互换性与测量技术基础.ppt

1、互换性与测量技术基础,重庆市北碚区田中职业技术培训学校,课题一、绪论,互换性及标准化的基本含义,课题内容,基本要求：了解互换性的意义、标准化的概念、机械精度设计的基本原则、主要方法、本课程的研究对象、任务及要求。 重点内容：掌握互换性和标准化的概念，本课程的研究对象、任务及要求。 难点内容：机械精度设计的基本原则及主要方法。,互换性的概念,概念：同一规格的一批零部件，任取其一，不经任何挑选和修配就能装在机器上，并能满足其使用功能要求的特性叫做互换性。 举例：机器上的螺钉、灯泡，自行车、缝纫机、钟表上的零部件。 机械制造业中的互换性通常包括几何参数和力学性能的互换性的互换，本课程仅讨论几何参数的

2、互换性。,互换性的分类,分类：互换性按其互换程度分为完全互换和不完全互换。 定义：完全互换装配时不需挑选和修配。不完全互换装配时允许挑选、调整和修配。 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。,互换性的意义,设计方面：可以最大限度地采用标准件、通用件和标准部件，大大简化了绘图和计算工作，缩短了设计周期，并有利于计算机辅助设计和产品的多样化。 制造方面：有利于组织专业化生产，便于采用先进工艺和高效率的专用设备，有利于计算机辅助制造，及实现加工过程和装配过程机械化、自动化。 使用维修方面：减少了机器的使用和维修的时间和费用，提高了机器的使用价值。,标准

3、和标准化的引入,要使具有互换性的产品几何参数完全一致，是不可能，也是不必要的。在此情况下，要使同种产品具有互换性，只能使其几何参数、功能参数充分近似。其近似程度可按产品质量要求的不同而不同。允许零件几何参数的变动量称为公差。现代化生产的特点是品种多、规模大、分工细和协作多。为使社会生产有序地进行，必须通过标准化使产品规格品种简化，使分散的、局部的生产环节相互协调和统一。,标准的概念,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。

4、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。,标准的分类,标准按不同的级别颁发。我国标准分为国家标准、行业标准、地方标准和企业标准。 对需要在全国范围内统一的技术要求，应当制定国家标准，代号为GB，对没有国家标准而又需要在全国某个行业范围内统一的技术要求，可制定行业标准，如机械标准（JB）等；对没有国家标准和行业标准而又需要在某个范围内统一的技术要求，可制定地方标准或企业标准，它们的代号分别用DB、QB表示。,国际标准化组织（ISO）,在国际上，为了促进世界各国在技术上的统一，成立了国际标准化组织（简称ISO）和国际电工委员会（简称IEC），由这两个组织负责制定和颁发国际标

5、准。我国于1978年恢复参加ISO组织后。陆续修订了自己的标准。修订的原则是，在立足我国生产实际的基础上向ISO靠拢，以利于加强我国在国际上的技术交流和产品互换。,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。,优先数和优先数系的引入,在机械设计中，常常需要确定很多参数，而这些参数

6、往往不是孤立的，一旦选定，这个数值就会按照一定规律，向一切有关的参数传播。例如，螺栓的尺寸一旦确定，将会影响螺母的尺寸、丝锥板牙的尺寸、螺栓孔的尺寸以及加工螺栓孔的钻头的尺寸等。由于数值如此不断关联、不断传播，所以，机械产品中的各种技术参数不能随意确定。 为使产品的参数选择能遵守统一的规律，使参数选择一开始就纳入标准化轨道，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（GB32180）就是其中最重要的一个标准，要求工业产品技术参数尽可能采用它。,优先数和优先数系,GB32180中规定以十进制等比数列为优先数系，并规定了五个系列，它们分别用系列符号R5、 R10、 R20、 R

7、40和R80表示，其中前四个系列作为基本系列， R80为补充系列，仅用于分级很细的特殊场合。各系列的公比为； R5的公比： q51.60； R10的公比： q101.25； R20的分比： q201.12； R40的公比： q401.06； R80的公比： q801.03。,优先数和优先数系的特点,优先数系的五个系列中任一个项值均为优先数。按公比计算得到的优先数的理论值，除10的整数幂外，都是无理数，工程技术上不能直接应用。实际应用的都是经过圆整后的近似值。根据圆整的精确程度，可分为： （1）计算值：取五位有效数字，供精确计算用。 （2）常用值：即经常使用的通常所称的优先数，取三位有效数字。

8、国家标准规定的优先数系分档合理，疏密均匀，有广泛的适用性，简单易记，便于使用。常见的量值，如长度、直径、转速及功率等分级，基本上都是按一定的优先数系进行的。本课程所涉及的有关标准里，诸如尺寸分段、公差分级及表面粗糙度的参数系列等，基本上采用优先数系。（见书中P4表1-1）,几何量的检测,完工后的零件是否满足公差要求，要通过检测加以判断。检测包含检验与测量。 检验是确定零件的几何参数是否在规定的极限范围内，并作出合格性判断，而不必得出被测量的具体数值； 测量是将被测量与作为计量单位的标准量进行比较，以确定被测量的具体数值的过程。 意义：检测不仅用来评定产品质量，而且用于分析产生不合格品的原因，及

9、时调整生产，监督工艺过程，预防废品产生。检测是机械制造的“眼睛”。产品质量的提高，除设计和加工精度的提高外，往往更有赖于检测精度的提高。所以，合理地确定公差与正确进行检测，是保证产品质量、实现互换性生产的两个必不可少的条件和手段。,机械精度设计概述,一般来说，在机械产品的设计过程中，需要进行以下三方面的分析计算： （1）运动分析与计算。根据机器或机构应实现的运动，由运动学原理，确定机器或机构的合理的传动系统，选择合适的机构或元件，以保证实现预定的动作，满足机器或机构的运动方面的要求。 （2）强度的分析与计算。根据强度、刚度等方面的要求，决定各个零件的合理的基本尺寸，进行合理的结构设计，使其在工

