第1章机械精度设计原理与应用

1、机械精度设计与检测机械精度设计与检测广东海洋大学机动学院机械系广东海洋大学机动学院机械系主讲教师主讲教师: :胡远忠胡远忠Email:Email:课程名课程名: :机械精度设计与检测机械精度设计与检测n课程编号课程编号 14132302n学分学分3n总学时总学时 48n理论理论40n实验实验8n教学大纲教学大纲n授课计划授课计划课程的目的与要求课程的目的与要求: n掌握机械精度设计的基本理论和方法。掌握机械精度设计的基本理论和方法。n培养机械精度综合设计能力和标准应用能力。培养机械精度综合设计能力和标准应用能力。n掌握机械精度检测仪器的组成及典型检测手段。掌握机械精度检测仪器的组成及典型检测手

2、段。n了解现代制造中的精度设计、检测与质量控制。了解现代制造中的精度设计、检测与质量控制。 本课程的性质：本课程的性质： 本课程为机械设计方面的本课程为机械设计方面的技术基础课技术基础课精度设计精度设计（几何量精度设计）（几何量精度设计）机械设计机械设计内容内容强度设计强度设计传动设计传动设计结构设计结构设计本课程只研究精度设计本课程只研究精度设计 本课程本课程特点（特点（实践性强、涉及国家标准多）实践性强、涉及国家标准多） 多、强、大多、强、大 定义、符号、公式、标准规定和经验解法多。定义、符号、公式、标准规定和经验解法多。原则性强，因为必须按国标有关规定进行设计。原则性强，因为必须按国标有

3、关规定进行设计。 实际应用中灵活性大。实际应用中灵活性大。 多多 强强 大大 (3) 初步学会根据使用要求，正确设计几何初步学会根据使用要求，正确设计几何量公差并正确地标注在图样上；量公差并正确地标注在图样上；机械精度设计机械精度设计 尺寸、几何尺寸、几何（形状、方向、（形状、方向、 位置和跳动）和位置和跳动）和微观轮廓微观轮廓。 (1) 掌握标准化、互换性的基本概念及精度掌握标准化、互换性的基本概念及精度 设计有关的基本术语和定义；设计有关的基本术语和定义； (2) 基本掌握精度设计标准的主要内容、特基本掌握精度设计标准的主要内容、特点和应用原则；点和应用原则；本课程的任务：本课程的任务：

4、学完本课程后应达到下列要求：学完本课程后应达到下列要求： (4) 了解各种典型几何量的检测方法和初步了解各种典型几何量的检测方法和初步学会使用常用的计量器具。学会使用常用的计量器具。 总之，总之，本课程的任务是使学生获得机本课程的任务是使学生获得机械工程师必须掌握的精度设计械工程师必须掌握的精度设计和和检测方法检测方法的基本知识和基本技能。的基本知识和基本技能。是联系是联系机械设机械设计计、机械制造工艺学机械制造工艺学、机械制造机械制造装备设计装备设计等课程及其课程设计的纽带，等课程及其课程设计的纽带，是从基础课学习过渡到专业课学习的桥梁。是从基础课学习过渡到专业课学习的桥梁。 1.1 1.1

5、 机械产品的几何量精度机械产品的几何量精度 设计概述设计概述误差不可避免！误差不可避免！1.1.1 机械产品几何量精度的基本概念机械产品几何量精度的基本概念 什么是几何量误差几何量误差和几何量精度？（几何量精度？（P2）图例图例1 图例图例2图例图例3 图例图例4 4 d（1）尺寸精度）尺寸精度几何量参数设计内容为（即几何量参数设计内容为（即机械精度设计内容机械精度设计内容）：）：（2）几何精度几何精度e 形状精度形状精度 位置精度位置精度f基准表面f 方向精度方向精度 基准轴线 跳跳 动动 精精 度度(3)表面精度（表面精度（微观轮廓精度微观轮廓精度）表面缺陷、表面粗糙度、表面波纹度表面缺陷

