最大实体要求在生产应用中的研究

李水利

(山西机电职业技术学院机械工程系，山西长治046011)

最大实体要求在生产应用中的研究

李水利

(山西机电职业技术学院机械工程系，山西长治046011)

结合生产实践，论述了在机械结构设计中应用独立原则、最大实体要求的含义，得出了在结构设计中应用最大实体要求，既可控制工件的尺寸，又可控制工件的形状及各要素之间的位置，并可方便加工与检测的结论.为确保机械产品的质量，降低生产成本，提供了有效的设计途径，建议在结构设计中大力推广和应用最大实体要求.

公差原则;独立原则;最大实体要求

相关原则是针对具有装配关系的“孔轴”提出的，所以适用范围受到限制.对于一般的组成要素和导出要素只能分别提尺寸和几何公差要求，应遵守独立原则.

2 最大实体要求与独立原则的应用

生产中某产品两孔要求与轴装配后，在工作时无相对运动，又要装拆方便.根据使用要求我们选择了零间隙的定位配合，同时又保证了装配性.因此尺寸公差配合为Φ36，Φ62，但同时对几何公差要求也较高.当小批量生产时，同轴度采用独立原则标注，具体见图1(a).此时，两孔的实际尺寸在其公差带内怎么变化，都不会和Φ62H7的同轴度有关系.按JB/T7557－1994《同轴度误差检测》，可用芯轴带千分表打跳动来测量、圆度仪、万能测量显微镜、三坐标测量装置.因为后三种方法设备较贵，只有重要零件在抽检中使用.生产实际中，通常采用比较经济的专用芯轴带千分表打跳动来检测.

图1 独立原则的应用

产品批量生产，用打跳动的方法检测同轴度，效率低下，不能适应进度.在生产实践中，为了满足孔轴的装配需求，只需限制作用尺寸，因此可以给定一个极限作用尺寸，即边界尺寸，要求配合孔轴的作用尺寸不超过边界尺寸.图2(a)、图3(a)就是根据相关原则设计的同轴度，采用了最大实体要求［2］.该要求应用于尺寸和形状、尺寸和方向或尺寸和位置之间有功能关系的场合，常用于间隙配合.

图2 最大实体要求用于被测要素

3 独立原则的应用分析

如按独立原则要求，为满足使用，必须对该件的尺寸公差、位置公差分别提出要求，如图1(a)所示. Φ62孔的合格条件是:孔的实际尺寸Da在其极限范围内，同轴度误差在公差范围之内，即Φ62≤Da≤Φ62.03且f同轴度≤0.02.如按上述要求，孔的实际尺寸Da=Φ62 mm，f同轴度=0.02 mm时，该孔是合格的.此孔包容面的最小尺寸为Φ62 mm－0.02 mm=Φ61.98 mm＜Φ62 mm，这样将会影响该件的装配功能，进而会影响到使用性能要求，如图1(b)所示.

从检测的角度看，按独立原则要求，既要检测该孔的实际尺寸，又要测同轴度误差，比较麻烦，经济性也差.

图3 最大实体要求用于基准要素

4 最大实体要求的应用分析

图2(a)采用的是最大实体要求的零几何公差，用的是双格几何公差值［3］的标注方法，这也是最大实体要求的特殊情况，有人也称为关联要素的包容要求［4］，用0M表示.此时，被测要素的最大实体实效尺寸等于最大实体尺寸Φ62 mm.具体含义为当孔的实际尺寸等于Φ62 mm时，允许的同轴度误差为零;当孔的实际尺寸偏离Φ62 mm时，同轴度公差获得补偿，补偿量大小与尺寸公差有关，动态公差图如图2(b).标注中Φ0.02限制的是位置公差的最大值，当同轴度公差增加到Φ0.02 mm，无论孔的实际尺寸在Φ62.02 mm与Φ62.03 mm怎么变化，同轴度公差允许的值都是Φ0.02 mm.

该孔边界为MMVB，边界尺寸为:DMV=Φ62 mm;合格条件为:Φ62≤Da≤Φ62.03;Dfe＞Φ62 mm.

该孔采用轴型通规检验被测要素的体外作用尺寸，图2(c)为检验图2(a)的综合量规简图，采用两点法检验局部提取尺寸.

