CN102717114A - 钢构件装配孔公差混用钻孔方法 - Google Patents

钢构件装配孔公差混用钻孔方法 Download PDF

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CN102717114A CN2012101920967A CN201210192096A CN102717114A CN 102717114 A CN102717114 A CN 102717114A CN 2012101920967 A CN2012101920967 A CN 2012101920967A CN 201210192096 A CN201210192096 A CN 201210192096A CN 102717114 A CN102717114 A CN 102717114A
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Abstract

本发明公开了一种钢构件装配孔公差混用钻孔方法，为两个或两个以上的钢构件（1）配合孔组钻孔方法，包括以下步骤：（1）确定紧固件（3）的直径为，确定使用的孔位公差大小；（2）计算装配孔（2）的孔径大小；（3）计算对角线公差大小；（4）根据上述计算出来装配孔（2）的孔径和对角线公差的值进行钻孔。本发明的有益效果：通过系统科学对钢构件的孔位进行定位，即合理增大装配孔的孔径，选取合理的对角线公差，使得在有意或无意的公差混用时，也能达到最大的穿孔率，克服现存制孔定位技术上的不足，解决了因此产生的穿孔率较低的问题。

Description

钢构件装配孔公差混用钻孔方法
技术领域
本发明涉及到一种钢构件装配孔公差混用钻孔方法。 
背景技术
目前大多数的钢结构的安装装配联结、主要为螺栓联接和焊接，而其中以螺栓联接的占有大部份比例，在工厂化的批量钢结构制作中，由于很多单位对结构件基准线和联接板螺栓孔位中心线的公差，缺乏认真的分析, 从图纸上看有明确的孔位公差要求，但在实际加工中却难以达到理想的定位控制，因而造成螺栓的穿孔率很低，产生大量的返工，有时还会带来不可估量的损失。 
所述的孔位公差包括两种孔位公差，即圆公差与方公差。如图1所示，在孔中心线x、y轴座标中、设计给定的圆形公差为φ1.0，即图中打点部份。如图有任一直径为D1的孔中心点O1、落在φ1.0的圆形公差内，因而该孔应为合格孔，而其他孔的中心如O2、O3、O4落在圆形公差φ1.0的边缘上，其误差值均等于孔公差的极限偏差——单向的正或负偏差值，也应为合格孔。此孔位公差形式，一般应用于机械制造行业，所标注的公差称为位置度。这里，将孔中心着点允许变动的圆形区域，参照公差“带”的形象命名，暂定义为“公差圆”。而公差方与公差圆方法类似，只不过其公差带为一个公差方，如图2所示，孔心O5、O6、O7、O8落在方形公差带内的孔，即为合格孔。 
一方面除了在工艺图上未能具体对基准线和孔位中线的公差进行细部的分解和分配，及设备精度和人为操作不当等原因外，另一方面原因是对两种孔位公差的混用及孔间隙的取值不尽合理所致。为了阐明后一方面因素造成的影响，必须就公差园与公差方来分析，从理论与工艺上找出混用公差产生的差异，及公差与孔间隙的关系，最终制定出孔的合理位置的定位方法。 
发明内容
本发明的目的即在于克服现在技术上的不足，提供一种钢构件装配孔公差混用钻孔方法，解决现有技术中穿孔率较低的缺点。 
本发明是通过以下技术方案来实现的： 
钢构件装配孔公差混用钻孔方法，为两个或两个以上的钢构件配合孔组钻孔方法，包括以下步骤：
（1-1）确定紧固件的直径为 
Figure 925823DEST_PATH_IMAGE002
，确定使用的孔位公差大小；
（1-2）计算装配孔的孔径大小；
（1-3）计算对角线公差大小；
（1-4）根据上述计算出来装配孔的孔径和对角线公差的值进行钻孔；
所述的孔位公差包括了圆公差φα和方公差α2。
所述的步骤（1-2）包括以下子步骤： 
（2-1）设定孔位公差为圆公差，则得到直径为α的圆形公差带即公差圆，装配孔落在该公差带中，即装配孔不断的晃动，得到一个区域变小的实效孔，任意两个装配孔的孔心偏差的最远距离等于公差圆的直径α，得到实效孔的最大内切圆的直径
Figure 656013DEST_PATH_IMAGE004
=
Figure 498067DEST_PATH_IMAGE006
-α，即可计算出装配孔的孔径与紧固件的直径的关系
Figure 706326DEST_PATH_IMAGE008
=