6、、表面粗糙度、表面波纹度R1.1.2 机械产品几何量精度设计的研究对象机械产品几何量精度设计的研究对象 几何要素，简称要素，即构成零件几何实体的点、线、面。是机械产品几机械产品几何量精度设计的研究对象何量精度设计的研究对象 1. 要素按结构特征分类要素按结构特征分类（1）组成要素组成要素（轮廓要素）：零件的表面、表面（轮廓要素）：零件的表面、表面上的线或点上的线或点。如图。如图1、2、4、6 尺寸要素尺寸要素 由一定大小的定形尺寸确定的几何形状。由一定大小的定形尺寸确定的几何形状。 非尺寸要素非尺寸要素 不具有定形尺寸的几何形状不具有定形尺寸的几何形状 。如图。如图3（2）导出要素导出要素（中

7、心要素）：（中心要素）： 由一个或几个尺寸由一个或几个尺寸要素的对称中心得到的中心点、中心线或中心要素的对称中心得到的中心点、中心线或中心平面。如图平面。如图7、8几何要素及其分类几何要素及其分类 2. 要素按存在状态分类要素按存在状态分类(1) 实际要素实际要素 实际组成要素，简称实际要素，指由接近实际组成要素所限定的工件实际实际组成要素，简称实际要素，指由接近实际组成要素所限定的工件实际表面的组成要素部分。表面的组成要素部分。(2) 提取要素提取要素 提取要素是指提取组成要素和提取导出要素的统称。提取组成要素指按规提取要素是指提取组成要素和提取导出要素的统称。提取组成要素指按规定方法，由实

8、际组成要素提取定方法，由实际组成要素提取有限数目的点有限数目的点所形成的实际组成要素的所形成的实际组成要素的近似近似替代替代。提取导出要素指由一个或几个提取组成要素得到的中心点、中心线。提取导出要素指由一个或几个提取组成要素得到的中心点、中心线或中心面。或中心面。(3) 拟合要素拟合要素（理想要素）（理想要素） 拟合要素包括拟合组成要素和拟合导出要素。拟合组成要素指按规定的方拟合要素包括拟合组成要素和拟合导出要素。拟合组成要素指按规定的方法由提取组成要素形成的并具有理想形状的组成要素。拟合导出要素指由法由提取组成要素形成的并具有理想形状的组成要素。拟合导出要素指由一个或几个拟合组成要素得到的中

9、心点、中心线或中心面。一个或几个拟合组成要素得到的中心点、中心线或中心面。 3. 要素按检测关系和功能关系分类要素按检测关系和功能关系分类 （1）被测要素）被测要素 即即注有几何公差的要素。注有几何公差的要素。 （2）基准要素）基准要素 用来确定被测要素的方向或位置关系的要用来确定被测要素的方向或位置关系的要 素。同时，该要素也是被测要素。素。同时，该要素也是被测要素。 4. 要素按检测关系和功能关系分类要素按检测关系和功能关系分类 （1）单一要素）单一要素 注有形状公差的被测要素。注有形状公差的被测要素。 （2）关联要素）关联要素 注有方向或位置公差的被测要素。注有方向或位置公差的被测要素。

10、5. 要素按检测关系和功能关系分类要素按检测关系和功能关系分类 （1）单尺寸要素）单尺寸要素 由一个尺寸确定的被测要素。由一个尺寸确定的被测要素。 （2）多尺寸要素）多尺寸要素 由两个或两个以上尺寸确定的被测要素。由两个或两个以上尺寸确定的被测要素。1.1.3 机械产品几何量精度设计任务：机械产品几何量精度设计任务： 尺寸精度设计、形位精度设计、表面粗尺寸精度设计、形位精度设计、表面粗糙度设计以及零件间相互结合表面间的装配糙度设计以及零件间相互结合表面间的装配精度设计，同时，将精度设计内容正确地标精度设计，同时，将精度设计内容正确地标注在装配图与零件图上。注在装配图与零件图上。1.1.4 机械

11、产品几何量精度设计原则：机械产品几何量精度设计原则： 互换性原则互换性原则目的目的 标准化原则标准化原则基础基础 精度匹配原则精度匹配原则手段手段 优化原则优化原则手段手段 经济性原则经济性原则目标目标在机械制造中，零部件的互换性是指在同一批合格的零件或在机械制造中，零部件的互换性是指在同一批合格的零件或部件中，在部件中，在装配前装配前，不需做任何挑选；，不需做任何挑选；装配中装配中，无需进行修配和，无需进行修配和调整；调整；装配后装配后，能满足预定的功能和性能要求。具有这样特性的，能满足预定的功能和性能要求。具有这样特性的零、部件，就称具有（完全）互换性。零、部件，就称具有（完全）互换性。