10、作时能承受规定的负荷，达到强度和刚度方面的要求。 （3）几何精度的分析与计算。零件基本尺寸确定后，还需要进行精度计算，以决定产品各个部件的装配精度以及零件的几何参数和公差。 本书主要讨论的是几何精度的分析与计算。,精度设计原则,互换性原则：机械零件几何参数的互换性是指同种零件在几何参数方面能够彼此互相替换的性能。 经济性原则：工艺性 、合理的精度要求、合理选材、合理的调整环节、提高寿命。 匹配性原则：根据机器或位置中各部分各环节对机械精度影响程度的不同，对各部分各环节提出不同的精度要求和恰当的精度分配，做到恰到好处，这就是精度匹配原则。 最优化原则：探求并确定各组成零、部件精度处于最佳协调时的

11、集合体。例如探求并确定先进工艺，优质材料等。,本课程的研究对象及任务,本课程是机械类及相关专业的一门重要的技术基础课，从“精度”和“误差”两方面去分析研究机械零件及机构的几何参数，学完本课程后应达到如下要求： 掌握互换性和标准化的基本概念； 了解本课程所介绍的各个公差标准和基本内容，掌握其特点和应用原则； 学会根据机器和零件的功能要求，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； 掌握一般几何参数测量的基础知识； 了解各种典型零件的测量方法，学会使用常用的计量器具。,第二章 几何量测量基础,几何量测量的基本概念,基本内容,概述：检测的意义、测量的基本要素、检测的一般步骤 计量

12、单位与量值传递 ：长度单位及其基准 、量块、长度的量值传递 测量器具与测量方法 ： 测量器具的分类、 测量器具的技术性能指标 、 测量方法分类 测量误差 ：测量误差及表达式 、误差的分类 、 误差的来源及减小其影响的措施、测量不确定度、 测量数据的处理,检测的意义,为了满足机械产品的功能要求，在正确合理地完成了可靠性、使用寿命、运动精度等方面的设计以后，还须进行加工和装配过程的制造工艺设计，即确定加工方法、加工设备、工艺参数、生产流程及检测手段。其中，特别重要的环节就是质量保证措施中的精度检测。 “检测”就是确定产品是否满足设计要求的过程，即判断产品合格性的过程。检测的方法可以分为两类：定性检

13、验和定量测试。定性检验的方法只能得到被检验对象合格与否的结论，而不能得到其具体的量值。因其检验效率高、检验成本低而在大批量生产中得到广泛应用。定量测试的方法是在对被检验对象进行测量后，得到其实际值并判断其是否合格的方法。,测量的基本要素,“测量”是以确定量值为目的的全部操作。测量过程实际上就是一个比较过程，也就是将被测量与标准的单位量进行比较，确定其比值的过程。若被测量为L，计量单位为u，确定的比值为q，则测量可表示为 L=qu 一个完整的测量过程应包含被测量、计量单位、测量方法（含测量器具）和测量精度等四个要素。,被测量,被测量在机械精度的检测中主要是有关几何精度方面的参数量，其基本对象是长

14、度和角度。但是，长度量和角度量在各种机械零件上的表现形式却是多种多样的，表达被测对象性能的特征参数也可能是相当复杂的。因此，认真分析被测对象的特性，研究被测对象的含义是十分重要的。例如，表面粗糙度的各种评定参数，齿轮的各种误差项目，尺寸公差与形位公差之间的独立与相关关系等等。,计量单位,计量单位（简称单位）是以定量表示同种量的量值而约定采用的特定量。我国规定采用以国际单位制（SI）为基础的“法定计量单位制”。它是由一组选定的基本单位和由定义公式与比例因数确定的导出单位所组成的。如“米”、“千克”、“秒”、“安”等为基本单位。机械工程中常用的长度单位有“毫米”、“微米” 和“纳米” ，常用的角度

15、单位是非国际单位制的单位“度”、“分”、“秒”和国际单位制的辅助单位“弧度”、“球面度” 。 在测量过程中，测量单位必须以物质形式来体现，能体现计量单位和标准量的物质形式有：光波波长、精密量块、线纹尺、各种圆分度盘等。,测量方法,测量方法是根据一定的测量原理，在实施测量过程中对测量原理的运用及其实际操作。 广义地说，测量方法可以理解为测量原理、测量器具（计量器具）和测量条件（环境和操作者）的总和。 在实施测量过程中，应该根据被测对象的特点（如材料硬度、外形尺寸、生产批量、制造精度、测量目的等）和被测参数的定义来拟定测量方案、选择测量器具和规定测量条件，合理地获得可靠的测量结果。,测量精度,测量

16、结果与真值的一致程度。不考虑测量精度而得到的测量结果是没有任何意义的。 真值的定义为：当某量能被完善地确定并能排除所有测量上的缺陷时，通过测量所得到的量值。 由于测量会受到许多因素的影响，其过程总是不完善的，即任何测量都不可能没有误差。对于每一个测量值都应给出相应的测量误差范围，说明其可信度。,检测的一般步骤,确定被检测项目 认真审阅被测件图纸及有关的技术资料，了解被测件的用途，熟悉各项技术要求，明确需要检测的项目。 设计检测方案 根据检测项目的性质、具体要求、结构特点、批量大小、检测设备状况、检测环境及检测人员的能力等多种因素，设计一个能满足检测精度要求，且具有低成本、高效率的检测预案。 选