Figure 2012101920967100002DEST_PATH_IMAGE009
+α；
（2-2）设定孔位公差为方公差α2，则得到边长为α的方形公差带即公差方，装配孔落在该公差带中，即装配孔不断的晃动，得到一个区域变小的实效孔，任意两个装配孔的孔心偏差的最远距离等于公差方的对角线
Figure DEST_PATH_IMAGE011
α，得到实效孔的最大内切圆的直径
Figure DEST_PATH_IMAGE013
=
Figure DEST_PATH_IMAGE015
-α，即可计算出装配孔的孔径与紧固件的直径的关系
Figure 147421DEST_PATH_IMAGE015
=
Figure 227503DEST_PATH_IMAGE002
+
Figure 488720DEST_PATH_IMAGE011
α；
（2-3）比较上述步骤（2-1）计算得到的
Figure 157599DEST_PATH_IMAGE016
与步骤（2-2）计算得到的
Figure DEST_PATH_IMAGE017
，取最大值，显然
Figure 2012101920967100002DEST_PATH_IMAGE018
+α>
Figure 653095DEST_PATH_IMAGE002
+α，即
Figure 203156DEST_PATH_IMAGE008
>
Figure DEST_PATH_IMAGE019
，所以孔位公差混用的装配孔的孔径为
Figure 788858DEST_PATH_IMAGE018
+
Figure 31752DEST_PATH_IMAGE011
α。
所述的步骤（1-3）中的对角线公差包括圆对角线公差和方对角线公差，所述的圆对角线公差为在使用圆公差φα时，最大对角线与最小对角线之差，预定孔的孔心是确定的，则取对角的孔心距为L，最大对角线为L+α，最小对角线为L-α，计算得到圆对角线公差为（L+α）-(L-α），即2α；所述的方对角线公差为在使用方公差α2时，最大对角线与最小对角线之差，预定孔的孔心是确定的，则取对角的孔心距为L，最大对角线为L+α，最小对角线为L-
Figure 610818DEST_PATH_IMAGE011
α，计算得到方对角线公差为（L+α）-(L-
Figure 464821DEST_PATH_IMAGE011
α），即2
Figure 947405DEST_PATH_IMAGE011
α。 
所述的步骤（1-3）包括以下子步骤： 
（3-1）方对角线公差与孔位公差的对比：使用方对角线和方公差，对角线公差端点没有超出方公差带；使用方对角线公差和圆公差，这时对角线的端点变化超出了圆公差带；
（3-2）圆对角线公差与孔位公差的对比：使用圆对角线和方公差，对角线端点没有超出方公差带；使用园对角线公差和圆公差，对角线的端点变化没有超出圆公差带；
（3-3）通过步骤（3-1）和步骤（3-2）的对比，可以得出使用方对角线公差时在圆公差时不成立，所以方对角线公差不成立，圆对角线公差在孔位公差混用时，都是成立的，所以孔位公差混用的对角线公差采用圆对角线公差，即2α。
上述的紧固件为螺栓、销钉或铆钉。 
本发明的有益效果是：通过系统科学对钢构件的孔位进行定位，即合理增大装配孔的孔径，选取合理的对角线公差，使得在有意或无意公差混用时，也能达到最大穿孔率，克服现存在制孔定位技术上的不足，解决了因此产生的穿孔率较低的问题。 
附图说明
图1 为机械制造中的公差圆； 
图2 为机械制造中的公差方；
图3 为钢构件装配中装配孔偏差示意图；
图4 为图3中A-A向剖视图；
图5 为按公差圆加工的装配孔在装配过程中形成的“孔晃小”现象示意图；
图6 为按公差圆加工的装配孔在装配过程中形成的“杆晃大”现象示意图；
图7 为按公差方加工的装配孔在装配过程中形成的“孔晃小”现象示意图；
图8 为按公差方加工的装配孔在装配过程中形成的“杆晃大”现象示意图；
图9 为按公差圆制孔形成的阻挡区；
图10 为按公差方制孔形成的阻挡区；
图11 为公差方制孔形成的阻挡区面积划分示意图；
图12 为公差圆制孔中增大一个公差晃动阻挡区；
图13 为公差方制孔中增大一个公差晃动阻挡区；
图14 为公差方定位孔对角线比较示意图；
图15 为公差圆定位孔对角线比较示意图；
图16 为方对角线公差与圆孔位公差造成的超差示意图；
图中，1-钢构件，2-装配孔，3-紧固件，4-公差方，5-实效孔，6-公差圆，7-实效杆。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明作进一步的详细说明： 
