鄭立新，唐 俊

(1.西南交通大學(xué)，四川成都，610031，2.四川工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院，四川德陽，618000)

0 引言

根據(jù)機(jī)械零件幾何尺寸公差和形狀位置公差的相互關(guān)系確定的原則稱之為公差原則，公差原則可以通過對(duì)上述兩者使用關(guān)系不同而分成獨(dú)立原則和相關(guān)原則，在實(shí)際機(jī)械零件的設(shè)計(jì)過程中，合理有效的使用公差原則是保證機(jī)械零件幾何精度的重要手段。同時(shí)，公差原則也能在一定程度上使零件在生產(chǎn)過程中的成本有所降低，這就使得零件更為經(jīng)濟(jì)實(shí)用。因此從事機(jī)械零件設(shè)計(jì)以及與其相關(guān)的工作人員必須要熟練掌握公差原則，能夠正確選擇和使用，只有這樣才能保證零件的整體實(shí)用性和經(jīng)濟(jì)性。

1 公差原則概述

根據(jù)零件幾何尺寸與形狀位置公差使用關(guān)系的不同可以將公差原則分成獨(dú)立原則與相關(guān)原則，這兩種原則就構(gòu)成了公差原則。有效地對(duì)其分類可以使我們對(duì)公差原則的認(rèn)知更為具體，以下逐一對(duì)其進(jìn)行分析。

1.1 獨(dú)立原則

獨(dú)立原則即圖樣上零件的幾何尺寸公差與形狀位置公差二者是相互獨(dú)立的個(gè)體，且均需要達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的公差原則。值得注意的是，實(shí)際進(jìn)行零件設(shè)計(jì)和生產(chǎn)過程中，獨(dú)立原則是公差原則的基本原則，是任何零件設(shè)計(jì)制造過程都可能用到的一種原則。正因此導(dǎo)致獨(dú)立原則應(yīng)用較為頻繁，在實(shí)際使用獨(dú)立原則時(shí)，對(duì)于圖樣上未給定的形狀置位公差標(biāo)準(zhǔn)時(shí)應(yīng)按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)其進(jìn)行確定，而對(duì)于圖樣上給定形狀位置公差標(biāo)稱值時(shí)，就要嚴(yán)格將零件的各部分的幾何尺寸限制在規(guī)定值內(nèi)。這樣才能保證零件可以正常投入使用。

1.2 相關(guān)原則

與獨(dú)立原則相對(duì)應(yīng)，相關(guān)原則即零件幾何尺寸公差與形狀位置公差相互關(guān)聯(lián)需要對(duì)其整體進(jìn)行綜合性的分析才能保證零件的質(zhì)量和實(shí)用性。相關(guān)原則包括包容要求原則和最大實(shí)體要求原則。

2 公差原則在應(yīng)用中存在的問題

實(shí)踐證明，公差原則實(shí)際運(yùn)用過程中存在著一些問題，這些問題的出現(xiàn)嚴(yán)重的桎梏著零件精度及其實(shí)用性和經(jīng)濟(jì)性，只有對(duì)相關(guān)問題進(jìn)行分析，才能從總汲取經(jīng)驗(yàn)和不足并找到解決問題的措施，從而使得零件設(shè)計(jì)更為有效。

2.1 忽視相關(guān)原則的使用

前文已經(jīng)提到，獨(dú)立原則是公差原則的基本原則。利用獨(dú)立原則就可以確定機(jī)械零件的幾何尺寸公差和形狀位置公差，這就能基本保證零件設(shè)計(jì)的相關(guān)技術(shù)要求，這是導(dǎo)致獨(dú)立原則被廣泛應(yīng)用的根本原因，但也正因?yàn)檫@樣，使得部分從事零件設(shè)計(jì)的工作人員過度采用獨(dú)立原則而忽略了相關(guān)原則使用的必要性。雖然利用獨(dú)立原則可以保證零件的實(shí)際使用效果，但是由于獨(dú)立原則本身的性質(zhì)，使得零件的生產(chǎn)成本無法得到改善，這是當(dāng)前零件設(shè)計(jì)對(duì)公差原則使用中存在的最為主要的問題。

2.2 成品零件的檢驗(yàn)方法多樣

零件設(shè)計(jì)中采用不同的公差原則，就會(huì)導(dǎo)致成品零件的檢驗(yàn)方法多種多樣，同時(shí)檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)也有所區(qū)別。這就導(dǎo)致零件可能部分標(biāo)準(zhǔn)合格部分瑕疵，從而使得無法投入使用。

