第一章互换性概论

1、互换性与测量技术互换性与测量技术理论课理论课(26): 绪论绪论 轴、孔结合的极限与配合轴、孔结合的极限与配合 测量技术基础测量技术基础 光滑工件尺寸检测和量规设计光滑工件尺寸检测和量规设计 形状与位置公差形状与位置公差 表面粗糙度及其检测表面粗糙度及其检测 零件典型表面的公差与配合零件典型表面的公差与配合实验实验(6)参考教材：参考教材：-互换性与测量技术互换性与测量技术王益祥王益祥 主编，清华大学出主编，清华大学出版社。版社。其它参考书：其它参考书： 邢闽芳邢闽芳 主编主编互换性与测量技术互换性与测量技术，清华大学出，清华大学出版社版社 机械设计手册机械设计手册(第第1卷卷)成绩评定：成绩

2、评定：期末闭卷考试期末闭卷考试 + 平时成绩平时成绩互换性与测量技术互换性与测量技术第一章第一章 互换性概论互换性概论研究对象研究对象: : 过程中的几何量过程中的几何量 公差配合（简称公差配合）与检测技术公差配合（简称公差配合）与检测技术 机械原理机械原理机械设计机械设计（机械零件）（机械零件）机械专业机械专业的学科基的学科基础课础课机械设机械设计基础计基础机械制机械制造基础造基础金属工艺学金属工艺学工程材料工程材料 (简称公差设计简称公差设计)是教学计划中联系设计课程与工艺课是教学计划中联系设计课程与工艺课程的纽带程的纽带, ,是从基础课学习过渡到专业是从基础课学习过渡到专业课学习的桥梁课

3、学习的桥梁. . 本课程性质本课程性质:学科基础课学科基础课 承上启下承上启下 第一节第一节 互换性的意义与作用互换性的意义与作用第一节第一节 互换性的意义与作用互换性的意义与作用 三个条件三个条件：装配后装配后 满足使用要求满足使用要求装配前装配前 不挑不挑装配时装配时 不调整或修配不调整或修配二、互换性的分类二、互换性的分类尺寸尺寸形状形状相互位置相互位置对几何要素的对几何要素的提出互换性要求。提出互换性要求。 1.按决定的参数或使用要求分为：按决定的参数或使用要求分为： 1)几何参数互换性几何参数互换性 (主要保证装配主要保证装配)2)功能互换（保证使用功能互换（保证使用, ,广义）广义

4、） 机械机械物理物理 化学化学 对对性能性能提出互换性要求。提出互换性要求。互换性互换性机械性能互换性机械性能互换性理化性能互换性理化性能互换性本课程讨论本课程讨论对同一批零件而言，当对同一批零件而言，当其原材料相同时，其其原材料相同时，其主要在主要在尺寸尺寸形状误差形状误差位置误差位置误差表面粗糙度评定参数表面粗糙度评定参数典型零件典型零件( (齿轮、螺纹等齿轮、螺纹等) )的精度评定参数的精度评定参数含线性尺寸含线性尺寸角度尺寸角度尺寸( (简称简称) )基本基本基本基本 技术要求技术要求1 1.2 2.3 3. . 轴轴 图号图号02 比例比例1:1 材料材料 45 . 设计设计 制图制

5、图 审核审核 . 日期日期2228283060140其余2.按方法及程度分：按方法及程度分： 1)完全互换完全互换 装配或更换时，装配或更换时，不挑、不调、不修不挑、不调、不修的互换性。的互换性。 2)不完全互换不完全互换: :分组互换分组互换: :装配前分组装配前分组, ,组内零件互换组内零件互换. .调整互换调整互换: :装配时更换零件装配时更换零件. .修配互换修配互换: :去掉多余材料的修配去掉多余材料的修配. . 3. 按部位或范围分按部位或范围分：内互换：部件或机构内部组成零件间的互换内互换：部件或机构内部组成零件间的互换外互换：部件或机构与其相配件间的互换外互换：部件或机构与其相

6、配件间的互换（例如：滚动轴承）（例如：滚动轴承）二、互换性的分类二、互换性的分类贯穿在产品设计、制造、使用和维修的全贯穿在产品设计、制造、使用和维修的全过程：过程：1)1)：零、部件具有互换性，就零、部件具有互换性，就可以最大限度地利用标准件、通用件和标准部可以最大限度地利用标准件、通用件和标准部件，从而简化制图、计算工作，件，从而简化制图、计算工作，2)2)：便于组织生产协便于组织生产协作，进行专业化生产。采用高效率的生产作，进行专业化生产。采用高效率的生产设备，有利于实现加工过程和装配过程机设备，有利于实现加工过程和装配过程机械化、自动化。从而械化、自动化。从而。3)3)：零、部件具有互换