1、首先我们讨论装配孔2的孔径与螺杆的直径
Figure 399563DEST_PATH_IMAGE018
一样大时，即用公称螺杆和公称孔径，穿孔率很低的原因，我们分别依图5、图6中的圆公差φα定位，以及图7、图8中的方公差α2定位为例：
（1）依图5、图6中的圆公差φα定位，图中虚线为公差圆6，图6为上端钢构件上的孔，该孔首先穿入螺栓杆，代表螺杆直径，并设为螺杆孔。图5为下端构件上的配对孔，即设为被穿孔，其均可称为装配孔2。且此两钢构件孔的大小相同、公差一致。图中可见有一在公差圆6极限上、以O2为中心点的圆，其边缘线以双点线表示，代表上述孔。圆O2对基准中心线的偏差等于公差圆6的半径，圆O2的圆周边缘对其基准中心最小距离为ob, 最大距离为oa。由图中可见，在批量加工的构件中，还有如任一孔中心O1、及其它若干极限偏差上的孔中心点O3、O4…可能被加工出来，这些中心点都未超出公差圆6，并围绕基准点O“晃动”，动态地（因批量件个体、时间和孔位变化）总形成一孔边内包络圆，图5中实线即为内包络圆，无形中将相互组装配合的设计孔径缩小了。该批量组合装配的最小实际效果孔径即实效孔5，为内包络圆直径。这种现象，可称为“孔晃小”。实效孔5的孔径
Figure DEST_PATH_IMAGE021
为：
Figure 2012101920967100002DEST_PATH_IMAGE022
=
Figure 46576DEST_PATH_IMAGE006
-α       其中：为公称孔直径，α为钻孔位置公差圆6直径φα的值。
另外，在图6中有与图5一样大小的装配孔，其中心点O5，在与图5相同的公差圆6极限位置上，此为上端构件板孔，前述该孔代表螺栓，孔的大小与螺栓等径。同样，图中还有任一孔中心O6、O7、O8 …可能被加工出来，这些中心点都未超出公差圆6，为合格孔。均围绕基准点O“晃动”，其极限位置的孔边缘到基准中心的最小距离和最大距离，如图中的ob和oa。可见，这些若干孔边向外最大距离的晃动，动态地形成一外包络圆，图6中实线即为外包络圆，而孔边也即螺杆的圆柱面，无形中将螺杆直径变粗变大了，该装配的最大实际效果杆径即实效杆7，为其外包络圆的直径。这种现象，可称为“杆晃大”。其装配的实效杆7为： 
D实效杆=
Figure 752157DEST_PATH_IMAGE006
+α
由上述分析可见：就组合装配的被穿孔和螺杆孔而言，当其钻孔孔径、孔位公差相同，并且均为公称螺杆和公称孔径时，即使检验孔均为合格。在将它们的中心线x、y轴完全重合后，因加工误差而存在孔晃小、杆晃大这一现象，图6中的最大螺杆，很难穿过图5中的最小孔。因而在批量制孔的装配中，以极值法推理，其穿孔率很小。
为了适应加工误差或孔位公差所引起的孔晃动，而保证螺栓杆与孔的绝对穿过，必须设计一定的孔间隙。上述最小实际效果孔径和最大实际效果杆径，也可称之最小动态孔和最大动态杆。要使最大杆穿过最小孔，必须将最小实际效果孔径增大到与最大实际效果杆径一致，方可消除阻挡区域，如图9所示，外包络圆与内包络圆之间阴影部位即为阻挡区域： 
Δ圆阻区=D实效杆 － D实效孔=（
Figure 104641DEST_PATH_IMAGE006
+α）－（
Figure 860238DEST_PATH_IMAGE006
-α）
Δ圆阻区=  2α                             （1-1）
如以公称被穿（或螺杆
Figure 594156DEST_PATH_IMAGE002
）与其实际效果孔径比较，则应（同时）增加其间隙为
δ圆间隙= Δ圆阻区/ 2=α                     （1-2）
因此，在理论上只要保证螺杆与孔之间有等于α的最小间隙，钻孔位置误差小于或等于公差时，对批量装配的构件板孔，其装配的螺栓就能全部穿过，达到100%穿孔率。
因此δ圆间隙≥α，应为公差圆定位的装配间隙的主要依据。 
（2）以图7、图8中的方公差α2定位为例，图中虚线为公差方4，图7中为按公差方加工的被穿孔，图8为按公差方加工的螺杆孔，两图孔的大小和加工公差均一致。按公差方α2检测图7的若干被穿孔、及图8的若干螺杆孔均为合格孔。同样存在上述“孔晃小、杆晃大”的现象，所不同的是按方公差制检的合格孔晃动，与圆公差的比较，不仅引起孔的大小变化，还引起孔的形状变化。 
在图7中的实线部分，即由孔公差许可的晃动形成的内包络线图形，是一弧边四边形，其装配时的最小实际效果孔径即实效孔5的孔径为： 
Figure DEST_PATH_IMAGE023
=
Figure 129043DEST_PATH_IMAGE019
