第7章 滚动轴承的公差与配合第8章 圆锥的互换性与检测课前导读课前导读 圆锥面是组成机械零件的一种常用的典型几何要素，圆锥结合是常用的联接与配合形式，但影响互换性的参数比较多，加工和检测也较困难，故对圆锥规定了多项公差要求，以满足互换性和机器的使用要求。基础知识基础知识 圆锥配合的基本几何参数重点知识重点知识 圆锥公差及其给定方法难点知识难点知识 圆锥配合的四种形成方式8.1 概述8.1.18.1.1圆锥配合的特点圆锥配合的特点 影响圆锥结合的互换性的因素除了直径外，还多了个圆锥角，因此圆锥结合有圆柱结合不可替代的特点，归纳起来有以下四个方面：密封性能好；对中性能高；自锁性能强；间隙可以调整。 如图8- -1所示，为磨床砂轮主轴的圆锥轴颈与滑动轴承的配合，该配合的特点是相互结合的内、外圆锥能相对运动，故间隙大小可以调整。如图8- -2所示，为内燃机中凸轮配气机构，其中气门与气门座的配合采用了成对研磨的圆锥面，使得该配合具有良好的对中性和密封性。如图8- -3所示，为铰刀的浮动连接，其中过渡套筒与车床尾座套筒的配合具有自锁性，且铰刀尾柄与活动锥套的过盈量大小可以调节，用以传递扭矩。8.1.2圆锥配合的基本几何参数1、圆锥角 在通过圆锥轴线的截面内，两条素线间的夹角，称为圆锥角，如图8- -4所示。对于内圆锥，用i表示；对外圆锥，用e表示。相互结合的内、外圆锥，其基本圆锥角是相等的。2、圆锥素线角 指圆锥素线与其轴线间的夹角，它等于圆锥角之半，即/2。5、圆锥配合长度 指内、外圆锥配合面的轴向距离，用符号Lp表示。6、锥度 指圆锥的最大直径与其最小直径之差对圆锥长度之比，用符号C表示。即C = =2tan 。锥度常用比例或分数表示，例如C=1：20或C=1/20等。3、圆锥直径 指与圆锥轴线垂直的截面内的直径，有内、外圆锥的最大直径Di、De，内、外圆锥的最小直径di、de。任意给定截面圆锥直径dx（距锥面有一定距离）。设计时，一般选用内圆锥的最大直径Di或外圆锥的最小直径de作为基准直径。4、圆锥长度 指圆锥的最大直径与其最小直径之间的距离。内、外圆锥长度分别为Li、Le来表示。7、基面距 指相互结合的内、外圆锥基准面间的距离，用符号a表示。8、基本圆锥 基本圆锥为设计给定的圆锥。基本圆锥指的是在该圆锥上，所有几何参数均为其基本值。基本圆锥标准规定可用两种形式表示：（1）一个基本圆锥直径(最大圆锥直径D，最小圆锥直径d，给定截面圆锥直径dx)、基本圆锥长度L、基本圆锥角或基本锥度C。（2）两个基本圆锥直径和基本圆锥度长度L。以上几何参数，均为基本尺寸。8.1.3锥度与锥角系列 GB/T 157-2001锥度与锥角系列国家标准中，将锥度与锥角系列分为两类，一类为一般用途圆锥的锥度与锥角，见表8-1；另一类为特殊用途的圆锥的锥度与锥角，见表8-2。特殊用途的锥度与锥角的应用，仅限于表8-2备注栏中所说明的场合。8.2 圆锥公差8.2.1圆锥公差及其给定方法1、圆锥直径公差（、圆锥直径公差（TD） GB/T 113341989将圆锥公差分为：圆锥直径公差、圆锥角公差、圆锥的形状公差及给定截面圆锥直径公差，其特点如下。 圆锥直径公差TD是指圆锥直径的允许变动量，即允许的最大极限圆锥直径Dmax（dmax）与最小极限圆锥直径Dmin（或dmin）之差，如图8-5所示。 圆锥角公差圆锥角公差ATAT是指圆锥角允许的变动量，即最大圆锥是指圆锥角允许的变动量，即最大圆锥角角maxmax与最小圆锥角与最小圆锥角minmin之差，如图之差，如图8 8-6 6所示。所示。 2.