互換性與技術(shù)測量基礎(chǔ)課件剖析

互換性與技術(shù)測量基礎(chǔ)課件剖析第一頁，共50頁。第一章緒論1.1互換性與公差的概念1.2標準化與優(yōu)先數(shù)1.3本課程的研究對象及任務(wù)第二頁，共50頁。1.1互換性與公差的概念

互換性與測量技術(shù)基礎(chǔ)。它將互換性原理、標準化生產(chǎn)原理、幾何量計量測試等相關(guān)知識結(jié)合在一起，涉及機械及其零件的設(shè)計、制造、維修、質(zhì)量控制和生產(chǎn)管理等多方面技術(shù)問題。

1.1.1互換性的概念1.1.2公差的概念1.1.3互換性在機械制造中的作用第三頁，共50頁。1.1.1互換性的概念互換性在日常生活中隨處可見。

舉例：機器上的螺釘、燈泡，自行車、縫紉機、鐘表上的零部件，損壞后可以更換。機械示例機器人

空中客車A380鐘表縫紉機制造業(yè)生產(chǎn)中，經(jīng)常要求產(chǎn)品的零部件具有互換性第四頁，共50頁。零件與裝配第五頁，共50頁。1.1.1互換性的概念廣義上說，互換性是指一種產(chǎn)品、過程或服務(wù)能夠代替另一種產(chǎn)品、過程或服務(wù)，且能滿足同樣要求的能力。互換性是機器和儀器制造行業(yè)中產(chǎn)品設(shè)計和制造的重要原則。在現(xiàn)代化生產(chǎn)中，一般應遵守互換性原則。

1.定義：同一規(guī)格的一批零部件，任取其一，不需任何挑選或修理就能裝在機器上，并能滿足其使用功能要求。

2.互換性包括：幾何參數(shù)、機械性能和理化性能方面的互換性。本課程僅討論幾何參數(shù)的互換。包括尺寸大小、幾何形狀以及相互位置的關(guān)系；幾何量誤差（尺寸、形狀、位置、表面微觀形狀誤差）。第六頁，共50頁。

3.互換性分類：按互換程度分

——

完全互換性簡稱互換性，廠際協(xié)作時采用

特點：不限定互換范圍，以零部件裝配或更換時不需要挑選或修配為條件。

——不完全互換性有限互換性，同廠制造和裝配時采用。特點：因特殊原因，只允許零件在一定范圍內(nèi)互換。對標準部件或機構(gòu)互換性又可分為

——內(nèi)互換性部件或機構(gòu)內(nèi)部組成零件間的互換性

——外互換性部件或機構(gòu)與其相配合件間的互換性1.1.1互換性的概念第七頁，共50頁。例：滾動軸承（標準件）內(nèi)互換性外互換性第八頁，共50頁。1.1.2公差的概念任何一臺機器的設(shè)計，除了運動分析、結(jié)構(gòu)設(shè)計、強度、剛度計算外，還要進行精度設(shè)計。研究機器的精度時，要處理好機器的使用要求與制造工藝的矛盾。解決的方法是規(guī)定合理的公差，并用檢測手段保證其貫徹實施。用公差來控制誤差，保證零件的互換性。若制成的一批零件實際尺寸數(shù)值=理論值，即這些零件完全相同，雖具有互換性，但在生產(chǎn)上不可能，且沒有必要。而只要求制成零件的實際參數(shù)值變動不大，保證零件充分近似即可。要使零件具有互換性，就應按“公差”制造。

公差：控制幾何參數(shù)的技術(shù)規(guī)定就稱“公差”，實際參數(shù)允許的最大變動量。設(shè)計者要正確地確定公差，并在圖樣上標注。在滿足功能要求的條件下，公差盡量規(guī)定得大些，以提高技術(shù)經(jīng)濟效益。

第九頁，共50頁。加工誤差與公差

尺寸誤差宏觀幾何形狀誤差相互位置誤差表面粗糙度加工誤差問題：加工誤差與公差的區(qū)別與聯(lián)系區(qū)別：誤差在加工過程中產(chǎn)生，公差由設(shè)計人員確定聯(lián)系：公差是誤差的最大允許值第十頁，共50頁。第十一頁，共50頁。第十二頁，共50頁。

幾何量的測量

有了先進的公差標準，還必須有相應的技術(shù)測量措施。技術(shù)測量研究的問題：

（1）統(tǒng)一計量單位：用什么單位計量；量值的傳遞。

（2）研究測試理論：制定計量標準、設(shè)計計量器具、培訓計量人員。1.1.2公差的概念第十三頁，共50頁。幾何量的檢測完工后的零件是否滿足公差要求，要通過檢測加以判斷。檢測包含檢驗與測量。