-
Figure 55541DEST_PATH_IMAGE011
α       其中：
Figure 43089DEST_PATH_IMAGE019
为公称孔直径，α为孔位置公差方α2的边长α。
而在图7中的实线部分，即由孔公差许可的晃动形成的方外包络线图形，是一圆角四边形，其装配时的最大实际效果杆径即实效杆7的直径为： 
D′实效杆 = +
Figure 156592DEST_PATH_IMAGE011
α
为了适应加工误差或孔位公差所引起的孔晃动，要保证最大杆穿过最小孔，必须将最小实际效果孔径增大到与最大实际效果杆径一致，方可消除阻挡区域，如图9所示，外包络线和内包络线之间的阴影即为阻挡区，其最大宽度为
Δ′方阻区=D′实效杆 — D′实效孔=（
Figure 2012101920967100002DEST_PATH_IMAGE024
+
Figure 316309DEST_PATH_IMAGE011
α）—（
Figure 728835DEST_PATH_IMAGE024
-
Figure 819151DEST_PATH_IMAGE011
α）
Δ′方阻区=  2α                   （2-3）
如以公称被穿孔（或螺杆孔）与其实际效果孔径其比较，则应（同时）增加其间隙为
δ′方间隙=Δ′方阻区/ 2=
Figure 65773DEST_PATH_IMAGE011
α                     （2-4）
因此，在理论上只要保证螺杆与孔之间有α的最小间隙，钻孔位置误差≤α公差，对批量装配的构件板孔，其装配的螺栓就能全部穿过，达到100%的穿孔率。
因而δ′方间隙≥
Figure 407073DEST_PATH_IMAGE011
α，应为公差方定位的装配间隙的主要控制依据。 
2、下面我们对上述两个公差得到的阻挡区进行讨论： 
a、公差园阻挡环的面积
可根据图9的几何图形进行计算：
A园阻区＝A园外包－A园内包          其中：A园内包、A圆外包为内、外包络园所围面积
则  A园阻区＝π（Φ＋α）2 /4  －π（Φ－α）2 /4         
A园阻区＝πΦα ＝3.14 Φα            （3-1）
b、公差方阻挡环面积
A方阻区＝A方外包－A方内包         其中：A方内包、A方外包分别为方内、外包络线所围面积
如图11， A方外包＝4×Φ/2×α＋α2 ＋πΦ2 /4，即A方外包＝2Φα＋α2 ＋πΦ2 /4      
而公差方内包络面积，因按弧边四边形计算较为繁杂，近似按折边四边形c d e f的面积来计算，其折点在弧边最高点（如c′点）。该折边四边形又由4个不等边四边形c′o f′c组成，设其面积为S′
    则：A方内包＝4 ×S′＝4（c′f′×o o′/2 ＋c′f′×o′c /2）
＝4 ×c′f′/2 ×（o o′＋o′c）
＝2 ×c′f′×o c
＝2 o c′/cos 45°×o c             
＝2
Figure 518861DEST_PATH_IMAGE011
 ×o c′×o c   其中：o c′为公差方实效孔弧边半径，
＝2
Figure 879435DEST_PATH_IMAGE011
（Φ/2－α
Figure 328871DEST_PATH_IMAGE011
 /2）（Φ/2－α/2 ）   c o为公差园实效孔园周半径
＝
Figure 511721DEST_PATH_IMAGE011
 /2 Φ2－（2＋
Figure 464634DEST_PATH_IMAGE011
）/2 Φα＋α2                         （3-2）
因此：A方阻区＝A方外包－A方内包＝2Φα＋α2 ＋π/4 Φ2
－［√2 /2 Φ2－（2＋√2）/2 Φα＋α2 ］
＝（6＋
Figure 74738DEST_PATH_IMAGE011
）/2 Φα＋（π/4－
Figure 683574DEST_PATH_IMAGE011
 /2）Φ2
A方阻区＝3.71 Φα＋0.08 Φ2      
c、公差方与公差园阻挡环面积比较
设：公差方对公差园的制孔的阻挡区的面积比为P
则  P ＝（A方阻区－A园阻区）/ A园阻区
＝［（3.71 Φα＋0.08 Φ2）－3.14Φα］／3.14Φα
＝( 0.57 Φα＋0.08Φ2）／3.14Φα              （3-3）
为进行定量讨论，基于一般公称螺杆、孔径和公差，设Φ孔＝24α时，上式应为
