第三节 零件图
一、零件图的内容
图2-47是千斤顶的一个主要零件——螺杆的零件图。参照该零件图可以看出，一幅完整的零件图应包括以下几项基本内容。
（1）一组视图 即根据有关标准和规定，采用恰当的表达方法，表达出零件的内、外部结构和形状的一组图样。
（2）全部尺寸 正确、完整、清晰、合理地标注出制造和检验零件所需要的全部尺寸。
（3）技术要求 用规定的符号、数字、字母和文字标注或说明零件制造、检验或装配过程中应达到的各项要求，如表面粗糙度、极限与配合、形状和位置公差、热处理以及表面处理等要求。
（4）标题栏 标题栏位于零件图的右下角，用来填写零件的名称、数量、材料、比例、图号及相关责任人的签字、日期等基本信息。
图2-47 螺杆零件图
二、零件图的视图表达特点
零件图必须正确、完整、清晰而又简明地表达零件的内、外部的结构形状和大小，要达到这个要求就必须对零件选择一个恰当的表达方案。零件图表达方案的选择应该在了解零件在机器（或部件）中的位置和作用并仔细分析零件结构特点的基础上，灵活地采用视图、剖视图、断面图以及其他各种表达方法，合理地选择主视图和其他视图，以便确定较合理的表达方案。
（一）常见零件的类型及其特点
根据零件的用途、形状结构及制造工艺等特点，常见的零件可分为轴套类零件、盘盖类零件、叉架类零件和箱体类零件四种类型。
1.轴套类零件
轴套类零件的主要表面为圆柱面，上面常有键槽、销孔、退刀槽、倒角、螺纹等结构。这种类型的零件主要用来传递运动和支承传动件，常见的有轴、丝杠、阀杆、曲轴、套筒、轴套等。
2.盘盖类零件
盘盖类零件的结构通常为短粗回转体，也可能是方形或是组合形，通常由铸、锻毛坯加工而成。零件上常有轮辐、轴孔或键槽、螺纹等结构。主要作用是传递运动、连接、支承和密封。如手轮、齿轮、法兰盘、端盖等零件。
3.叉架类零件
相对轴套类零件和盘盖类零件而言，叉架类零件的形体不规则且较为复杂，常常具有肋、板、杆、筒、座、凸台、凹坑等的综合结构。根据零件在机器中的作用及安装要求的不同，叉架类零件具有多种不同的形体结构。但是大多数叉架类零件的主体部分都可以分为工作、固定以及连接三大部分，主要用来操纵、调节连接和支承。如拨叉、摇臂、连杆、支架、支座等零件。
4.箱体类零件
箱体类零件大多为铸件，内、外形结构均较复杂，主要结构是由均匀的薄壁围成不同形状的空腔，上面常有轴孔、螺孔、凸台、凹坑、肋板、铸造圆角、拔模斜度等结构，起到容纳和支承的作用，如阀体、泵体、箱体、机座等零件。
（二）主视图的选择
主视图是零件图中最重要的图形，画图和看图一般都是从主视图开始。主视图选择的合理与否直接影响到整个表达方案的合理性，选择主视图要注意以下几个原则。
（1）特征原则 主视图要能充分反映零件的结构形状特征。
（2）工作位置原则 主视图要能够反映零件在机器或部件的工作位置。
（3）加工位置原则 主视图要能够反映零件在主要加工工序中的加工位置。
在确定一个零件的主视图时，要结合零件自身的结构特征，综合考虑上述原则。轴类零件的主视图与零件的主要加工位置一致，这样便于工人加工时看图操作。轴套类或是盘盖类零件都可以按照加工位置原则确定主视图。如图2-48所示的叉架类零件的主视图就符合工作位置原则，这样便于零件图与装配图直接对照。其他还有箱体类零件也可按照这一原则选择主视图。当然，主视图的选择还要兼顾其他视图的选择，而且还要考虑到视图布局的合理性。
图2-48 支架零件图
（三）其他视图的选择
要清楚地表达一个零件，除了主视图以外，还需要一定数量的其他视图对主视图没有表达清楚的部分进行补充表达。包括剖视图、断面图、局部放大图和简化画法等。选择其他视图要注意以下几点。
①视图的数量要恰当。在保证表达完整、清晰的前提下，尽量减少图形的个数，以便于画图和看图。
②选择的表达方法要恰当，每个视图都要有明确的表达目的，表达要有所侧重。
（四）选择表达方案的一般步骤
（1）分析零件 分析零件的结构和工艺，了解零件的功用及装配位置。
（2）确定主视图 主视图的确定要以特征原则为主，同时尽量兼顾符合加工位置原则和工作位置原则。