17、择检测器具 按照规范要求选择适当的检测器具，设计、制作专用的检测器具和辅助工具，并进行必要的误差分析。,检测的一般步骤（续）,检测前准备 清理检测环境并检查是否满足检测要求，清洗标准器、被测件及辅助工具，对检测器具进行调整使之处于正常的工作状态。 采集数据 安装被测件，按照设计预案采集测量数据并规范地作好原始记录。 数据处理 对检测数据进行计算和处理，获得检测结果。 填报检测结果 将检测结果填写在检测报告单及有关的原始记录中，并根据技术要求作出合格性的判定。,长度单位与计量基准,在国际单位制及我国法定计量单位中，长度的基本单位名称是“米”，其单位符号为“m”。 “米”的定义于18世纪末始于法国

18、，当时规定“米等于经过巴黎的地球子午线的四千万分之一”。19世纪“米”逐渐成为国际通用的长度单位。1889年在法国巴黎召开了第一届国际计量大会，从国际计量局订制的30根米尺中，选出了作为统一国际长度单位量值的一根米尺，把它称之为“国际米原器”。 1983年第17届国际计量大会又更新了米的定义，规定：“米”是在真空中在1/299792458s的时间间隔内行进路程的长度。,量块,使用波长作为长度基准，虽然可以达到足够的精确度，但因对复现的条件有很高的要求，不便在生产中直接用于尺寸的测量。因此，需要将基准的量值按照定义的规定，复现在实物计量标准器上。常见的实物计量标准器有量块（块规）和线纹尺。 量块

19、用铬锰钢等特殊合金钢或线膨胀系数小、性质稳定、耐磨以及不易变形的其它材料制成。其形状有长方体和圆柱体两种，常用的是长方体。,量块的构成,长方体的量块有两个平行的测量面，其余为非测量面。测量面极为光滑、平整，其表面粗糙度Ra值达0.012m以上，两测量面之间的距离即为量块的工作长度（标称长度）。标称长度到5.5mm的量块，其公称值刻印在上测量面上；标称长度大于5.5mm的量块，其公称长度值刻印在上测量面左侧较宽的一个非测量面上,量块的用途,作为长度尺寸标准的实物载体，将国家的长度基准按照一定的规范逐级传递到机械产品制造环节，实现量值统一。 作为标准长度标定量仪，检定量仪的示值误差。 相对测量时以

20、量块为标准，用测量器具比较量块与被测尺寸的差值。 也可直接用于精密测量、精密划线和精密机床的调整。,量块的精度（级）,按国标GB6093-85，量块按制造精度分6级，即00、0、1、2、3和K级，其中00级精度最高，3级最低，K级为校准级，主要根据量块长度极限偏差、测量面的平面度、粗糙度及量块的研合性等指标来划分的。 量块生产企业大都按“级”向市场销售量块。用量块长度极限偏差（中心长度与标称长度允许的最大误差）控制一批相同规格量块的长度变动范围；用量块长度变动量（量块最大长度与最小长度之差）控制每一个量块两测量面间各对应点的长度变动范围。用户则按量块的标称尺寸使用量块。因此，按“级”使用量块必

21、然受到量块长度制造偏差的影响，将把制造误差带入测量结果。,量块的精度（等）,制造高精度的量块的工艺要求高、成本也高，而且即使制造成高精度量块，在使用一段时间后，也会因磨损而引起尺寸减小，使其原有的精度级别降低。因此，经过维修或使用一段时间后的量块，要定期送专业部门按照标准对其各项精度指标进行检定，确定符合哪一“等”，并在检定证书中给出的标称尺寸的修正值。 标准规定了量块按其检定精度分为六等，即1、2、3、4、5、6等，其中1等精度最高，6等精度最低，“等”主要依据量块中心长度测量的极限偏差和平面平行性允许偏差来划分的。,量块的“级”与“等”,量块的“级”和“等”是从成批制造和单个检定两种不同的

22、角度出发，对其精度进行划分的两种形式。 按“级”使用时，以标记在量块上的标称尺寸作为工作尺寸，该尺寸包含其制造误差。 按“等”使用时，必须以检定后的实际尺寸作为工作尺寸，该尺寸不包含制造误差，但包含了检定时的测量误差。 就同一量块而言，检定时的测量误差要比制造误差小得多。所以，量块按“等”使用时其精度比按“级”使用要高，且能在保持量块原有使用精度的基础上延长其使用寿命。,量块的选用,量块是定尺寸量具，一个量块只有一个尺寸。为了满足一定范围的不同要求，量块可以利用其测量面的高精度所具有粘合性，将多个量块研合在一起，组合使用。根据标准GB609385规定，我国成套生产的量块共有17中套别，每套的块

23、数分别为91、83、46、12、10、8、6、5、等。表3-4所列为83块组和91块组一套的量块的尺寸系列。 粘合性：测量层表面有一层极薄的油膜，在切向推合力的作用下，由于分子间吸引力，使两量块研合在一起的特性。,量块的选用,量块的组合,为了减少量块的组合误差，应尽量减少量块的组合块数，一般不超过4块。选用量块时，应从所需组合尺寸的最后一位数开始，每选一块至少应减去所需尺寸的一位尾数。例如，从83块一套的量块中选取尺寸为36.745mm的量块组，选取方法为： 36.745 所需尺寸 1.005 第一块量块尺寸 1.24 第二块量块尺寸 4.5 第三块量块尺寸 30.0 第四块量块尺寸,量块使用