P ＝(0.57α×24α＋0.08×576α2）／3.14α×24α
＝( 13.68α2＋46.08α2）／75.36α2              (α＝1）
＝0.79  
可见，上式公称螺杆孔按公差方制孔、比按公差园制孔的阻挡区约大了80 %，为图11
中打点的八个“月牙形”区域所示（因大比例公差作图、Φ≠24,α≠1,其所示面积偏小）。因而必定对螺杆的穿孔率造成不同的影响，这是公差园或公差方制孔所产生的差异，也是两者不能混用的原因之一。
d、增大孔及公差园与公差方的阻挡区比较 
为保证公称杆对孔有100 %的穿孔率，根据上述分析，须在螺杆孔的基础上增加一孔间隙，对于公差园其间隙应δ园间隙≥α，增大直径后的孔，称为增φ孔。图13、图14为间隙=φα公差的同直径增大孔、分别以公差园及公差方晃动形成的阻挡环比较。观察可发现有以下几个特征：
（1）如图12、图13，按相同间隙=φα公差增加孔的直径，两增φ孔的直径相等。而扩大孔径或间隙相当于增大了孔位公差。如任意增大公差，一般是不允许的。
（2）增加孔径或间隙后，阻挡环宽（或最大环宽）不变，而环宽外移。 
（3）如图12，增φ孔的公差园晃动形成的阻挡环，由于环宽外移，其内包络园直径=公称φ孔，因而公称φ杆（螺杆）可顺利穿过。 
从图,12、图13的公差园与公差方晃动的阻挡环观察，其与公称φ孔晃动形成的阻挡环比较，其图形基本不变。其环面积之比也基本相同。再者，虽然两者都增加1倍公差值的孔径，但明显存公差方的内包络线、对公差园的内包络园的干涉，公称φ杆仍难以穿过。可见，用同等公差，分别以公差园或公差方定位的方法制孔，在穿孔率方面有穿过和穿不过的很大差异。要使公差园与公差方制孔（混用时）能达到100%穿孔率，须消除两者阻挡环的影响，从而考虑将公差园与公差方进行统一，这必然涉及到实际孔组装配中的孔位对角线问题。 
3、孔组对角线及其公差 
（1）孔位网格的角度公差
前面对单孔装配在其中心线位置的晃动，及其公差与间隙关系等进行了研究。而实际钢结构上的螺栓孔，多以纵、横排列的若干孔距组成网格形式，其中包括基本的四孔网格，具有较强的规律性，应将其整体称为孔组。这种制孔时直接参照的孔基准点或中心线，在钢构件上设计成互相垂直的理想正方形网格，但孔的中心线是否互相垂直，也存在角度公差问题。因此必须对孔的对角线公差加以控制。由于角度公差不便设置和检测，因此孔位公差中本身应含有中心线的垂直角度差。 
（2）两种公差图形的对角线差别 
图14、图15所示，设计的孔中心距及孔位公差相同，中心线网格为正方形，因此理论孔位的对角线应相等，其即原点O到对角孔中心点O′的直线L。
图14是按公差方定位要求的孔位情况。如图所示，孔中心对角线的两个端点，按“包容原则”在公差方内变动，其对角线最大长度为L max，对角线最小长度为L min。因而公差方定位的对角线最大差值为 
                 ΔL＝L max －L min.
其中           L max ＝L ＋ 2×
Figure 919383DEST_PATH_IMAGE011
α/2           α：为孔位公差
＝L ＋
Figure 743114DEST_PATH_IMAGE011
α
 L mix ＝L －2×
Figure 773387DEST_PATH_IMAGE011
α/2  
＝L －
Figure 869519DEST_PATH_IMAGE011
α
则            ΔL＝L max －L mix＝（L＋
Figure 397102DEST_PATH_IMAGE011
α）－（L－
Figure 324606DEST_PATH_IMAGE011
α）
＝2
Figure 463464DEST_PATH_IMAGE011
α                （4-1）
可见，以极限状态讨论，公差方的对角线最大差值，应为其孔位公差α的2
Figure 859941DEST_PATH_IMAGE011
倍。
例如：取孔位偏差值±0.5的绝对值之和为公差α 
即α＝1，计算对角线差值
ΔL＝2
Figure 171974DEST_PATH_IMAGE011
α＝2
Figure 157247DEST_PATH_IMAGE011
×1＝2.8(mm)      
图15是按公差园定位要求的制孔情况。同样按“包容原则”——可解释为实际孔边缘应在理想包容图形内，这也包括对角线公差定位的同一孔。其对角线最大长度为L′max，对角线最小长度为L′min，可得公差园定位的对角线最大差值为
              ΔL′＝L′max －L′ min.