檢驗是確定零件的幾何參數(shù)是否在規(guī)定的極限范圍內(nèi)，并作出合格性判斷，而不必得出被測量的具體數(shù)值；

測量是將被測量與作為計量單位的標準量進行比較，以確定被測量的具體數(shù)值的過程。

意義：檢測不僅用來評定產(chǎn)品質(zhì)量，而且用于分析產(chǎn)生不合格品的原因，及時調(diào)整生產(chǎn)，監(jiān)督工藝過程，預防廢品產(chǎn)生。檢測是機械制造的“眼睛”。產(chǎn)品質(zhì)量的提高，除設(shè)計和加工精度的提高外，往往更有賴于檢測精度的提高。

合理地確定公差與正確進行檢測，是保證產(chǎn)品質(zhì)量、實現(xiàn)互換性生產(chǎn)的兩個必不可少的條件和手段。第十四頁，共50頁。1.1.3互換性在機械制造中的作用在設(shè)計方面——有利于最大限度采用通用件和標準件，大大簡化繪圖和計算工作，縮短設(shè)計周期。便于計算機輔助設(shè)計和產(chǎn)品品種的多樣化。加速產(chǎn)品更新?lián)Q代。

在制造方面——有利于組織專業(yè)化生產(chǎn)，采用先進工藝、高效率的專用設(shè)備和CAM技術(shù)，提高生產(chǎn)效率、提高產(chǎn)品質(zhì)量和降低生產(chǎn)成本。

在使用、維修方面——可以減少機器的維修時間和費用，保證機器能連續(xù)持久的運轉(zhuǎn)。提高了效率和機器的使用價值。第十五頁，共50頁。在現(xiàn)代機械制造中貫徹互換性原則設(shè)計過程制造過程整體部件零件互換性原則第十六頁，共50頁。課堂練習(1)判斷題1.為了使零件具有完全互換性，必須使各零件的幾何尺寸完全一致?！?.互換性要求零件具有一定的精度?！?.凡是合格的零件一定具有互換性?！?.同廠制造和裝配時，可采用不完全互換性?！痰谑唔?，共50頁。1.2標準化與優(yōu)先數(shù)標準化的發(fā)展史是與制造業(yè)的發(fā)展史相對應的，它是社會生產(chǎn)勞動的產(chǎn)物。

萌芽期：公元前200年－青銅弩機。

初期：開始于兵器制造業(yè)，前蘇聯(lián)1760年至1770年的土里斯基兵工廠；1902英國紐瓦爾公司（極限表）；英國標準B.S.27(1906)；1931年的沈陽兵工廠和1937年的金陵兵工廠。

現(xiàn)代期：

ISA標準(1926)，ISO標準(1947)，超出了機械工業(yè)的范疇，擴大到了其他行業(yè)（如微電子行業(yè)）。

1.2.1標準與標準化的概念1.2.2優(yōu)先數(shù)和優(yōu)先數(shù)系第十八頁，共50頁。青銅弩機弩機主要由弩弓和弩臂兩部分組成的。弓上裝弦，臂上裝弩機，兩者配合而發(fā)矢。一般弩機是裝置在木弩的后部，四周有“郭”，“郭”中有“牙”，可以鉤住弓弦；“郭”上有“望山”作為瞄準器，“牙”下連結(jié)有“懸刀”，作為扳機；發(fā)射時把“懸刀”一扳，“牙”就縮下，“牙”所鉤住的弦就彈擊，有力地把矢射出。在當時社會條件較差的情況下，能制造這種弩機，是中國古代科技史上的一個偉大發(fā)明創(chuàng)造。遠程射擊武器第十九頁，共50頁。國際標準化組織（ISO）

在國際上，為了促進世界各國在技術(shù)上的統(tǒng)一，成立了國際標準化組織（簡稱ISO）和國際電工委員會（簡稱IEC），由這兩個組織負責制定和頒發(fā)國際標準。ISO9000系列標準的頒發(fā)，使世界各國的質(zhì)量管理和質(zhì)量保證的原則、方法和程序，都統(tǒng)一在國際標準的基礎(chǔ)之上。我國于1978年恢復參加ISO組織后。陸續(xù)修訂了自己的標準。修訂的原則是，在立足我國生產(chǎn)實際的基礎(chǔ)上向ISO靠攏，以利于加強我國在國際上的技術(shù)交流和產(chǎn)品互換。第二十頁，共50頁。1.2.1標準與標準化的概念現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)的特點是規(guī)模大，協(xié)作單位多，互換性要求高，為了正確協(xié)調(diào)各生產(chǎn)部門和準確銜接各生產(chǎn)環(huán)節(jié)，必須有一種協(xié)調(diào)手段，使分散的局部的生產(chǎn)部門和生產(chǎn)環(huán)節(jié)保持必要的技術(shù)統(tǒng)一，成為一個有機的整體，以實現(xiàn)互換性生產(chǎn)。

