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孔组位置度检验及其量规的设计分析
    摘要:本文通过对孔组位置度的检验及其量规的设计分析,探讨了有基准时孔组轴线位置度量规和无基准时孔组轴线位置度量规设计的差异,剖析了孔组位置度量规设计的基本要领,明确了解决孔组轴线位置度难控制且检验效率低的基本途径,以满足孔组位置度的技术要求与生产控制的合理要求。1 引言在机械设计制造中,用一组孔(一般孔数大于3,我们简称为孔组,以下同)连接的结构是一种常见的结构,其轴线位置度(位置度是限制实际要素对理想要素位置变动量的一项指标)往往是生产和检验的一个难点,特别是位置度的检验。说到检验,应该说对于高精度的孔组一般应该采用精确的测量方法,比如在平台上用通用量具组合或在三坐标测量机上进行检测、评定。但对于一般精度的孔组,为确保产品的加工质量和装配生产的顺利进行,及时发现质量问题,对产品质量能够监控把关,同时为了提高检验效率,生产中经常使用位置度量规对产品进行检验控制,尤其是连接两零件用的过钉孔孔组,设计者为了保证装配的互换性,这种孔组位置度公差和基准要素往往要求按最大实体原则标注控制,此时,其检验控制更适合于用综合量规检验,因而检验专用量规的设计显得更为重要。本文结合实际工作经验,对这种孔组位置度检验及量规的设计作一个讨论分析,以供同行参考。2 正文为了分析计算方便意见,下面先将有关孔组位置度量规设计计算所用到的部份公差、参数列于以下各表:3 有基准时孔组轴线位置度量规图1-1a所示的工件,若孔数较少,量规一般设计成具有基准部位和与工件孔数相当,位置度精度较高的固定测销1的形式(如图1-1b),此时若工件各孔能通过量规,则各孔位置度合格。当工件孔数较多时,一般设计成有基准部位,用4个位置度精度高的测量导套和1个活动测销3的形式(图1-1c),这时应使工件紧靠定位基准(必要时可用夹紧机构夹紧),如活动测销能分别通过工件各孔,则各孔位置度合格。下面就固定和活动两种结构的量规设计进行分析。首先,对固定的图1-1b所示结构的量规进行计算分析,具体设计计算如下:由综合公差ti=t+t=0.10+0.058=0.158由表1可知:tm=wm=0.005tp=0.008;t.p=0.0025;按综合公差ti=0.158和工件以三个平面定位,固定式查表2可知:fm=0.018因此,可确定测销测量部位直径:dbm=dmmc-t =8-0.1=7.9测销直径:dlm=(dbm+fm)0-tm=(7.9+0.018)0-0.005=7.测销磨损极限:dwm=(dbm+fm)-(tm+wm)=(7.9+0.018)-(0.005+0.005)=7.908=固定测销1与本体2上的孔配合选过盈配合,定为h7/n6(直径d1可由设计者确定,这里暂定为7) ,为了操作方便和易于确定哪个孔的位置度不合格,在条件允许时(例如工件各孔是通孔或工件孔较长但又允许测销不通过孔的全长时)应使各测销的工作长度不完全相同。对于图1-1c所示的活动结构,设计计算如下:由综合公差ti=t+t=0.10+0.058=0.158由表1可知:tm=wm=0.005;tp=0.008;t.p=0.0025;tg=wg=0.003;cmin=0.003由综合公差ti=0.158和工件以三个平面定位,按活动式查表2可知:fm=0.025因此,可确定活动测销3测量部位直径:因为dbm=dmmc-t =8.-0.1=7.9所以测销直径:dlm=(dbm+fm)0-tm=(7.9+0.025)0-0.005=7.测销磨损极限:dwm=(dbm+fm)-(tm+wm)=(7.9+0.025)-(0.005+0.005)=7.915由计算可知dlm不是完整的标准尺寸,为了便于制造,使导套的孔径定为完整的标准尺寸,将活测销3的测量部位做成台阶式,取dbg=6所以导套内径:dlg=dbg+tg0=6+0.0030磨损极限:dwg=(dbg+(tg+wg)=6+0.003+0.003=6.006活动测销导向部位的直径:dlg=(dbg-cmin)0-tg 而一般dbg=dbg所以dlg=(dbg-cmin)0-tg=(6-0.003)0-0.003=5.活动测销导向部位的磨损极限:dwg=(dbg-cmin)-(tg+wg)=(6-0.003)-(0.003+0.003)=5.991=在孔组位置度检具中的导套一般采用带有台肩的导套以防止在使用中受活动测销的冲撞而产生的松动。