7、：零、部件具有互换性可以及时更换已经磨损或损坏了的零、部性可以及时更换已经磨损或损坏了的零、部件，减少机器的维修时间和费用，保证机器件，减少机器的维修时间和费用，保证机器连续而持久地运转，从而连续而持久地运转，从而。如何实现互换性如何实现互换性 ？ 如果将同一规格零件的几何量制如果将同一规格零件的几何量制作得完全相同显然可以实现互换性，作得完全相同显然可以实现互换性，但这不可能，也不必要。事实上只要但这不可能，也不必要。事实上只要将同一规格零件的几何量控制在公差将同一规格零件的几何量控制在公差允许的范围内，使同一规格零件的几允许的范围内，使同一规格零件的几何量彼此充分近似，就可以实现互换何量彼

8、此充分近似，就可以实现互换性性 1.2 标准化标准化2.2.检测：检测：检测包含检验与测量。检测包含检验与测量。 3.实现互换性的条件：标准化是实现互换性的前提。标准化是实现互换性的前提。标准和标准化标准和标准化标准标准化标准的分类： 国家标准(GB);行业标准: 机械标准(JB),邮电标准(YD)等地方标准企业标准(QB) 基础标准、产品标准、方法标准、安全与环境保护标准等国际标准 ISO/IEC 标准化标准化是发展贸易、提高产品在国际是发展贸易、提高产品在国际市场的竞争能力的技术保证市场的竞争能力的技术保证 1.2 标准化标准化应遵守标准化原则应遵守标准化原则 - 选择标准公差择标准公差与

9、配合与配合。 公差标准（例）：公差标准（例）：GB/T1800极限与配合极限与配合；GB/T1182 形状和位形状和位 置公差置公差；GB/T3505表面粗表面粗 糙度糙度；GB/T10095 渐开线园柱齿轮精渐开线园柱齿轮精 度度等等 数值标准化的意义数值标准化的意义 当选定一个数值作为当选定一个数值作为参数指标时，该数值会按参数指标时，该数值会按一定的规律，向一切有关一定的规律，向一切有关和材料中传播，例如：和材料中传播，例如：M16-6H形成牵一发而形成牵一发而动全身的现象动全身的现象故故: :技术参量应在技术参量应在 优先数就是一种对各种技术参数进行简化、协调和统一的一种科学的数值制度

10、。 r基本系列基本系列R5 R5 1.00 1.60 2.50 4.00 6.30 10.00 1.00 1.60 2.50 4.00 6.30 10.00 R10 R10 1.00 1.00 1.251.25 1.60 1.60 2.00 2.00 2.50 2.50 3.153.15 4.004.00 5.00 5.00 6.30 6.30 8.00 8.00 10.0010.00 R20R20 1.001.00 1.121.12 1.25 1.25 1.40 1.40 1.60 1.60 1.80 1.80 2.00 2.00 2.24 2.24 2.50 2.50 2.80 2.80

11、3.15 3.15 3.55 3.55 4.004.00 4.50 4.50 5.00 5.00 5.60 5.60 6.30 6.30 7.107.10 8.00 8.00 9.009.00 10.00 10.00 R40 R40 R80R80 补充系列补充系列产品几何技术规范产品几何技术规范产品几何技术规范产品几何技术规范(Geometrical Product Specification and Verification，简称，简称GPS)是针是针对所有几何产品建立的一个几何技术标准体对所有几何产品建立的一个几何技术标准体系，它覆盖了从宏观到微观的产品几何特征，系，它覆盖了从宏观到微观的

12、产品几何特征，涉及产品开发、设计、制造、验收、使用以涉及产品开发、设计、制造、验收、使用以及维修、报废等整个生命周期的全过程。及维修、报废等整个生命周期的全过程。 GPS基础标准 GPS综合标准 GPS通用标准 GPS补充标准1.2.3 产品几何技术规范产品几何技术规范链环链环1产品文件表示产品文件表示(图样标注代号图样标注代号) 。链环链环2公差定义及其数值。公差定义及其数值。链环链环3实际要素的特征或参数定义。实际要素的特征或参数定义。链环链环4工件偏差评定工件偏差评定(与公差极限比较与公差极限比较)。 链环链环5测量器具。测量器具。链环链环6测量器具校准。测量器具校准。书书P6 图图1.

