械零件精度设计中形位公差的合理选择

形位公差即形状和位置公差，是机械零件加工或装配过程中精度设计的重要技术指标。零件上任何一个几何要素的误差都会以不同的方式影响其功能，如何合理确定零件上被测要素和形位公差项目，将是一项十分谨慎的工作，例如，曲柄-连杆-滑块机构中的连长度尺寸的误差，会最终影响它的使用功能，因为它将导致滑块的位置和位移误差，设计过程中，形位公差项目的选择确定及在图纸中的正确标注，将直接影响到零件的加工难易程度和产品的质量，而且关系到零件的制造成本。

形位公差项目的合理选择与标注是在设计、制造及质量控制等方面优化机械产品质量的前提保障。

形位公差项目的选择

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针对不同的几何零件，我们要做不同的分析，如：有数对要求高的轴承支承孔，主要为基准面及支承面的平面度，箱体类零件的主要表面有基准面及支承面，平面零件可选择平面度，窄长平面可选直线度，槽类零件可选对称度，轴类件安装传动齿轮、滚动轴承的定位端面相对支承轴颈轴心线选择端面圆跳动（或垂直度），轴、套类零件的形状公差项目主要为圆柱面的圆

度和圆柱度，零件的几何特征不同，会产生不同的形位误差。

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形位公差的选择应满足零件的功能要求，包括零件的配合性质、工作精度、装配互换性、运动平衡性等。为使箱体、端盖等零件上各螺栓孔能顺利装配，应规定孔组的位置度公差等。

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形状公差是单一实际要素的形状所允许的变动全量，位置公差则是关联实际要素的方向或位置对基准所允许的变动全量，关联要素的理想边界控制要素的实际位置和方同，位置误差是实际位置和实际形状所产生的综合效果，即测得的位置误差中包含了形状误差。在确定形状公差和位置公差过程中，一旦位置公差给定后，就不必再给出形状公差的要求（如图），在很多情况下，位置公差是能够控制形状误差的。只要已能够控制相应的形状公差，并能满足使用要求就行。如果一定要标注形状

公差，通常形状公差值应小于位置公差。

尺寸公差和形状公意到差的关系有些尺寸公差可控制形状误差，就不必再给出形位公差要求。如图所示，尺寸公差遵守包容原则时，实际要素不得超出直径为最大实体尺寸的理想圆柱面，因而可以控制圆柱度及轴线同轴度。尺寸公差也可以对位置公差进行控制。当零件结构中的位置公差能够被定位尺寸的公差控制时，则不必给出位置公差。如果需要进一步控制其位置公差，则其位置公差值应小于尺寸公差。

同一表面上标注了综合公差，一般不必再标注单项公差，若单项公差有进一步的要求，则应小于综合公差，并且应注于其下方。例如径向圆跳动是一项综合性公差项目，它不仅包括被测线对基准轴线的平行和倾斜等同轴度误差的检测，还包括同一横截面的圆度误差检测。所以在选用公差项目时有了径向圆跳动就不必选用同轴度了。又如，定位公差的被测要素总是同时存在位置、方向和形状误差，因此被测要素的位置、方向和形状的误差总是同时受到定位公差带的约束。因此，在保证功能要求的前提下，对被测要素给定了定位公差，通常对该被测要素不再给出定向和形状公差。

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对于一般精度的圆柱体零件，尽量不使用圆柱度，确定形位公差特征项目时考虑到检测的方便性与经济性。此时可分别用圆度和圆柱面素线的平行度来代替使用。

形位公差值的确定

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总体原则是在满足零件使用要求的前提下，尽量选用较低的公差等级。形位公差值的确定，同时要考虑经济性和检测条件等因素，同样应首先满足零件的功能要求为前提。

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形位公差值（公差等级）常用类比法确定。例如，在选用同轴度、对称度、跳动公差时，IT5、IT6、IT7是应用范围较广的公差等级用于形位精度要求较高、尺寸公差等级为IT8及高于IT8的零件。IT5常用于机床轴颈、高精度滚动轴承外圈，一般精度滚动轴承内圈，回转工作台端面跳动。IT7用于内燃机曲轴、凸轮轴、齿轮轴、水泵轴，汽车后轮输出轴，电动转子等。

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形位公差值与尺寸公差值关系及结构影响在实际应用中，还要考虑到各形位公差值之间及与尺寸公差值、表面粗糙度的关系，零件的结构特点及零件间的配合关系等。

基准的选择

形位公差基准是理想要素的简称。能否合理选择基准，将直接影响到零件的加工、装配工艺和成本。基准的选择应根据零件的功能要求、结构及装配要求来确定，把零件放到整个机械系统的实际装配环境之中去考虑，根据零件在机器中的作用，零件与零件之间的装配关系，选择设计基准，分清主要尺寸和自由尺寸，其次确定满足零件加工和测量要求的工艺基准。在选择基准时还应注意，同一零件的各项位置公差应采用同一基准；应选择加工比较精确的表面或接触面积大，能使工件稳定、刚性好的一些要素做为基准。选择基准标注尺寸时，在满足设计要求的前提下，还应尽量考虑使用通用测量工具进行测量，避免或减少使用专用工具。

为使加工最经济，检测最方便，在设计零件的形位公差时做到最简洁、最明确、最实用，形位公差对机械零件的精度设计、生产成本及经济性有着重要影响，设计者只有明确零件功能，充分进行工艺分析，明确形位公差各项目之间的关系，合理选取形位公差的项目、基准和确定公差值。

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