互换性与测量技术基础 课件 第1章 绪论

互换性与技术测量互换性与测量技术基础1结合涉及课程概述2024/9/92课程简介互换性与技术测量课程属于高等学校机械类专业的一门重要的技术基础课；标准化计量学机械设计机械制造质量控制生产管理互换性与技术测量课程概述2024/9/93课程性质《互换性与技术测量》是机械类各专业学生必修的一门专业技术基础课。它和《机械制图》、《机械原理》、《机械设计》等课程一样，是机械设计的重要基础部分。本课程的性质是研究机械结构及其零部件的精度设计和检测原理，即零部件几何参数的互换性。本课程是联系机械设计和机械制造工艺课的纽带，是从基础课过渡到专业课的桥梁。课程概述2024/9/94主要内容本课程主要涉及几何精度设计和几何精度检测两大部分。尺寸精度几何精度表面粗糙度典型零部件几何精度设计几何精度测量的基本方法原理几何精度测量的基本设备仪器几何精度检测第1章绪论第2章尺寸公差与配合第3章几何公差与检测第4章表面粗糙度第5章测量技术基础第6章典型零部件的互换性课程概述2024/9/95课程概述2024/9/96深入理解概念；及时解决问题；建议学习方法多做练习作业；课前自行预习。第一章绪论互换性与几何量测量技术（第三版）宋绪丁编著72024/9/91.1节课程研究对象、任务及基本特点2024/9/981.1.1课程的研究对象机械零部件几何参数的精度设计其目的是实现几何参数的互换性。通过国家标准，合理解决产品使用要求和制造工艺之间的矛盾，以及运用质量控制方法和测量技术，保证产品质量。精度设计：指保证机器或零部件工作时的精度方面的要求，使产品功能与经济效益能产生好的综合效应。研究对象：机械或仪器零部件几何参数的精度设计及其检测原理。1.1节课程研究对象、任务及基本特点2024/9/991.1.2课程的基本任务（1）掌握互换性和标准化的基本概念；（2）掌握公差标准内容、特点和应用原则；（3）根据功能要求，选用合适的公差与配合，即进行精度设计，并能正确地标注到图样上；（4）掌握一般几何参数测量的基础知识，会用计量器具。获得机械精度设计和检测的基本知识、技能，为机械设计、毕业设计、产品设计打下技术基础。1.1节课程研究对象、任务及基本特点2024/9/9101.1.3课程的基本特点(1)本课程从“精度”和“误差”的观点出发，研究零部件的几何参数的互换性。课程概念性和实践性特别强，定义、术语、符号、代号标准规定特别多。(2)本课程由几何量精度设计及检测两部分组成。精度设计的概念2024/9/911机械设计过程三阶段系统设计（运动设计）：确定机械的基本工作原理和总体布局，以保证总体方案的合理性与先进性。主要是传动系统、位移、速度、加速度等运动学的设计。系统设计参数设计精度设计参数设计（结构设计）：确定机构各零件几何要素的公称值，主要依据是保证系统的能量转换和工作寿命。必须按照静力学与动力学的原理，采用优化、有限元等方法进行计算，并按摩擦学和概率理论，进行可靠性设计。精度设计的概念2024/9/912精度设计（公差设计）：确定机械各零件几何要素的允许误差。（1）误差影响功能要求的满足，误差的大小与生产的经济性和产品的使用寿命密切相关。（2）误差大，即精度低，导致机械产品不能实现预定的功能要求;（3）误差小，即精度高，导致成本高，可能造成浪费。机械设计过程三阶段系统设计参数设计精度设计精度设计的概念2024/9/913机械产品报废的原因主要是丧失几何精度；机械产品的周期性检修实质上是其精度的检定和修复。精度设计常识没有足够的几何精度，机械产品就失去使用价值。几何精度已经逐渐形成一门独立的技术学科，并越来越受到工程科学与技术界的高度重视。精度设计的概念2024/9/914基本原则：尽可能经济地满足产品的功能要求。机械精度设计首先必须满足产品的功能要求。功能要求主要依赖于组成该产品的各零件的几何精度。需要对零件的功能要求进行分析，然后对不同的要求给出不同的几何精度。给出的几何精度越高，允许的误差越小，即公差愈小（允许的误差称为公差），加工难度愈大成本愈高，经济性愈差。精度设计就是正确处理好零件功能要求与经济性之间的矛盾。精度设计基本原则精度设计的概念2024/9/915精度设计的三种方法1）类比法（经验法）：将被设计产品与经过实际使用证明合理的类似产品上相应要素相比较再确定所设计零件几何要素的精度。2）计算法（公式法）：根据由某种理沦建立起来的功能要求与几何要素公差之间的定量关系，计算确定零件要素的精度。3）试验法：是最可靠的设计方法，但很少应用。加工误差与公差的概念2024/9/916任何一台机器的零件都是按一定的加工工艺加工出来的，由于现有的加工设备与工艺方法的不完善，不可能制造出绝对符合理想尺寸和形位的产品，实际生产出来的零件与设计要求之间总是会有误差的（误差公理）。加工误差包括：尺寸误差、形状误差、位置误差、表面粗糙度和表面波度等。只要把误差控制在允许的范围内，就可以保证零件的使用要求，这个允许的最大范围就是公差。（允许的误差称为公差）加工误差与公差的概念2024/9/917加工误差是不可避免的，其误差值在一定范围内变化是允许的，加工后零件的误差只要不超过零件的公差，零件是合格的。所以，公差是设计给定的，用于限制加工误差的；误差则是加工过程中产生的。尺寸形状位置表面粗糙度公差误差产品设计产品制造1.2节互换性2024/9/9181.2.1互换性的概念互换性是在特定的生产和使用条件下对精度设计的要求。只有重复生产的零件才可能有互换性的要求。车架、底盘等核心部件轴承、螺栓等非核心件因此，一般首先要进行合理的精度设计，然后再根据具体条件确定是否需满足互换性的要求。1.2节互换性2024/9/9191.2.1互换性的概念互换性的含义：指同一规格的一批零件或部件中，任取一件，不经任何选择、修配或调整，就能装在机器或仪器上，并满足原定使用功能要求的特性。零部件具有互换性应同时满足如下两个要求：①不需任何选择、修配或调整便能进行装配或维修更换；②装配或更换后能满足原定的使用性能要求。1.2节互换性2024/9/9201.2.2互换性的分类（1）按参数特性或使用要求分1)几何互换性(狭义互换性)：是指规定几何参数的公差以保证成品的几何参数充分近似所达到的互换性。是本课程所讲的互换性。2)功能互换性(广义互换性)：是指规定功能参数的公差以保证成品的功能充分近似所达到的互换性。功能参数包括几何参数、材料机械性能参数（如刚度、挠度、硬度等）以及化学、光学、电学等参数。1.2节互换性2024/9/9211.2.2互换性的分类（2）按零部件互换程度分定义：1）完全互换（也称绝对互换）：装配时不需任何挑选、调整或修配等辅助处理，功能上便具有彼此互相替换的性能。特点：装配或更换时不需要挑选或修配。如日常生活中所用电灯泡。2）不完全互换（也称有限互换）：装配前需经过挑选、调整或修配等辅助处理，功能上才具有彼此互相替换的性能。特点：装配时允许挑选、调整和修配。不完全互换分为：①分组互换：在生产中，当机器上某些相配合的部件精度要求高，加工困难，制造成本高时，往往把零件的精度适当降低，以便于制造，然后再根据实测尺寸的大小，将制成的相配零件分成若干组，使每组内的尺寸差别比较小，最后，再把同组的零件进行装配。不同组之间的零、部件不能互换。②调整互换：零、部件加工后，在装配时要用调整的方法改变尺寸或位置，才能满足功能要求。如在装配中使用调整垫片或调整镶条。③修配互换：零、部件加工后，在装配时要去除材料以改变尺寸，才能满足功能要求。如对普通车床尾座部件中的垫板进行再修磨。不完全互换主要适用于小批量和单件生产。1.2节互换性2024/9/9221.2节互换性2024/9/9231.2.2互换性的分类（3）对标准部件或机构来分：

