零件工作图设计.docx
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零件工作图设计
第六章 零件工作图设计
6.1 零件图的内容及要求
6.2 箱体零件工作图
6.3 轴类零件工作图
6.4 圆柱齿轮零件工作图
6.5 蜗杆、蜗轮零件工作图
零件工作图是零件制造，检验和制订工艺规程的基本技术文件。
它既要根据装配图表明设计要求，又要考虑制造的可能性和合理性。
零件工作图应包括制造和检验零件所需的全部内容，即零件的图形、尺寸及公差、形位公差、表面粗糙度、材料、热处理及其他技术要求、标题栏等。
在机械设计基础课程设计中，绘制零件图的目的在于培养学生掌握零件工作图设计的内容，要求和绘制的一般方法。
由于时间有限，通常由指导教师指定绘制1-3个典型的零件（一般以轴类和齿轮类零件为主）的工作图。
6.1 零件图的内容及要求
零件工作图是根据装配图拆绘而成的，是零件制造、检验和制定工艺规程的基本技术文件。
应按照机械制图标准中规定画法进行绘制，并包括制造和检验所需的全部详尽资料。
除图形尺寸外，还要注明尺寸公差，形位公差、表面粗糙度、零件材料及热处理、以及其它技术要求等。
零件工作图内容和要求简介如下：
一、正确选择和合理布置视图
每个零件必须单独绘制在一个标准图幅中，要能清楚的表达零件内、外部的结构形状，并使视图的数量最少。
在绘图时，应尽量采用1：
1的比例尺以加强真实感，对于细部结构，可选择局部视图，或放大绘制。
在视图中所表达的零件结构形状，应与装配工作图一致，如需改动，则装配工作图也要作相应的修改。
二、合理标注尺寸
要求认真分析设计要求和零件的制造工艺，正确选择尺寸基准，做到尺寸齐全，标注合理、清楚，不遗漏、不重复，数字准确无差错，以免造成零件报废。
零件的结构尺寸应从装配图中得到并与装配图一致，不得随意变动，以防发生矛盾。
对装配图中未曾标明的一些细小结构，如退刀槽、倒角、圆角和铸件壁厚的过渡尺寸等，在零件图中都应完整、正确地绘制出来。
另外，有一些尺寸应以设计计算为准，例如齿轮的几何尺寸等。
零件工作图上的自由尺寸应加以圆整。
三、形位公差的标注
形位公差是评定零件质量的重要指标之一，应正确选择其等级及具体数值。
配合尺寸及要求精度的尺寸（如轴孔配合尺寸、键联接配合尺寸、箱体孔中心距等）均应标注尺寸的极限偏差，并根据不同要求标注零件的形位公差，自由尺寸的公差一般可不标注。
四、表面粗糙度的标注
零件的所有表面都应注明表面粗糙度值，以便于制定加工工艺。
在保证正常工作的条件下应尽量选用数值较大者，以便于加工。
如果较多的表面具有相同的表面粗糙度数值时，为了简便起见可集中标注在图纸的右上角，并加“其余”字样。
五、齿轮类零件的啮合参数表
对于齿轮、蜗轮类零件，由于其参数及误差检验项目等较多，应在图纸右上角列出啮合参数表，填写主要参数、精度等级及误差检验项目等。
六、编写技术要求
技术要求指对于不便在图上用图形或符号标注，而又是制造中应明确的内容，可用文字在技术要求中说明。
它的内容比较广泛多样，需视零件的要求而定。
技术要求一般包括：
（1）对材料的机械性能和化学成分的要求；
（2）对铸锻件及其他毛坯件的要求，如时效处理，去毛刺等要求；
（3）对零件的热处理方法及热处理后硬度的要求；
（4）对加工的要求，如配钻、配铰等；
（5）对未注圆角、倒角的要求；
（6）其它特殊要求，如对大型或高速齿轮的平衡实验要求等。
有关轴、齿轮、蜗杆和蜗轮等零件应标注的技术要求，详见以下各节。
七、零件工作图标题栏
注明图号，零件的名称、材料及件数，绘图比例尺等内容。
