互换性与测量技术活页式课后参考答案

习题一1.什么是互换性？互换性的如何分类？答：互换性是指在同一规格的一批零件或部件中，任取其一，不需任何挑选或附加修配(如钳工修理)就能装在机器上，达到规定的功能要求。这样的一批零件或部件就称为具有互换性的零、部件。分类：按不同场合对于零部件互换的形式和程度的不同要求，把互换性可以分为完全互换性和不完全互换性两类。对标准部件或机构来讲，其互换性又可分为内互换性和外互换性。2.完全互换和不完全互换有何区别？各用于何种场合？答：完全互换是指对于同一规格的零部件，装配前不经任何选择，装配时不需任何调整或修配，就能装配到机器上，并能满足预定的使用要求。以零部件装配或更换时不需要挑选或修配为条件。孔和轴加上后只要符合设计的规定要求，则它们就具有完全互换性。不完全互换是指对于同种零件、部件加工好以后，在装配前需要经过挑选、调整或修配等才能满足使用要求。在零部件装配时允许有附加条件的选择或调整。对于不完全互换性可以采用分组装配法、调整法等来实现。应用：零部件厂际协作应采用完全互换，部件或构件在同一厂制造和装配时，可采用不完全互换。完全互换性应用于中等精度、批量生产；不完全互换性应用于高精度或超高精度、小批量或单件生产。内互换指部件内部组成件间的互换；外互换指部件与相配合零件之间的互换。3.公差的概念？答：公差即允许实际参数值的最大变动量。4.什么是标准和标准化？答：标准是指对重复性事物和概念所做的统一规定，它以科学技术和实践经验的综合成果为基础，经有关方面协商一致，由主管机构批准，以特定形式发布，作为共同遵守的准则和依据。标准在一定范围内具有约束力。标准化工作包括制定标准，发布标准、组织实施标准和对标准的实施进行监督的全部活动过程。这个过程是从探索标准化对象开始，经调查、实验和分析，进而起草、制定和贯彻标准，而后修订标准。因此，标准化是个不断循环而又不断提高其水平的过程。5.优先数系是一种什么数列?有哪些优先数的基本系列?答：国家标准《优先数和优先数系》GB/T321-2005中规定以十进制等比数列为优先数系，并规定了五个系列，其中前四个系列作为基本系列。分别用系列符号R5，R10，R20，R40和R80表示。6.分析判断“根据配合公差=孔的尺寸公差+轴的尺寸公差得知，配合公差越小越好”。正确吗？并说明理由。答：（×）分析：配合公差=孔的尺寸公差+轴的尺寸公差，是非常重要的关系式，它反映了零件的使用要求与制造要求之间的矛盾。从使用角度，配合公差越小，表示一批孔、轴结合的松紧程度变化小，配合精度高，使用性能好；但从制造角度，配合公差越小，要求相配的孔、轴的尺寸公差越小，加工越困难，成本越高。所以设计者在确定公差与配合时应综合考虑，并非配合公差越小越好。7.什么叫一般公差？在图样上如何表示？答：一般公差是指在车间普通工艺条件下，机械设备的一般加工能力可保证的公差。采用一般公差的尺寸，在图样上只标注公称尺寸，不标注极限偏差。线性尺寸一般公差的表示时，在图样上只注公称尺寸，不标注极限偏差，但应在图样的技术要求或有关技术文件中统一标注。用线性尺寸的一般公差标准号和公差等级代号来表示。例如，当选用中等级别一般公差时，可在零件图样的技术要求中标明：未注公差尺寸按GB／T1804-m。8.何为测量误差？按其性质可分为哪几类？测量误差的主要来源有哪些？答：测量结果减去被测量的真值称为测量误差。测量误差按其特点和性质，可分为系统误差、随机误差和粗大误差三类。测量误差产生的原因，归纳起来主要有：基准件误差、计量器具的误差、测量方法误差、测量环境误差、人员误差。9.说明作用尺寸与实效尺寸的区别和关系.答：作用尺寸是装配时起作用的尺寸，分为体外作用尺寸和体内作用尺寸。