24、的注意事情项,量块必须在使用有效期内，否则应及时送专业部门检定。 使用环境良好，防止各种腐蚀性物质及灰尘对测量面的损伤，影响其粘合性。 分清量块的“级”与“等”，注意使用规则。 所选量块应用航空汽油清洗、洁净软布擦干，待量块温度与环境温度相同后方可使用。 轻拿、轻放量块，杜绝磕碰、跌落等情况的发生。 不得用手直接接触量块，以免造成汗液对量块的腐蚀及手温对测量精确度的影响。 使用完毕，应用航空汽油清洗所用量块，并擦干后涂上防锈脂存于干燥处。,长度的量值传递,量值传递是“将国家计量基准所复现的计量值，通过检定（或其它方法）传递给下一等级的计量标准（器），并依次逐级传递到工作计量器具上，以保证被测对

25、象的量值准确一致的方式”。 我国长度量值传递系统如图所示，从最高基准谱线向下传递，有两个平等的系统，即端面量具（量块）和刻线量具（线纹尺）系统。其中尤以量块传递系统应用最广。,量值的传递,量值系统的建立和执行，保证了国家计量行政机关自上而下的对量值进行合理的统一控制。企业要确保产品质量，增强市场竞争力，必须主动采取措施，保证量值的可靠。因此，在GB/T9000“质量管理和质量保证”系列标准中，对企业的测量设备（器具）提出了“溯源性”的要求，即测量结果必须具有能与国家计量基准或国际计量基准相联系的特性。所用计量器具要获得这一特性，就必须经过具有较高准确度的计量标准的检定，而该计量标准又需受到上一

26、级计量标准的检定，逐级往上溯源，直至国家计量基准或国际计量基准，实现企业的量值在国际范围内的合理的统一。,角度的量值传递,角度基准与长度基准有本质的区别。角度的自然基准是客观存在的，不需要建立，因为一个整圆所对应的圆心角是定值（2rad或360）。因此，将整圆任意等分得到的角度的实际大小，可以通过各角度相互比较，利用圆周角的封闭性求出，实现对角度基准的复现。 为了检定和测量需要，仍然要建立角度度量的基准 。,测量器具的分类,是一种具有固定形态、用以复现或提供一个或多个已知量值的器具。按用途的不同量具可分为以下几类： 单值量具 只能体现一个单一量值的量具。可来校对和调整其它测量器具或作为标准量与

27、被测量直接进行比较。如量块、角度量块等。 多值量具 可体现一组同类量值的量具。同样能校对和调整其它测量器具或作为标准量与被测量直接进行比较。如线纹尺、90角尺等。,测量器具的分类（续）,专用量具 专门用来检验某种特定参数的量具。常见的有：检验光滑圆柱孔或轴的光滑极限量规，判断内螺纹或外螺纹合格性的螺纹量规，判断复杂形状的表面轮廓合格性的检验样板，用模拟装配通过性来检验装配精度的功能量规等等。 通用量具 我国习惯上将结构比较简单的测量仪器称为通用量具。如游标卡尺、外径千分尺、百分表等。,测量器具的技术性能指标,量具的标称值 标注在量具上用以标明其特性或指导其使用的量值。如标在量块上的尺寸，标在刻

28、线尺上的尺寸，标在角度量块上的角度等。 刻线间距 测量器具标尺或刻度盘上两相邻刻线中心间的距离。为便于读数，一般做成刻线间距为0.752.5mm的等距离刻线。 分度值 测量器具的标尺上，相邻两刻线所代表的量值之差。如一外径千分尺的微分筒上相邻两刻线所代表的量值之差为0.01mm，则该测量器具的分度值为0.01mm。分度值是一种测量器具所能直接读出的最小单位量值，它反映了读数精度的高低，从一个侧面说明了该测量器具的测量精度高低。,测量器具的技术性能指标（续）,示值 由测量器具所指示的被测量值。 示值范围 由测量器具所显示或指示的最低值到最高值的范围。如机械式比较仪的示值范围为-0.1+0.1mm

29、（或0.1mm），如图所示。 测量范围 在允许不确定度内，测量器具所能测量的被测量值的下限值至上限值的范围。例如，外径千分尺的测量范围有025mm、2550mm等，机械式比较仪的测量范围为0180mm，如图所示。 测量力 在接触式测量过程中，测量器具测头与被测量面间的接触压力。测量力太大会引起弹性变形，测量力太小会影响接触的稳定性。,测量器具的技术性能指标（续）,灵敏度 计量器具反映被测几何量微小变化的能力。如果被测参数的变化量为L，引起测量器具示值变化量为x，则灵敏度S=x/L。当分子分母为同一类量时，灵敏度又称放大比K。 灵敏阈 引起测量器具示值可觉察变化的被测量值的最小变化量。反映量仪对

30、被测量值微小变动的不敏感程度。 重复性 在规定的使用条件下，重复用相同的激励，测量仪器给予出非常相似响应的能力。反映的是测量仪器的工作稳定性,测量器具的技术性能指标（续）,示值误差 测量仪器的示值与被测量的真值之差。示值误差是测量仪器本身各种误差的综合反映。因此，仪器示值范围内的不同工作点，示值误差是不相同的。一般可用适当精度的量块或其它计量标准器，来检定测量器具的示值误差。 回程误差 在相同条件下，被测量值不变，测量器具行程方向不同时，两示值之差的绝对值。它是由测量器具中测量系统的间隙、变形和磨擦等原因引起的。,测量方法分类,1、按所测得的量（参数）是否为欲测之量分类 直接测量 从测量器具的