采用獨(dú)立原則和最大實(shí)體要求原則設(shè)計(jì)出的零件成品，在進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，首要檢測(cè)的就是零件的幾何尺寸，傳統(tǒng)檢測(cè)方法通常采用兩點(diǎn)法來確定零件的實(shí)際尺寸，但是有研究表明兩點(diǎn)法測(cè)量得出的零件尺寸并不準(zhǔn)確，往往在測(cè)量中會(huì)出現(xiàn)二義性。這就會(huì)出現(xiàn)零件幾何尺寸測(cè)量不準(zhǔn)確無法正常使用。

采用獨(dú)立原則設(shè)計(jì)制造出的孔、軸等零件在檢測(cè)過程中也會(huì)出現(xiàn)一些問題，孔、軸類零件本身存在著直線度公差和圓度公差，這兩種公差在測(cè)量中比較繁瑣因此部分生產(chǎn)廠家通常會(huì)將其檢測(cè)過程省略，只針對(duì)其外部幾何尺寸做檢測(cè)。這就會(huì)導(dǎo)致零件在檢測(cè)過程中，線性尺寸達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，但是形狀卻不一定與實(shí)際要求相吻合。這些零件投入使用時(shí)，就可能使得零件無法裝置到機(jī)械設(shè)備中。這類問題也是零件設(shè)計(jì)生產(chǎn)中存在的較為突出的問題之一，在對(duì)上述問題做測(cè)量時(shí)，可以采用包容原則對(duì)零件進(jìn)行檢測(cè)，實(shí)踐證明，包容原則檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)不僅能有效的防止上述問題，也能夠在一定程度上節(jié)約生產(chǎn)成本為企業(yè)帶來一定的經(jīng)濟(jì)效益。

3 公差原則的應(yīng)用及其選則標(biāo)準(zhǔn)

在機(jī)械零件的設(shè)計(jì)制造中，具體選用哪種公差原則要根據(jù)零件的具體使用要求，同時(shí)在選擇公差原則時(shí)還應(yīng)考慮零件的工藝性和經(jīng)濟(jì)性，只有各方面因素都加以考慮，才能保證零件的設(shè)計(jì)達(dá)到最優(yōu)，生產(chǎn)最節(jié)儉，實(shí)際應(yīng)用價(jià)值最大，這也應(yīng)是每一個(gè)機(jī)械零件設(shè)計(jì)人員所向往的。

3.1 獨(dú)立原則的應(yīng)用

獨(dú)立原則使用場(chǎng)合較為廣泛，當(dāng)機(jī)械零件對(duì)幾何尺寸和形狀位置精度有嚴(yán)格要求時(shí)均可采用獨(dú)立原則，使用過程中必須要注意獨(dú)立原則的本質(zhì)，使零件的幾何尺寸公差與形狀位置公差互相獨(dú)立，使用時(shí)要保證二者相互間的獨(dú)立性，不可彼此相互影響，否則勢(shì)必會(huì)導(dǎo)致零件的精度下降甚至達(dá)不到使用標(biāo)準(zhǔn)。

3.1.1 運(yùn)用于對(duì)運(yùn)動(dòng)精度有嚴(yán)格要求的場(chǎng)合。當(dāng)設(shè)計(jì)的零件是具有軸向運(yùn)動(dòng)精度或?qū)剞D(zhuǎn)精度要求較為嚴(yán)格時(shí)可以采用獨(dú)立原則對(duì)其進(jìn)行分析。保證軸向運(yùn)動(dòng)精度首要保證的就是其直線度的精確。而要保證回轉(zhuǎn)精度就要對(duì)圓度做出一定的規(guī)范，因此采用獨(dú)立原則可以有效的對(duì)其加以修正。

如上圖所示，圖為方軸零件的設(shè)計(jì)圖，其在功能上要求零件要具有一定的運(yùn)動(dòng)精度，同時(shí)還要避免尺寸誤差使零件軸部的直線運(yùn)動(dòng)精度發(fā)生偏離。在這種情況下就可以采用獨(dú)立原則分別對(duì)方軸零件的幾何尺寸公差和直線度公車進(jìn)行分析從而保證二者之間相互分離。

