机械零件测绘中有关尺寸圆整问题的探讨

河南机电学校 杨利明

机械零件测绘中有关尺寸圆整问题的探讨

河南机电学校 杨利明

在机械零件测绘中，经常会遇到零件尺寸被测量之后，如何确定公称尺寸和公差的问题。本文，笔者对尺寸圆整、尺寸换算、尺寸协调的方法进行了探讨，以便在实际机械测绘中能够方便地确定基本尺寸、公差和偏差。

一、圆整概念

1.尺寸圆整。即根据实测尺寸数据，分析、推断并确定原设计尺寸的公称尺寸和公差的过程。在测绘过程中，因为存在着制造和测量误差，按实样测出的尺寸往往不成整数。所以，需要对尺寸进行圆整。圆整包括确定基本尺寸的圆整和尺寸公差的圆整两个方面。

2.设计圆整法。设计圆整法是最常用的一种圆整法，其方法基本上是按设计的程序，即以实测值为依据，参照同类或类似产品的配合性质及配合类别，确定基本尺寸和尺寸公差。圆整前首先应进行数值优化，数值优化是指各种技术参数数值的简化和统一，即设计制造中所使用的数值，为国标推荐使用的优先数。数值优化是标准化的基础。本文，笔者将主要讨论设计圆整法。

二、优先数系和优先数

在工业产品的设计和制造中，常常要用到很多数。当选定一个数值作为某产品的参数指标时，这个数值就会按一定的规律向一切有关制品和材料中的相应指标传播。例如，若螺纹孔的尺寸一定，则其相应的丝锥尺寸、检验该螺纹孔的塞规尺寸以及攻丝前的钻孔尺寸和钻头直径也随之而定，这种情况称为数值的传播。

1.优先数系。GB/T321-2005《优先数和优先数系》规定的优先数系分别用符号R5，R10，R20和R40等表示，称为R5系列，R10系列，R20系列和R40系列。

2.优先数。优先数系的各系列中任一个项值称为优先数。优先数也叫常用值，是取三位有效数字进行圆整后规定的数值。

一般机械的主要参数，如立式车床的主轴直径、专用工具的主要参数尺寸都按R10系列确定，通用型材、零件及工具的尺寸和铸件壁厚等按R20系列确定。设计任何产品，其主要尺寸及参数应有意识地采用优先数，使其在设计时就纳入标准化轨道。

三、常规设计的尺寸圆整

常规设计是指标准化的设计。它是以方便设计、制造和具有良好的经济性为主。在对常规设计的尺寸圆整时，一般都应使其符合国家标准GB/T2822-2005推荐的尺寸系列。尺寸系列的选取原则是：优先数系R系列按R10系列，R20系列，R40系列的顺序选用；如必须将数值圆整，可在Ra系列中按Ra10，Ra20、Ra40顺序选用。

（1）圆整时一般都应将全部实测尺寸圆整成整数。对于配合尺寸，也应按照国家标准圆整成整数。

例如，实测一对配合孔和轴，孔的尺寸为Φ25.012mm，轴的尺寸为Φ24.978mm，需确定圆整尺寸和尺寸公差。

（2）考虑确定基本尺寸。根据孔、轴的实测尺寸，只有R10系列的基本尺寸Φ25.0mm靠近实测值。故将该配合的基本尺寸选为Φ25mm。通过对此配合结构的分析可知，该配合为基孔制间隙配合。从相关技术资料获知，此配合属单件小批生产。根据工艺要求，单件小批生产时，零件尺寸靠近最大实体尺寸，即孔的尺寸靠近最小极限尺寸，轴的尺寸靠近最大极限尺寸。已知轴的尺寸为Φ24.978mm=Φ（25-0.022）mm，靠近轴的基本偏差。查轴的基本偏差，在Φ25mm所在的尺寸段内，与协Φ（25-0.022）mm最靠近的基本偏差只有为-0.020mm，即轴的基本偏差代号为f.。

（3）确定公差等级。通过查标准公差数值表，得Φ25mm轴的公差等级为IT7级。又根据工艺等价的性质，推出孔的公差等级比轴低一级，为IT8级。根据上述分析与计算，该孔轴配合的尺寸公差为Φ25H8/f7或Φ25+0.0330mm/Φ25-0.020-0.041mm。

四、非常规设计的尺寸圆整

1.非常规设计尺寸圆整的原则。

（1）基本尺寸和尺寸公差数值不一定都是标准化数值，可以根据需要，在进行尺寸圆整时，对一些性能尺寸、配合尺寸、定位尺寸等允许保留到小数点后一位，个别重要的和关键性的尺寸，允许保留到小数点后两位，其他尺寸则圆整为整数。

