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定位控制———同心/同軸度

同心度的定義:同心度是對旋轉體的直徑方向上的點要素相對基準中心要素的一種位置約束。首先需要明確同心度是一種定位公差,而非定向公差,具體來說,是一個迴轉體的軸線或者圓心相對於基準中心要素的位置關係,其公差帶是以基準中心軸線為公差帶中心,以公差值為直徑做圓/圓柱,被測要素的圓心/軸線在圓/圓柱面內,則被測要素的同心/同軸度合格。

圖中表示Φ20的圓柱相對於Φ30圓柱的同軸度公差為Φ0.5,公差帶如下圖:

以Φ30圓柱的軸線模擬到一條理論軸線,即基準軸的軸線直線度為零,再以該理論軸線為軸心線,在Φ20圓柱長度內做一圓柱面,圓柱面直徑為Φ0.5,只要被測Φ20圓柱的軸線上所有點都落在Φ0.5圓柱面內,則被測圓柱的同軸度合格。

同心度則只要考慮圓心和基準的位置關係,相當於圓柱某個截面上的圓心要落在以基準圓心為圓心,同心度公差值為直徑的圓形之內,則同心度合格。

同心/同軸度約束的是軸線或者圓心的位置相對於基準軸線(軸心)的位置關係,而一個圓(圓柱)的圓心(軸線)和直徑沒有相關性,無論直徑變大或是變小,圓心(軸線)位置並不會有對應的變化,所以同心/同軸度公差都不能使用實體條件修正,無論被測要素還是基準都不適用。

在零件的實際使用中,這種台階軸(孔)的裝配關係又跟直徑有關,如果需要將圓柱直徑和兩個圓柱的位置關係聯繫起來,就不能使用同軸度,需要使用位置度,位置度是可以使用實體條件的,基準和被測要素都適用。一般情況下,所有同軸度都可以由位置度來等效代替,因為此時的同軸度公差帶和位置度的公差帶完全相同。不過對於兩個同軸的位置關係評價,同軸度評價方式更直觀,位置度就是位置關係,畢竟所有的要素都可以有位置約束。在兩個同軸要素評價相對位置關係時,建議使用同軸度公差。

那麼是不是同軸度就沒用了?答案是否定的。迴轉體一般都會考慮轉動的平衡,從而保證在轉動過程中,迴轉體自身的轉動幅度很小,傳遞的能量損失降低,同時還可以減少轉動過程中產生的噪音,也能保證迴轉體的使用壽命等。同軸度是一個重要是控制公差,他保證了迴轉體的質量分布的均勻性。說到迴轉體,使用的比較多的是跳動,不過跳動控制的是表面要素相對於中心軸線要素的位置關係,並不能像同軸度那樣直觀反映迴轉體質量的分布情況,這就是同軸度相對跳動的優勢地方。

同軸度控制的是軸心的位置關係,而軸心不能直接通過測量得到,需要根據圓的表面點來得到圓心位置,使用常規的檢測儀器很難得到,通常是使用計算機輔助計算得到,如三坐標測量機,就很容易得到同軸度測量值。

同軸度也有使用的局限性。當約束的要素是軸線相對於基準軸線的位置關係,且需要使用實體條件修正時,推薦使用位置度公差;當約束的是表面要素相對基準軸線的位置關係,推薦使用跳動公差;當約束的是表面的大小、形狀、方向、位置相對於基準要素的位置關係時,推薦使用輪廓度公差。

圖示為一鉸鏈結構,兩孔有相對位置要求,使用了同軸度公差來約束相對位置,能否正確表達兩孔的位置關係,我們來看下這個同心度的公差帶:

可以發現,當基準孔的位置不在理論正確位置時,被測孔的同心度值Φd,遠遠超過其同心度公差值Φ0.4。造成這樣的結果是由於被測孔距離基準孔太遠,同心度需要將基準孔的軸線延伸到被測孔的位置,再評價被測孔的同心度。這個時候同心度來評價兩孔的位置就不再適用了,需要使用位置度來評價:

圖示表示兩小孔的相對位置度為Φ0.4。需要解釋一下這裡為什麼使用相對位置度而不使用帶基準的位置度,是由於兩個孔在使用的時候,並不存在先後順序關係,即先裝配左邊的孔還是先裝配右邊的孔,都是可以的,並不需要去規定,實際使用中也不會在意先使用哪個孔的問題。使用了帶基準的位置度後,就需要一單個孔做了基準了,評價另外一個孔的位置,這樣一來,如果基準孔很差,就會造成位置度不合格,但實際上兩孔的相對位置度是合格的,因為相對位置度在評價的時候是互為基準評價的。

圖示公差帶為兩小孔使用相對位置度的公差帶,實際上,相當於兩個小孔的軸線位於一個Φ0.4的圓柱面,則兩小孔的相對位置合格,在使用的時候,這個鉸鏈就可以被使用。

通過上面的例子,我們會發現,當距離很遠的兩個同心要素需要評價相對位置時,同心度不適用,使用相對位置度可以很好的反映兩要素的相對位置關係,不會造成誤判。


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