12、在日常生活中，有大量的现象涉及到互换性。如电灯泡坏了，在日常生活中，有大量的现象涉及到互换性。如电灯泡坏了，买一只安上就行；机器掉了一个螺丝，按同样规格买一个装上就买一只安上就行；机器掉了一个螺丝，按同样规格买一个装上就行了；机器零件磨损了，换上一个新的零件便能满足使用要求等。行了；机器零件磨损了，换上一个新的零件便能满足使用要求等。 1.1.4.1 互换性的含义互换性的含义 1.1.4.2 互换性的种类互换性的种类 1. 按照使用要求，广义互换性可分为：（1）功能互换性功能互换性（2）几何参数互换性几何参数互换性 本课程只研究几何参数的互换性只研究几何参数的互换性，即机械精度设计。 功能功能

13、互换互换机械 强度，刚度等； 质量 可靠性，维修性， 安全性等。几何参数几何参数 互换微 观 轮 廓（表面粗糙度）尺 寸 精 度（尺寸公差）物理 硬度，弹性等；几 何 精 度（形状、方向、 位置和跳动公差） 2. 按互换性 程度程度分 全互全互 完换完换不完全不完全 互换互换含 义 实 现 应 用含 义实 现应 用完全互换性：完全互换性：是指一批规格相同的零部件在加工好以后，不需要作任何挑选、调整或修配，在几何参数上具有互相替换的性能。 不不完全互换性：完全互换性：是指允许零部件在装配前预先分组或在装配时采用挑选、修配、调整等措施。例如降低加工精度，分组装配，组内互换。 3. 按应用按应用 场

14、合分场合分外互换 ( 部件或相配件之间互换D、d)内互换 ( 部件组成零件之间互换D、d ) 例如：滚动轴承标准部件标准部件1.1.4.3 互换性的作用互换性的作用互相性在产品设计、制造、使用和维修等方面有着极其重要的作用互相性在产品设计、制造、使用和维修等方面有着极其重要的作用: :1) 1)在设计方面：在设计方面：零、部件具有互换性，就可以最大限度地利用标准件、通零、部件具有互换性，就可以最大限度地利用标准件、通用件和标推部件，这样就可以简化制图、减少计算工作，缩短设计周期，并便用件和标推部件，这样就可以简化制图、减少计算工作，缩短设计周期，并便于采用计算机进行辅助设计。对发展系列产品，改

15、善产品性能都有重大作用。于采用计算机进行辅助设计。对发展系列产品，改善产品性能都有重大作用。2) 2)在制造加工方面：在制造加工方面：互换性能促使高效率的生产，便于组织生产协作，进互换性能促使高效率的生产，便于组织生产协作，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械行专业化生产。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械化、自动化。从而提高劳动生产率，保证产品质量，降低生产成本。化、自动化。从而提高劳动生产率，保证产品质量，降低生产成本。3) 3)在使用维修方面：在使用维修方面：零、部件具有互换性可以及时更换那些已经磨损或损零、部件具有互换性可以及时更换

16、那些已经磨损或损坏了的零、部件。可以减少机器的维修时间和费用，保证机器正常运转，从而坏了的零、部件。可以减少机器的维修时间和费用，保证机器正常运转，从而提高机器的寿命和使用价值，做到了提高机器的寿命和使用价值，做到了“物尽其用物尽其用”。 4 4）从生产组织管理方面：）从生产组织管理方面：便于实行科学化管理。便于实行科学化管理。公差的含义公差的含义：公差是指允许几何量变化的范围允许几何量变化的范围。minmaxAAT公差：minmaxaaAAf误差：Tf 合格条件：1.1.4.4 实现互换性的技术措施实现互换性的技术措施n一般来说，在机械产品的设计过程中，需要进行以一般来说，在机械产品的设计过