圆锥角公差（AT） AT有两种表示方法：AT与 ATD。前者为角度值，后者为线性值。二者关系为：ATD = ATL10 -3 -3 国标规定，圆锥角公差AT共分12个公差等级，用符号AT1、AT2、AT12表示，AT4AT9公差数值见表8- -3。 圆锥角的极限偏差可按单向或双向（对称或不对称）取值，如图8-8所示。 一般情况下，可不必单独规定圆锥角公差，而是将实际圆锥角控制在圆锥直径公差带内，此时圆锥角max与min是圆锥直径公差内可能产生的极限圆锥角，如图8- -7所示。表8- -4列出了圆锥长度L为100mm时圆锥直径公差TD所能限制的最大圆锥角误差max。3.圆锥的形状公差（TF）圆锥的形状公差包括圆锥素线直线度公差和圆度公差。对于要求不高的圆锥工件，其形状误差一般也用直径公差TD控制。如图8-7所示，对于要求较高的圆锥工件，应单独按要求给定形状公差TF，如需要其数值可按直线度和圆度公差等级表格中查取。4.给定截面圆锥直径公差（TDS）给定截面圆锥直径公差TDS是指在垂直圆锥轴线的给定截面内，圆锥直径的允许变动量。其公差带为在给定的圆锥截面内，由两个同心圆所限定的区域，如图8- -9所示。给定截面圆锥直径公差数值是以给定截面圆锥直径dx为基本尺寸，可按尺寸标准公差表中查取。一般情况不规定给定截面圆锥直径公差，只有对圆锥工件有特殊需求（如阀类零件中，在配合的圆锥给定截面上要求接触良好，以保证密封性）时，才规定此项公差，但必须同时规定锥角公差AT，它们间的关系如图8- -10所示。 由图由图8 8-1010可见，给定截面圆锥直径公差可见，给定截面圆锥直径公差T TDSDS不能控制锥不能控制锥角误差角误差ATAT，两者相互无关，应分别满足要求。，两者相互无关，应分别满足要求。 （1）给出圆锥的理论正确圆锥角（或锥度C）和圆锥直径公差TD。此时，圆锥角误差和圆锥形状误差均应在极限圆锥所限定的区域内。按这种方法给定圆锥公差时，在圆锥直径公差后边加注符号 。如图8-11所示。按GB/T 113341989规定圆锥公差的给定方法有两种：（2）给出给定截面圆锥直径公差TDS和圆锥角公差AT。此时，给定截面圆锥直径和圆锥角应分别满足这两项公差的要求。如图8- -12所示。8.2.2未注公差角度的极限偏差 国标GB/T18042000对于金属切削加工件的角度，包括在图样上标注的角度和通常不需标注的角度（如90等）规定了未注公差角度的极限偏差（见表8-5）。 未注公差角度的极限偏差按角度短边长度确定，若工件为圆锥时，则按圆锥素线长度确定。未注公差角度的公差等级在图样或技术文件上用标准号和公差等级表示。例如选用中等级时，则在图样或技术文件上可表示为：GB/T1804m。8.3 圆锥配合圆锥配合的基准制分为基孔制和基轴制，标准推荐优先采用基孔制；圆锥公差按GB/T113341989确定；圆锥配合分间隙配合、过渡配合和过盈配合，相互配合的两圆锥基本尺寸应相同。8.3.18.3.1圆锥配合的形成圆锥配合的形成因为圆锥配合的配合特征是通过相互结合的内、外圆锥规定的轴向位置来形成间隙或过盈，所以可根据确定相互结合的内、外圆轴向位置的不同方法、形成的圆锥配合有以下四种方式：1、由内、外圆锥的结构确定装配的最终位置而形成配合。这种方式可以得到间隙配合、过渡配合和过盈配合。图8- -13a为由轴肩接触得到间隙配合的示例。2、由内、外圆锥基准平面之间的尺寸确定装配的最终位置而形成配合。这种方式可以得到间隙配合、过渡配合和过盈配合。图8- -13b为由基面距a得到过盈配合的示例。