ΔL′＝（L＋α）－（L－α）
ΔL′＝2α     （5-2）          α：为孔位公差
再例如，取上例公差方的公差值，即φα＝α＝1，按公差园计算对角线差值
ΔL′＝2α＝2×1＝2(mm) 
在此说明：对角线公差、也等于对角线之差，即相邻四角的两条对角线的长度之差。实际中简称为对角线差、对角差。一般工艺图上未直接标注，只在文字上注明。
前面讨论了公差园和公差方的差别及其在穿孔率方面的不同影响。在此，又对公差园和公差方密切关联的对角线公差进行探讨，得出了两者对角线的差异及矛盾。如仍采取其两套数据混用的定位方法，便无法保证100%穿孔率。因此，必须考虑将两种公差进行统一。 
4、下面，将从公差园和公差方、分别与对角线公差在图形上的联系作进一步的探索。从而在两种对角线公差（简称园对角线、方对角线），和两种孔位公差（简称园公差、方公差）的关联上寻求统一路径。由其对应组合关系上看，有如下四种基本方案，其特点如下 
（1）园对角线 —→ 园公差
从对角线的两个端点来看。如图15所示，其理论网格及综合孔公差所定点的四角孔位，公差值均为α时：公差园定位的对角线端点，在公差园内变动，对角线公差为2α。理论上这是可行的，但实际中却存在问题，将于下面说明。
（2）方对角线 —→ 方公差 
由图14所示，与上相似：公差方定位的对角线端点，在公差方内变动，对角线差公差为2
Figure 280055DEST_PATH_IMAGE011
α。其对角线端点符合设定的公差方图形及公差值。不存在任何矛盾，是可行的。
上两种整合方案，各自分别成立。但是在实际应用中，在公差图形上，方和园是矛盾的。在对角线公差大小2
Figure 413096DEST_PATH_IMAGE011
α和2α上也是矛盾的。为了统一，对下面整合方案再进行探讨。 
（3）方对角线 —→ 园公差 
假设，取公差方对角线公差2
Figure 279552DEST_PATH_IMAGE011
α，及取公差园φα定位四角孔位。显然，对角线端点的变化
Figure 181649DEST_PATH_IMAGE011
α，必定超出公差园值α。因此不可行。
（4）园对角线 —→ 方公差 
前1、中已提到，“园对角-线—→ 园公差”整合情况，在理论上可行。但在园公差检测上比较困难，除用孔的位置度综合通规外，一般都不采用位置度或公差园检测。而按直角坐标X、Y轴方向，拉尺进行检测。因此，在实际工作中，即便按公差园制孔，其最终结果、仍是按自然形成的公差方定位和检测。
如图16所示，如以公差园定位的对角线进行制孔，对角线端点应按公差园值α变化（对角线公差2α），而实际上却可能超出公差园：这是由于对角线端点与成孔中心同为一点缘故，其端点落入自然的实际公差方中，图中对角线L 1为端点向外出超公差园、L 2为端点向内超出公差园情况，超差部份以打点区域表示。 
图中可见，与公差园的理论对角线的单端差α比较，上述超差值为 
Figure 472429DEST_PATH_IMAGE011
α－α=0.41α。如将此值划归单端的单孔间隙，将孔的设计间隙增大，即使公差园的对角线端点超出公差园φα，其孔的中心点仍框定在实际公差方中。也相当孔中心点落在以实际公差方对角线为直径的新公差园φ=
Figure 764870DEST_PATH_IMAGE011
α中，并框定在打点方角区内（被公差方框定）。且间隙（或孔径）的增大，由于孔中心是以孔园周为载体，其中心位置相对不变，对原孔位公差大小并无影响。 
这样可取：孔位公差为公差园值：φα＝α，对角线公差为：2α。孔间隙按公差方为：
Figure 684284DEST_PATH_IMAGE011
α（见2-1式）——也即按新公差园φ√2α公差取间隙：
Figure 191620DEST_PATH_IMAGE011
α。进行了“园对角-线 —→公差方” 的整合转换。此处的公差方，为自然生成的实际公差方。 
因而，表面上按公差园值α设定的孔位公差，实际上可任意取公差园φα或公差方α2的公差值α、进行定位和检测，并在概念上忽略方和园；孔间隙取值α；而对角线公差不按公差方的2α、而按公差园2α取值。 由此，完成了公差和公差图形、孔间隙、以及对角线公差的统一。 
如图1～16所示，由上面的讨论我们可以得到钢构件装配孔公差混用钻孔方法，包括以下步骤： 
（1-1）确定紧固件3的直径为
Figure 159073DEST_PATH_IMAGE002
，确定使用的孔位公差大小；