13、2/表表1.11.3 公差与配合的基本概念公差与配合的基本概念1尺寸尺寸 以特定单位表示线性尺寸值的数值。如以特定单位表示线性尺寸值的数值。如直径、宽度、高度、中心距等。直径、宽度、高度、中心距等。2孔孔: 通常指工件的圆柱形内表面，也包通常指工件的圆柱形内表面，也包括其它内表面中由单一尺寸确定的部分。括其它内表面中由单一尺寸确定的部分。 轴：通常指工件的圆柱形外表面，也包轴：通常指工件的圆柱形外表面，也包括其它外表面中由单一尺寸确定的部分。括其它外表面中由单一尺寸确定的部分。孔与轴：包容与被包容关系。孔与轴：包容与被包容关系。孔孔孔孔( (轮轮毂键槽毂键槽) )孔孔( (轴轴键槽键槽) )轴

14、轴轴轴( (键键) ) 使得机器的性能、质量、寿命和可靠性，以及振动、使得机器的性能、质量、寿命和可靠性，以及振动、噪声、摩擦磨损等很大程度上取决于噪声、摩擦磨损等很大程度上取决于孔、轴的结合形式孔、轴的结合形式及其结合松紧程度与松紧均匀程度的正确与否。及其结合松紧程度与松紧均匀程度的正确与否。3公称尺寸公称尺寸 由图样规范确定的理想形状要由图样规范确定的理想形状要素的尺寸，是设计给定的尺寸。通过它并应素的尺寸，是设计给定的尺寸。通过它并应用上、下偏差可算出极限尺寸的数值。它可用上、下偏差可算出极限尺寸的数值。它可以是一个整数或一个小数值。以是一个整数或一个小数值。4实际尺寸实际尺寸 通过测量

15、获得的尺寸。通过测量获得的尺寸。孔和轴孔和轴的实际尺寸分别用的实际尺寸分别用Da和和da表示。表示。 由于测量误差由于测量误差 实际尺寸不一定是尺寸的真值。实际尺寸不一定是尺寸的真值。 由于形状误差由于形状误差 同一表面不同部位的实际尺寸往往同一表面不同部位的实际尺寸往往不相等，因此要用二点法进行测量。不相等，因此要用二点法进行测量。LdLLL测量仪器与零件测量仪器与零件dada 孔孔(轴轴)直径的实际尺寸符号直径的实际尺寸符号:Da(da ) 其它长度的公称尺寸符号其它长度的公称尺寸符号: LaLa5极限尺寸极限尺寸 允许尺寸变化的两个界限值。允许尺寸变化的两个界限值。允许的最大尺寸称为最大

16、极限尺寸；允许的允许的最大尺寸称为最大极限尺寸；允许的最小尺寸称为最小极限尺寸最小尺寸称为最小极限尺寸 孔和轴的最大极限尺寸分别用孔和轴的最大极限尺寸分别用Dmax和和dmax表示，最小极限尺寸分别用表示，最小极限尺寸分别用Dmin和和dmin表示。表示。 尺寸合格条件尺寸合格条件： D DminminDDa aDDmaxmax d dminmindda addmaxmax5.5.极限尺寸极限尺寸: : 允许零件实际尺寸变化的允许零件实际尺寸变化的DaDda尺寸合格条件尺寸合格条件： D DminminDDa aDDmaxmax d dminmindda addmaxmaxNanjing Un

17、iversity of Science and Technology Zijin College37零线零线轴轴孔孔最大极限尺寸最大极限尺寸最小极限尺寸最小极限尺寸公称尺寸公称尺寸公差公差最大极限尺寸最大极限尺寸基本尺寸基本尺寸最小极限尺寸最小极限尺寸公差公差尺寸、公差、配合示意图尺寸、公差、配合示意图6最大实体尺寸（最大实体尺寸（MMS）：）： 孔或轴在尺寸孔或轴在尺寸公差范围内，具有材料量最多时的状态（最公差范围内，具有材料量最多时的状态（最大实体状态，简称大实体状态，简称MMC）下的极限尺寸。孔）下的极限尺寸。孔和轴的最大实体尺寸分别用和轴的最大实体尺寸分别用DMMS和和dMMS表示。表