零件工作图标题栏的格式参考装配工作图标题栏格式。
６.2 箱体零件工作图
铸造箱体通常设计成剖分式，由箱座及箱盖组成。
因此箱体工作图应按箱座、箱盖两个零件分别绘制。
一、视图
箱座、箱盖的外形及结构均比较复杂。
为了正确、完整的表明各部分的结构形状及尺寸，通常除采用三个主要视图外，还应根据结构、形状的需要增加一些必要的局部剖视图及局部放大图。
二、尺寸标注
箱体尺寸繁多，既要求在工作图上标出其制造（铸造、切削加工）及测量和检验所需的全部尺寸，而且所标注的尺寸应多而不乱，一目了然。
1）部位的形状尺寸 即表明箱体各部分形状大小的尺寸。
如箱体（箱座、箱盖）的壁厚、长、宽、高、孔径及其深度、螺纹孔尺寸、凸缘尺寸、圆角半径、加强肋厚度和高度、各曲线的曲率半径、各倾斜部分的斜度等。
2）相对位置尺寸和定位尺寸 这是确定箱体各部分相对于基准的尺寸，如孔的中心线、曲线的曲率中心位置、孔的轴线与相应基准间的距离、斜度的起点及其与相应基准间的距离、夹角等。
标注时，应先选好基准，最好以加工基准面作为基准，这样对加工、测量均有利。
通常箱盖与箱座在高度方向以剖分面（或底面）为基准，长度方向以轴承座孔的中心线，宽度方向以轴承座孔端面为基准。
基准选取定后，各部分的相对位置尺寸和定位尺寸都从基准面标注。
3）对机械工作性能有影响的尺寸，如传动件的中心距及其偏差，采用嵌入式轴承端盖所需要在箱体上开出的沟槽位置尺寸等，标注时，均应考虑检验该尺寸的方便性及可能性。
三、尺寸公差和形位公差的标注
箱座与箱盖上应标注的尺寸公差可参考表6.2.1，应标注的形位公差可参考表6.2.2
表6.2.1 箱座与箱盖的尺寸公差
名称
尺寸公差值
箱座高度H
h11
两轴承座孔外端面之间的距离L
有尺寸链要求时
（1/2）IT11
无尺寸链要求时
H14
箱体轴承座孔中心距偏差△A0
△A0=（0.7∽0.8）fa,fa见附表6.3。
表6.2.2箱座与箱盖的形位公差
名称
形位公差
箱体接触面的平面度
底面
100㎜长度上不大于0.05㎜
剖分面
100㎜长度上不大于0.02㎜
轴承座孔外端面
100㎜长度上不大于0.03㎜
基准平面的平行度
100㎜长度上不大于0.05㎜
基准平面的垂直度
100㎜长度上不大于0.05㎜
轴承座孔轴线与底面的平行度
h11
箱体高度L内，轴承座孔的轴线
在两个相互垂直面内的平行度
f1x≤fx 且f1x应小于fa；f1y≤fy。
（注：
箱体上轴孔的轴线平行度借用齿轮副轴线平行度公差。
fx=Fβ；fy=（1/2）Fβ。
Fβ查附表6.9。
）
轴承座孔（基准孔）轴线对端面的垂直度
普通级球轴承 0.08~0.1
普通级滚子轴承 0.03~0.04
两轴承座孔的同轴度
非调心球轴承 IT6
非调心滚子轴承 IT5
轴承座孔圆柱度
直接安装滚动轴承时：
0.3倍尺寸公差
其余情况：
0.4倍尺寸公差
四、表面粗糙度的标注
箱座与箱盖各加工表面荐用的表面粗糙度值见表6.2.3。
表6.2.3 箱座、箱盖加工表面荐用的表面粗糙度值
加工表面
粗糙度Ra值
加工表面
粗糙度Ra值
剖分面
3.2~1.6
轴承端盖及套杯的其他配合面
6.3~1.6
轴承座孔
1.6~0.8
油沟及检视孔联接面
12.5~6.3
轴承座凸缘外端面
3.2~1.6
箱座底面
12.5~6.3
螺栓孔、螺栓或螺钉沉头座
12.5~6.3
圆锥销孔
1.6~0.8
五、技术要求
箱座、箱盖的技术要求可包括以下内容：
（1）铸件应进行清砂及时效处理。
（2）铸件不得有裂纹，结合面及轴承孔内表面应无蜂窝状缩孔，单个缩孔深度不得大于3㎜，直径不得大于5㎜，其位置距外缘不得超过15㎜，全部缩孔面积应小于总面积的5%。