1）外互换：指部件或机构与其外部相配件间的互换性。如滚动轴承内圈内径与轴的配合，外圈与轴承座孔的装配。2）内互换：指部件或机构内部组成零件间的互换性。如滚动轴承内、外圈滚道与滚珠或滚柱的装配。应用：一般外互换用完全互换，内互换用不完全互换。1.2节互换性2024/9/9241.2.3互换性的作用（1）使用方面：可以更加方便和快捷。（2）制造方面：有利于专业化协作生产。如C919飞机。（3）装配方面：有利于采用流水线或自动线装配。（4）设计方面：有利于简化设计程序，缩短设计周期。综上所述，零部件的互换性在机械工业生产过程中具有重要的技术与经济意义，但实现互换性必须满足两个条件：（1）零件必须按一定的公差进行设计制造(即按标准进行精度设计制造)；（2）必须按一定标准进行检验，且检验合格。1.2节互换性2024/9/9251.2.4互换性的产生与发展互换性生产始于19世纪的兵器工业．以后用于机械制造行业并逐渐扩大到其他各种行业。先由单参数(尺寸)的配合互换性发展到功能互换性。在零件的检验方面，首先用极限量规控制尺寸，然后用功能量规控制零件的形状和各尺寸间相互位置精度。现代机械工业的发展趋势是由单一品种的大批量生产向多品种的柔性生产系统(FMS)方向转变。FMS主要特点是：根据市场需求，及时改变生产线上的产品型号和规格。1.3节标准化与优先数系2024/9/9261.3.1标准制定标准的必要性：现代化工业生产的特点是规模大，协作单位多，互换性要求高，为了正确协调各生产部门和准确衔接各生产环节，必须有一种协调手段，使分散的局部的生产部门和生产环节保持必要的技术统一，成为一个有机的整体，以实现互换性生产。标准与标准化正是联系这种关系的主要途径和手段，是实现互换性的基础。1.3节标准化与优先数系2024/9/9271.3.1标准标准：是对重复性事物和概念所作的统一规定，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。标准的范围极广，种类繁多，涉及到人类生活的各个方面。本课程研究的公差标准、检测器具和方法标准，大多属于国家基础标准。1.3节标准化与优先数系2024/9/9281.3.1标准为了保证机器零件几何参数的互换性，必须制订和执行统一的互换性公差标准。我国互换性公差标准包括：极限与配合、形状和位置公差、表面粗糙度以及各种典型的联接件和传动件的精度标准。标准分类：按一般习惯分技术标准、管理标准和工作标准；按作用范围分国际标准、区域标准、国家标准、专业标准、地方标准和企业标准；按在标准系统中地位与作用分基础标准、一般标准；按法律属性分强制性标准和推荐性标准。1.3节标准化与优先数系2024/9/9291.3.1标准强制性标准颁布后，凡从事科研、生产、经营的单位和个人，都必须严格执行。推荐性标准不具有法律约束力、但一经采用，或在合同中被引用，就应该严格执行、受合同法或有关经济法的约束。我国实行强制性和推荐性两种标准。已制订了一万多项国家标准。有关几何精度的推荐性国家标准都是等同或等效采用相应的国际标准(ISO)