（1-2）计算装配孔2的孔径大小；
（1-3）计算对角线公差大小；
（1-4）根据上述计算出来装配孔2的孔径和对角线公差的值进行钻孔；
所述的孔位公差包括了圆公差φα和方公差α2。
所述的步骤（1-2）包括以下子步骤： 
（2-1）设定孔位公差为圆公差φα，则得到直径为α的圆形公差带即公差圆6，装配孔2落在该公差带中，即装配孔2不断的晃动，得到一个区域变小的实效孔5，任意两个装配孔2的孔心偏差的最远距离等于公差圆6的直径α，得到实效孔5的最大内切圆的直径
Figure DEST_PATH_IMAGE025
=
Figure 770183DEST_PATH_IMAGE006
-α，即可计算出装配孔2的孔径与紧固件的直径的关系=
Figure 624DEST_PATH_IMAGE002
+α；
（2-2）设定孔位公差为方公差α2，则得到边长为α的方形公差带即公差方4，装配孔2落在该公差带中，即装配孔2不断的晃动，得到一个区域变小的实效孔5，任意两个装配孔2的孔心偏差的最远距离等于公差方4的对角线
Figure 3785DEST_PATH_IMAGE011
α，得到实效孔5的最大内切圆的直径
Figure 407084DEST_PATH_IMAGE013
=
Figure 728344DEST_PATH_IMAGE024
-
Figure 295723DEST_PATH_IMAGE011
α，即可计算出装配孔2的孔径与紧固件的直径的关系
Figure 32735DEST_PATH_IMAGE024
=+α；
（2-3）比较上述步骤（2-1）计算得到的
Figure 837377DEST_PATH_IMAGE016
与步骤（2-2）计算得到的，取最大值，显然
Figure 253446DEST_PATH_IMAGE018
+
Figure 896917DEST_PATH_IMAGE011
α>
Figure 294400DEST_PATH_IMAGE002
+α，即
Figure 833441DEST_PATH_IMAGE008
>
Figure 974572DEST_PATH_IMAGE024
，所以装配孔的孔径为+
Figure 791667DEST_PATH_IMAGE011
α。
所述的步骤（1-3）中的对角线公差包括圆对角线公差和方对角线公差，所述的圆对角线公差为在使用圆公差φα时，最大对角线与最小对角线之差，预定孔的孔心是确定的，则取对角的孔心距为L，最大对角线为L+α，最小对角线为L-α，计算得到圆对角线公差为（L+α）-(L-α），即2α；所述的方对角线公差为在使用方公差α2时，最大对角线与最小对角线之差，预定孔的孔心是确定的，则取对角的孔心距为L，最大对角线为L+
Figure 70201DEST_PATH_IMAGE011
α，最小对角线为L-
Figure 765756DEST_PATH_IMAGE011
α，计算得到方对角线公差为（L+
Figure 118240DEST_PATH_IMAGE011
α）-(L-
Figure 123105DEST_PATH_IMAGE011
α），即2
Figure 374089DEST_PATH_IMAGE011
α。 
所述的步骤（1-3）包括以下子步骤： 
（3-1）方对角线公差与孔位公差的对比：使用方对角线和方公差，对角线公差端点没有超出方公差带；使用方对角线公差和圆公差，这时对角线的端点变化超出了圆公差带；
（3-2）圆对角线公差与孔位公差的对比：使用圆对角线和方公差，对角线端点没有超出方公差带；使用园对角线公差和圆公差，对角线的端点变化没有超出圆公差带；
（3-3）通过步骤（3-1）和步骤（3-2）的对比，可以得出使用方对角线公差时在圆公差时不成立，所以方对角线公差不成立，圆对角线公差在孔位公差混用时，都是成立的，所以对角线公差使用圆对角线公差，即2α。
上述的紧固件为螺栓、销钉或铆钉。 

Claims (5)

1.钢构件装配孔公差混用钻孔方法，为两个或两个以上的钢构件（1）配合孔组钻孔方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1-1）确定紧固件（3）的直径为 
Figure 2012101920967100001DEST_PATH_IMAGE002
，确定使用的孔位公差大小；
（1-2）计算装配孔（2）的孔径大小；
（1-3）计算对角线公差大小；