31、读数装置上得到欲测之量的数值或对标准值的偏差。例如用游标卡尺、外径千分尺测量外圆直径，用比较仪测量长度尺寸等。 间接测量 先测出与欲测之量有一定函数关系的相关量，然后按相应的函数关系式，求得欲测之量的测量结果。,相对法测量举例,例如用“弦高法”测量大尺寸圆柱体的直径，由弦长S与弦高H的测量结果，可求得直径D的实际值，如图所示。由图可得 对上式微分后，得到测量结果的测量误差为 式中 dS弦长S的测量误差 dH弦高H的测量误差,测量方法分类 （续）,2、按测量结果的读数值不同分类 绝对测量 从测量器具上直接得到被测参数的整个量值的测量。例如用游标卡尺测量零件轴径值。 相对测量 将被测量和与其量值只

32、有微小差别的同一种已知量（一般为测量标准量）相比较，得到被测量与已知量的相对偏差。例如比较仪用量块调零后，测量轴的直径，比较仪的示值就是量块与轴径的量值之差。,测量方法分类 （续）,3、按被测件表面与测量器具测头是否有机械接触分类 接触测量 测量器具的测头与零件被测表面接触后有机械作用力的测量。如用外径千分尺、游标卡尺测量零件等。为了保证接触的可靠性，测量力是必要的，但它可能使测量器具及被测件发生变形而产生测量误差，还可能造成对零件被测表面质量的损坏。 非接触测量 测量器具的感应元件与被测零件表面不直接接触，因而不存在机械作用的测量力。属于非接触测量的仪器主要是利用光、气、电、磁等作为感应元件

33、与被测件表面联系。如干涉显微镜、磁力测厚仪、气动量仪等。,测量方法分类 （续）,4、按测量在工艺过程中所起作用分类 主动测量 在加工过程中进行的测量。其测量结果直接用来控制零件的加工过程，决定是否继续加工或判断工艺过程是否正常、是否需要进行调整，故能及时防止废品的发生，所以又称为积极测量。 被动测量 加工完成后进行的测量。其结果仅用于发现并剔除废品，所以被动测量又称消极测量。,测量方法分类 （续）,5、按零件上同时被测参数的多少分类 单项测量 单独地、彼此没有联系地测量零件的单项参数。如分别测量齿轮的齿厚、齿形、齿距等。这种方法一般用于量规的检定、工序间的测量，或为了工艺分析、调整机床等目的。

34、 综合测量 检测零件几个相关参数的综合效应或综合参数，从而综合判断零件的合格性。例如齿轮运动误差的综合测量、用螺纹量规检验螺纹的作用中径等。综合测量一般用于终结检验，其测量效率高，能有效保证互换性，在大批量生产中应用广泛。,测量方法分类 （续）,6、按被测工件在测量时所处状态分类 静态测量 测量时被测件表面与测量器具测头处于静止状态。例如用外径千分尺测量轴径、用齿距仪测量齿轮齿距等。 动态测量 测量时被测零件表面与测量器具测头处于相对运动状态，或测量过程是模拟零件在工作或加工时的运动状态，它能反映生产过程中被测参数的变化过程。例如用激光比长仪测量精密线纹尺，用电动轮廓仪测量表面粗糙度等。,测量

35、方法分类 （续）,7、按测量中测量因素是否变化分类 等精度测量 在测量过程中，决定测量精度的全部因素或条件不变。例如，由同一个人，用同一台仪器，在同样的环境中，以同样方法，同样仔细地测量同一个量。在一般情况下，为了简化测量结果的处理，大都采用等精度测量。实际上，绝对的等精度测量是做不到的。 不等精度测量 在测量过程中，决定测量精度的全部因素或条件可能完全改变或部分改变。由于不等精度测量的数据处理比较麻烦，因此一般用于重要的科研实验中的高精度测量。,第三章 孔、轴公差与配合,基本术语及定义,基本要求,基本内容：本课题主要论述几何量的基本概念，有关几何量精度的基本术语和定义，几何参数误差，线性尺寸

36、精度，角度尺寸精度，形状和位置精度，公差原则和表面精度。 重点内容：线性尺寸精度,基本几何量精度（一）,几何量包括长度尺寸精度和角度尺寸精度。 几何量精度是指这些几何参数的精度。几何量精度设计的主要任务是要使机械产品能够满足几何参数互换性的要求。 本次课主要论述几何量的基本概念，有关几何量精度的基本术语和定义，长度即线性尺寸精度。简述角度尺寸精度。,有关几何量精度的基本术语和定义,孔和轴 尺寸：尺寸、基本尺寸、实际尺寸、作用尺寸、极限尺寸、实体尺寸 偏差与公差 尺寸公差带图 加工误差与公差的关系 合格性判定原则,孔和轴 在满足互换性的配合中，孔和轴具有广泛的含义，即： 孔指圆柱形内表面及其它内

37、表面中，由单一尺寸确定的部分，其尺寸由D表示； 轴指圆柱形的外表面及其它外表面中由单一尺寸确定的部分，其尺寸由d 表示。 即：孔为包容面，轴为被包容面。如图所示。,d1,D 1,D 2,有关尺寸的概念（一）,尺寸：用特定单位表示长度值的数字。 基本尺寸：由设计给定的尺寸，一般要求符合标准的尺寸系列。 实际尺寸：通过测量所得的尺寸。包含测量误差，且同一表面不同部位的实际尺寸往往也不相同。用Da、da表示。 极限尺寸：允许尺寸变化的两个界限值。两者中大的称为最大极限尺寸，小的称为最小极限尺寸。孔和轴的最大、最小极限尺寸分别为 Dmax、dmax和Dmin、 dmin表示。,有关尺寸的概念（二）,作