（3）确定其他视图的数量及表达方法 根据主视图的表达情况以及零件本身的结构特点来确定视图数量和表达方法。需要特别指出的是，零件的表达方案并不是唯一的，可以多拟出几种表达方案，进行对比选择，这样更有助于选出最佳方案。
三、零件图的尺寸标注
尺寸标注是零件图的重要组成部分，是加工和检验零件的重要依据。零件图中标注的尺寸除了应符合前面组合体尺寸标注所述的正确、完整和清晰的基本要求外，还必须满足合理性的要求。尺寸标注的合理性是指所注的尺寸既要满足设计要求，又要满足加工、测量和检验的要求。要做到标注尺寸的合理性要求，需要相关人员具备一定的机械设计和机械制造方面的知识，本节主要介绍合理标注尺寸的基本知识。
（一）零件的尺寸基准
标注和度量尺寸的起点称为尺寸基准。合理地标注尺寸需要从合理选择尺寸基准开始。根据基准作用的不同，基准可以分为设计基准和工艺基准。
（1）设计基准 根据零件的结构特点和设计要求而选定的用于保证零件使用性能的一些基准线或基准面称为设计基准。常见的设计基准有：
①零件上主要回转结构的轴线，如图2-49所示；
②零件结构的对称面；
③零件上的一些重要的面，如支承面、装配面或重要的结合面；
④零件上的主要加工面。
图2-49 设计基准
（2）工艺基准 根据零件的加工制造、测量和检验等工艺要求所选定的一些基准线或是基准面称为工艺基准。每一个零件都有长、宽、高三个方向的尺寸，每个方向至少要有一个基准。有时为了满足设计、加工、测量的要求，会在同一个方向上确定多个基准，其中决定主要尺寸的基准称为主要基准，其余的称为辅助基准。
（二）合理标注尺寸的原则
（1）功能尺寸要直接注出 影响产品的工作性能和装配技术要求的尺寸，称为功能尺寸。零件在加工时图样中所标注的尺寸必须保证其精度要求，而没有注出的尺寸则无须保证。因此，功能尺寸必须直接注出。如图2-49所示的轴承座的孔的轴线到零件底面的尺寸要直接注出。
（2）避免出现封闭的尺寸链 所谓封闭的尺寸链是指按一定顺序首尾相连，组成一整圈的封闭尺寸。图2-50（a）所示的尺寸注成了封闭的尺寸链。这样每个尺寸的精度都要受到其他尺寸的影响，精度难以全部保证，显然不合理。因此，在尺寸标注时，要避免出现封闭的尺寸链。解决的办法就是选择一个相对不重要的尺寸不注出，使尺寸链有一个开口，开口环的尺寸是在保证其他尺寸时自然形成的。如图2-50（b）所示。
图2-50 避免注出封闭尺寸链
（3）标注尺寸要便于测量 只有在所注的尺寸便于测量的前提下，才能保证零件的加工精度。图2-51（a）所示的尺寸标注中，其中内腔孔中间段所标注的尺寸是不方便测量的，应改成图2-51（b）的标注形式。
图2-51 标注尺寸要便于测量
（4）标注尺寸要考虑加工方法和加工顺序的因素 按加工顺序标注尺寸符合加工过程，便于加工和测量，从而保证零件的工艺要求。如图2-52所示阶梯轴的尺寸标注是按加工顺序标注尺寸的。
图2-52 阶梯轴的加工顺序及尺寸标注
四、零件图的技术要求
为了保证零件的设计要求和使用性能，必须在零件图上标注或说明零件在加工制造过程中的技术要求。零件图上的技术要求主要有表面粗糙度、极限与配合、形状和位置公差以及材料的热处理和表面处理等。
（一）表面粗糙度
1.表面粗糙度的概念
零件的各个表面，不管加工得多么光滑，放在放大镜（或显微镜）下面都可以看出高低不平的情况，如图2-53所示。加工表面上具有的较小间距和峰谷所组成的微观几何形状特征称为表面粗糙度。它是衡量零件质量的标志之一，它对零件的配合、耐磨性、抗腐蚀性、接触刚度、抗疲劳强度、密封性以及外观都有影响。
图2-53 表面粗糙度的概念
2.表面粗糙度的评定参数
（1）轮廓算术平均偏差Ra 表面粗糙度的评定参数，是用来定量描述零件表面微观几何形状特征的。主要有轮廓算术平均偏差（Ra）、微观不平度十点高度（Rz）和轮廓最大高度（Ry）。其中轮廓算术平均偏差（Ra）能较充分地反映零件表面轮廓特征，如图2-54所示。因此Ra被推荐优先选用。
图2-54 表面粗糙度大小的评定
