第一章互換性概論

1、互換性與測量技術互換性與測量技術理論課理論課(26): 緒論緒論 軸、孔結合的極限與配合軸、孔結合的極限與配合 測量技術基礎測量技術基礎 光滑工件尺寸檢測和量規(guī)設計光滑工件尺寸檢測和量規(guī)設計 形狀與位置公差形狀與位置公差 表面粗糙度及其檢測表面粗糙度及其檢測 零件典型表面的公差與配合零件典型表面的公差與配合實驗實驗(6)參考教材：參考教材：-互換性與測量技術互換性與測量技術王益祥王益祥 主編，清華大學出主編，清華大學出版社。版社。其它參考書：其它參考書： 邢閩芳邢閩芳 主編主編互換性與測量技術互換性與測量技術，清華大學出，清華大學出版社版社 機械設計手冊機械設計手冊(第第1卷卷)成績評定：成績

2、評定：期末閉卷考試期末閉卷考試 + 平時成績平時成績互換性與測量技術互換性與測量技術第一章第一章 互換性概論互換性概論研究對象研究對象: : 過程中的幾何量過程中的幾何量 公差配合（簡稱公差配合）與檢測技術公差配合（簡稱公差配合）與檢測技術 機械原理機械原理機械設計機械設計（機械零件）（機械零件）機械專業(yè)機械專業(yè)的學科基的學科基礎課礎課機械設機械設計基礎計基礎機械制機械制造基礎造基礎金屬工藝學金屬工藝學工程材料工程材料 (簡稱公差設計簡稱公差設計)是教學計劃中聯(lián)系設計課程與工藝課是教學計劃中聯(lián)系設計課程與工藝課程的紐帶程的紐帶, ,是從基礎課學習過渡到專業(yè)是從基礎課學習過渡到專業(yè)課學習的橋梁課

3、學習的橋梁. . 本課程性質本課程性質:學科基礎課學科基礎課 承上啟下承上啟下 第一節(jié)第一節(jié) 互換性的意義與作用互換性的意義與作用第一節(jié)第一節(jié) 互換性的意義與作用互換性的意義與作用 三個條件三個條件：裝配后裝配后 滿足使用要求滿足使用要求裝配前裝配前 不挑不挑裝配時裝配時 不調整或修配不調整或修配二、互換性的分類二、互換性的分類尺寸尺寸形狀形狀相互位置相互位置對幾何要素的對幾何要素的提出互換性要求。提出互換性要求。 1.按決定的參數(shù)或使用要求分為：按決定的參數(shù)或使用要求分為： 1)幾何參數(shù)互換性幾何參數(shù)互換性 (主要保證裝配主要保證裝配)2)功能互換（保證使用功能互換（保證使用, ,廣義）廣義

4、） 機械機械物理物理 化學化學 對對性能性能提出互換性要求。提出互換性要求。互換性互換性機械性能互換性機械性能互換性理化性能互換性理化性能互換性本課程討論本課程討論對同一批零件而言，當對同一批零件而言，當其原材料相同時，其其原材料相同時，其主要在主要在尺寸尺寸形狀誤差形狀誤差位置誤差位置誤差表面粗糙度評定參數(shù)表面粗糙度評定參數(shù)典型零件典型零件( (齒輪、螺紋等齒輪、螺紋等) )的精度評定參數(shù)的精度評定參數(shù)含線性尺寸含線性尺寸角度尺寸角度尺寸( (簡稱簡稱) )基本基本基本基本 技術要求技術要求1 1.2 2.3 3. . 軸軸 圖號圖號02 比例比例1:1 材料材料 45 . 設計設計 制圖制

5、圖 審核審核 . 日期日期2228283060140其余2.按方法及程度分：按方法及程度分： 1)完全互換完全互換 裝配或更換時，裝配或更換時，不挑、不調、不修不挑、不調、不修的互換性。的互換性。 2)不完全互換不完全互換: :分組互換分組互換: :裝配前分組裝配前分組, ,組內零件互換組內零件互換. .調整互換調整互換: :裝配時更換零件裝配時更換零件. .修配互換修配互換: :去掉多余材料的修配去掉多余材料的修配. . 3. 按部位或范圍分按部位或范圍分：內互換：部件或機構內部組成零件間的互換內互換：部件或機構內部組成零件間的互換外互換：部件或機構與其相配件間的互換外互換：部件或機構與其相