作用尺寸就是局部实际尺寸和几何误差的综合结果。实效状态在给定长度上，提取(实际)要素处于最大或最小实体状态，且其导出（中心）要素的几何误差等于给定的公差值时的综合极限状态。实效尺寸（MMVS)：在实效状态状态下的尺寸为实效尺寸。10.独立原则、包容要求、最大实体要求、最小实体要求及可逆要求的含义是什么？答:独立原则是指图样上给定的几何公差与尺寸公差是相互无关，几何公差与尺寸公差都是相互独立的，并分别满足公差要求的公差原则。包容要求是指提取的组成要素应遵守其最大实体边界（MMB）,其提取组成要素的局部尺寸不得超越最小实体尺寸的一种公差要求。最大实体要求(MMR)是要求实际被测要素应遵守最大实体实效边界的，当其实际（组成）要素的尺寸偏离最大实体尺寸时，允许其几何误差值超出图样上给定的公差值，而提取组成要素的局部尺寸应在最大实体尺寸和最小实体尺寸之间。最小实体要求（LMR）是指提取组成（实际轮廓）要素应遵守其最小实体实效边界（LMVB）,要求被测要素提取（实际轮廓）处处不得超越该边界的一种公差要求。可逆要求不单独使用，应与最大或最小实体要求一起使用，它是一种反补偿要求，是最大或最小实体要求的附加要求，表示尺寸公差可以在实际几何误差小于给出的几何公差之间的差值范围内增大。是当几何误差减小时，允许尺寸公差增大。练习题二一、填空题1.表面粗糙度分成_______和_______和原始轮廓。2.取样长度用_______表示，评定长度用_______表示。3.表面粗糙度的轮廓算术平均偏差用______表示；轮廓最大高度用_______表示。4.国家标准中规定表面粗糙度的评定参数有_______、_______、_______三方面。5.表面粗糙度的选用，应在满足表面功能要求情况下，尽量选用_______的表面粗糙度值。6.同一零件上，工作表面的粗糙度参数值_______非工作表面的粗糙度参数值。7.轮廓滤波器是把轮廓分为_______和_______成分的滤波器。8.用光切显微镜测量表面粗糙度时用的测量方法为________。答案1.粗糙度（R轮廓）、波纹度（W轮廓）；2.，；3.，；4.幅度参数，间距参数，混合参数；5.较大；6.小于；7.长波，短波；8.间接测量法二单项选择题1.A；2.C.；3.C.；4.A；5.D；6.B；7.C。三判断题1.×2.×3.√4.×5.√6.√7.×8.√9.×10.√11.√12.×13.√14.√15.×四思考题1.表面粗糙度对零件的功能的影响?答：主要表现在以下几个方面：表面粗糙度影响零件的耐磨性、表面粗糙度影响配合性质的稳定性、表面粗糙度影响零件的疲劳强度、表面粗糙度影响零件的密封性、表面粗糙度影响零件的抗腐蚀性。表面粗糙度对零件的外观、测量精度也有一定的影响。而且，表面粗糙度对零件的测量精度、镀涂层、反射能力和辐射性能、导热性和接触电阻、导体表面电流的流通、液体和气体流动的阻力等都会有不同程度的影响。2．取样长度和评定长度的区别有哪些？答：取样长度lr是指在Ｘ轴方向上量取的用于判别具有表面粗糙度特征的一段基准线长度。规定这段长度是为了限制和减弱表面波纹度对表面粗糙度测量结果的影响。取样长度应与被测面的粗糙度相适应。表面越粗糙，取样长度应越大。在所选取的取样长度内至少包含五个以上的轮廓峰和轮廓谷。评定长度ln，为了合理地反映轮廓的真实情况需要规定评定长度。评定长度是用于判别被评定轮廓的Ｘ轴方向上的长度，包含有一个或几个取样长度的长度。通常评定长度等于5倍的取样长度，ln＝5lr。均匀性好的表面，若被测表面均匀性好，评定长度可小于5倍的取样长度，ln＜5l；评定长度可大于5倍的取样长度，ln＞5l。表面粗糙度通常标注的是什么参数?