18、示。7最小实体尺寸（最小实体尺寸（LMS）：）： 孔或轴在尺寸公差范孔或轴在尺寸公差范围内，具有材料量最少时的状态（最小实体状态，简围内，具有材料量最少时的状态（最小实体状态，简称称LMC）下的极限尺寸。孔和轴的最小实体尺寸分）下的极限尺寸。孔和轴的最小实体尺寸分别用别用DLMS和和dLMS表示。表示。 极限尺寸与实体尺寸有如下关系极限尺寸与实体尺寸有如下关系DMMSD min ，DLMSDmax dMMSdmax ，dLMSdmin尺寸要素：由一定大小的线性尺寸或角度尺寸要素：由一定大小的线性尺寸或角度尺寸确定的几何形状。尺寸确定的几何形状。实际实际(组成组成)要素要素：由接近实际由接近实际

19、(组成组成)要素所要素所限定的工件实际表面的组成要素部分。限定的工件实际表面的组成要素部分。提取组成要素提取组成要素：按规定方法，由实际按规定方法，由实际(组成组成)要素提取有限数目的点所形成的实际要素提取有限数目的点所形成的实际(组成组成)要素的近似替代。要素的近似替代。拟合组成要素：按规定方法，由提取组成拟合组成要素：按规定方法，由提取组成要素形成的并具有理想形状的组成要素。要素形成的并具有理想形状的组成要素。其它尺寸相关概念其它尺寸相关概念有关偏差与公差的术语和定义有关偏差与公差的术语和定义 有关偏差与公差的术语和定义有关偏差与公差的术语和定义 尺寸合格条件也可表示为：尺寸合格条件也可表

20、示为： 实际偏差实际偏差 Ea ea 尺寸合格条件尺寸合格条件： D DminminDDa aDDmaxmax d dminmindda addmaxmax任一局部实际尺寸任一局部实际尺寸Da单一完工零件的尺寸合格条件单一完工零件的尺寸合格条件2. 2. 尺寸公差尺寸公差 综上所述综上所述: : 设计者给出设计者给出 完工零件不超过公差完工零件不超过公差 零件的零件的均可得到满足均可得到满足. .公差技术公差技术但但公差大小不同，效果则不同：公差大小不同，效果则不同：公差公差大大允许几何允许几何量的变动量的变动大大加工难度加工难度小加工成小加工成本低本低完工的合格零完工的合格零件精度低、质件精

21、度低、质量差量差公差公差小小允许几何允许几何量的变动量的变动小小加工难度加工难度大加工成大加工成本高本高完工的合格零完工的合格零件精度高、质件精度高、质量好量好：反映使用要求与加工工艺及成本：反映使用要求与加工工艺及成本 的的。公差技术公差技术3.公差带公差带1)1)公差带图解：公差带图解： 公称尺寸孔公差带轴公差带0+-ESEIeseia)a)零线：零线：表示公称尺寸的直线表示公称尺寸的直线 b)b)公差带特性：公差带特性：两个要素两个要素 大小大小 T T 标准公差标准公差 位置位置 极限偏差极限偏差 基本偏差基本偏差标准化标准化标准化标准化 c）画法：）画法： (1)零线。零线。(2)确

22、定公差带大小位置。确定公差带大小位置。(3)孔孔 、轴、轴 或在公差带里写孔、轴。或在公差带里写孔、轴。(4)作图比例基本一致，偏差单位作图比例基本一致，偏差单位 m ，公称尺寸单位，公称尺寸单位mm。(5)公称尺寸相同的孔、轴公差带才能画在一张图上。公称尺寸相同的孔、轴公差带才能画在一张图上。偏差偏差=0不标出不标出3.3.尺寸公差带示意图及公差带尺寸公差带示意图及公差带上偏差上偏差+0-下偏差下偏差下偏差下偏差+0-1960+21公差带沿零线方向公差带沿零线方向的长度可适当选取的长度可适当选取单位单位:mm单位单位:mm单位单位:mm单位单位:um公称尺寸公称尺寸偏差前必须冠于偏差前必须冠