17、程中，需要进行以下三方面的分析计算：下三方面的分析计算：（1）运动分析与计算。）运动分析与计算。（2）强度的分析与计算。）强度的分析与计算。（3）几何量精度的分析与计算几何量精度的分析与计算。n机器精度的分析与计算是多方面的，一般分为以下机器精度的分析与计算是多方面的，一般分为以下步骤：步骤： （1）产品精度需求分析；）产品精度需求分析； （2）总体精度设计；）总体精度设计； （3）机械结构精度设计计算（部件和零件）。）机械结构精度设计计算（部件和零件）。1.1.5 几何量精度设计的主要方法几何量精度设计的主要方法机械产品精度设计的方法主要有三种：机械产品精度设计的方法主要有三种： n类比法（

18、经验法）类比法（经验法） n计算法计算法n试验法试验法 1.1.6 1.1.6 几何量精度的表达几何量精度的表达1.规定极限值方式规定极限值方式2.规定公差带（区域）方式规定公差带（区域）方式3.规定评定参数方式规定评定参数方式 1.1.71.1.7几何量精度的标注几何量精度的标注1.1.一般公差（未注公差）一般公差（未注公差）2.2.注出公差注出公差注出公差注出公差一般公差（未注公差）一般公差（未注公差） 1.1.81.1.8几何量精度的实现与检测几何量精度的实现与检测1.1.经济性原则：设计、制造、检测经济性原则：设计、制造、检测2.2.匹配性原则：匹配性原则：“人尽其才，物尽其用人尽其才

19、，物尽其用” 1.2 1.2 标准化与优先数系标准化与优先数系1. 标准标准（1）标准的含义：）标准的含义： 标准是指对需要协调统一的重复性事物标准是指对需要协调统一的重复性事物（如产品、零部件）和概念（如术语、规（如产品、零部件）和概念（如术语、规则、方法、代号、量值）所做的统一规定。则、方法、代号、量值）所做的统一规定。1.2.1 标准和标准化标准和标准化 （3）标准的级别：标准的级别：按应用按应用范围范围分分国际标准国际标准国家标准国家标准GB，GB/T，GB/Z 行业标准和专业标准行业标准和专业标准IEC：电工委员会电工委员会ITUITU：电信联盟电信联盟GJBISO: ISO: 标准

20、化组织标准化组织地方标准、企业标准地方标准、企业标准标准化指导标准化指导性技术文件性技术文件（4）中国标准与国际标准一致性）中国标准与国际标准一致性n等同等同IDT（identical）:中国标准与国际标准在技术内容和文本结构上完全相同；或中国标准与国际标准在技术内容上相同，但可以包含小的编辑性修改。反之亦然原则适用。n修改修改MOD（modified）:允许中国标准与国际标准存在技术性差异，同时对技术性差异清楚地标明并给出解释；还可包括“等同”条件下的编辑性修改。反之亦然原则适用。n非等效非等效NEQ（not equivalent）: 中国标准与相应的国际标准在技术内容和文本结构上不同，它们

21、之间的差异也没有被清楚地标明；可能保留少量不重要的条款。不属于采用国际标准，只能说是有对应关系。n等效等效EQV（equivalent）：）：在技术内容上完全相同，但在编写方法上和国际标准不完全相同。（5） 中国标准化概况中国标准化概况 1）发展历程）发展历程n1949年：年：政务院设“标准规格处”。n1978年之前：年之前：基本是前苏联标准体系。n1978年：年：重新加入ISO。n2001年：年：设立“中国标准化管理委员会”(SAC，简称国标委)，暂挂靠在“国家质检总局”下。 SAC架构： SAC（国标委）/TC（技术委员会）/SC（分委会）/WG（工作组）。n近年：近年：中国标准化大发展，

22、形成完善了新的中国标准化体系。2）标准属性：）标准属性：n1988年前年前:全强制性。n1988年至今：年至今：强制性、推荐性（T），加指导性技术文件（Z）。n例如：例如：GB/T（国标代号/推荐属性）44574（顺序号.部分号）2002（批准年号） 机械制图（引导要素） 图样画法（主体要素） 图线（补充要素，此指本标准的第4部分）2. 标准化标准化n标准化是实现互换性的基础，是组织现代化生产的标准化是实现互换性的基础，是组织现代化生产的重要手段之一。重要手段之一。n标准化是一个活动过程，包括制订、贯彻、修订，标准化是一个活动过程，包括制订、贯彻、修订，循环往复，不断提高。可简化产品品种、节约