（3）轴承孔端面的缺陷尺寸不得大于加工表面的15%，深度不得大于2㎜，位置应在轴承盖的螺钉孔外面。
（4）检视孔盖的支承面，其缺陷深度不得大于1㎜，宽度不得大于支承面的1/3，总面积不大于加工面的5%。
（5）箱座和箱盖的轴承座孔应合起来进行镗孔。
（6）剖分面上的定位销孔加工时，应将箱盖、箱座合起来进行配钻、配铰。
（7）形位公差中不能用符号表示的要求，如轴承座孔轴线间的平行度、偏斜度等。
（8）铸件的圆角及斜度。
以上要求不必全部列出，可视具体设计列出其中重要项目即可。
箱盖和箱座工作图示例见附图8.9和附图8.10所示。
6.3 轴类零件工作图
一、视图
轴类零件的工作图，一般只用一个主视图，在有键槽和孔的地方，增加必要的局部剖面或剖视图。
对于退刀槽中心孔等细小的结构，必要时应绘制局部放大图，以确切表达出其形状并标注尺寸。
二、尺寸标注
轴类零件大多都是回转体，因此主要是标注直径和轴向长度尺寸，标注尺寸时，应特别注意有配合关系的部分。
当各轴段直径有几段相同时，都应逐一标注不得省略。
即使是圆角和倒角，也应标注无遗，或者在技术要求中说明。
标注长度尺寸时首先应选取好基准面，并尽量使尺寸的标注反映加工工艺要求，不允许出现封闭的尺寸链，避免给机械加工造成困难。
图6.3.1为轴类零件长度尺寸的标注示例，图中2为主要基准面，1为辅助基准面。
注意图中键槽位置的标注方法。
图6.3.1 轴的长度尺寸标注
三、尺寸公差
轴类零件工作图有以下几处需要标注尺寸公差
1）安装传动零件（齿轮、蜗轮、带轮、链轮等），轴承以及其它回转体与密封装置处轴的直径公差。
公差值按装配图中选定的配合性质从公差配合（附表1.6或附表1.7）中查出。
2）键槽的尺寸公差。
键槽的宽度和深度的极限偏差按键联接标准规定从附表４.12或其它有关资料中查出。
3）轴的长度公差。
在减速器中一般不作尺寸链的计算，不必标注长度公差。
四、表面粗糙度
轴的各个表面都要加工，与轴承相配合表面及轴肩端面粗糙度的选择参考表6.3.1选择；其它表面粗糙度数值可按表6.3.2推荐的选择。
表6.3.1 配合面的表面粗糙度值
轴或轴承座直径mm
轴或外壳孔配合表面直径公差等级
IT7
IT6
IT5
表面粗糙度等级/μm
超过
到
RZ
Ra
RZ
Ra
RZ
Ra
磨
车
磨
车
磨
车
80
80
500
10
16
1.6
1.6
3.2
3.2
6.3
10
0.8
1.6
1.6
3.2
4
6.3
0.4
0.8
0.8
1.6
端面
25
3.2
6.3
25
3.2
6.3
10
1.6
3.2
注：
1与/P0/P6（/P6x）级公差轴承配合的I轴，其公差等级一般为IT6，外壳孔一般为IT7。
2 IT为轴配合部分的标准公差值见附表1.2。
表6.3.2 轴加工表面粗糙度Ra推荐数值
加工表面
表面粗糙度Ra值（µm）
与传动件及联轴器等轮毂相配合的表面
1.6~0.4
与G、E级滚动轴承相配合的表面
见表6.3.1。
与传动件及联轴器相配合的轴肩表面
3.2~1.6
与滚动轴承相配合的轴肩表面
见表6.3.1
平键键槽
3.2~1.6（工作面），6.3（非工作面）
与轴承密封装置相接触的表面
毡封油圈
橡胶油封
间隙及迷宫式
与轴接触处的圆周速度（m/s）
3.2~1.6
≤3
>3~5
>5~10
3.2~1.6
0.8~0.4
0.4~0.2
螺纹牙工作面
0.8（精密精度螺纹）,1.6（中等精度螺纹）
其他表面
6.3~3.2（工作面），12.5~6.3（非工作面）
