机械精度的基本概念与设计步骤

精密机械的设计过程可分为系统设计、参数设计(结构设计)和精度设计三个阶段。机械精度设计是从精度的角度去研究机械零部件及结构的几何参数。机械零部件几何参数的精度会直接影响机械产品的质量,包括工作精度、耐用性、可靠性、效率等。也就是说,在合理设计结构和正确选用材料的前提下,进行机械零部件几何参数的精度设计是实现产品功能和性能要求的基础，是保证产品质量的重要因素。

机械零部件几何精度设计的任务,就是根据使用要求和在参数设计阶段确定的机械零件的几何参数合理地给出零件的尺寸、形状位置和表面粗糙度公差值,用于控制加工误差,从而保证产品的各项性能要求。

1.机械精度的基本概念

(1)互换性互换性是指零部件在几何尺寸、功能等上能够彼此相互替换的性能，即同一规格的零部件,不需要任何挑选、调整或修配,就能装配(或更换)到机器或仪器上,并且符合使用性能要求。例如,设备上一个螺钉掉了,换上一个相同规格的新螺钉即可,因为螺钉具有互换性。

(2)公差要保证零部件具有互换性,只能使其几何参数的实际值与理论值充分接近。其接近程度取决于产品的质量要求。为保证产品几何参数的实际值与其理论值充分接近,就必须将其实际值的变动量限定在一定范围内,这个范围就是公差。也即零部件的互换性是用几何参数的公差来保证的。工程实践中,只要将同一规格零部件的几何参数的变动控制在公差范围内,就能实现互换性。公差是由设计者给定的,其值应根据功能要求和经济性权衡而确定。

(3)几何量精度与加工误差几何参数方面的质量即几何量精度,通常包括构成机械零件几何形体的尺寸精度、几何形状精度、相对位置精度和表面粗糙度。几何量精度是指零件经过加工后几何参数的实际值与设计要求的理论值相符合的程度,而它们之间的偏离程度则称为加工误差。加工精度通常用加工误差的大小来反映和衡量。零件的几何形体一定时,误差越小则精度越高,误差越大则精度越低。零件精度高则寿命长、可靠性好。

几何量加工误差可分为尺寸(线性尺寸和角度)误差.几何形状误差(包括宏观几何形状误差、微观几何形状误差和表面波度)、相互位置误差等。

零件因加工而产生的几何参数误差,会影响其使用功能和互换性。如果将这些误差控制在公差范围内，即将零件几何参数实际值的变动控制在公差范围内,保证同一规格的零件彼此充分近似，则零件的使用性能和互换性都能得到保证。因此,零件应当按照规定的公差来制造。公差是事先规定的工件尺寸几何形状和相互位置允许变动的范围,用于限制加工误差。

2.机械精度设计的一般步骤

精度设计又称为公差设计，是根据机械产品的功能和性能要求,正确合理地设计机械零件的尺寸精度、形状和位置精度及表面粗糙度,并将其正确地标注在零件图和装配图上的过程。

精度设计的目的是在保证产品精度要求的前提下,通过适当选择零部件的加工精度和装配精度,使其制造成本最小。精度设计的主要任务是确定机械各零件几何要素的公差。

机械精度设计一.般分为以下步骤:

(1)产品精度需求分析;

(2)总体精度分析;

(3)结构精度设计计算,包括部件精度设计计算和零件精度设计计算。

机械精度设计一般有三种方法:类比法(经验法)、试验法.计算分析法。类比法的基础是参考资料的收集、整理和分析。计算分析法只适用于某些特定场合,而且还要对由此得到的公差进行必要的调整。试验法主要适用于对新产品的关键和特别重要零部件的精度设计。当前，机械精度设计仍处于经验设计的阶段,主要采用类比法,由设计者根据实际工作经验确定。随着CAD技术的发展，计算机辅助精度(公差)设计的研究应用正日益受到国内外的高度重视。