对于导套的外径与本体上的孔的配合可选取h7/n6的过盈配合,直径选为10(由设计者自定)对于有基准时孔组轴线位置度的另外一种常见结构就是盘类零件,其通常是有很多沿圆周方向分布过钉孔的结构,如中的飞轮,其与曲轴头连接的沿圆周方向有8个孔(其中一个为定位孔),下面再就这种沿圆周分布各孔的位置度的检验情况的量规设计分析讨论一下(为了讨论方便作一简图如下图1-1d所示,且还是分两种情况讨论)(1)若不利用&12f8的定位孔,仅利用定位止口(直径f100孔)定位,来检7个孔(7孔原图为未注公差,此处的公差是为了方便分析而设定),且在基准和被测要素符合最大实体原则条件下,假如工件中有7个d+t0=f14.5+0.160孔对中心孔c和底面h的位置度t=0.20,一个f12f8的定位孔;这时可以采用7个固定测销和导套来检验各孔的位置度,若能同时通过则说明各孔位置度合格(检验量规图略)设计分析计算如下:根据综合公差ti=t+t=0.20+0.16=0.36由表1可知:tm=wm=tp=0.008;tp=0.012; t.p=0.004假若检具选定为固定式结构,用一中心要素和一平面要素定位,查表2可得fm=fp=0.025中间孔定位止口直径(同时检验):d1lp=(d1bp+fp)0-由于要实现同时检验,应该有d1bp=d1mmc因此中间孔定位止口磨损极限:d1wp=(d1bp+fp)-(tp+wp)=(100+0.025)-(0.008+0.008)=100.041固定测销直径:固定测销的磨损极限:假若检具底板安装测销各孔对定位基准位置度允差tp=0.012固定测销两台阶外圆同轴度允差t.p=0.004。这时若采用7个活动测销的方法,其具体设计方案可参考图1-1c,这时按活动式量规查表2得fm=fp=0.036而由表1得:cmin=0.004; tg=wg=0.005。对于这种情况,设计检具时有灵活性,比如可以在圆周上增加一个固定销,再用6个活动测销同时插入,若能顺利通过说明各孔位置度合格。(2)若利用f12f8的定位孔,由于该孔对中心孔c比其余7个孔有较高的尺寸和位置精度,如果以&12f8孔和中心孔两个中心要素和一个平面同时定位,再用一个活动测销分别检验其余7个孔,这时可由表2得fm=fp=0.04;并按分别检验形式确定检具定位部位的尺寸,具体计算如下:中间孔定位止口直径:d1lp= (d1bp)0-tp(分别检验);由于要实现分别检验,应该有d1bp=d1mmc因此d1lp=(d1mmc)0-tp=(100)0-0.008=(100)0-0.008中间孔定位止口磨损极限:小定位销的磨损极限:dwp=dbp-(tp+wp)=12.016-(0.008+0.008)=124 无基准时孔组位置度量规讨论分析为了方便意见,先分析当工件的孔数较少而又无基准时孔组位置度量规设计(如图1-2所示):由于孔数较少,采用在检具上有与工件孔数相同数量的固定测销式量规进行检验,检验时当各测销能同时插入工件时才能保证工件各最大实体孔的位置度合格。量规设计计算分析如下:根据综合公差ti=t+t=0.1+0.058=0.158查表2得:(按无基准和固定式)fm=0.012测销与底板的配合直径可由设计者自定。下面再对当孔数相对较多时,无基准孔组位置度检验的情况进行进一步的探讨:假定讨论的孔组位置度也符合最大实体条件。要检验这种无基准孔组位置度,从原则上讲,只能采用上述方法检验,也就是在检具上有与工件孔数相同数量的测销,当各测销能同时插入工件时才能保证工件各最大实体孔的位置度合格,且这时测销测量部位的基本直径为dbm=dmmc-t。这是理想状态,要满足这种要求才能判定被测产品合格,而在现实生产中是难以满足的。为此,在实际工作中有必要采取措施,以确保生产检验的正常进行,对此我首先是采用如下方法:那就是在检具本体上用两个固定测销和多个导套,当工件以两孔在两个固定测销上定位后,用一个活动测销通过各导套来检验除两定位孔之外的各孔位置度t,这时如能顺利通过各被测孔,则被测各孔在最大实体(dmmc)时其位置度是合格的。如果两固定测销和活动测销的测量部位的基本直径都为dmmc-t时,则在检验中由于无基准,工件可以在(dmmc-t)范围内移动(这仅是对于最大实体孔而言,而当孔偏离了最大实体时移动范围更甚),以致于某些处于最大实体孔的位置度达到2t时,活动测销仍旧能插入被测孔。