3、由内、外圆锥实际初始位置Pa开始到终止位置Pf（不施加力），作一定的相对轴向位移Ea而形成配合。这种方式可以得到间隙配合和过盈配合。图8- -14a为间隙配合的示例。4、由内、外圆锥实际初始位置Pa开始，施加一定的装配力产生轴向位移而形成的配合。这种方式只能得到过盈配合，如图8- -14b所示。 Eamax = Ymax= 5050m = 2500mTE = Eamax - Eamin =（2500 - 450）m =2050mEamin = Ymin = 509m = 450m 位移型圆锥配合的轴向位移公差TE = Eamax - - Eamin 。如图8- -15所示，计算公式列于表8 - - 6。例如，有一位移型圆锥配合，锥度为1 : 50，圆锥的基本直径为40mm，要求内、外圆锥装配后配合为H7/r6（过盈配合），已知该配合的Ymin = - - 9m，Ymax= - - 50m，则极限轴向位移量及轴向位移公差为：1、对于结构型圆锥配合推荐优先采用基孔制，内、外圆锥公差带及配合直接从GB/T18011999中选取符合要求的公差带和配合种类。2、对于位移型圆锥配合的内圆锥直径公差带的基本偏差推荐选用H和JS，外圆锥直径公差带的基本偏差推荐选用h和js。8.3.2圆锥配合的一般规定8.4.1 角度量块 在角度测量中，角度量块是基准量具，用来检定各种角度量具或检验精密零件的角度。成套的角度量块由36块或94块组成，每套包括三角形和四边形两种不同形状的角度量块，它们分别是有1个与4个工作角，如图8-16所示。角度量块具有研合性，但为保证量块间紧密贴合，组合时靠专用附件夹住，测量范围为10350，与被测对象比较时，用光隙法估定角度偏差。8.4 角度和锥度的检测 图8-16 角度量块8.4.2 万能游标量角器万能游标量角器又称万能角尺，是用于精确测量各种角度的专用量具，由钢尺、活动量角器、中心规和角规四部分不同用途的量具组合而成，如图8-17（a）所示。图8-17 万能游标量角器8.4.3 圆锥量规 圆锥量规用于检验成批生产的内外圆锥的锥度和基面距偏差，分为圆锥塞规和套规，有莫氏和公制两种，其结构如图8-18（a）所示。由于圆锥结合时，一般锥角公差比直径公差要求高，所以用量规检验时，首先检验锥度。在量规上沿母线方向薄薄涂上两三条显示剂（红丹或兰油），然后轻轻地和工件对研转动，如图8-18（b）所示。根据着色接触情况判断锥角偏差，对于圆锥塞规，若显示剂能均匀地被擦去，说明锥角正确。其次，用圆锥量规检验基面距偏差，当基面处于与圆锥量规相距Z的两条刻线之间，即为合格。 图8-18 圆锥量规及其使用8.4.4 万能角度尺万能角度尺 万能角度尺如图8-19所示，它按游标原理读数，其测量范围为0320。图中，1为游标尺，2为尺身，3为90角尺架，直尺4可在3上的夹子5中活动和固定。按不同方式组合基尺、角尺和直尺，就能测量不同的角度值，如图8-20所示。 图8-19 万能角度尺 图8-20 万能角度 尺的使用 8.4.5 正弦规正弦规 正弦规是锥度测量常用的器具，分宽型和窄型，两圆柱中心距分为100mm和200mm两种，适用于测量圆锥角小于30的锥度。测量前，首先按公式h=Lsin计算量块组的高度h，式中为公称圆锥角，L为正弦规两圆柱中心距。然后按图8-21所示进行测量，如果被测角度有偏差，则a、b两点示值必有读数差n，则锥度偏差C = n/l弧度，换算成锥角偏差 = 2C105s。 具体测量时，需注意a、b两点测值的大小，若a点值大于b点值，则实际锥角大于理论锥角，算出的为正；反之，为负。图8-21 用正弦规测量圆锥锥角