23、原材循环往复，不断提高。可简化产品品种、节约原材料、加强信息交流，提高产品的可靠性。料、加强信息交流，提高产品的可靠性。 n只有按一定的标准进行设计和制造，并按一定的标只有按一定的标准进行设计和制造，并按一定的标准进行检验，互换性才能实现；准进行检验，互换性才能实现； 只有在互换性原则和各项基础标准的前提下只有在互换性原则和各项基础标准的前提下,才能才能合理地进行精度设计。合理地进行精度设计。 为在一定范围内获得最佳秩序，对实际或潜在为在一定范围内获得最佳秩序，对实际或潜在的问题制定共同的和重复使用的规则的的问题制定共同的和重复使用的规则的活动活动。 标准化是互换性生产的基础标准化是互换性生产

24、的基础，没有标准化就没有互换性。定义：定义：是制定、修订、是制定、修订、贯彻标准贯彻标准，促进国民经济全面发展，促进国民经济全面发展的的全过程全过程，是实现互换性的基础，是实现互换性的基础动态发展过程动态发展过程标准化的作用和地位：标准化的作用和地位： n一流的企业制定标准n二流的企业拥有专利n三流的企业提供服务n四流的企业制造产品n五流的企业出卖苦力 1.2.2 1.2.2 优先数系优先数系1. 优先数系和优先数优先数系和优先数GB/T3212005 （1）优先数系优先数系且项值中且项值中含有含有10的整数幂的理论等比数列的整数幂的理论等比数列导出的一组导出的一组近似等比数列近似等比数列。十

25、进几何级数十进几何级数1）定义：定义：，和、由公比为 1010101010804020105各数列用各数列用 R5、R10、R20、R40和和R80表示。表示。各各公比之间关系为：公比之间关系为：5510q210210)10(q101010 q即21521510q各个系列的公比为：各个系列的公比为：2005)由表可见：R5中间插入一个数中间插入一个数R102 2）优先数系的主要优点：）优先数系的主要优点：相邻两项的相对差均匀，疏密适中，而且运算方便，相邻两项的相对差均匀，疏密适中，而且运算方便，简单易记；简单易记；在同一系列中优先数在同一系列中优先数( (理论值理论值) )的积、商、整数的积、

26、商、整数( (正或正或负负) )的乘方仍为优先数；的乘方仍为优先数；优先数可以向两端延伸；优先数可以向两端延伸；在工程上还采用在工程上还采用R10/3R10/3系列，称为派生系列，其公比系列，称为派生系列，其公比q q2 2。即为在即为在R10R10系列中每隔三项选一个数值组成的数列，系列中每隔三项选一个数值组成的数列，其中每一项数也都是优先数。其中每一项数也都是优先数。因此，优先数列得到广泛的应用，并成为国际统一的因此，优先数列得到广泛的应用，并成为国际统一的数值制。数值制。3）优先数系的种类优先数系的种类基本系列补充系列变形系列 是指在Rr系列中每p项取一值形成的等比系列。 公比为：rpp

27、rprprqq/ 10)10(4）派生系列）派生系列R5、R10、R20、R40R80例如派生系列 Rr/p等用代号Rr/p表示。下面举例说明什么是派生系列派生系列。例如R10/3，公比为R101.001.251.602.002.503.154.005.006.308.0010.0R10/3（1.00）1.002.004.008.00R10/3（1.25）1.252.505.0010.0R10/3（1.60）1.603.156.30q10/3=103/10 2，由表1.1可得下表。 p = 3 ,2005) （2）优先数优先数按近似程度分理论值(按 理论公比计算所得的项值)计算值（代替理论值代替理论值）常用值常用值 （即（即优选数优选数）化整值(见 表1.1)2005) （3）优先数系的应用）优先数系的应用 优先数系的应用顺序为：优先数系的应用顺序为：（尽量采用含有尽量采用含有1的）的） Rr/pR5 R10 R20 R40 R80先疏后密先疏后密原则原则 课堂练习 ：利用优先数系的基本系列 表1.1确定下列数据各属什么系列？ 例例1 电动机转速为：电动机转速为：