23、于“ ”或或“ ”4极限制极限制 公差带有两个参数：一是公差带的大公差带有两个参数：一是公差带的大小（即宽度）；二是公差带相对于零线的位小（即宽度）；二是公差带相对于零线的位置。置。国标已将它们标准化，形成标准公差和基本偏差两个系列。5标准公差标准公差（IT） 指国家标准（指国家标准（GB/T 1800.31998）极限与配合制中，所规）极限与配合制中，所规定的任一公差。字母定的任一公差。字母IT为为“国际公差国际公差”的符的符号。标准公差确定了公差带的大小。号。标准公差确定了公差带的大小。+0.021+0-0.01960 尺寸公差带二要素尺寸公差带二要素由由确定确定由由或或确定确定上偏差上偏

24、差+0-下偏差下偏差D的的或或6基本偏差基本偏差 eies 公称尺寸公称尺寸基本偏差基本偏差为下偏差为下偏差基本偏差基本偏差为上偏差为上偏差EIES孔孔轴轴轴轴孔孔0+ +- -基本偏差基本偏差: 国标规定的、用以确定公差带相对于零线位置的上国标规定的、用以确定公差带相对于零线位置的上偏差或下偏差，一般指靠近零线的那个偏差。偏差或下偏差，一般指靠近零线的那个偏差。1.3.3 有关有关“配合配合”的术语及定义的术语及定义1. 配合：公称尺寸相同的并且相互结合的孔和轴公配合：公称尺寸相同的并且相互结合的孔和轴公差带之间的关系。差带之间的关系。1）间隙配合）间隙配合：孔的公差带在轴公差带上方，即具有

25、间隙的配：孔的公差带在轴公差带上方，即具有间隙的配合（包括合（包括Xmin0的配合）。对一批零件而言，所有孔的尺寸的配合）。对一批零件而言，所有孔的尺寸轴的尺寸轴的尺寸孔轴Xmax孔轴XmaxXminXmin=0特征参数：特征参数： XmaxDmaxdminESei XminDmindmaxEIes 最大间隙最大间隙Xmax与最小间隙与最小间隙XminXmax +80 +60Xmin 0 +20Xav +40 +40 Xmax = ESei Xmin = EIes 表示间隙配合表示间隙配合的参量：的参量：松紧程松紧程度相同度相同+40-40+20-20-40孔孔TD孔孔TD轴轴Td轴轴Td+0

26、-D例例2) 过盈配合过盈配合：孔的公差带在轴公差带下方，即具有过孔的公差带在轴公差带下方，即具有过盈的配合（包括盈的配合（包括Ymin0的配合）。对一批零件而言，的配合）。对一批零件而言，所有轴的尺寸所有轴的尺寸孔的尺寸孔的尺寸孔孔轴轴Ymin=0YmaxYminYmax特征参数：特征参数： YminDmaxdminESei YmaxDmindmaxEIesYmax -80 -60Ymin 0 -20Yav -40 -40 Ymin = ESei Ymax = EIes表示过盈配合表示过盈配合的参量：的参量：-80-20-40-60孔孔TD孔孔TD轴轴Td轴轴Td+0-D-40例例松紧程松紧

27、程度相同度相同3)过渡配合过渡配合 :孔、轴公差带相互重叠，即可能具孔、轴公差带相互重叠，即可能具有间隙有间隙X或过盈或过盈Y的配合的配合YmaxXmax轴轴孔孔轴轴孔孔轴轴孔孔XmaxYmaxXmaxYmax过渡配合过渡配合主要用于主要用于孔、轴间的定位联结孔、轴间的定位联结(既要求装拆方便；又要求对中性好既要求装拆方便；又要求对中性好)特征参数：特征参数： XmaxDmaxdminESei YmaxDmindmaxEIesXmax +60 +10Ymax -20 -30Xav（ Yav ） +20 -10按此配合要求按此配合要求生产的孔、轴生产的孔、轴间隙的概率大间隙的概率大-40-20+10-10轴轴Td孔孔TD轴轴Td+0-D-20+20孔孔TD按此配合要按此配合要求生产的孔、求生产的孔、轴过盈的概轴过盈的概率大率大间隙配合中间隙配合中: Tf XmaxXmin过盈配合中过盈配合中:Tf Ymin Ymax TD+ Td过渡配合中过渡配合中: Tf Xmax YmaxYmaxXmaxYmax Ymin若要提高配合精度（即若要提高配合精度（即Tf）可减小相配合的孔、轴尺）可减小相配合的孔、轴尺寸公差（即提高寸公差（即提高相配合的