五、形位公差
１.轴形位公差项目推荐
在轴的零件工作图上，应标注必要的形位公差，以保证减速器的装配质量及工作性能。
表6.2.3列出了轴上应标注的形位公差项目及其对工作性能的影响，供设计时参考。
表6.2.3 轴的形位公差推荐项目
内容
项目
符号
精度等级
对工作性能影响
形状公差
与传动零件相配合直径的圆度
7∽8
影响传动零件与轴配合的松紧及对中性。
与传动零件相配合直径的圆柱度
与轴承相配合直径的圆柱度
见表6.2.1
影响轴承与轴配合的松紧及对中性。
位置公差
齿轮的定位端面相对轴心线的端面圆跳动
6∽8
影响齿轮和轴承的定位及其受载的均匀性。
轴承的定位端面相对轴心线的端面圆跳动
见表6.2.1
与传动零件相配合的直径相对于轴心线的径向圆跳动
6∽8
影响传动零件的运转同心度。
与轴承相配合的直径相对于轴心线的径向圆跳动
5∽6
影响轴和轴承的运转同心度。
键槽侧面相对轴中心线的对称度（要求不高时不注）
7∽9
影响键受载的均匀性及装拆的难易程度。
２.形位公差值的推荐
根据传动精度和工作条件等，可估算出以下几方面的形位公差值：
1）配合表面的圆柱度
（1）与滚动轴承或齿轮等配合的表面，其圆柱度公差约为轴径公差的1/2。
（2） 与联轴器和带轮等配合的表面，其圆柱度公差约为轴径公差的（0.6~0.7）倍。
2）配合表面的径向圆跳动
（1）轴与齿轮、蜗轮轮毂的配合部位相对滚动轴承配合部位的径向圆跳动可按表6.2.４确定。
表6.2.４ 轴与齿轮，蜗轮配合部位的径向圆跳动
齿轮（蜗轮等）精度等级
6
7、8
9
轴在安装轮毂部位的径向圆跳动
圆柱齿轮和圆锥齿轮
2IT3
2IT4
2IT5
蜗杆、蜗轮
—
2IT5
2IT6
注:
IT为轴配合部分的标准公差值见附表1.2．。
（2）轴与联轴器、带轮的配合部位相对滚动轴承配合部位的径向圆跳动可按表6.2.５确定。
表6.2.5 轴与联轴器、带轮配合部位的径向圆跳动
转速（r/min）
300
600
1000
1500
3000
径向圆跳动度（mm）
0.08
0.04
0.024
0.016
0.008
（3）轴与两滚动轴承的配合部位的径向圆跳动，其公差值：
①对球轴承为IT6；②对滚子轴承为IT5。
（4）轴与橡胶油封部位的径向圆跳动：
①轴转速n≤500r/min,，取0.1mm；②轴转速n<500~1000r/min，取0.07mm；③轴转速n>1000~500r/min，取0.05mm；④n.>1500~3000r/min，取0.02mm.。
3.轴肩的端面圆跳动
1）与滚动轴承端面接触：
（1）对球轴承约取（1~2）IT5；
（2）对滚子轴承约取（1~2）IT4。
2）齿轮、蜗轮轮毂端面接触：
（1）当轮毂宽度l与配合直径d的比值l/d<0.8时，可按表6.2.６确定端面圆跳动；
（2）当比值l/d≥0.8时，可不标注端面圆跳动。
表6.2.６ 轴与齿轮、蜗轮轮毂端面接触处的轴肩端面圆跳动
齿轮（蜗轮等）精度等级
6
7,8
9
轴肩的端面圆跳动
2IT3
2IT4
2IT5
4.平键键槽两侧面相对轴中心线的对称度
对称度公差约为轴槽宽度公差的2倍。
按以上推荐确定的形位公差值，应圆整至附表1.10和附表1.11中相近的标准公差值，也可以根据选定的轴面精度等级由附表1.10和附表1.11直接查取。
六、确定技术要求
１）对材料的机械性能和化学成分的要求，允许的代用材料等。
２）对材料表面机械性能要求，如热处理方法要求达到的硬度，渗碳层深度及淬火深度等。
３）对机械加工的要求。
如是否保留中心孔，与其他零件配合加工的应加以说明。