標準與標準化正是聯(lián)系這種關(guān)系的主要途徑和手段，對零件的加工誤差及其控制范圍所制訂的技術(shù)標準稱“極限與配合”標準，它是實現(xiàn)互換性的基礎(chǔ)。

第二十一頁，共50頁。1.2.1標準與標準化的概念標準定義：標準是對重復性事物和概念所做的統(tǒng)一規(guī)定，也就是一種規(guī)矩。它以科學、技術(shù)和實踐經(jīng)驗的綜合成果為基礎(chǔ)，經(jīng)有關(guān)方面協(xié)商一致，由主管機構(gòu)批準，以特定形式發(fā)布，作為共同遵守的準則和依據(jù)(GB3935.1—83)標準內(nèi)涵：（1）是一種為大家共同遵守的“技術(shù)依據(jù)”或“技術(shù)規(guī)范”、“規(guī)定”。（2）也可以是一種實物標準、計量標準、標準樣品。（3）研究對象必須是具有可重復性特征的事物及概念。（4）是協(xié)商的產(chǎn)物，涉及到不同部門不同階層的利益。第二十二頁，共50頁。1.2.1標準與標準化的概念

標準化：是指標準的制定、發(fā)布貫徹實施的全部過程。標準化是以標準的形式體現(xiàn)的，也是一個不斷循環(huán)、不斷提高的過程。標準化是社會化生產(chǎn)的重要手段，是聯(lián)系設(shè)計、生產(chǎn)和使用方面的紐帶，是科學管理的重要組成部分。標準化對于改進產(chǎn)品、過程和使用的適用性，防止貿(mào)易壁壘，促進技術(shù)合作方面具有特別重要的意義。第二十三頁，共50頁。1.2.1標準與標準化的概念

標準分類

按標準的使用范圍分：國家標準GB、行業(yè)標準HB（如JB）、地方DB標準和企業(yè)標準QB。

按標準的作用范圍分：國際標準、區(qū)域標準、國家標準、地方標準和試行標準。

按標準化對象的特征分：基礎(chǔ)標準、產(chǎn)品標準、方法標準和安全與環(huán)境保護標準、衛(wèi)生標準。

按標準的性質(zhì)分：技術(shù)標準、工作標準和管理標準。

第二十四頁，共50頁。1.2.1標準與標準化的概念

對需要在全國范圍內(nèi)統(tǒng)一的技術(shù)要求，應當制定國家標準；對沒有國家標準而又需要在全國某個行業(yè)范圍內(nèi)統(tǒng)一的技術(shù)要求，可制定行業(yè)標準；對沒有國家標準和行業(yè)標準而又需要在某個范圍內(nèi)統(tǒng)一的技術(shù)要求，可制定地方標準或企業(yè)標準。第二十五頁，共50頁。1.2.1標準與標準化的概念

技術(shù)標準：對產(chǎn)品和工程建設(shè)質(zhì)量、規(guī)格及檢驗方面所作的技術(shù)規(guī)定。我國的技術(shù)標準分三級國家標準（GB）部門標準（專業(yè)標準，如JB）企業(yè)標準。

公差標準：對零件的公差和相互配合所制訂的標準。

加工誤差和公差

（1）加工誤差：加工過程中產(chǎn)生的尺寸、幾何形狀和相互位置誤差。

（2）公差：由設(shè)計人員給定的允許零件的最大誤差，并標注在零件圖上作為技術(shù)要求。第二十六頁，共50頁。1.2.1標準與標準化的概念完整產(chǎn)品標準標準術(shù)語試驗和檢驗標準性能標準減少規(guī)格尺寸標準基礎(chǔ)標準標準的技術(shù)范圍第二十七頁，共50頁。1.2.1標準與標準化的概念標準的分級國際標準區(qū)域標準國家標準專業(yè)標準地方標準企業(yè)標準第二十八頁，共50頁。1.2.2優(yōu)先數(shù)和優(yōu)先數(shù)系