6、配件間的互換（例如：滾動軸承）（例如：滾動軸承）二、互換性的分類二、互換性的分類貫穿在產品設計、制造、使用和維修的全貫穿在產品設計、制造、使用和維修的全過程：過程：1)1)：零、部件具有互換性，就零、部件具有互換性，就可以最大限度地利用標準件、通用件和標準部可以最大限度地利用標準件、通用件和標準部件，從而簡化制圖、計算工作，件，從而簡化制圖、計算工作，2)2)：便于組織生產協(xié)便于組織生產協(xié)作，進行專業(yè)化生產。采用高效率的生產作，進行專業(yè)化生產。采用高效率的生產設備，有利于實現(xiàn)加工過程和裝配過程機設備，有利于實現(xiàn)加工過程和裝配過程機械化、自動化。從而械化、自動化。從而。3)3)：零、部件具有互換

7、：零、部件具有互換性可以及時更換已經磨損或損壞了的零、部性可以及時更換已經磨損或損壞了的零、部件，減少機器的維修時間和費用，保證機器件，減少機器的維修時間和費用，保證機器連續(xù)而持久地運轉，從而連續(xù)而持久地運轉，從而。如何實現(xiàn)互換性如何實現(xiàn)互換性 ？ 如果將同一規(guī)格零件的幾何量制如果將同一規(guī)格零件的幾何量制作得完全相同顯然可以實現(xiàn)互換性，作得完全相同顯然可以實現(xiàn)互換性，但這不可能，也不必要。事實上只要但這不可能，也不必要。事實上只要將同一規(guī)格零件的幾何量控制在公差將同一規(guī)格零件的幾何量控制在公差允許的范圍內，使同一規(guī)格零件的幾允許的范圍內，使同一規(guī)格零件的幾何量彼此充分近似，就可以實現(xiàn)互換何量彼

8、此充分近似，就可以實現(xiàn)互換性性 1.2 標準化標準化2.2.檢測：檢測：檢測包含檢驗與測量。檢測包含檢驗與測量。 3.實現(xiàn)互換性的條件：標準化是實現(xiàn)互換性的前提。標準化是實現(xiàn)互換性的前提。標準和標準化標準和標準化標準標準化標準的分類： 國家標準(GB);行業(yè)標準: 機械標準(JB),郵電標準(YD)等地方標準企業(yè)標準(QB) 基礎標準、產品標準、方法標準、安全與環(huán)境保護標準等國際標準 ISO/IEC 標準化標準化是發(fā)展貿易、提高產品在國際是發(fā)展貿易、提高產品在國際市場的競爭能力的技術保證市場的競爭能力的技術保證 1.2 標準化標準化應遵守標準化原則應遵守標準化原則 - 選擇標準公差擇標準公差與

9、配合與配合。 公差標準（例）：公差標準（例）：GB/T1800極限與配合極限與配合；GB/T1182 形狀和位形狀和位 置公差置公差；GB/T3505表面粗表面粗 糙度糙度；GB/T10095 漸開線園柱齒輪精漸開線園柱齒輪精 度度等等 數(shù)值標準化的意義數(shù)值標準化的意義 當選定一個數(shù)值作為當選定一個數(shù)值作為參數(shù)指標時，該數(shù)值會按參數(shù)指標時，該數(shù)值會按一定的規(guī)律，向一切有關一定的規(guī)律，向一切有關和材料中傳播，例如：和材料中傳播，例如：M16-6H形成牽一發(fā)而形成牽一發(fā)而動全身的現(xiàn)象動全身的現(xiàn)象故故: :技術參量應在技術參量應在 優(yōu)先數(shù)就是一種對各種技術參數(shù)進行簡化、協(xié)調和統(tǒng)一的一種科學的數(shù)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 補充系列補充系列產品幾何技術規(guī)范產品幾何技術規(guī)范產品幾何技術規(guī)范產品幾何技術規(guī)范(Geometrical Product Specification and Verification，簡稱，簡稱GPS)是是針對所有幾何產品建立的一個幾何技術標準針對所有幾何產品建立的一個幾何技術標準體系，它覆蓋了從宏觀到微觀的產品幾何特體系，它覆蓋了從宏觀到微觀的產品

12、幾何特征，涉及產品開發(fā)、設計、制造、驗收、使征，涉及產品開發(fā)、設計、制造、驗收、使用以及維修、報廢等整個生命周期的全過程。用以及維修、報廢等整個生命周期的全過程。 GPS基礎標準 GPS綜合標準 GPS通用標準 GPS補充標準1.2.3 產品幾何技術規(guī)范產品幾何技術規(guī)范鏈環(huán)鏈環(huán)1產品文件表示產品文件表示(圖樣標注代號圖樣標注代號) 。鏈環(huán)鏈環(huán)2公差定義及其數(shù)值。公差定義及其數(shù)值。鏈環(huán)鏈環(huán)3實際要素的特征或參數(shù)定義。實際要素的特征或參數(shù)定義。鏈環(huán)鏈環(huán)4工件偏差評定工件偏差評定(與公差極限比較與公差極限比較)。 鏈環(huán)鏈環(huán)5測量器具。測量器具。鏈環(huán)鏈環(huán)6測量器具校準。測量器具校準。書書P6 圖圖1.

