互换性与检测技术.doc

互换性与检测技术(5学时)补-1 绪论现代化工业生产的显著特点是专业化协作的高度社会化的大生产。在生产过程中，要求在保证产品质量的同时，大力提高产品的精度和生产率，以满足飞速发展的科学技术及人们日益增长的物质方面的需求。实现社会化大生产的技术措施是产品应具有互换性及广泛的标准化。这就要求设计者除具备设计能力外，还必须具备互换性、标准化、检测技术等方面的知识。一、互换性涵义任何机器和产品都是由大小不同、形状各异的零部件组成的。当这些零部件经过一定的机械加工装配在一起时能否顺利组装，装配后是否满足预定的使用性能要求，都与这些产品的互换性有关。因此，产品的互换性要求是基本要求之一。产品的互换性是指按同一规格标准制成的合格零部件在尺寸上和功能上具有相互替换的性能。设计时，产品应按同一规格标准要求；制造时，零部件可分别在不同地区、不同工厂、不同时间完成；装配时，不需要挑选或附加修配，任选其一就能顺利组装，装配后能满足预定的使用性能要求。这样的生产方式称为互换性生产，生产出来的零部件就称为具有互换性的零部件。因而，互换性生产原则能满足专业化协作生产的要求。机械制造业中的互换性通常包括几何参数(如尺寸)、力学性能(如强度、硬度)及理化性能(如化学性能)的互换，我们所介绍的相关知识仅讨论几何参数的互换。零部件应具有互换性不仅是使用者的要求，也是生产制造者的要求。在加工过程中，零部件具有互换性要求后，就可将一部机器中的所有零部件分散到不同工厂、不同车间进行专业化生产，然后再集中到一个工厂进行装配。另外，加工中还可以采用高效率的专业设备，进而实现生产过程的自动化，既可促进自动化生产的发展，也有利于降低加工成本，提高产品质量。在装配过程中，零部件具有互换性要求后，就可在装配时从按同一标准制成的合格零件中任选其一，不需挑选就能顺利组装，使装配过程能够连续而顺利地进行，从而大大缩短了装配周期。也可以采用流水作业方式，使装配生产率大大提高(如汽车的总装线)。在使用维修时，产品具有互换性后，某些易损的零部件一旦损坏，可以方便地用同一规格的配件更换，而不致影响整部机器的使用。例如，我们日常生活中使用的自行车、手表，机械产品中的齿轮、滚动轴承，其它的产品如汽车、拖拉机等，当它们之中的某些零部件损坏时，可以用新的迅速更换，将会大大缩短维修时间，节约修理费用，保证了机器工作的连续性和持久性。尤其在修理影响范围大的重要设备(如大型发电设备)，零部件具有互换性的意义就更加明显了。二、互换性的种类根据零部件互换性的程度与范围不同，可以分为完全互换和不完全互换。1. 完全互换按同一标准规格设计的零件加工后，装配或更换时不需要挑选、调整或附加修配，装配后能保证预定的使用性能要求。这样的零件具有完全互换性，如螺栓、螺钉、螺母等。完全互换性有利于组织专业化协作生产，并可实现加工和装配过程的机械化、自动化，大大提高劳动生产率，降低生产成本，同时也有利于维修。但是，当装配精度要求很高时，采用完全互换将使各零件的尺寸变动范围很小，造成加工困难，甚至于无法加工。2. 不完全互换在有限的范围内可以互换(又称有限互换)。通常采用分组装配法、调整法、修配法等工艺措施来实现。完全互换性通常简称互换性，它是以零、部件或更换时不需要挑选或修配为条件的，区别于不完全互换。一般而言，对于厂际协作适宜选择完全互换，而不完全互换仅限于厂内的生产装配。无论是采用完全互换还是不完全互换，都应根据具体情况，在设计时事先确定。