1.數(shù)值標準化

工程上各種技術(shù)參數(shù)的簡化、協(xié)調(diào)和統(tǒng)一是標準化的一項重要內(nèi)容。

制定公差標準以及設(shè)計零件的結(jié)構(gòu)參數(shù)時，都需要通過數(shù)值表示。任何產(chǎn)品的參數(shù)值不僅與自身的技術(shù)特性有關(guān)，還直接、間接地影響與其配套系列產(chǎn)品的參數(shù)值。為滿足不同的需求，產(chǎn)品必然出現(xiàn)不同的規(guī)格，形成系列產(chǎn)品。產(chǎn)品數(shù)值的雜亂無章會給組織生產(chǎn)、協(xié)作配套、使用維修帶來困難。故需對數(shù)值進行標準化。第二十九頁，共50頁。優(yōu)先數(shù)和優(yōu)先數(shù)系的引入在機械設(shè)計中，常常需要確定很多參數(shù)，而這些參數(shù)往往不是孤立的，一旦選定，這個數(shù)值就會按照一定規(guī)律，向一切有關(guān)的參數(shù)傳播。例如，螺栓的尺寸一旦確定，將會影響螺母的尺寸、絲錐板牙的尺寸、螺栓孔的尺寸以及加工螺栓孔的鉆頭的尺寸等。由于數(shù)值如此不斷關(guān)聯(lián)、不斷傳播，所以，機械產(chǎn)品中的各種技術(shù)參數(shù)不能隨意確定。為使產(chǎn)品的參數(shù)選擇能遵守統(tǒng)一的規(guī)律，使參數(shù)選擇一開始就納入標準化軌道，必須對各種技術(shù)參數(shù)的數(shù)值作出統(tǒng)一規(guī)定?！秲?yōu)先數(shù)和優(yōu)先數(shù)系》國家標準（GB321—80）就是其中最重要的一個標準，要求工業(yè)產(chǎn)品技術(shù)參數(shù)盡可能采用它。

第三十頁，共50頁。1.2.2優(yōu)先數(shù)和優(yōu)先數(shù)系2.優(yōu)先數(shù)系

工程技術(shù)上通常采用的優(yōu)先數(shù)系是一種十進制的幾何級數(shù)。優(yōu)先數(shù)系列是一種科學的數(shù)值分級制度，適用于尺寸、參數(shù)和各種質(zhì)量標準的分級。第三十一頁，共50頁。1.2.2優(yōu)先數(shù)和優(yōu)先數(shù)系凡是在數(shù)系項值上含有10的整數(shù)冪，并且有公比為如下值的等比級數(shù)，稱之為優(yōu)先數(shù)系，用字母Rr表示。

R5系列

R10系列

R20系列

R40系列

R80包含R40的項值；R40包含R20的項值；R20包含R10的項值；R10包含R5的項值；

R80系列僅用于分級很細的特殊場合第三十二頁，共50頁。1.2.2優(yōu)先數(shù)和優(yōu)先數(shù)系2.優(yōu)先數(shù)系

我國標準GBT321-80與國際標準ISO推薦R5、R10、R20、R40、R80系列，前四項為基本系列（見表1-1），R80為補充系列。1.00

1.061.121.181.251.321.401.501.601.701.801.00

1.121.251.401.601.802.002.242.502.803.15

1.00

1.251.602.002.503.154.005.006.308.0010.001.00

1.60

2.50

4.00

6.30

10.0016.00R40R20R10R5第三十三頁，共50頁。派生系列派生系列(Rr/p)：從基本系列中每隔幾項選取一個優(yōu)先數(shù)，組成一個新的系列。使優(yōu)先數(shù)系具有更寬廣的適應性。還可分段選用最合適的系列，以復合系列的形式來組成最佳系列。

選用原則：先疏后密；優(yōu)先選用公比較大的基本系列；優(yōu)先選用公比較大和延伸項含有項值1的派生系列。

派生系列R10/3系列0.801.001.251.602.002.503.154.005.006.308.0010.0012.5第三十四頁，共50頁。優(yōu)先數(shù)和優(yōu)先數(shù)系的特點優(yōu)先數(shù)系的五個系列中任一個項值均為優(yōu)先數(shù)。按公比計算得到的優(yōu)先數(shù)的理論值，除10的整數(shù)冪外，都是無理數(shù)，工程技術(shù)上不能直接應用。實際應用的都是經(jīng)過圓整后的近似值。根據(jù)圓整的精確程度，可分為：（1）計算值：取五位有效數(shù)字，供精確計算用。（2）常用值：即經(jīng)常使用的通常所稱的優(yōu)先數(shù)，取三位有效數(shù)字。國家標準規(guī)定的優(yōu)先數(shù)系分檔合理，疏密均勻，有廣泛的適用性，簡單易記。常見的量值，如長度、直徑、轉(zhuǎn)速及功率等分級，基本上都是按一定的優(yōu)先數(shù)系進行的。本課程所涉及的有關(guān)標準里，諸如尺寸分段、公差分級及表面粗糙度的參數(shù)系列等，基本上采用優(yōu)先數(shù)系。第三十五頁，共50頁。1.3本課程的研究對象及任務(wù)