评定表面粗糙度的参数有：2个幅度参数，1个间距参数，1个曲线和相关参数，其中主要是幅度参数：1．轮廓的算术平均偏差（幅度参数），2.轮廓的最大高度（幅度参数）。五、判断下列各对配合使用性能相同时，哪一个表面粗糙度的要求高？说明理由。1.25h7和80h72.25H7/e6和25H7/r63.50g6和50G6答：(1)25h7要求高些，因为80h7尺寸较大，加工更困难，故应放松要求；（2）25H7/r6要求高些，因为是过盈配合，为了连接可靠、安全，应减少粗糙度，以避免装配时将微观不平度的峰、谷挤平而减少实际过盈量；（3）50g6要求高些。因为精度等级相同时，孔比轴难加工。习题一1.圆锥配合有几种型式？各自的特点是什么？圆锥配合的形成有下列几种方式：（1）结构型圆锥配合结构型圆锥配合是由内、外圆锥本身的结构或基面距(内、外圆锥基准平面之间的距离)确定它们之间最终的轴向相对位置，来获得指定配合性质的圆锥配合。它可以是间隙配合、过渡配合或过盈配合。（2）位移型圆锥配合位移型圆锥配合是指由规定内、外圆锥在装配时，从二者在无轴向力接触时的实际初始位置做一定相对轴向位移而获得的配合。它可以是间隙配合或过盈配合。与结构型圆锥配合不同，位移型圆锥配合的配合性质与相配内、外圆锥的相对位置及获得该位置的相对位移有关。轴向位移允许的变动量称为轴向位移公差，用TE表示。它等于最大轴向位移Emax与最小轴向位移Emin之差。2.圆锥公差有哪几种给定方法？各适用于哪些场合？答：GBl1334-2005中规定了两种圆锥公差的给定方法。1）给出圆锥的公称圆锥角α(或锥度C)和圆锥直径公差TD，该方法适用于有配合要求的内、外圆锥，例如钻头的锥柄、圆锥滑动轴承等。2）给出给定截面圆锥直径公差TDS和圆锥角公差AT。该方法适用于对给定圆锥截面直径有较高要求的情况。例如某些阀类零件中，要求保证密封性故两个相互结合的圆锥在规定截面上要求接触良好。3.滚动轴承的精度分为几级?各应用在什么场合?答：国家标准GB/T307.1-2005、GB/T307.2-2005、GB/T307.3—2005和GB/T307.4—2012，按尺寸公差和旋转精度将向心轴承分为2、4、5、6（6x）、0五级；将圆锥滚子轴承分为4、5、6x和0四级；将推力轴承分为4、5、6和0四级，它们依次由高到低，2级最高，0级最低。6x级与6级轴承的内径公差、外径公差和径向跳动公差均分别相同，区别是前者装配宽度要求更为严格。滚动轴承精度等级及其应用：(1)0级（普通级）0级轴承在机械制造业中应用最广，广泛地应用于精度要求不高的一般旋转机构中。在轴承代号标注时不予注出。它用于旋转精度、运动平稳性等要求不高、中等负荷、中等转速的一般机构中，如普通机床的变速机构和进给机构、汽车和拖拉机的变速机构，，以及普通电机、水泵及农业机械等旋转机构中的轴承等。(2)6(6x)级(中等级)和5级(较高级)多用于旋转精度和运动平稳性要求较高或转速较高的旋转机构中，例如在卧式车床主轴的前后支承中，前支承采用5级轴承，后支承采用6级轴承，和比较精密的仪器、仪表、的旋转结构。(3)4级(精密级)多用于转速很高和旋转精度要求很高的机床或机器的旋转机构中，例如在高精度磨床和车床中主轴轴承常采用4级轴承。(4)2级(超精级)多用于精密机床的主轴支承，例如在精密坐标镗床和数控机床中主轴轴承则多采用2级轴承。4.与滚动轴承配合的轴颈和座孔，应采用哪些几何公差？答：当轴颈或外壳孔，若存在较大的几何误差，则轴承与它们安装后，套圈会因此而产生变形，这就必须对轴颈和外壳孔规定严格的圆柱度公差。为保证同一根轴上两个轴颈的同轴度精度还应规定两个轴颈轴线分别对其公共轴线的同轴度公差。