补-2 尺寸公差与配合一、误差、公差的概念任何机械零件都是由尺寸不同、形状各异的若干个表面所形成的几何体，是经过各种机械加工后形成的。加工中，由于种种原因，使得几何量会产生各种误差，通常分为尺寸误差、形状误差、相互位置误差和表面微观几何形状误差(表面粗糙度)。公差是尺寸公差的简称，用来控制零件尺寸误差的变动范围。注：1. 误差、公差的区别误差是在加工中产生的，而公差是在设计中给定。2. 合格的零件零件的几何参数误差控制在公差范围内。二、有关尺寸的术语及定义1. 尺寸尺寸是用特定单位表示长度值的数字。特定单位为mm，长度值包括直径、半径、宽度、高度、厚度、深度及中心距等。2. 基本尺寸基本尺寸是指设计时给定的尺寸。孔用D、轴用d表示。它是根据使用要求，通过强度、刚度计算，并考虑结构及工艺方面的因素，经过圆整而确定的尺寸。基本尺寸应按优先数圆整成标准值，以便减少定值刀具、量具的规格。但是由主要尺寸导出的因变量尺寸和工序间的尺寸不受标准尺寸的限制，如尺寸轮的齿顶圆直径是分度圆(标准值)导出的尺寸，不能圆整。基本尺寸是计算偏差的起始尺寸。不是理想尺寸，不能认为零件越接近基本尺寸越好。3. 实际尺寸实际尺寸是指通过测量所得的尺寸，孔用Da、轴用da表示。因为任何测量都会有误差存在，所以实际尺寸并非是尺寸的真值。加工零件时，不可能也无必要将尺寸制造得绝对准确，而只需要把实际尺寸控制在一定的范围内即可保证零件的互换性及精度要求。4. 极限尺寸极限尺寸是指允许尺寸变动的两个界限值。其中较大者称为最大极限尺寸，孔用Dmax、轴用dmax表示；较小者称为最小极限尺寸，孔用Dmin、轴用dmin表示。极限尺寸是控制实际尺寸合格的两个界限值，即最小极限尺寸实际尺寸最大极限尺寸三、有关偏差与公差的术语及定义1. 尺寸偏差尺寸偏差简称为偏差，是指某一尺寸减基本尺寸所得的代数差。最大极限尺寸减基本尺寸的代数差称为上偏差，孔用ES、轴用es表示；最小极限尺寸减基本尺寸的代数差称为下偏差，孔用EI、轴用ei表示。上偏差与下偏差统称为极限偏差。实际尺寸减基本尺寸的代数差称为实际偏差。由于极限尺寸可能大于、等于或小于基本尺寸，所以偏差可能为正、负或零，但上、下偏差不能同时为零。2. 尺寸公差尺寸公差简称公差，是指允许尺寸的变动量。它等于最大极限尺寸与最小极限尺寸之代数差的绝对值，也等于上偏差与下偏差之代数差的绝对值。如用Th、Ts分别表示孔轴的公差，即公差与偏差是两个不同的概念，应注意区分。公差是不为0的绝对值，而偏差却可以为正、负、零；公差值的大小反映零件精度的高低和加工的难易程度，而偏差仅表示偏离基本尺寸的多少；仅用公差不能判断尺寸是否合格，而两个极限偏差是尺寸合格的依据。3. 尺寸公差带尺寸公差带是指由代表上、下偏差的两条直线所限定的区域，可用公差带图来反映。在公差带图中，用一条基准直线代表基本尺寸，称为零线。用两条平行零线的直线代表上、下偏差，正偏差画在零线上方，负偏差画在零线下方。公差带图是由大小、位置这两个参数确定的，可分别由标准公差和基本偏差确定。4. 标准公差是指国标规定的、用以确定公差带大小的任一公差。5. 基本偏差是指国标规定的、用以确定公差带相对于零线位置的上偏差或下偏差，一般为靠近零线的那个偏差。四、有关配合的术语及定义配合就是指基本尺寸相同的、相互结合的孔和轴公差带之间的关系。1. 配合基准制在规定了标准公差和基本偏差以后，即可组成不同的公差带，进而形成多种不同性质的配合。