（2）将实测尺寸圆整为整数或带一两位小数时，尾数删除应采用四舍六入五单双法，即尾数删除时，逢四以下舍，逢六以上进，遇五则以保证偶数的原则决定进舍。

（3）删除尾数时，是按一组数来进行删除的，而不得逐位地进行删除。

（4）所有尺寸圆整时，都应尽可能使其符合国家标准推荐的尺寸系列值，尺寸尾数多为0、2、5、8及某些偶数值。

2.轴向功能尺寸的圆整。轴向尺寸中的功能尺寸（例如参与轴向装配尺寸链的尺寸）圆整时，依据大批量生产中其随机误差分布符合正态曲线的特征，所以可假定零件的实际尺寸位于零件公差带的中部，即当尺寸仅有一个实测值时，就可将该实测值当成公差中值。同时尽量将基本尺寸按国标所给尺寸系列圆整成整数，并保证所给公差在IT9级以内。公差值采用单向或双向公差。当该尺寸在尺寸链中属孔类尺寸时，取单向正公差[如Φ（30+0.026）mm]；当该尺寸属轴类尺寸时，取单向负公差[如Φ（30-0.026）mm]；当该尺寸属长度尺寸时，采用双向公差[如（30±0.026）mm]。

例如，某传动轴的轴向尺寸参与装配尺寸链计算，实测值为84.99mm，将其圆整。这里需确定基本尺寸。查标准尺寸系列表，确定基本尺寸为85mm。确定公差数值。查标准公差数值表，在基本尺寸大于（80～120）mm时，公差等级为IT9的公差值为0.087mm。取公差值为0.080mm。将实测值84.99mm当成公差中值，得圆整方案为（85+0.04）mm。由于，公差值为0.08mm，在IT9公差值以内且接近该公差值，并采用双向公差。实测值84.99mm接近（85±0.04）mm的公差中值。故该圆整方案合理。

3.非功能尺寸的圆整。非功能尺寸是指一般公差的尺寸（未注公差的线性尺寸），包含功能尺寸外的所有轴向尺寸和非配合尺寸。

图纸上未注公差的尺寸，人们习惯上称为自由尺寸，但不应把自由尺寸理解为尺寸不受任何限制，可以任意变动。原则上讲，图纸上每一个尺寸都应给出公差。若这样处理，不但会大大增加设计人员的工作量，而且注满了公差会使尺寸标注失去清晰性。所以，通常的做法是只对少量的重要尺寸即主要尺寸才注出公差数值。这样可使图纸清晰地表示出哪些尺寸将影响产品的功能。由于一般公差不需在图样上进行标注，则突出了图样上的注出公差的尺寸，可使制造人员和工艺人员把注意力集中在这些尺寸上，在进行加工和检验时对这些注出尺寸给予应有的重视，从而有利于提高产品的质量并降低制造成本。

采用自由尺寸的主要场合为圆整非功能尺寸时，主要是合理确定基本尺寸，保证圆整后的基本尺寸应符合国家标准规定的优先数、优先数系和标准尺寸。除个别外，一般不保留小数，例如8.03圆整为8，30.08圆整为30等。

五、测绘中的尺寸协调

尺寸协调是指相互结合、联接、配合的零件或部件间的尺寸的合理调整。一台机器或设备通常由许多零件、组件和部件组成。因此，不但要考虑部件中零件与零件之间的关系，而且还要考虑部件与部件之间，部件与组件或零件之间的关系。所以在标注尺寸时，必须把装配在一起的或在装配尺寸链中有关零件的尺寸一起测量，将测量结果加以分析比较，最后一并确定基本尺寸和尺寸偏差。如图1所示的法兰盘，其上孔的位置尺寸是在协调后采用相用的标注方法，图2中的尺寸A、B，可能会影响装配精度和部件的工作性能，所以两尺寸在协调后取值不同。

图2 零件配合

机器内部各配合部位的尺寸，（如孔、轴、槽等），应尽量做到同时测量、同时圆整、统一考虑，以保证尺寸的协调一致。很多结合面的外形，由于毛坯的制造不十分规整，测绘时应在分析的基础上确定两零件结合面的外形尺寸，以保证结合处外形的统一。

因此，在尺寸圆整时不仅应注意到相关尺寸的数值，而且在尺寸的标注形式上也必须进行协调。