画图工(27)——工程师必须要了解的公差原则
本帖最后由 未来第一站 于 2018-10-10 22:03 编辑工程师们在设计孔轴配合时，通常是靠标注尺寸大小公差来保证装配功能，如下图所示，孔与轴装配，孔最小直径是5.0 ，轴最大直径是5.0，那么下图的尺寸公差标注就一定可以保证孔轴装配不干涉吗？初步判断好像装配没问题的，因为孔最小直径是5.0 ，轴最大直径是5.0，最大轴和最小孔的直径大小相等，轴和孔应该可以装配。可实际情况是如此吗？
上图的轴加工后除了大小误差外，还有形状误差，当孔、轴的直径都加工在直径5的时，如果这时孔或轴有一点弯曲或者截面圆度不好，装配肯定要干涉，也就是说如果孔轴直径都是5的时候，如果要保证装配，它们的形状必须完美。由GB/T-4249和ISO-8015标准中的独立原则可知，尺寸大小公差和形状公差是独立的。因为大小公差是表示每个截面的两点之间的小，而截面两点之间的大小与整个轴弯曲的程度和截面的圆度没系，而下图中的红色尺寸是装配作用尺寸，大于截面大小尺寸。所以按照独立原则，上图的设计孔轴装配有问题。
包容原则是美国尺寸公差标准ASME Y14.5中默认的第一原则，也就是我们经常说的Rule #1 ,那到底什么是包容原则呢？包容原则的核心就是大小公差要和形状公差关联起来。
如上图当轴直径最大时(MMC)，轴的形状必须完美即形状误差为0，但轴做小了，这时就可以有一个形状误差的补偿。对于孔来讲，当孔做到最小时(MMC)，孔的形状必须完美及形状误差必须是0，孔做大了可以有形状误差补偿，具体关系见下表。
上面表格反应了包容原则，轴孔的大小与形状误差的关系，由表可知孔轴的包容边界都是它们的最大实体边界5.0，而它们的大小公差和形状公差综合不会超过最大实体装配边界，即包容原则保证了孔轴的装配边界是一个固定值，从而保证了装配不干涉。由包容原则可知，即使没有标注形状公差，大小公差也把形状公差管控了，及形状公差不要超过大小公差。
包容原则检测1）：检测最大实体边界，保证装配2）：检测最小实体尺寸，保证尺寸大小通规测最大实体边界，比如上图中的孔测最大实体边界要用5.0的通规止规测最小实体尺寸，理论上应该是用止规两点测量，如下图所示，止规的大小用孔的LMC尺寸5.2。 实际测量时为了操作方便，把通止规都做成圆柱规，如上图所示，测量时通规通过，止规止住就算合格。但是这里如果止规做成圆柱规去测量最小实体尺寸存在误判的风险，如下图所示，止规是圆柱规时测量孔也可能止住，但是实际孔尺寸超差了，所以会出现误判。如果把止规做成两点测量式的就会避免这种误判的问题。（如果孔的功能是装配，而孔的最小实体尺寸不是太重要，为了检测方便，通常是把通止规都做成圆柱规）在图纸中如果出现下列情况之一，表示包容原则失效1）直线度用来管控中心线2）平面度用来管控中心面3）在图纸中标注“PERFECT FORMAT MMC NOT REQUIRED，最大实体时不要求形状完美”
4）在尺寸大小公差后面加I圈，表示独立原则。如上图中，直线度是控制中心线直线度，平面度用来控制中心面的直线度，所以包容原则失效，形状公差值可以大于大小公差0.2。（如果直线度和平面度标注在表面，公差值标注不能大于0.2）1 尺寸公差怎么评定？要想把尺寸公差的定义和评定搞懂，首先要知道两大国际标准对尺寸公差的定义和区别. 以及这两大国际标准默认的公差原则和区别两大国际标准公差原则参见文章 工程师必须要了解的公差原则2 国际标准对尺寸的分类一提到Size（尺寸），绝大部分工程师们觉得很简单，好像尺寸公差就只有一种即两点之间的大小，实际产品图纸中除了两点之间的尺寸外，还有很多关于尺寸的定义。下图中的尺寸公差定义有啥区别?怎么检测？ 美标ASME Y14.5对尺寸（SIZE）定义有三种类型：即实际局部尺寸（两点之间的尺寸），非关联包容尺寸和关联包容尺寸。http://image109.360doc.com/DownloadImg/2018/01/1009/121474353_3_20180110093722699实际局部尺寸和非关联包容尺寸一般是对单一尺寸要素的定义，即上图中美标图纸中轴的直径，要测量两个尺寸出来，局部两点之间的尺寸不小于9.9，非关联包容尺寸即最小外接圆柱尺寸不大于10.1，只有这两个同时合格，产品才算合格，因为美标默认公差原则为包容原则。 美标中的关联包容尺寸一般是和基准相关的尺寸，也就是一般在用基准建立坐标系或者做检具设计时要考虑的。 欧标ISO 11405 对尺寸SIZE定义就复杂多了，主要分为三大类，及局部尺寸（Local Size）,计算尺寸（Calculated Size）和全局尺寸（Global Size）,而每大类又包括好几小类，总计十小类尺寸。局部尺寸包括两点尺寸，部分尺寸，截面尺寸和球径尺寸计算尺寸包括圆周直径、面积直径和体积直径全局尺寸包括最小二乘、最大内切和最小外接每种尺寸在图纸中用不同的符号表示，详细内容参见标准ISO 14405-1.http://image109.360doc.com/DownloadImg/2018/01/1009/121474353_3_20180110093722699ISO标准图纸用到最多的尺寸就下面几种：1） 两点尺寸，在图纸中用LP符号表示，相当于美标ASME中实际局部尺寸。2） 最大内切尺寸，在图纸中用GX符号表示，一般用在内部尺寸要素，比如孔，相当于美标ASME中的非关联包容尺寸。3） 最小外接尺寸，在图纸中用GN符号表示，一般用在外部尺寸要素，比如轴，相当于美标ASME中的非关联包容尺寸。4） 最小二乘尺寸，在图纸中用GG符号表示，指的是平局尺寸。3 ISO标准对尺寸的标注规定ISO 标准默认的公差原则是独立原则，默认的尺寸是两点尺寸，相当于美标中实际局部尺寸。 上图中的尺寸标注，左图只需要测量两点之间的尺寸大小，因为默认独立公差原则，右图中测量按照包容原则执行，即测量两个尺寸：两点尺寸不小于9.9，最小外接尺寸不大于10.1。 如果上下极限公差测量评定要求不一样，分别标出不同的符号，如上图中左图表示35.1尺寸按照最小外接尺寸评定，34.8按照最大内切尺寸评定。右图中的35.0尺寸按照最小外接尺寸评定，34.9按照两点法检测评定。 如上下极限公差要求一样，只需要标注一个符号即可。下图表示任一横截面的尺寸按照最小二乘法评定。
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