也就是因此而又带来了一个新的问题,呢?为了解决这个问题,我在实际工作中曾采取过两种措施予以弥补:一个措施是将一个固定测销的测量部位做成基本直径为dmmc的圆销,另一个固定测销做成四菱形的,且其测量部位在两中心连线方向上的基本直径为dmmc-t而在垂直于两销中心连线方向上的基本直径为dmmc,再用一个基本直径为dmmc-t的活动测销来检验其它各孔的位置度(如图1-2a)。用这种方法如果有一对较精确的孔作为固定的定位孔,效果是较理想的,但一般孔组并没有位置度较精确的两定位孔,两定位孔多为任意的,因此,由图1-2a可知,在最大实体条件下,只有当所选的两孔轴线距离为(l/2-t/2)至(l/2+t/2)时量规中的两固定测销才能放入,而当所选的两孔轴线距离大于(l/2+t/2)到lmax和小于(l/2-t/2)到lmin时两固定测销均不能插入位置度为合格的两最大实体定位孔,这是一个不足;后来我作了进一步的分析知道,对整个孔组这种方法也会产生误判,其既可能产生对位置度合格的最大实体孔插不入活动测销也可能产生对位置度不合格的最大实体孔插却能插入(如果轴线位置偏离所假设的两垂直方向时)。这种方法对于一般要求不是很严或者讲风险不是很大的生产还是可行的。另一个措施是使两固定测销和活动测销的测量部位的基本直径都取为(dmmc-t/2)=其理由是使工件放入两固定测销的两最大实体孔相互间仍可移动t/2,工件各最大实体孔相对活动测销相互间又可移动t/2,所以工件其它各孔相对两固定测销孔的位置度为t>,由分析可知该办法对有些极限情况防止位置度超过t可起到弥补作用,但同时对另一些孔提高了其位置度的要求,致使位置度合格的孔被认为是不合格的。综上所述,两种措施都只能照顾到某方面而又忽略了另一方面,从概率的观点上看,由于各孔实际直径不一定都做到最小,而且往往在大于最小直径,各孔位置度相互影响也不一定都出现在极限位置的情况,这就是我采用上述两种弥补措施的原因,而且通过生产实践检验是可行的。从另一个角度来看,也就是从位置度定义出发,对按最大实体原则标注的孔组位置度,在没有规定定位基准和孔数较多时,正如前所述原则上仍应采用测销数与工件孔数相同的量规,我采用上述方法主要是考虑到若测销数过多,使用起来不方便,同时也是由于一般孔组位置度检验时不追求判定哪个孔不合格。若从实用方面出发,在某些情况下我们还可以根据工件的孔数,在工件适当位置的孔中同时通过导套再插入2~4个活动测销,以起到综合定位和均化误差的作用,这样可以使工件相对于量规的位置误差尽量减少,其它各孔再用一活动测销依次通过导套检验,而不用固定的测销,但这时一般要同时先在工件适当的位置插入几个(一般要大于3个)活动测销,再用一个活动测销检验其它各孔,此时测销测量部位的基本直径建议均为dmmc-t。这里需要说明的一点是,当孔组的位置度公差在相互垂直的两个方向上要求不同时,测销在相互垂直的两个方向上的直径原则上要求分别计算,生产制造时可做成四菱销(虽然制造上不那么方便),另外,在工件被检验孔长度允许的条件下,可将测销沿长度方向做成具有相互垂直的两个菱形的形式。当然位置度要求不高(一般位置度要求大于0.5,精度等到级在11级以上)且被测孔较大时,孔组位置度检验可用观察法,检具做成各观察孔基本直径为dmmc+t的形式。5 结论通过以上对孔组位置度检验及其量规的设计的讨论分析,对于孔组位置度的检验及其量规设计制造可以明确以下几点:1)采用量规综合检验控制孔组的位置度可以大大提高检验效率,明确了解决孔组轴线位置度难控制且检验效率低的基本途径,以满足孔组位置度的技术要求与生产控制的合理要求。2)明确了有基准时孔组轴线位置度量规和无基准时孔组轴线位置度量规设计的差异。3)完善孔组位置度量规设计方法与基本要求,分析了孔组位置度量规的测量误差及其影响。参考文献1)5公差配合与技术测量6,陈泽民、忻良昌主编,机械工业出版社,19842)5机械制造检验技术6,陈天佐主编,国防工业出版社3)gb8069-87,综合量规检验。本文作者:甘翼伟(广西玉柴机器股份有限公司)
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关于安装孔位置度的标注方法和计算
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三维技工, 积分 376, 距离下一级还需 124 积分