38、用尺寸 孔的作用尺寸Dm：在配合的全长上，与实际孔内接的最大理想轴的尺寸；Dm=Da-t形 轴的作用尺寸dm ：在配合的全长上，与实际轴外接的最小理想孔的尺寸。 内接的最大理想轴 外接的最小理想孔 实际孔 实际轴 孔的作用尺寸 轴的作用尺寸 dm=da+t形作用尺寸 孔的作用尺寸Dm：在配合的全长上，与实际孔内接的最大理想轴的尺寸；Dm=Da-t形 轴的作用尺寸dm ：在配合的全长上，与实际轴外接的最小理想孔的尺寸。,实际孔,实际轴,孔的作用尺寸,轴的作用尺寸,内接的最大理想轴,外接的最小理想孔,有关尺寸的概念（三）,最大实体尺寸（MMS）：对应于孔或轴的最大材料量（实体大小）的那个极限尺寸，

39、 即：轴的最大极限尺寸dmax；孔的最小极限尺寸Dmin。 最小实体尺寸（LMS）：对应于孔或轴的最小材料量（实体大小）的那个极限尺寸， 即：轴的最小极限尺寸dmin；孔的最大极限尺寸Dmax。,偏差与公差,偏差：某一尺寸减去基本尺寸所得的代数差。包括实际偏差和极限偏差。极限偏差又分上偏差（ES、es）和下偏差（EI、ei）。 ES=Dmax-D es=dmax-d EI=Dmin-D ei=dmin-d 公差：允许尺寸的变动量。等于最大极限尺寸与最小极限尺寸之代数差的绝对值。孔、轴的公差分别用Th和Ts表示。 Th= Dmax- Dmin = ES-EI Ts= dmax- dmin = e

40、s-ei,公差与极限偏差的比较,两者区别： 从数值上看：极限偏差是代数值，正、负或零值是有意义的；而公差是允许尺寸的变动范围，是没有正负号的绝对值，也不能为零（零值意味着加工误差不存在，是不可能的）。实际计算时由于最大极限尺寸大于最小极限尺寸，故可省略绝对值符号。 从作用上看：极限偏差用于控制实际偏差，是判断完工零件是否合格的根据，而公差则控制一批零件实际尺寸的差异程度。 从工艺上看：对某一具体零件，公差大小反映加工的难易程度，即加工精度的高低，它是制定加工工艺的主要依据，而极限偏差则是调整机床决定切削工具与工件相对位置的依据。 两者联系：公差是上、下偏差之代数差的绝对值，所以确定了两极限偏差

41、也就确定了公差。,尺寸公差带图,由于公差与偏差的数值相差较大，不便用同一比例表示， 故采用公差带图。 零线：表示基本尺寸的一条直线，以其为基准确定偏差和公差，零线以上为正，以下为负。 尺寸公差带：由代表上、下偏差的两条直线所限定的一个区域。公差带有两个基本参数，即公差带大小与位置。大小由标准公差确定，位置由基本偏差确定。 基本偏差：标准中表列的，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极限偏差。 标准公差：标准中表列的，用确定公差带大小的任一公差。,孔,轴,0,基本尺寸,ES,EI,es,ei,Th,T s,+,-,尺寸公差带图（举例）,画出基本尺寸为 50，最大极限

42、尺寸为 50 .025 、最小极限尺寸为 50 mm的孔与最大极限尺寸为 49.975 、最小极限尺寸为 49.959mm的轴的公差带图。,0,+,-,50,孔,轴,+0.025,-0.025,-0.041,举例(基本概念),50H10的孔和50js10的轴，已知IT10=0.100mm，其ES=mm，EI=mm，es=mm，ei=mm。 已知基本尺寸为50mm的轴，其最小极限尺寸为49.98mm，公差为0.01mm，则它的上偏差是mm，下偏差是mm。 常用尺寸段的标准公差的大小，随基本尺寸的增大而，随公差等级的提高而。 mm孔的基本偏差数值为， mm轴的基本偏差数值为mm。 尺寸80JS8，

43、已知IT8=46m，则其最大极限尺寸是mm，最小极限尺寸是mm。 孔和轴的公差带由决定大小，由决定位置。 50H10的孔和50js10的轴，已知IT10=0.100mm，其ES=mm，EI=mm，es=mm，ei=mm。,加工误差与公差的关系,工件在加工过程中，由于工艺系统误差的影响，使加工后的零件的几何参数与与理想值不相符合，其差别称为加工误差。其中包括： 尺寸误差：实际尺寸与理想尺寸之差。 几何形状误差：宏观几何形状误差（形状误差，由工艺系统误差所造成）、微观几何形状误差（表面粗糙度，刀具在工件上留下的波峰和波长）、表面波度误差（加工过程中振动引起的）。 位置误差：各要素之间实际相对位置与

44、理想位置的差值。 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，加工后的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。,合格性判定原则极限尺寸判断原则,工件除线性尺寸误差外，还存在形状误差，为正确地判断工件尺寸的合格性，规定了极限尺寸判断原则，即泰勒原则。其内容为： 孔或轴的作用尺寸不超过最大实体尺寸，任何位置的实际尺寸不允许超过最小实体尺寸。 DmDmin ， DaDmax dmdmax ， dadmin,配合及配合制,各种基本偏差所形成配合的特征,基本要求,基本内容：了解有关配合的基本概念，掌握光滑圆柱结合的配