（1-4）根据上述计算出来装配孔（2）的孔径和对角线公差的值进行钻孔；
所述的孔位公差包括了圆公差φα和方公差α2。
2.根据权利要求1所述的钢构件装配孔公差混用钻孔方法，其特征在于，所述的步骤（1-2）包括以下子步骤：
（2-1）设定孔位公差为圆公差φα，则得到直径为α的圆形公差带即公差圆（6），装配孔（2）落在该公差带中，即装配孔（2）不断的晃动，得到一个区域变小的实效孔（5），任意两个装配孔（2）的孔心偏差的最远距离等于公差圆（6）的直径α，得到实效孔（5）的最大内切圆的直径
Figure 2012101920967100001DEST_PATH_IMAGE004
=
Figure 2012101920967100001DEST_PATH_IMAGE006
-α，即可计算出装配孔（2）的孔径与紧固件的直径的关系
Figure 2012101920967100001DEST_PATH_IMAGE008
=
Figure DEST_PATH_IMAGE002A
+α；
（2-2）设定孔位公差为方公差α2，则得到边长为α的方形公差带即公差方（4），装配孔（2）落在该公差带中，即装配孔（2）不断的晃动，得到一个区域变小的实效孔（5），任意两个装配孔（2）的孔心偏差的最远距离等于公差方（4）的对角线
Figure 2012101920967100001DEST_PATH_IMAGE010
α，得到实效孔（5）的最大内切圆的直径=
Figure 2012101920967100001DEST_PATH_IMAGE014
-
Figure DEST_PATH_IMAGE010A
α，即可计算出装配孔（2）的孔径与紧固件的直径的关系
Figure DEST_PATH_IMAGE014A
=
Figure DEST_PATH_IMAGE002AA
+
Figure DEST_PATH_IMAGE010AA
α；
（2-3）比较上述步骤（2-1）计算得到的
Figure DEST_PATH_IMAGE008A
与步骤（2-2）计算得到的
Figure DEST_PATH_IMAGE014AA
，取最大值，显然+
Figure DEST_PATH_IMAGE010AAA
α>
Figure DEST_PATH_IMAGE002AAAA
+α，即
Figure DEST_PATH_IMAGE008AA
>，所以混用公差的装配孔的孔径为+
Figure DEST_PATH_IMAGE010AAAA
α。
3.根据权利要求2所述的钢构件装配孔公差混用钻孔方法，其特征在于，所述的步骤（1-3）中的对角线公差包括圆对角线公差和方对角线公差，所述的圆对角线公差为在使用圆公差φα时，最大对角线与最小对角线之差，预定孔的孔心是确定的，则取对角的孔心距为L，最大对角线为L+α，最小对角线为L-α，计算得到圆对角线公差为（L+α）-(L-α），即2α；所述的方对角线公差为在使用方公差α2时，最大对角线与最小对角线之差，预定孔的孔心是确定的，则取对角的孔心距为L，最大对角线为L+
Figure DEST_PATH_IMAGE010AAAAA
α，最小对角线为L-α，计算得到方对角线公差为（L+
Figure DEST_PATH_IMAGE010AAAAAAA
α）-(L-
Figure DEST_PATH_IMAGE010AAAAAAAA
α），即2
Figure DEST_PATH_IMAGE010AAAAAAAAA
α。
4.根据权利要求3所述的钢构件装配孔公差混用钻孔方法，其特征在于，所述的步骤（1-3）包括以下子步骤：
（3-1）方对角线公差与孔位公差的对比：使用方对角线和方公差，对角线公差端点没有超出方公差带；使用方对角线公差和圆公差，这时对角线的端点变化超出了圆公差带；
（3-2）圆对角线公差与孔位公差的对比：使用圆对角线和方公差，对角线端点没有超出方公差带；使用园对角线公差和圆公差，对角线的端点变化没有超出圆公差带；
（3-3）通过步骤（3-1）和步骤（3-2）的对比，可以得出使用方对角线公差时在圆公差时不成立，所以方对角线公差不成立，圆对角线公差在孔位公差混用时，都是成立的，所以混用公差的装配孔对角线公差采用圆对角线公差，即2α。
5.根据权利要求1～3所述的钢构件装配孔公差混用钻孔方法，其特征在于，所述的紧固件为螺栓、销钉或铆钉。
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