４）对图中未注明的圆角、倒角的说明，个别部位修饰加工要求，较长轴的毛坯校直等。
附图7.11即为完成的轴零件工作图。
６.4 圆柱齿轮零件工作图
齿轮零件工作图中除了零件图形、尺寸公差和技术要求外，还应有啮合参数表。
一、视图
齿轮零件工作图一般需要两个视图。
齿轮轴的视图与一般轴零件类似。
二、图样标注
1.齿轮零件工作图上应注明的尺寸数据
齿轮零件工作图上需要标注的尺寸数据，国家标准（GB/T6443-1986）亦作有明确规定。
包括一般尺寸、表格列出的数据、其它数据等。
1）一般尺寸包括有：
顶圆直径及其公差（齿轮顶圆直径公差查附表6.14）、分度圆直径、齿宽、孔（或轴）径及其公差（查附表6.14）等。
为了保证齿轮加工的精度和有关参数的测量，标注尺寸时要考虑到基准面，并规定基准面的尺寸和形位公差。
齿轮的轴孔和端面既是工艺基准也是测量和安装的基准，对于齿轮轴，一般都是以中心孔作为基准。
只有当零件刚度较低或齿轮轴较长时才以轴颈作为基准。
2）用表格列出的数据栏，我们称其为啮合参数表，啮合参数表应安置在图纸的右上角，尺寸如图6.4.1所示。
参数表中除必须标出齿轮的基本参数和精度要求外，检测项目可以根据需要增减，按功能要求从GB/T10095.1或GB/T10095.2中选取。
图6.4.1 啮合特性表的位置和尺寸
3）其它数据，主要指上述标注以外，还需要提出的技术要求等，包括；
（１）对铸件，锻件的要求，如时效处理；
（２）对材料表面性能要求，如热处理方法，热处理后硬度，渗碳深度及淬火深度等；
（３）对未注明倒角、圆角的说明。
技术要求一般放在图样的右下角。
2.表面粗糙度
新国标（GB/T10095.1和GB/T10095.2）中规定的齿轮精度等级与齿面粗糙度间没有直接的关系，但齿轮类零件的所有表面都应标明表面粗糙度，下面表6.4.1中推荐了4∽9级齿轮齿面粗糙度Ra的参考值，供设计时选用。
其它表面的粗糙度要求可参看轴表面粗糙度的荐用值表6.3.2。
表6.4.1 齿轮轮齿表面粗糙度Ra推荐值
齿轮精度等级
4
5
6
7
8
9
齿面
硬
软
硬
软
硬
软
硬
软
硬
软
硬
软
齿面粗糙度Ra
≤0.4
≤0.8
≤1.6
≤0.8
≤1.6
≤0.8
≤3.2
≤6.3
≤3.2
≤6.3
注：
摘自《齿轮手册》第二版，机械工业出版社出版2001。
3.形位公差
轮坯的形位公差对齿轮类零件的传动精度影响很大，通常是根据其精度等级确定公差值。
一般需标注的项目有：
齿顶圆的径向圆跳动和基准端面对轴线的端面圆跳动（附表1.11）、键槽两侧面对孔心线的对称度（附表1.11）、轴孔的圆度和圆柱度附表（1.10）等。
各项形位公差对齿轮工作性能的影响见表6.4.2。
表6.4.2 轮坯的形位公差推荐项目及影响
项目
符号
精度等级
对工作性能影响
圆柱齿轮以顶圆作为测量基准时齿顶圆的径向圆跳动
锥齿轮的齿顶圆锥的径向圆跳动
蜗轮外圆的径向圆跳动
蜗杆外圆的径向圆跳动
按齿轮、蜗轮精度等级确定
影响齿厚的测量精度，并在切齿时产生相应的齿圈径向跳动误差，导致传动件的加工中心与使用中心不一致，引起分齿不均。
同时会使轴心线与机床的垂直导轨不平行而引起齿向误差。
基准端面对轴线的端面圆跳动
键槽两侧面对孔心线的对称度
7∽9
影响键两侧受载的均匀性。
轴孔的圆度
7∽8
影响传动零件与轴配合的松紧及对中性。
轴孔的圆柱度
三、齿轮精度制的结构
1.精度包含的内容
1）精度等级新标准对单个齿轮规定了13个精度等级，其中0级最高，12级最低;5级精度是13个精度等级的基础，它是制订精度标准时各项偏差的公差计算式的精度等级。