45、合基准制。 重点内容：有关配合的基本计算、基准制。 难点内容：基准制。,配合与配合制,配合的概念 配合的种类 配合公差 配合制,配合的概念,基本尺寸相同，相互结合的孔、轴公差带之间的关系，称为配合。在前面我们学过有关尺寸、偏差和公差的有关术语和定义，为清楚表示各术语间关系，可作公差与配合示意图。简化它们的关系，即可作公差带图。,D（d）,Dmax,Dmin,dmin,dmax,ES,EI,TD,Td,es,ei,零线,孔,轴,配合的类别,通过公差带图，我们能清楚地看到孔、轴公差带之间的关系。根据其公带位置不同，可分为三种类型：间隙配合、过盈配合和过渡配合。,0,+,-,基本尺寸,孔,轴,孔,轴

46、,孔,轴,配合制,改变孔和轴的公差带位置可以得到很多配合，为便于现代大生产，简化标准，标准对配合规定了两种配合制：基孔制和基轴制。 基孔制：基本偏差为一定的孔的公差带与不同基本偏差轴的公差带形成各种配合的一种制度。基孔制中的孔为基准孔，其下偏差为零。,0,+,-,基本尺寸,孔,轴,轴,轴,轴,轴,轴,轴,间隙配合,过渡配合,过盈配合,过渡 或过盈,轴,配合制（续）,基轴制：基本偏差为一定的轴的公差带与不同基本偏差孔的公差带形成各种配合的一种制度。基轴制中的轴为基准轴，其上偏差为零。,0,+,-,轴,孔,孔,孔,孔,孔,孔,孔,间隙配合,过渡配合,过盈配合,过渡 或过盈,孔,间隙配合,具有间隙（

47、包括最小间隙为零）的配合称为间隙配合。此时，孔的公差带在轴的公差带之上。 其特征值是最大间隙X max和最小间隙X min。 孔的最大极限尺寸减去轴的最小极限尺寸所得的代数差称为最大间隙，用X max表示。 X max=D max- dmin=ES - ei 孔的最小极限尺寸减去轴的最大极限尺寸所得的代数差称为最小间隙，用X min表示。 X min=D min - d max =EI - es 实际生产中，平均间隙更能体现其配合性质。 X av =（X max +X min）/2,孔,Xmax,Xmin,0,+,-,轴,过盈配合,具有过盈（包括最小过盈等于零）的配合称为过盈配合。此时，孔的公

48、差带在轴的公差带之下。 其特征值是最大过盈Y max和最小过盈Y min。 孔的最小极限尺寸减去轴的最大极限尺寸所得的代数差称为最大过盈，用Y max表示。 Y max= D min- d max =EI - es 孔的最大极限尺寸减去轴的最小极限尺寸所得的代数差称为最小过盈，用Y min表示。 Y min= D max - dmin=ES - ei 实际生产中，平均过盈更能体现其配合性质。 Y av =（Y max +Y min）/2,轴,0,+,-,Ymax,Ymin,孔,过渡配合,可能具有间隙也可能具有过盈的配合称为过渡配合。此时，孔的公差带与轴的公差带相互重叠。 其特征值是最大间隙X

49、max和最大过盈Y max。 孔的最大极限尺寸减去轴的最小极限尺寸所得的代数差称为最大间隙，用X max表示。 X max= D max- dmin=ES - ei 孔的最小极限尺寸减去轴的最大极限尺寸所得的代数差称为最大过盈，用Y max表示。 Y max = D min- d max =EI - es 实际生产中，其平均松紧程度可能表示为平均间隙，也可能表示为平均过盈。 即： X av （或Y av ）=（X max +Y max）/2,孔,轴,0,+,-,Xmax,Ymax,配合公差,配合公差是指允许间隙或过盈的变动量。它是设计人员根据机器配合部位使用性能的要求对配合松紧变动的程度给定的

50、允许值。它反映配合的松紧变化程度，表示配合精度，是评定配合质量的一个重要的综合指标。 在数值上，它是一个没有正、负号，也不能为零的绝对值。它的数值用公式表示为： 对于间隙配合 Tf =XmaxXmin 对于过盈配合 Tf =YminYmax 对于过渡配合 Tf =XmaxYmax 将最大、最小间隙和过盈分别用孔、轴极限尺寸或极限偏差换算后代入上式，则得三类配合的配合公差的共同公式为： Tf = Th +Ts,有关计算,计算:孔 mm与轴 mm 孔 mm与轴 mm 孔 mm与轴 mm 配合的极限间隙或极限过盈、配合公差并画出公差带图，说明配合类别。,0,0,0,+,+,+,-,-,-,50,50

51、,50,+0.025,-0.025,-0.041,+0.025,+0.059,+0.043,+0.025,+0.018,+0.002,计算,解：（1） 最大间隙 Xmax=ES-ei=+0.025-(-0.041)= +0.066 mm 最小间隙 Xmin=EI-es=0-(-0.025)= +0.025 mm 配合公差 T f =XmaxXmin=+0.066-(+0.025) = 0.041 mm (2) 最大过盈 Ymax=EI-es=0-(+0.059)= -0.059mm 最小过盈 Ymin=ES-ei=+0.025-(+0.043) = -0.018mm 配合公差 T f =Ymi

52、nYmax=-0.018-(-0.059)= 0.041 mm (3) 最大间隙 Xmax=ES-ei=+0.025-(+0.002)= +0.023 mm 最大过盈 Ymax=EI-es=0-(+0.018)= -0.018 mm 配合公差 Tf =XmaxYmax=+0.023-(-0.018)= 0.041 mm,配合代号,标准规定，配合代号由相互配合的孔和轴的公差带以分数的形式组成，孔的公差带为分子，轴的公差带为分母。例如：40H8/f7，80K7/h6。 基准孔和基准轴与各种非基准件配合时，得到各种不同性质的配合，如：AH和ah与基准件配合，形成间隙配合；JN和jn与基准件配合，基本