（2）表面粗糙度参数值的选用 一般来说，Ra值越小，表面质量要求越高，零件表面就越光滑，工作性能越好，使用寿命也越长。但要获得粗糙度值小的表面，零件就需经过复杂的工艺过程，这样加工成本可能随之急剧增高。因此不能简单地认为表面粗糙度越小就越好，要在满足功能要求的前提下，尽可能选用较大的粗糙度值。表2-6为Ra优先选用的系列值。
表2-6 轮廓算术平均偏差（Ra）优先选用系列值μm
3.表面粗糙度的符号、代号及其标注
（1）表面粗糙度符号 符号画法见图2-55，符号尺寸见表2-7。
图2-55 表面粗糙度的符号画法
表2-7 表面粗糙度符号尺寸mm
（2）表面粗糙度代号 表面粗糙度符号与参数Ra的具体数值相结合，便组成了表面粗糙度代号。
（3）表面粗糙度的标注
①表面粗糙度代号中的数字及符号的方向，必须按图2-56所示的画法标注。
图2-56 表面粗糙度代号中的数字及符号的方向
②在同一图样中，零件每一个表面只注一次表面粗糙度代号。一般将其标注在可见轮廓线、尺寸界线、引出线或它们的延长线上。符号的尖端必须从材料外指向被注表面，如图2-56、图2-57所示。
图2-57 粗糙度标注示例
（二）极限与配合
1.零件互换性的概念
所谓互换性是指零部件所具有的不经任何挑选和修配便能在同规格范围内互相替换的特性。零件具有互换性，不但给机器装配、修理带来方便，更重要的是为机器的现代化大批量生产提供可能性。
2.极限的有关术语、定义
在零件的加工过程中，由于机床精度、刀具磨损、测量误差等因素的影响，不可能把零件的尺寸做得绝对准确。为了保证互换性，必须将零件尺寸的加工误差限制在一定的范围内，规定出尺寸的变动量。
（1）基本尺寸 由设计给定的尺寸称为基本尺寸，一般要符合标准尺寸系列，以减少定值刀具、量具、夹具的种类。
（2）实际尺寸 通过测量所得到的尺寸。由于存在测量误差，实际尺寸并非被测尺寸的真值。真值是客观存在的，但不确定。因此，只能以测得尺寸作为实际尺寸。
（3）极限尺寸 允许尺寸变化的两个界限值称为极限尺寸。两个界限值中较大的一个称为最大极限尺寸，较小的一个称为最小极限尺寸。
（4）尺寸偏差 最大极限尺寸减去基本尺寸所得的代数差称为上偏差。孔的上偏差用ES表示，轴的上偏差用es表示。最小极限尺寸减去基本尺寸所得的代数差称为下偏差。孔的下偏差用EI表示，轴的下偏差用ei表示。
（5）尺寸公差 允许尺寸的变动量称为尺寸公差（简称公差）。公差等于最大极限尺寸与最小极限尺寸的代数差的绝对值，也等于上偏差与下偏差的代数差的绝对值。
（6）尺寸公差带 由代表上、下偏差的两条直线所限定的一个区域，称为尺寸公差带。可以用如图2-58所示公差带图表示。
图2-58 公差带图
（7）零线 即在公差带图中，表示基本尺寸的一条直线，以其为基准确定偏差和公差。
图2-59所示为极限与配合示意图。
图2-59 极限与配合示意图
（8）基本偏差 标准中所列的，用以确定公差带相对于零线位置的上偏差或下偏差称为基本偏差，一般为靠近零线或位于零线的那个极限偏差。孔和轴各有28个基本偏差，孔的基本偏差代号用大写字母表示，轴的用小写字母表示。如图2-60所示。
图2-60 基本偏差系列
（9）标准公差 标准中所列的，用以确定公差带大小的任一公差称为标准公差。标准公差用IT表示，IT后面的数字表示标准公差等级。国家标准将公差等级分为20级，即从IT01、IT0、IT1～IT18，且按顺序尺寸精度依次降低。参见表2-8。
表2-8 标准公差数值
3.配合简介
（1）配合的种类 在机器装配中，将基本尺寸相同的、相互结合的孔和轴公差带之间的关系称为配合。配合分间隙配合、过盈配合和过渡配合三种。如图2-61所示。
①间隙配合 孔与轴配合时，始终产生间隙（包括最小间隙为零）的配合。
②过盈配合 孔与轴配合时，始终产生过盈（包括最小过盈为零）的配合。
③过渡配合 孔与轴配合时，有时产生间隙，有时产生过盈的配合。
（2）配合制 国家标准规定了两种配合制，即基孔制和基轴制。基孔制是基本偏差为H的孔的公差带，与不同基本偏差的轴的公差带形成各种配合的制度；基轴制是基本偏差为h的轴的公差带，与不同基本偏差的孔的公差带形成各种配合的制度。如图2-61所示。
图2-61 配合与配合制
4.极限与配合的标注