13、2/表表1.11.3 公差與配合的基本概念公差與配合的基本概念1尺寸尺寸 以特定單位表示線性尺寸值的數(shù)值。如以特定單位表示線性尺寸值的數(shù)值。如直徑、寬度、高度、中心距等。直徑、寬度、高度、中心距等。2孔孔: 通常指工件的圓柱形內表面，也包通常指工件的圓柱形內表面，也包括其它內表面中由單一尺寸確定的部分。括其它內表面中由單一尺寸確定的部分。 軸：通常指工件的圓柱形外表面，也包軸：通常指工件的圓柱形外表面，也包括其它外表面中由單一尺寸確定的部分。括其它外表面中由單一尺寸確定的部分?？着c軸：包容與被包容關系。孔與軸：包容與被包容關系。孔孔孔孔( (輪輪轂鍵槽轂鍵槽) )孔孔( (軸軸鍵槽鍵槽) )軸

14、軸軸軸( (鍵鍵) ) 使得機器的性能、質量、壽命和可靠性，以及振動、使得機器的性能、質量、壽命和可靠性，以及振動、噪聲、摩擦磨損等很大程度上取決于噪聲、摩擦磨損等很大程度上取決于孔、軸的結合形式孔、軸的結合形式及其結合松緊程度與松緊均勻程度的正確與否。及其結合松緊程度與松緊均勻程度的正確與否。3公稱尺寸公稱尺寸 由圖樣規(guī)范確定的理想形狀要由圖樣規(guī)范確定的理想形狀要素的尺寸，是設計給定的尺寸。通過它并應素的尺寸，是設計給定的尺寸。通過它并應用上、下偏差可算出極限尺寸的數(shù)值。它可用上、下偏差可算出極限尺寸的數(shù)值。它可以是一個整數(shù)或一個小數(shù)值。以是一個整數(shù)或一個小數(shù)值。4實際尺寸實際尺寸 通過測量

15、獲得的尺寸。通過測量獲得的尺寸?？缀洼S孔和軸的實際尺寸分別用的實際尺寸分別用Da和和da表示。表示。 由于測量誤差由于測量誤差 實際尺寸不一定是尺寸的真值。實際尺寸不一定是尺寸的真值。 由于形狀誤差由于形狀誤差 同一表面不同部位的實際尺寸往往同一表面不同部位的實際尺寸往往不相等，因此要用二點法進行測量。不相等，因此要用二點法進行測量。LdLLL測量儀器與測量儀器與零件零件dada 孔孔(軸軸)直徑的實際尺寸符號直徑的實際尺寸符號:Da(da ) 其它長度的公稱尺寸符號其它長度的公稱尺寸符號: LaLa5極限尺寸極限尺寸 允許尺寸變化的兩個界限值。允許尺寸變化的兩個界限值。允許的最大尺寸稱為最大

16、極限尺寸；允許的允許的最大尺寸稱為最大極限尺寸；允許的最小尺寸稱為最小極限尺寸最小尺寸稱為最小極限尺寸 孔和軸的最大極限尺寸分別用孔和軸的最大極限尺寸分別用Dmax和和dmax表示，最小極限尺寸分別用表示，最小極限尺寸分別用Dmin和和dmin表示。表示。 尺寸合格條件尺寸合格條件： D DminminDDa aDDmaxmax d dminmindda addmaxmax5.5.極限尺寸極限尺寸: : 允許零件實際尺寸變化的允許零件實際尺寸變化的DaDda尺寸合格條件尺寸合格條件： D DminminDDa aDDmaxmax d dminmindda addmaxmaxNanjing Un

17、iversity of Science and Technology Zijin College37零線零線軸軸孔孔最大極限尺寸最大極限尺寸最小極限尺寸最小極限尺寸公稱尺寸公稱尺寸公差公差最大極限尺寸最大極限尺寸基本尺寸基本尺寸最小極限尺寸最小極限尺寸公差公差尺寸、公差、配合示意圖尺寸、公差、配合示意圖6最大實體尺寸（最大實體尺寸（MMS）：）： 孔或軸在尺寸孔或軸在尺寸公差范圍內，具有材料量最多時的狀態(tài)（最公差范圍內，具有材料量最多時的狀態(tài)（最大實體狀態(tài)，簡稱大實體狀態(tài)，簡稱MMC）下的極限尺寸。孔）下的極限尺寸?？缀洼S的最大實體尺寸分別用和軸的最大實體尺寸分別用DMMS和和dMMS表示。表