53、上形成过渡配合，PZC和pzc与基准件配合，基本上形成过盈配合。 原则上，任意一对孔、轴公差带都可以构成配合，为了简化公差配合的种类，减少定值刀、量具和工艺装备的品种及规格，国家标准在尺寸500mm的范围内，规定了基孔制和基轴制的优先（基孔制、基轴制各13种）和常用配合（基孔制59种，基轴制47种）。,常用尺寸段配合特点,公差设计时，尺寸500mm的常用尺寸段配合，应按优先、常用和一般公差带和配合的顺序，选用合适的公差带和配合。 标准推荐的优先、常用配合满足工艺等价原则：当孔的标准公差大于IT8时，与同级基准孔相配合，如：H9/h9，H10/d10；当孔的标准公差小于IT8时，与高一级的基准轴

54、相配合，如：H7/m6，H6/k5；当孔的标准公差等于IT8，可与同级配合也可与高一级轴配合。如：H8/m7，H8/h8。,其它尺寸段配合特点,大尺寸段（基本尺寸5003150mm）：标准规定了常用轴公差带41种，孔公差带31种，没有推荐配合，规定一般采用基孔制的同级配合。根据零件制造特点和生产实际情况，可采用配制配合。先按互换性生产选取配合；再选取较难加工的那个零件作为先加工件（多数情况下是孔），给它一个容易达到的公差；最后再根据所选的配合公差确定配制件（多数情况下是轴）的公差。 “配制公差”的代号为MF。 小尺寸段（尺寸至18mm）：主要适用于仪器仪表和钟表工业，国标规定了163种轴公差带

55、和145种孔公差带，标准未指明选用次序，也未推荐配合。由于小尺寸段轴比孔难加工，所以基轴制用的较多。配合公差等级也更为复杂。,练习,下列配合属于哪种基准制的哪种配合，确定其配合的极限间隙（过盈）和配合公差。并画出其公差带图。 50H8/f7， 30K7/h6， 30H7/p6,0,0,0,+,+,+,-,-,-,50,30,30,+0.039,-0.025,-0.050,+0.006,+0.021,+0.035,+0.022,-0.015,-0.013,形状和位置公差与检测,零件几何要素和形位公差的特征项目 一、零件几何要素及其分类 形位公差的研究对象几何要素（简称要素） （一）要素：构成零件

56、几何特征的点、线、面。见书图3-1 （二）要素的分类 1、按存在的状态分 理想要素：具有几何学意义的要素，即几何的点、线、面，它们不存在任何误差。图样上表示的要素均为理想要素。 实际要素：零件上实际存在的要素。标准规定：测量时用测得要素代替实际要素。,零件几何要素及其分类（序）,2、按结构特征分 轮廓要素：构成零件外廓、直接为人们所感觉到的点、线、面各要素。如图3-1中1、2、3、4、5、6都是轮廓要素。 中心要素：具有对称关系的轮廓要素的对称中心点、线、面。如图3-1中7、8均为中心要素。 3、按检测时的地位分 被测要素：图样上给出了形位公差要求的要素。是被检测的对象。 右图中，d2的圆柱面

57、和d2的台肩面都给出了形位公差，因此都属于被测要素。 基准要素：零件上用来确定被测要素的方向或 位置的要素，基准要素在图样上都标有基准符号或基准代号，如右图中d2的中心线即为基准要素A。,零件几何要素及其分类（续）,4、按功能关系分 单一要素：仅对被测要素本身给出形状公差的要素。如上图中d2的圆柱面是被测要素，且给出了圆柱度公差要求，故为单一要素。 关联要素：与零件基准要素有功能要求的要素。（即相对于基准要素有功能要求而给出位置公差的要素）。如上图中，d2的台肩面相对于d2圆柱基准轴线有垂直的功能要求，且都给出了位置公差，所以d2的圆柱台肩面就是被测关联要素。,形位公差、形位公差的特征项目及符

58、号,一、形位公差 形位公差是被测实际要素允许形状和位置变动的范围。 二、形位公差的特征项目及符号 直线度（）平面度（ ）圆度（） 形状公差 圆柱度（ ）线轮廓度（）轮廓度（ ） 形位公差 平行度（）定向公差 垂直度（） 倾斜度（）位置公差 同轴度（） 定位公差 对称度（ ）位置度（ ） 跳动公差 圆跳动（ ）全跳动（ ）,形位公差在图样上的表示方法,形位公差应按国家标准GBT11821996规定的标注方法，在图样上按要求进行正确的标注。 一、被测要素的标注方法 被测要素的形位公差采用框格的形式标注，该框格具有带箭头的指引线。形位公差的框格如图32所示，从框格的左边起，第一格填写形位公差特征项目

59、的符号，第二格填写形位公差值，第三格及往后填写基准的字母。被测要素为单一要素时，框格只有两格，只标注前两项内容。,指引线表示法,1指引线 指引线的弯折点最多两个。靠近框格的那一段指引线一定要垂直于框格的一条边。指引 线箭头的方向应是公差带的宽度方向或直径方向。 被测要素为轮廓要素时，指引线的箭头应与尺寸线明显错开(大于3mm)，表示方法有三种，见上图或书图33，指引线的箭头置于要素的轮廓线上或轮廓线的延长线上(见图33a)。当指引线的箭头指向实际表面时，箭头可置于带点的参考线上，该点指在实际表面上(见图33b)。 被测要素为中心要素时，指引线的箭头应与尺寸线对齐，如上图或书图3-4所示。,框格表示法