2）允许值和极限偏差齿轮的精度等级是通过实测的误差值或偏差值与标准规定的允许值或极限偏差进行比较后确定的。
标准规定的允许值或极限偏差查附录6。
3）参数范围 新标准的尺寸参数划分的更细，这样有利于齿轮产品质量的控制。
齿轮参数的分段新旧标准对照见表6.3.3。
表6.3.3 齿轮参数分段
尺寸参数
代号
标准
参数分段
分度圆圆直径
d
新
5/20/125/280/560/1000/1600/2500/4000/6000/8000/10000
旧
∽125/400/800/1600/2500/4000
法向模数
mn
新
0.5/2/3.5/6/10/16/25/40/70
旧
1/3.5/6.3/10/16/40
齿宽
b
新
4/10/20/40/80/160/250/400/650/1000
旧
∽40/100/160/250/400/630
4）圆整规则附录6中有关齿轮的极限偏差值是用公差计算式计算并经圆整后得到的。
如果计算值大于10µm，圆整到最接近的整数；如果小于10µm，圆整到最接近的尾数为0.5µm的小数或整数；如果小于5µm，圆整到最接近的0.µm的一位小数或整数。
5）有效性是指在给定的齿轮零件工作图中，如果所要求的齿轮精度规定为（GB/T10095.1）的某一级等级，而无其它规定时，则齿轮的左右齿面的齿距偏差（fpt、Fp、Fpk）、齿廓偏差（Fα、ffα、fHα）、螺旋线偏差（Fβ、fβ、fHβ）的允许值均按该精度等级。
2.齿轮精度的标注
新国标规定，若在技术文件（齿轮工作图等）描述齿轮等级时，需注明采用的标准号（GB/T10095.1或GB/T10095.2）。
关于齿轮精度等级和齿厚偏差的标注均未具体规定，建议按如下标注：
（1）若齿轮的检验项目同为一个精度等级，则标注精度等级和标准号，如：
7GB/T10095.1。
（2）若齿轮的检验项目，要求的精度等级不同时，如齿距累积总偏差为7级，齿廓总偏差和螺旋线总偏差均为6级，则标注成：
7Fp、6（Fα、Fβ）GB/T10095.1。
（各项偏差值见附录6）。
3.中心距极限偏差
新标准的特点之一，是不规定齿轮副的要求与检验。
但作为高速传动的齿轮副，中心距偏差的大小直接影响到齿侧间隙，影响到传动的质量。
为了方便设计与安装，中心距应允许有适当偏差。
在此，中心距的极限偏差fa仍沿用GB10095-88标准，其值查附表6.3。
4.侧隙及齿厚公差标注
1）侧隙 是相啮合齿轮轮齿间的间隙，可以在法平面上或沿啮合线测量。
静态时，必须有足够的侧隙，以保证齿轮工作条件下仍有侧隙存在。
而侧隙主要是靠齿厚偏差保证。
2）最小侧隙 对于中、大模数钢制齿轮传动，在工作圆周速度v≤15m/s时推荐的最小侧隙查附表6.4。
3）齿厚偏差及标注 为保证齿轮传动的侧隙要求，需要检验齿厚极限偏差，而实际生产中常用检验公法线平均长度偏差来代替齿厚偏差的检验。
（1）偏差代号：
①测量齿厚时，其上偏差—Ess、下偏差—Esi。
②测量公法线长度时，其平均长度上偏差—Ewms、下偏差—Enmi。
（2）上偏差齿厚上偏差Ess主要取决于侧隙，基本与齿轮精度无关。
（3）公法线平均长度上偏差Ewms
（4）齿厚公差Ts 齿厚公差Ts可按下式计算
式中 Fr—径向跳动公差，查附表6.13。
br—切齿径向进刀公差，见表6.4.4。
表6.4.4 切齿径向进刀公差
齿轮精度等级
4
5
6
7
8
9
10
br
1.26IT7
IT8
1.2
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