1.3.1研究對象從“精度”和“誤差”兩方面去分析和研究機械零件及機構(gòu)的幾何參數(shù)，解決機器的使用要求與制造工藝之間的矛盾。本課程主要討論的是機械精度的分析與計算。

1.3.2本課程的任務(wù)

使學生獲得有關(guān)幾何量公差與測量技術(shù)方面的基本理論、基本知識和基本技能。第三十六頁，共50頁。機械精度設(shè)計在機械產(chǎn)品的設(shè)計過程中，需進行三方面的分析計算：

（1）運動分析與計算。根據(jù)機器或機構(gòu)應實現(xiàn)的運動，由運動學原理，確定機器或機構(gòu)的合理的傳動系統(tǒng)，選擇合適的機構(gòu)或元件，以保證實現(xiàn)預定的動作，滿足機器或機構(gòu)的運動方面的要求。

（2）強度的分析與計算。根據(jù)強度、剛度等方面的要求，決定各個零件的合理的基本尺寸，進行合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計，使其在工作時能承受規(guī)定的負荷，達到強度和剛度方面的要求。

（3）幾何精度的分析與計算。零件基本尺寸確定后，還需要進行精度計算，以決定產(chǎn)品各個部件的裝配精度以及零件的幾何參數(shù)和公差。第三十七頁，共50頁。精度設(shè)計原則

互換性原則：機械零件幾何參數(shù)的互換性是指同種零件在幾何參數(shù)方面能夠彼此互相替換的性能。

經(jīng)濟性原則：工藝性、合理的精度要求、合理選材、合理的調(diào)整環(huán)節(jié)、提高壽命。

匹配性原則：根據(jù)機器或位置中各部分各環(huán)節(jié)對機械精度影響程度的不同，對各部分各環(huán)節(jié)提出不同的精度要求和恰當?shù)木确峙洌龅角〉胶锰?，這就是精度匹配原則。

最優(yōu)化原則：探求并確定各組成零、部件精度處于最佳協(xié)調(diào)時的集合體。例如探求并確定先進工藝，優(yōu)質(zhì)材料等。第三十八頁，共50頁。本課程在設(shè)計中的地位確定齒輪設(shè)計參數(shù)（傳遞功率、轉(zhuǎn)速、傳動比、壽命、載荷特征)齒輪傳動結(jié)構(gòu)形式和布置形式（開式、閉式、對稱）確定材料及熱處理（齒面、硬度）確定齒輪基本參數(shù)（模數(shù)、齒數(shù)、齒寬、壓力角等）接觸疲勞強度校核確定齒輪精度等級（公差組、檢驗組、粗糙度等）彎曲疲勞強度校核第三十九頁，共50頁。1.3.3本課程的學習要求學生通過本課程的學習應達到下列基本目標：1．掌握幾何量公差、標準化以及計量學的基本知識。深刻領(lǐng)會上述幾方面在實現(xiàn)發(fā)展互換性生產(chǎn)、保證產(chǎn)品質(zhì)量體系中所起的重要作用。2．確切理解有關(guān)公差標準的基本術(shù)語和定義，掌握標準的內(nèi)容和特點。初步掌握選用公差、進行精度設(shè)計的基本原則。3.學會幾何量的測量方法，具有正確處理測量數(shù)據(jù)的初步能力。第四十頁，共50頁。學習要求1．學生在學習本課程之前，應有識圖和制圖能力，懂得機械的一般機構(gòu)原理，掌握機械制造的初步基礎(chǔ)知識。2.獨立認真完成課后練習和作業(yè)。3.充分做好實驗課前準備，獨立做好每一項實驗，認真完成實驗報告。4.除《畫法幾何及機械制圖》外，了解并適當掌握《金屬工藝學》、《機械原理》、《測試技術(shù)》等有關(guān)課程的內(nèi)容。5．勤于思考、勇于創(chuàng)新。第