，有利于国际合作与交流。本课程主要涉及到三十多个基础国家标准，多为推荐性标准，用代号“GB/T”表示。1.3节标准化与优先数系2024/9/9301.3.2标准化定义：标准化是指标准的制订、发布和贯彻实施的全部活动过程，包括从调查标准化对象开始，经试验、分析和综合归纳，进而制订和贯彻标准，以后还要修订标准等等。标准化是以标准的形式体现的，也是一个不断循环、不断提高的过程。意义：标准化是组织现代化生产的重要手段，是实现互换性的必要前提，是国家现代化水平的重要标志之一。它对人类进步和科学技术发展起着巨大的推动作用。1.3节标准化与优先数系2024/9/9311.3.3优先数系与优先数机械设计中需要确定很多参数，而这些参数不是孤立的，一旦选定数值就会按照一定规律，向一切有关的参数传播。1）数值的横向传播：例如，螺栓的尺寸一旦确定，将会影响螺母、丝锥板牙、加工螺栓孔以及孔钻头等相关联尺寸。这种情况称为数值的横向传播。2）数值的纵向传播：如同一品种的某个参数从小到大取不同的值，从而形成不同规格的产品系列。这种情况称为数值的纵向传播。1.3节标准化与优先数系2024/9/9321.3.3优先数系与优先数由于数值不断关联、不断传播，所以，机械产品中的各种技术参数不能随意确定，必须对各种技术参数的数值作出统一规定。《优先数和优先数系》国家标准（GB321-80）要求工业产品技术参数尽可能采用它。在工程上的技术参数应采用优先数系。优先数系：对各种技术参数的数值进行协调、简化和统一的一种科学的数值系统。它是一个等比数列。优先数：优先数系中的任一个项值。1.3节标准化与优先数系2024/9/9331.3.3优先数系与优先数国家标准GB32l一80规定的优先数系有：R5、R10、R20和R40四个基本系列和R80补充系列，各系列的公比q如下：

R5：q5＝≈1.60

R10：q10＝≈1.25

R20：q20＝≈1.12

R40：q40＝≈1.06R80：q80＝≈1.031.3节标准化与优先数系2024/9/9341.3.3优先数系与优先数优先数系在公差标准中得到广泛应用，现己被国际标准化组织采纳为统一的标准数值制。若取基本系列中每二、三或四项之值所得到的是派生系列，用基本系列代号之后加一斜线和表示项数的数字(2、3、4)来表示。例如：

R5／2：1、2.5、6.3、16、40、100……R10／3：1、2、4、8、l6、31.5、63……1.3节标准化与优先数系2024/9/