18、示。7最小實體尺寸（最小實體尺寸（LMS）：）： 孔或軸在尺寸公差范孔或軸在尺寸公差范圍內，具有材料量最少時的狀態(tài)（最小實體狀態(tài)，簡圍內，具有材料量最少時的狀態(tài)（最小實體狀態(tài)，簡稱稱LMC）下的極限尺寸?？缀洼S的最小實體尺寸分）下的極限尺寸?？缀洼S的最小實體尺寸分別用別用DLMS和和dLMS表示。表示。 極限尺寸與實體尺寸有如下關系極限尺寸與實體尺寸有如下關系DMMSD min ，DLMSDmax dMMSdmax ，dLMSdmin尺寸要素：由一定大小的線性尺寸或角度尺寸要素：由一定大小的線性尺寸或角度尺寸確定的幾何形狀。尺寸確定的幾何形狀。實際實際(組成組成)要素要素：由接近實際由接近實際

19、(組成組成)要素所要素所限定的工件實際表面的組成要素部分。限定的工件實際表面的組成要素部分。提取組成要素提取組成要素：按規(guī)定方法，由實際按規(guī)定方法，由實際(組成組成)要素提取有限數(shù)目的點所形成的實際要素提取有限數(shù)目的點所形成的實際(組成組成)要素的近似替代。要素的近似替代。擬合組成要素：按規(guī)定方法，由提取組成擬合組成要素：按規(guī)定方法，由提取組成要素形成的并具有理想形狀的組成要素。要素形成的并具有理想形狀的組成要素。其它尺寸相關概念其它尺寸相關概念有關偏差與公差的術語和定義有關偏差與公差的術語和定義 有關偏差與公差的術語和定義有關偏差與公差的術語和定義 尺寸合格條件也可表示為：尺寸合格條件也可表

20、示為： 實際偏差實際偏差 Ea ea 尺寸合格條件尺寸合格條件： D DminminDDa aDDmaxmax d dminmindda addmaxmax任一局部實際尺寸任一局部實際尺寸Da單一完工零件的尺寸合格條件單一完工零件的尺寸合格條件2. 2. 尺寸公差尺寸公差 綜上所述綜上所述: : 設計者給出設計者給出 完工零件不超過公差完工零件不超過公差 零件的零件的均可得到滿足均可得到滿足. .公差技術公差技術但但公差大小不同，效果則不同：公差大小不同，效果則不同：公差公差大大允許幾何允許幾何量的變動量的變動大大加工難度加工難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、質件精

21、度低、質量差量差公差公差小小允許幾何允許幾何量的變動量的變動小小加工難度加工難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、質件精度高、質量好量好：反映使用要求與加工工藝及成本：反映使用要求與加工工藝及成本 的的。公差技術公差技術3.公差帶公差帶1)1)公差帶圖解：公差帶圖解： 公稱尺寸孔公差帶軸公差帶0+-ESEIeseia)a)零線：零線：表示公稱尺寸的直線表示公稱尺寸的直線 b)b)公差帶特性：公差帶特性：兩個要素兩個要素 大小大小 T T 標準公差標準公差 位置位置 極限偏差極限偏差 基本偏差基本偏差標準化標準化標準化標準化 c）畫法：）畫法： (1)零線。零線。(2)確

22、定公差帶大小位置。確定公差帶大小位置。(3)孔孔 、軸、軸 或在公差帶里寫孔、軸?；蛟诠顜Ю飳懣?、軸。(4)作圖比例基本一致，偏差單位作圖比例基本一致，偏差單位 m ，公稱尺寸單位，公稱尺寸單位mm。(5)公稱尺寸相同的孔、軸公差帶才能畫在一張圖上。公稱尺寸相同的孔、軸公差帶才能畫在一張圖上。偏差偏差=0不標出不標出3.3.尺寸公差帶示意圖及公差帶尺寸公差帶示意圖及公差帶上偏差上偏差+0-下偏差下偏差下偏差下偏差+0-1960+21公差帶沿零線方向公差帶沿零線方向的長度可適當選取的長度可適當選取單位單位:mm單位單位:mm單位單位:mm單位單位:um公稱尺寸公稱尺寸偏差前必須冠于偏差前必須冠

