工程师们在设计孔轴配合时,通常是靠标注尺寸大小公差来保证装配功能,如下图所示,孔与轴装配,孔最小直径是5.0 ,轴最大直径是5.0,那么下图的尺寸公差标注就一定可以保证孔轴装配不干涉吗?初步判断好像装配没问题的,因为孔最小直径是5.0 ,轴最大直径是5.0,最大轴和最小孔的直径大小相等,轴和孔应该可以装配。可实际情况是如此吗? 


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   上图的轴加工后除了大小误差外,还有形状误差,当孔、轴的直径都加工在直径5的时,如果这时孔或轴有一点弯曲或者截面圆度不好,装配肯定要干涉,也就是说如果孔轴直径都是5的时候,如果要保证装配,它们的形状必须完美。由GB/T-4249和ISO-8015标准中的独立原则可知,尺寸大小公差和形状公差是独立的。因为大小公差是表示每个截面的两点之间的小,而截面两点之间的大小与整个轴弯曲的程度和截面的圆度没系,而下图中的红色尺寸是装配作用尺寸,大于截面大小尺寸。所以按照独立原则,上图的设计孔轴装配有问题。


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包容原则是美国尺寸公差标准ASME Y14.5中默认的第一原则,也就是我们经常说的Rule #1 ,那到底什么是包容原则呢?包容原则的核心就是大小公差要和形状公差关联起来。


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如上图当轴直径最大时(MMC),轴的形状必须完美即形状误差为0,但轴做小了,这时就可以有一个形状误差的补偿。对于孔来讲,当孔做到最小时(MMC),孔的形状必须完美及形状误差必须是0,孔做大了可以有形状误差补偿,具体关系见下表。

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上面表格反应了包容原则,轴孔的大小与形状误差的关系,由表可知孔轴的包容边界都是它们的最大实体边界5.0,而它们的大小公差和形状公差综合不会超过最大实体装配边界,即包容原则保证了孔轴的装配边界是一个固定值,从而保证了装配不干涉。由包容原则可知,即使没有标注形状公差,大小公差也把形状公差管控了,及形状公差不要超过大小公差。


包容原则检测

1):检测最大实体边界,保证装配

2):检测最小实体尺寸,保证尺寸大小

通规测最大实体边界,比如上图中的孔测最大实体边界要用5.0的通规

止规测最小实体尺寸,理论上应该是用止规两点测量,如下图所示,止规的大小用孔的LMC尺寸5.2


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实际测量时为了操作方便,把通止规都做成圆柱规,如上图所示,测量时通规通过,止规止住就算合格。但是这里如果止规做成圆柱规去测量最小实体尺寸存在误判的风险,如下图所示,止规是圆柱规时测量孔也可能止住,但是实际孔尺寸超差了,所以会出现误判。如果把止规做成两点测量式的就会避免这种误判的问题。(如果孔的功能是装配,而孔的最小实体尺寸不是太重要,为了检测方便,通常是把通止规都做成圆柱规)


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在图纸中如果出现下列情况之一,表示包容原则失效

1)直线度用来管控中心线

2)平面度用来管控中心面

3)在图纸中标注PERFECT FORM  AT MMC NOT REQUIRED,最大实体时不要求形状完美”

4)在尺寸大小公差后面加I圈,表示独立原则。

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   如上图中,直线度是控制中心线直线度,平面度用来控制中心面的直线度,所以包容原则失效,形状公差值可以大于大小公差0.2(如果直线度和平面度标注在表面,公差值标注不能大于0.2)

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   如上图所示,包容原则也失效。