为了使配合种类进一步简化，标准规定了两种基准制：基孔制和基轴制。基孔制 是指将孔的公差带位置固定，改变轴的公差带位置，从而获得不同性质的配合。在基孔制中孔称为基准件，其公差带位置固定在EI=0，下偏差为0，用代号H表示。基轴制 是指将轴的公差带位置固定，改变孔的公差带位置，从而获得不同性质的配合。在基轴制中轴称为基准件，其公差带位置固定在es=0，上偏差为0，用代号h表示。2. 配合类型根据公差带的相对位置，配合分为间隙配合、过渡配合、过盈配合三大类。间隙配合 当孔的公差带在轴的公差带之上，形成具有间隙的配合(间隙代数差为正值或零)。最大间隙：Xmax=Dmaxdmin=ES-ei最小间隙：Xmin=Dmindmax=EIes过盈配合 当孔的公差带在轴的公差带之下，形成具有过盈的配合。(过盈代数差为负值或零)最大过盈：Ymax=Dmindmax=EI-es最小过盈：Ymin=Dmaxdmin=ESei过渡配合 当孔与轴的公差带相互交迭，既可能形成间隙配合，也可能形成过盈配合。最大间隙：Xmax=Dmaxdmin=ES-ei最大过盈：Ymax=Dmindmax=EIes过渡配合是介于间隙配合与过盈配合之间的一种配合，但其间隙或过盈都不大。另外，应特别注意，“既可能形成间隙配合，也可能形成过盈配合”是对一批孔轴配合而言，具体一对孔、轴配合时，它不具有间隙就会过盈，而不会出现“过渡”情况。3. 配合公差配合公差是指一组配合中，允许间隙或过盈的变动量称为配合公差。它表明了配合的精度，即允许松紧的变化程度，是评定配合质量高低的一个重要指标。间隙配合：配合公差=最大间隙-最小间隙过盈配合：配合公差=最大过盈-最小过盈过渡配合：配合公差=最大间隙+最大过盈配合公差等于相配合的孔、轴公差之和。这个结论很重要，它说明配合精度与相配件的尺寸精度有关。若提高配合精度，则必须减小相配件的尺寸公差，即需提高相配件的加工精度。五、极限与配合标准的基本规定1. 标准公差系列标准公差系列是将决定公差带大小的唯一参数值公差值标准化了。标准公差值是依据基本尺寸和公差等级来确定的，当其它条件相同时，公差值的大小决定了零件的精度高低和加工的难易程度。国家标准将标准公差分为20级，即IT01、IT0、IT1、IT2、IT18(IT：国际标准公差的缩写代号，IT7表示标准公差7级)。按此顺序等级依次降低，相应的公差数值依次增大。标准公差值是跟据该尺寸段的各级的标准公差数值而查表直接得出的。2. 基本偏差系列基本偏差是用来确定公差带相对于零线位置的上偏差或下偏差，一般指靠近零线的那个偏差。基本偏差系列是国家标准是公差带位置标准化的唯一指标。3. 公差带根据国家标准规定的20个等级的标准公差和28种基本偏差，能够组成多种公差带，其中孔有543种，轴有544种。由孔、轴公差带有能组成更大数量的配合，如果这么多的配合及公差带都应用，显然是不经济的。因此，国标对孔、轴规定了一般、常用和优先公差带(可查阅相关的资料)。在选用公差带时，应按照优先、常用、一般的公差带顺序选取。孔、轴的常用与优先公差带，又可分别组成常用与优先的配合。下图分别为基孔制、基轴制优先配合公差带。4. 公差与配合的标注具体标注方法如下图所示。基孔制优先配合公差带 基轴制优先配合公差带公差与配合的标注六、公差与配合的选用1. 基准制的选用一般情况下，应优先选用基孔制。从节省制造费用的经济效果看，选用基孔制远比基轴制有利。下述情况必须选用基轴制。