轴肩和外壳孔肩的端面是安装轴承的轴向定位面，若它们存在较大的垂直度误差，则轴承安装后会产生歪斜，因此应规定轴肩和外壳孔肩的端面对基准轴线的端面圆跳动公差。为保证轴承与轴颈、外壳孔的配合性质，国标规定轴颈和外壳孔的尺寸公差和几何公差之间应遵循包容要求。5.选择轴承与结合件配合的主要依据是什么?答：滚动轴承配合选择的主要依据通常是根据滚动轴承的种类、尺寸大小和滚动轴承套圈承受负荷的类型、大小及轴承的间隙等因素。6.平键联接的主要几何参数有哪些?配合尺寸是什么?答：平键联接的主要几何参数有键和轴键槽、轮毂键槽的宽度b、键的高度h和长度L以及轴槽深度t1和轮毂槽深度t2、，配合尺寸是键和轴键槽、轮毂键槽的宽度b。7.平键联接中，键宽与键槽宽的配合采用的是什么基准制?为什么?答：平键联接中，键宽与键槽宽的配合采用的是基轴制配合。在平键联接中，键由型钢制成，键属于标准件，键槽宽相当于“孔”，键宽相当于“轴”，所以平键联接采用的是基轴制配合。8.矩形花键的主要参数有哪些？哪种定心方式最常用？答：矩形花键联结有三个主要尺寸参数：大径D、小径d和键(键槽)宽B。理论上矩形花键的定心方式分为三种，即大径D定心、小径定心d和键宽B定心，从加工工艺、加工成本和产品质量等因素综合考虑，GB/T1144－2001规定采用小径定心习题四一、简答题1.如何确定一个尺寸链的封闭环？如何区分增环还是减环？答：尺寸链封闭环是在装配加工过程中最后形成的一环，装配尺寸链中，封闭环是由机器装配精度决定的，工艺尺寸链中，封闭环必须在加工顺序确定后才能判断2.什么叫尺寸链？尺寸链分哪几种类型？答：在机器装配或零件加工过程中，有相互联结的尺寸形成封闭的尺寸组，称为尺寸链。其中“尺寸”是指包括长度、角度和几何误差等的广义尺寸。尺寸链计算一般分两种类型，它们是公差设计计算和公差校核计算。二、计算题1.如图11—14所示，加工一阶梯轴，先加工尺寸A1＝50±0.2mm，再加工A2＝35±0.1mm，求尺寸A0及其上、下极限偏差。假设各组成环按正态分布，且分布范围与公差带宽度一致，分布中心与公差带中心重合。(a)(b)图11－14阶梯轴尺寸链解：（1）尺寸链分析由于A0是在轴其他部位加工后自然形成的，所以A0确定为封闭环；查找出组成环有：A1、A2，画出尺寸链图如图所示。依照增环、减环判断方法，分析判断组成环A1＝50±0.2mm为增环，组成环A2＝35±0.1mm为减环。（2）计算封闭环公称尺寸A0＝A1－A2＝50－35＝15（mm）（3）计算封闭环的上、下极限偏差由于ES1=0.2（mm），EI1=﹣0.2（mm），ES1=0.1（mm）EI2=﹣0.1（mm）所以：ES0＝ES1－EI2＝+0.2－(﹣0.1)＝+0.3（mm）EI0＝EI1－ES2＝﹣0.2－(+0.1)＝﹣0.3（mm）；即：尺寸A0=15±0.3mm2.如图11-15所示，为对开齿轮箱的一部分。已知，，，，。设计要求，间隙A0应在1～1.75mm范围内。试作校核计算。（a）齿轮机构(b）尺寸链图图11-15齿轮箱及其尺寸链解：（1）尺寸链分析由于间隙A0是装配后自然形成的，所以A0确定为封闭环；此间隙在在1～1.75mm即。A1、A2为增环，A3、A4、A5为减环。（2）寻找全部组成环，画尺寸链图，并判断增环、减环。依据查找组成环的方法，找出全部组成环A1、A2、A3、A4、A5。