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螺栓孔，用不用标位置公差？如果不标，按照未注公差等级，该分到那一级？
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三维首富, 积分 12006, 距离下一级还需 7994 积分
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要求不高的可以不标注位置公差,要求高的要标注,要跟据使用要求来定.
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在一般情况时，螺栓孔，是不用标位置公差的，可以按照未注公差等级IT14级，或者IT12级执行。
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没有特殊要求的螺栓孔是不需要标注位置公差公差的，按未注公差处理，未注公差一般的公司是有一个企业标准文件的，按那上面说明的执行，通常在IT12~14级之间。9 g# W1 C% n- U
如果两个装配在一起的零件之间没有专门的定位装置，而相对位置的要求又比较高，那么可采用较小的螺栓孔（等于或接近螺栓直径），直接用螺栓来定位，这时就需要标注位置公差了。
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技术小组成员
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一般用途的螺栓孔不需标注位置度公差，形位公差标准中对于未标注的位置度这样叙述的：未给出。由相应的定位、定形尺寸公差来控制。也就是说，形位公差标准中没有位置度的未注公差表。实际上螺栓孔对于较小螺栓比螺母直径大1mm，对较大的螺栓孔直径要大2mm以上，这足够装配用了。
有时也有靠螺栓及孔定位的，如铰制孔螺栓，这种孔一般是二联接件同钻共铰，其误差极小，也用不差标位置度公差。4 x# R: y) Z* o5 _/ I0 O$ G7 _&&@
[ 本帖最后由 gaoyns 于
16:42 编辑 ]
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三维富翁, 积分 7355, 距离下一级还需 2645 积分
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没必要， 又不是定位孔！
Pro/E：本小姐曲线优美，流畅，什么都能做!
&&Inventor：我BOM强健，什么都能做得出来!
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不要这么笼统的说“不标注”位置公差好不好？对于成组的螺栓孔及螺栓通孔，一般都是要标注位置度公差的。正因为“形位公差标准中没有位置度的未注公差表”（我的理解是因为位置度公差相关因素太多，无法给出），所以更加要注意螺栓孔位置公差（包括尺寸公差、位置公差）。' ?! n3 ]) m9 h* T2 l! Y/ j
举个简单的例子，有两个螺栓孔，孔比螺栓大1mm，如果孔间距较大，孔间距的未注尺寸公差可能会超过螺栓配合间隙的。
可以参考的资料：
化工版《机械设计手册》，有专门章节讲述“孔间距偏差”；, E1 i" j( I7 ?
' c$ L) W" C. h+ b5 S% M1 J( Y( i
8 J; d0 p5 U6 r9 }
管法兰标准中，螺栓孔中心圆直径和相邻螺栓孔间距。
[ 本帖最后由 lhf999 于
21:00 编辑 ]
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三维董事长, 积分 4523, 距离下一级还需 977 积分
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LS说的有道理。成组的螺栓孔可以不标位置度公差，但是一定要标尺寸公差，要不然误差累计太大，有时候装配有问题。
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