使用不再加工的冷拔棒料作轴时；同一轴上有多种不同性质的配合要求，例如发动机的活塞连杆组件；以标准件为基准件确定基准制。2. 公差与配合的选用选择公差与配合的主要内容有：确定基准制，确定公差等级，确定配合种类。选择公差与配合的原则是在保证机械产品基本性能的前提下，充分考虑制造的可行性，并应使制造成本最低。3. 公差等级的选用选用的原则如下：对于基本尺寸500mm的轴孔配合，当标准公差IT8时，国家标准推荐孔比轴低一级相配合；但当标准公差IT8级或基本尺寸500mm的配合，推荐采用同级孔、轴配合。选择公差等级，既要满足设计要求，又要考虑加工的可能性与经济性。具体选择如下：1)IT01、IT0、IT1级公差一般用于高精度量块和其它精密标准量块的尺寸；2)IT2IT5级公差用于特别精密的零件尺寸；3)IT5(孔到IT6)级公差用于高精度和重要表面的配合尺寸；4)IT6(孔到IT7)级公差用于零件较精密的配合尺寸；5)IT7IT8级用于一般精度要求的配合尺寸；6)IT9IT10级常用于一般要求的配合尺寸，或精度要求较高的与键配合的槽宽尺寸；7)IT11IT12级公差用于不重要的配合尺寸。8)IT12IT18级公差用于未注公差的尺寸。4. 配合的选用应尽可能选用优先配合和常用配合。5. 一般公差的选用一般公差(又称未注公差尺寸)是指在图样上只标注基本尺寸而不注极限偏差的尺寸，这些尺寸主要是要求不高的非配合尺寸、可以由工艺保证的尺寸、对机器使用性能影响不大的外形尺寸等。虽然这些尺寸不标注公差，但并不时说这些尺寸没有任何限制和要求，可以任意加工，只是为了简化图样以及突出有配合要求的尺寸。一般公差的公差等级分精密f、中等m、粗糙c、最粗v共4个公差等级，选择后可由相应的技术文件或标准具体规定。补-3 形状公差与位置公差形位公差是用来控制形位误差的。由于形位误差是指构成零件几何形状的各种点、线、面的加工误差，其误差形式既有反映表面轮廓或轴线不平、不直、不圆的形状误差，又有反映2个或2个以上点、线、面之间不平行、不垂直、不同轴的相互位置误差等多种，不像尺寸误差那样单一。因此，形位公差就有许多项目，有的项目还有不同形状的公差带分别控制不同的形位误差。为了满足互换性的要求，国家标准规定了14种形位公差。一、形状公差项目及其公差带1. 直线度实际被测要素对理想直线的允许变动量，用来控制回转体的素线、棱线、轴线以及平面上的直线、面与面的交线等的形状误差。可分为三种情况：在给定平面内的直线度公差带；在给定一个方向上的直线度公差带；在给定相互垂直的两个方向上的直线度公差带；任意方向上的直线度(空间)公差带为直径为ft的圆柱面。2. 平面度平面度公差是实际被测要素对理想平面的允许变动量，其公差带是距离为公差值t的两平行平面之间的区域。用来控制被测实体实际平面的形状误差，如图所示。平面度是一项综合的形状公差，它既控制了平面度误差，又可控制实际平面上任一截面轮廓的直线度误差。3. 圆度实际被测要素对理想圆的允许变动量，其公差带是垂直于轴线的任一截面上半径差为公差值t的两个同心圆间的区域。用来控制回转表面(如圆柱面、圆锥面、球面)的径向截面轮廓的形状误差。4. 圆柱度实际被测要素对理想圆柱的允许变动量，其公差带是半径差为公差值t的两同轴圆柱面之间的区域。用来控制被测实际圆柱面纵、横剖面的形状误差。它可以控制任一横剖面轮廓的圆度误差和圆柱素线的直线度以及素线间的平行度误差，是一项综合的形状公差。5. 线轮廓度实际被测要素对理想轮廓线的允许变动量，其公差带是距离为公差值t，对理想轮廓线对称分布的两等距曲线之间的区域。