①在零件图中，线性尺寸的公差有三种标注形式：一是只标注上、下偏差，用于单件、小批量生产时［图2-62（a）］；二是只标注公差带代号，用于大批量生产时［图2-62（b）］；三是既标注公差带代号，又标注上、下偏差，但偏差值用括号括起来，用于产量不定时［图2-62（c）］。
图2-62 零件图中尺寸公差的标注
②在装配图上一般只标注配合代号（图2-63）。配合代号用分数形式表示，分子为孔的公差带代号，分母为轴的公差带代号。对于与轴承等标准件相配的孔或轴，则只标注非基准件（配合件）的公差带符号。
图2-63 装配图中尺寸公差的标注
（三）形状和位置公差
1.基本概念
形状误差是指实际要素和理想几何要素的差异；位置误差是指相关联的两个几何要素的实际位置相对于理想位置的差异。形状和位置误差的允许变动量称为形状和位置公差（简称形位公差）。
2.形位公差的代号
在技术图样中，形位公差采用代号标注，当无法采用代号时，允许在技术要求中用文字说明。
形位公差代号由形位公差符号、框格、公差值、指引线、基准代号和其他有关符号组成。公差要求在矩形框格中给出，必须按照标准标注，如图2-64（a）所示；图2-64（b）所示的是基准代号。
图2-64 形位公差的代号
形状和位置公差的名称及符号见表2-9。
表2-9 形状和位置公差的名称及符号
3.形位公差标注示例
（1）被测要素的标注 标注形位公差时，指引线的箭头要指向被测要素的轮廓线或其延长线。
当被测要素是线或表面时，指引线的箭头应指向要素的轮廓线或其延长线，并明显地与尺寸线错开。如图2-65所示。
图2-65 被测要素的标注示例（1）
当被测要素是轴线时，指引线的箭头应与该要素尺寸线的箭头对齐，指引线箭头所指方向是公差带的宽度方向或直径方向。当被测要素为各要素的公共轴线或公共中心平面时，指引线箭头可直接指在轴线或中心线上。如图2-66所示。
图2-66 被测要素的标注示例（2）
（2）基准要素的标注 基准要素的标注是用带基准符号的指引线将基准要素与公差框格的另一端相连。基准符号的连线必须与基准要素垂直。
当基准符号不便与公差框格直接相连时，采用基准代号标准，并在公差框格的第三格内填写与基准代号相同的字母。如图2-67所示。
图2-67 基准要素的标注示例
五、读零件图
读图和绘图一样重要，是工程技术人员不可缺少的基本功之一。正确的阅读零件图是加工出符合图样要求的合格零件的前提。
看零件图的方法和步骤如下。
1.看标题栏
通过看标题栏了解零件的名称、材料、绘图比例等情况，可以对零件有一个整体的认识。
如图2-68所示，由标题栏可知，零件的名称是支架，材料是HT200。
2.分析零件的表达方案
从主视图入手，了解每个视图的名称及表达方法，顺序如下：
①找出主视图；
②分析其他视图，明确视图、剖视、断面等的数量及相互之间的投影关系；
③对于剖视、断面等，要找出剖切面的位置；
④对于局部视图、斜视图，要找到表示投影部位字母和表示投影方向的箭头；
⑤查看有无局部放大图和简化画法。
根据视图的配置关系，可知图2-68是由主视图、俯视图、左视图和一个局部视图组成的。主视图采用局部剖视，左视图采用全剖视，俯视图采用半剖视。
图2-68 零件图
3.用形体分析法和线面分析法对零件进行结构分析
利用形体分析法和线面分析法能更好地搞清楚投影关系和便于综合想象出整个零件的形状。形体分析时可以按照先主后次、由表及里的顺序，对不便于进行形体分析的部分进行线面分析，最终把每个细节都看懂。
4.进行尺寸分析
①了解定形尺寸和定位尺寸。
②了解尺寸基准。
③先了解功能尺寸和非功能尺寸。
④确定零件的整体尺寸。
如图2-68所示，支架的长度方向的基准是对称面，宽度方向的基准是后端面，高度方向的基准是底面。其他还有辅助基准，如直径为ϕ22的圆孔的轴线。
5.分析工艺和技术要求
①明确零件的结构特点。
②了解零件的制造方法。
③了解零件的技术要求。
【思考题】
1.零件图的主要作用是什么？主要包括哪些内容？
2.技术要求主要有哪些内容？分别代表什么含义？
3.零件上常见结构的尺寸是如何标注的？
4.阅读零件图的基本步骤是什么？