依据“回路法”判断出A1、A2为增环，A3、A4、A5为减环（3）计算封闭环公称尺寸由式（11-1）可得封闭环的公称尺寸为A0=A1+A2-（A3+A4+A5）=[101+50-(5+140+5)]mm=1mm（4）求封闭环的上、下极限偏差由式（11-4）及式（11-5）得ES0=ES1+ES2-(EI3+EI4+EI5)=[+0.35+0.25-(-0.048-0.054-0.048)]mm=+0.75mmEI0=EI1+EI2-(ES3+ES4+ES5)=0（5）按式11-6计算（校核）封闭环的公差=0.35+0.25+0.048+0.054+0.048=0.75mm所以封闭环为，其变动范围为1～1.75mm，故可判定满足使用要求。3.如图11—16(a）所示圆筒，已知该圆筒的外圆尺寸为A1＝，内孔尺寸为A2＝，内、外圆同轴度公差为φ0.02mm，求该圆筒的壁厚A0。（a）（b）图11－16圆筒尺寸链解：（1）尺寸链分析因圆筒采用车外圆和镗内孔后形成壁厚，因此壁厚尺寸A0为封闭环；按尺寸链组成环最少的原则，以圆筒的半径组成尺寸链，此时A1、A2的极限尺寸均按半值计算，即：A1/2，A2/2。同轴度公差φ0.02mm，即允许内孔、外圆轴线偏离±0.01mm。将此精度要求以尺寸A3＝0±0.01mm形式加入尺寸链，它既可作为增环也可作为减环，此处以A3作为增环进行分析。(2)寻找全部组成环，画尺寸链图，并判断增环、减环。画出尺寸链图如图所示。A1/2，A3，A2/2为组成环。其中A1/2，A3为增环，A2/2为减环。（3）由式（11-1）可得封闭环的公称尺寸为A0＝A1/2＋A3-A2/2＝（35＋0－30）＝5（mm）（4）求封闭环的上、下极限偏差ES1=－0.02（mm），EI1=－0.06（mm），ES2=0.03（mm），EI2=0（mm）；ES3=＋0.01（mm），EI3=－0.01（mm）由式（11-4）及式（11-5）得ES0＝ES1＋ES3－EI2＝－0.02＋0.01－0＝－0.01（mm）EI0＝EI1＋EI3－ES2＝－0.06－0.01－0.03＝－0.10（mm）所以，圆筒壁厚为：4.如图11—17(a)所示齿轮箱，已知各零件的公称尺寸A1＝125mm，A2＝A5＝5mm，A3＝86mm，A4＝50mm。设计要求间隙A0在1～1.75mm之间。试用“等精度法”求各环的上、下极限偏差。图11－17图11－17齿轮箱装配尺寸链解：（1）尺寸链分析由于间隙A0是装配后自然形成的，所以确定间隙A0为封闭环。此间隙在1～1.75mm。（2）寻找全部组成环，画尺寸链图，并判断增环、减环。依据查找组成环的方法，找出全部组成环A1、A2、A3、A4、A5。画出尺寸链如图所示，依据“回路法”判断出A1、A2、A5为减环，A3、A4为增环。（3）计算封闭环的公称尺寸和公差A0＝（A3＋A4）－（A1＋A2＋A5）＝（86＋50）－（125＋5＋5）＝1（mm）所以，封闭环的尺寸为，其公差为T0＝0.75mm。说明各组成环的公称尺寸满足封闭环的设计要求。（4）计算各组成环环的公差各环的平均公差为:根据零件的工艺性，箱体零件尺寸A3、A4难加工，衬套尺寸A2、A5易控制，并且各组成环公称尺寸相差也较大，结合国标GB/T1800.1-2009，适当调整各组成环尺寸公差，取TA2＝TA5＝0.05mm，TA3＝0.3mm，TA4＝0.25mm，则：TA1＝T0－（TA2＋TA3＋TA4＋TA5）＝0.75－(0.05＋0.3＋0.25＋0.05)＝0.1(mm)（5）确定各组成环的极限偏差根据“入体原则”，因A1、A2和A5相当于被包容尺寸，故取其上极限偏差为零，则es1＝0，ei1＝0－TA1＝－0.1mm，es2＝es5＝0，ei2＝ei5＝0－TA2＝－0.05mm。即：，；A3和A4相当于包容尺寸，取其下极限偏差为零，则EI3＝0，EI4＝0，ES3＝0＋TA3＝+0.30mm，ES4＝0＋TA4＝+0.25mm，即：，。（6）