用来控制平面曲线(或曲面的截面轮廓)的形状误差。6. 面轮廓度实际被测要素对理想轮廓面的允许变动量，其公差带是距离为公差值t，对理想轮廓面对称分布的两等距曲面之间的区域，理想轮廓面由理论正确尺寸标出。用来控制一般曲面的形状误差。作为形状公差时，线轮廓度和面轮廓度的公差带位置是浮动的。但是在有基准要求时，线轮廓度和面轮廓度为位置公差，其公差带的位置均是固定的。二、位置公差项目及其公差带1. 定向位置公差1)平行度被测实际要素相对于基准要素的方向成0的要求。用以控制线对线、线对面、面对面、面对线的平行度误差，其特点是公差带的方向与基准平行。2)垂直度被测实际要素相对于基准要素的方向成90的要求。用以控制线对线、线对面、面对面、面对线的垂直度误差。其特点是公差带的方向与基准垂直。公差带的形状也有两平行平面和圆柱体等，公差带的位置是浮动的。3)倾斜度被测实际要素相对于基准要素的方向成一定角度的要求。2. 定位位置公差1)同轴度用以控制被测轴线与基准轴线的偏移或倾斜，即控制实际轴线与基准轴线的重合程度。同轴度的公差带相撞是圆柱体，方向由基准确定，位置是固定的。2)对称度用以控制被测中心平面(或轴线、中心线)对基准中心平面(或轴线、中心线)允许的变动全量，其特点是公差带相对于基准中心平面(或轴线、中心线)对称配置。3)位置度用以控制被测点、线、面的实际位置相对其理想位置的变动，即允许被测要素的实际位置对其理想位置的变动全量。被测要素的理想位置由理论正确尺寸和基准确定。3. 跳动位置公差1)圆跳动关联实际要素绕基准回转一周时可允许的最大跳动量(最大与最小尺寸之差)。根据允许变动的方向的不同，圆跳动可分为：径向圆跳动、端面圆跳动、斜向圆跳动。径向圆跳动用于控制圆柱表面任一横截面上的跳动量；端面圆跳动用于控制端面任一测量直径处，在轴向方向的跳动量；斜面圆跳动用于控制圆锥面在法线方向的跳动量。2)全跳动关联实际要素绕基准连续回转可允许的最大跳动量。整个被测实际要素相对于基准要素的允许跳动总量。根据允许变动的方向的不同，全跳动可分为：径向全跳动、端面全跳动、斜向全跳动。径向全跳动用于控制整个圆柱表面上的跳动总量。端面圆跳动用于控制整个端面在轴向方向的跳动总量。三、形位公差的标注方法(1)公差框格 该方框由两格或多格组成，其中内容从左到右按以下次序填写。(2)基准要素的标注 基准要素用基准字母表示，基准符号为带小圆的大写字母用细实线与粗的短横线相连。(3)被测要素的标注 用带箭头的指引线将框格与被测要素相连。四、形位公差的标注注意点(1)当被测要素或基准要素为线或表面时，指引线箭头或带字母的短划应指要该要素的轮廓线或其引出线上，并应明显地与尺寸线错开。(2)当被测要素或基准要素为轴线、球心或中心平面时，指引线箭头或带字母的短划应与该要素的尺寸线对齐。(3)当被测要素或基准要素为整体轴线或公共中心平面时，指引线箭头或带字母的短划可直接指在轴线或中心线上。补-4 表面粗糙度一、表面粗糙度的概念表面粗糙度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、密封性和外观都有影响。（1）零件的各个表面无论加工得多么光滑，置于显微镜下观察，都可以看到峰谷不平的情况。（2）加工表面上具有较小间距的峰谷所组成的微观几何形状特征称为表面粗糙度。（3）它的形成是由于零件在加工过程中，机床、刀具的振动、材料被切削