图3(a)是最大实体要求用于基准要素，同时采用的是双格公差的标注方法.它的含义是基准Φ36的中心线也遵守最大实体边界.若基准的体外作用尺寸偏离边界尺寸，则基准要素可以在一定范围内浮动.基准要素浮动，可以理解为被测要素的边界可以相对于基准在一定范围内移动，使被测要素更容易达到合格条件.图3(a)中基准本身遵守包容要求.当基准的实际轮廓处于最大实体尺寸Φ36 mm时，基准的误差为零;当基准的实际尺寸偏离最大实体尺寸时，基准可以浮动，浮动值与尺寸公差有关;当基准的体外作用尺寸等于最小实体尺寸Φ36.025 mm时，其浮动范围达到最大值为Φ0.025 mm，动态公差如图3(b)所示.

该孔遵守的理想边界尺寸为DMV=Φ59.99 mm;合格条件为:Φ62≤Da≤Φ62.03;Dfe≥Φ59.99;同时边界可以在Φ0.025 mm范围内浮动.

该孔采用轴型通规检验被测要素的体外作用尺寸，图3(c)为检验图3(a)的综合量规简图，采用两点法检验局部提取尺寸.

5 结论

从检测分析，被测要素采用最大实体要求，根据合格条件检测时，一是用综合量规检验体外作用尺寸是否超越边界;二是用通用量具判定局部提取尺寸.综合量规是模拟最大实体实效边界的全形量规［5］，其测量部位与定位部位必须保持与产品图样同样的几何关系.检验时若量规能通过工件，说明同轴度合格.

表1是对同一要素采用不同相关原则分析的比对表.从表中可以得出:对于批量生产的零件，尺寸公差和几何精度要求都较高时，在能确保使用功能的要求下，零件采用最大实体要求较合理.

表1 独立原则与最大实体要求对比表 (尺寸/mm)

［1］ GB/T 1182－2008产品几何技术规范［S］.2008.

［2］ GB/T 16671－2009产品几何技术规范几何公差值、最大实体要求、最小实体要求和可逆要求［S］.2009.

［3］ PAN Shu－qing.Analysis of testmethods for parts to follow relative requirements［J］.Journal of Beijing Institute of Technology，2002，11(1):78－83.

［4］ 高晓康.互换性与测量技术［M］.北京:高等教育出版社，2009.

［5］ GB/T 8069－1987位置量规［S］.1987.

［责任编辑 王新奇］

Research of the M aximum M aterial Requirement in Production

LIShui－li

(Department of Mechanical Engineering，Shanxi Institute of Mechanical＆Electrical Engineering，Changzhi046011，China)

We have discussed the application of the independence principles andmaximum material requirement inmechanical structure design.Our conclusion is that the application ofmaximum material requirement in structure design is optimal for controlling notonly the size butalso the shape and relevant positions of the various elements of the work－pieces.It is，furthermore，convenient formachining and inspection.We strongly suggest that，in order to ensure the quality ofmechanical products，reduce the production cost，and the effective designs，themaximum material requirement be widely applied in structure design.

tolerance principle;independence principle;maximum material requirement

1008－5564(2015)01－0047－04

TG801

A

相关原则是产品几何技术规范(GPS)公差原则国家标准中的重要内容，主要包括包容要求、最大实体要求、最小实体要求和可逆要求，不同要求适用于不同的具体情况.若相关原则在结构设计中能够被正确广泛的采用，就可以在保证产品质量的基础上简化零件制造、检验和装配的过程.但是，就目前生产实际来看，相关原则在结构设计中应用较少.本文主要介绍相关原则中的最大实体要求在生产应用中的重大意义.

1 公差原则的适用对象

孔轴装配是机器中最基本的装配关系.“孔轴”是指工件的圆柱形内、外尺寸要素，也包括非圆柱形的内、外尺寸要素.孔轴常为回转状或对称状，其导出要素［1］(轴线、中心平面、点)依存于其表面的组成要素(轮廓点、线、面).装配虽是在组成要素间进行，然而其导出要素的几何误差也对装配产生影响，所以“孔轴”是组成要素与导出要素形成的综合要素.

2014－09－16

李水利(1979—)，女，陕西渭南人，山西机电职业技术学院机械工程系讲师，硕士，主要从事矿山机械设计理论研究.