23、于“ ”或或“ ”4極限制極限制 公差帶有兩個參數(shù)：一是公差帶的大公差帶有兩個參數(shù)：一是公差帶的大?。磳挾龋欢枪顜鄬τ诹憔€的位?。磳挾龋欢枪顜鄬τ诹憔€的位置。置。國標已將它們標準化，形成標準公差和基本偏差兩個系列。5標準公差標準公差（IT） 指國家標準（指國家標準（GB/T 1800.31998）極限與配合制中，所規(guī)）極限與配合制中，所規(guī)定的任一公差。字母定的任一公差。字母IT為為“國際公差國際公差”的符的符號。標準公差確定了公差帶的大小。號。標準公差確定了公差帶的大小。+0.021+0-0.01960 尺寸公差帶二要素尺寸公差帶二要素由由確定確定由由或或確定確定上偏差上偏

24、差+0-下偏差下偏差D的的或或6基本偏差基本偏差 eies 公稱尺寸公稱尺寸基本偏差基本偏差為下偏差為下偏差基本偏差基本偏差為上偏差為上偏差EIES孔孔軸軸軸軸孔孔0+ +- -基本偏差基本偏差: 國標規(guī)定的、用以確定公差帶相對于零線位置的上國標規(guī)定的、用以確定公差帶相對于零線位置的上偏差或下偏差，一般指靠近零線的那個偏差。偏差或下偏差，一般指靠近零線的那個偏差。1.3.3 有關有關“配合配合”的術語及定義的術語及定義1. 配合：公稱尺寸相同的并且相互結合的孔和軸公配合：公稱尺寸相同的并且相互結合的孔和軸公差帶之間的關系。差帶之間的關系。1）間隙配合）間隙配合：孔的公差帶在軸公差帶上方，即具有

25、間隙的配：孔的公差帶在軸公差帶上方，即具有間隙的配合（包括合（包括Xmin0的配合）。對一批零件而言，所有孔的尺寸的配合）。對一批零件而言，所有孔的尺寸軸的尺寸軸的尺寸孔軸Xmax孔軸XmaxXminXmin=0特征參數(shù)：特征參數(shù)： XmaxDmaxdminESei XminDmindmaxEIes 最大間隙最大間隙Xmax與最小間隙與最小間隙XminXmax +80 +60Xmin 0 +20Xav +40 +40 Xmax = ESei Xmin = EIes 表示間隙配合表示間隙配合的參量：的參量：松緊程松緊程度相同度相同+40-40+20-20-40孔孔TD孔孔TD軸軸Td軸軸Td+0

26、-D例例2) 過盈配合過盈配合：孔的公差帶在軸公差帶下方，即具有過孔的公差帶在軸公差帶下方，即具有過盈的配合（包括盈的配合（包括Ymin0的配合）。對一批零件而言，的配合）。對一批零件而言，所有軸的尺寸所有軸的尺寸孔的尺寸孔的尺寸孔孔軸軸Ymin=0YmaxYminYmax特征參數(shù)：特征參數(shù)： YminDmaxdminESei YmaxDmindmaxEIesYmax -80 -60Ymin 0 -20Yav -40 -40 Ymin = ESei Ymax = EIes表示過盈配合表示過盈配合的參量：的參量：-80-20-40-60孔孔TD孔孔TD軸軸Td軸軸Td+0-D-40例例松緊程松緊

27、程度相同度相同3)過渡配合過渡配合 :孔、軸公差帶相互重疊，即可能具孔、軸公差帶相互重疊，即可能具有間隙有間隙X或過盈或過盈Y的配合的配合YmaxXmax軸軸孔孔軸軸孔孔軸軸孔孔XmaxYmaxXmaxYmax過渡配合過渡配合主要用于主要用于孔、軸間的定位聯(lián)結孔、軸間的定位聯(lián)結(既要求裝拆方便；又要求對中性好既要求裝拆方便；又要求對中性好)特征參數(shù)：特征參數(shù)： XmaxDmaxdminESei YmaxDmindmaxEIesXmax +60 +10Ymax -20 -30Xav（ Yav ） +20 -10按此配合要求按此配合要求生產的孔、軸生產的孔、軸間隙的概率大間隙的概率大-40-20+10-10軸軸Td孔孔TD軸軸Td+0-D-20+20孔孔TD按此配合要按此配合要求生產的孔、求生產的孔、軸過盈的概軸過盈的概率大率大間隙配合中間隙配合中: Tf XmaxXmin過盈配合中過盈配合中:Tf Ymin Ymax TD+ Td過渡配合中過渡配合中: Tf Xmax YmaxYmaxXmaxYmax Ymin若要提高配合精度（即若要提高配合精度（即Tf）可減小相配合的孔、軸尺）可減小相配合的孔、軸尺寸公差（即提高寸公差（即提高相配合的