3.1.2 運(yùn)用于對(duì)密封性有嚴(yán)格要求的場(chǎng)合。零件的使用用途多種多樣，當(dāng)零件用于氣缸等密閉性容器的時(shí)候，就要求零件要有嚴(yán)格的秘密性，而零件的形狀能否與機(jī)械無縫銜接是保證機(jī)械氣密性的有效措施，因此這就對(duì)零件的形狀精度有較為嚴(yán)格的要求，例如，對(duì)氣密性要求的零件為環(huán)狀，就要保證零件的內(nèi)、外徑都要達(dá)到規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，不論內(nèi)徑和外徑出現(xiàn)形狀與實(shí)際應(yīng)用不符都會(huì)導(dǎo)致機(jī)械的密閉性降低。因此在設(shè)計(jì)對(duì)密閉性有嚴(yán)格要求的零件時(shí)也應(yīng)采用獨(dú)立原則。

3.2 包容原則的應(yīng)用

當(dāng)零件使用中具有配合要求時(shí)，通常采用包容原則?；字坪突S制是最為常見的兩種配合要求，這兩種配合要求對(duì)最小間隙和最大過盈的定義不同，實(shí)際設(shè)計(jì)中應(yīng)對(duì)其加以區(qū)分。

當(dāng)零件的最小間隙和最大過盈已經(jīng)被標(biāo)定好時(shí)，要考慮零件的幾何尺寸公差與形狀位置公差是否要求按比分配。如果是采取按比例分配采取包容要求原則就可以最大限度的利用圖樣給定的標(biāo)準(zhǔn)，從而保證零件的實(shí)際使用效果。在采取包容要求原則時(shí)要特別注意零件的檢測(cè)，應(yīng)采取綜合測(cè)量的方式對(duì)零件進(jìn)行驗(yàn)收，這樣才能保證零件的工藝性和實(shí)用性。

3.3 最大實(shí)體要求原則的應(yīng)用

最大實(shí)體要求的原則的應(yīng)用場(chǎng)合相較于前兩者就略顯缺乏。但是在必要場(chǎng)合，最大實(shí)體要求原則是保證零件能否投入使用的根本措施。由前文相關(guān)原則的定義可知，最大實(shí)體要求原則將零件幾何尺寸公差與形狀位置公差有機(jī)的聯(lián)系在了一起。所以，只有當(dāng)被測(cè)零件或被測(cè)機(jī)械為主要參考標(biāo)準(zhǔn)時(shí)才能使用最大實(shí)體要求原則。同時(shí)，當(dāng)零件對(duì)裝配性要求較高的情況也可以采用最大實(shí)體要求原則。事實(shí)證明，合理、有效的采用最大實(shí)體要求原則不僅能保證零件的基本要求達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)同時(shí)也能大大提高零件成品的合格率，這就在一定程度上提升了生產(chǎn)效率，保證了零件的經(jīng)濟(jì)性。

3.4 公差原則的選擇依據(jù)

3.4.1 要針對(duì)零件的具體實(shí)用要求進(jìn)行公差原則的選擇，對(duì)零件幾何尺寸公差和形狀位置公差有要求的零件一般選擇獨(dú)立原則。當(dāng)尺寸公差與形狀公差需要相互影響則一般選擇相關(guān)原則。

3.4.2 如果零件使用中要滿足一定的間隙等要求時(shí)一般選取包容要求原則。

3.4.3 對(duì)裝配有嚴(yán)格標(biāo)準(zhǔn)的零件設(shè)計(jì)中一般要采用最大實(shí)體要求原則。

4 總結(jié)

機(jī)械零件的種類和用途多種多樣，設(shè)計(jì)中的具體要求也就不盡相同，因此在實(shí)際設(shè)計(jì)過程中，具體采用哪種公差原則需要設(shè)計(jì)人員有準(zhǔn)確的判斷力，選擇正確的公差原則是保證零件實(shí)用性、經(jīng)濟(jì)性、工藝性的有效保障，也是提升零件精度的先決條件。所以設(shè)計(jì)人員必須對(duì)公差原則要熟練的掌握，這樣才能保證每一份零件的設(shè)計(jì)都能使其效益達(dá)到最大。

[1]楊將新，徐旭松，曹衍龍.基于裝配定位約束的功能公差規(guī)范設(shè)計(jì).《機(jī)械工程學(xué)報(bào)》.2010 年2 期

[2]張復(fù)旺，王伯平，劉娜.典型零件公差配合的多媒體教學(xué)動(dòng)畫設(shè)計(jì)研究.《機(jī)械管理開發(fā)》.2013 年1 期