互換性與測量技術基礎 課件 第1章 緒論

互換性與技術測量互換性與測量技術基礎1結合涉及課程概述2024/9/92課程簡介互換性與技術測量課程屬于高等學校機械類專業(yè)的一門重要的技術基礎課；標準化計量學機械設計機械制造質量控制生產管理互換性與技術測量課程概述2024/9/93課程性質《互換性與技術測量》是機械類各專業(yè)學生必修的一門專業(yè)技術基礎課。它和《機械制圖》、《機械原理》、《機械設計》等課程一樣，是機械設計的重要基礎部分。本課程的性質是研究機械結構及其零部件的精度設計和檢測原理，即零部件幾何參數的互換性。本課程是聯(lián)系機械設計和機械制造工藝課的紐帶，是從基礎課過渡到專業(yè)課的橋梁。課程概述2024/9/94主要內容本課程主要涉及幾何精度設計和幾何精度檢測兩大部分。尺寸精度幾何精度表面粗糙度典型零部件幾何精度設計幾何精度測量的基本方法原理幾何精度測量的基本設備儀器幾何精度檢測第1章緒論第2章尺寸公差與配合第3章幾何公差與檢測第4章表面粗糙度第5章測量技術基礎第6章典型零部件的互換性課程概述2024/9/95課程概述2024/9/96深入理解概念；及時解決問題；建議學習方法多做練習作業(yè)；課前自行預習。第一章緒論互換性與幾何量測量技術（第三版）宋緒丁編著72024/9/91.1節(jié)課程研究對象、任務及基本特點2024/9/981.1.1課程的研究對象機械零部件幾何參數的精度設計其目的是實現(xiàn)幾何參數的互換性。通過國家標準，合理解決產品使用要求和制造工藝之間的矛盾，以及運用質量控制方法和測量技術，保證產品質量。精度設計：指保證機器或零部件工作時的精度方面的要求，使產品功能與經濟效益能產生好的綜合效應。研究對象：機械或儀器零部件幾何參數的精度設計及其檢測原理。1.1節(jié)課程研究對象、任務及基本特點2024/9/991.1.2課程的基本任務（1）掌握互換性和標準化的基本概念；（2）掌握公差標準內容、特點和應用原則；（3）根據功能要求，選用合適的公差與配合，即進行精度設計，并能正確地標注到圖樣上；（4）掌握一般幾何參數測量的基礎知識，會用計量器具。獲得機械精度設計和檢測的基本知識、技能，為機械設計、畢業(yè)設計、產品設計打下技術基礎。1.1節(jié)課程研究對象、任務及基本特點2024/9/9101.1.3課程的基本特點(1)本課程從“精度”和“誤差”的觀點出發(fā)，研究零部件的幾何參數的互換性。課程概念性和實踐性特別強，定義、術語、符號、代號標準規(guī)定特別多。(2)本課程由幾何量精度設計及檢測兩部分組成。精度設計的概念2024/9/911機械設計過程三階段系統(tǒng)設計（運動設計）：確定機械的基本工作原理和總體布局，以保證總體方案的合理性與先進性。主要是傳動系統(tǒng)、位移、速度、加速度等運動學的設計。系統(tǒng)設計參數設計精度設計參數設計（結構設計）：確定機構各零件幾何要素的公稱值，主要依據是保證系統(tǒng)的能量轉換和工作壽命。必須按照靜力學與動力學的原理，采用優(yōu)化、有限元等方法進行計算，并按摩擦學和概率理論，進行可靠性設計。精度設計的概念2024/9/912精度設計（公差設計）：確定機械各零件幾何要素的允許誤差。（1）誤差影響功能要求的滿足，誤差的大小與生產的經濟性和產品的使用壽命密切相關。（2）誤差大，即精度低，導致機械產品不能實現(xiàn)預定的功能要求;（3）誤差小，即精度高，導致成本高，可能造成浪費。機械設計過程三階段系統(tǒng)設計參數設計精度設計精度設計的概念2024/9/913機械產品報廢的原因主要是喪失幾何精度；機械產品的周期性檢修實質上是其精度的檢定和修復。精度設計常識沒有足夠的幾何精度，機械產品就失去使用價值。幾何精度已經逐漸形成一門獨立的技術學科，并越來越受到工程科學與技術界的高度重視。精度設計的概念2024/9/914基本原則：盡可能經濟地滿足產品的功能要求。機械精度設計首先必須滿足產品的功能要求。功能要求主要依賴于組成該產品的各零件的幾何精度。需要對零件的功能要求進行分析，然后對不同的要求給出不同的幾何精度。給出的幾何精度越高，允許的誤差越小，即公差愈?。ㄔ试S的誤差稱為公差），加工難度愈大成本愈高，經濟性愈差。精度設計就是正確處理好零件功能要求與經濟性之間的矛盾。精度設計基本原則精度設計的概念2024/9/915精度設計的三種方法1）類比法（經驗法）：將被設計產品與經過實際使用證明合理的類似產品上相應要素相比較再確定所設計零件幾何要素的精度。2）計算法（公式法）：根據由某種理淪建立起來的功能要求與幾何要素公差之間的定量關系，計算確定零件要素的精度。3）試驗法：是最可靠的設計方法，但很少應用。加工誤差與公差的概念2024/9/916任何一臺機器的零件都是按一定的加工工藝加工出來的，由于現(xiàn)有的加工設備與工藝方法的不完善，不可能制造出絕對符合理想尺寸和形位的產品，實際生產出來的零件與設計要求之間總是會有誤差的（誤差公理）。加工誤差包括：尺寸誤差、形狀誤差、位置誤差、表面粗糙度和表面波度等。只要把誤差控制在允許的范圍內，就可以保證零件的使用要求，這個允許的最大范圍就是公差。（允許的誤差稱為公差）加工誤差與公差的概念2024/9/917加工誤差是不可避免的，其誤差值在一定范圍內變化是允許的，加工后零件的誤差只要不超過零件的公差，零件是合格的。所以，公差是設計給定的，用于限制加工誤差的；誤差則是加工過程中產生的。尺寸形狀位置表面粗糙度公差誤差產品設計產品制造1.2節(jié)互換性2024/9/9181.2.1互換性的概念互換性是在特定的生產和使用條件下對精度設計的要求。只有重復生產的零件才可能有互換性的要求。車架、底盤等核心部件軸承、螺栓等非核心件因此，一般首先要進行合理的精度設計，然后再根據具體條件確定是否需滿足互換性的要求。1.2節(jié)互換性2024/9/9191.2.1互換性的概念互換性的含義：指同一規(guī)格的一批零件或部件中，任取一件，不經任何選擇、修配或調整，就能裝在機器或儀器上，并滿足原定使用功能要求的特性。零部件具有互換性應同時滿足如下兩個要求：①不需任何選擇、修配或調整便能進行裝配或維修更換；②裝配或更換后能滿足原定的使用性能要求。1.2節(jié)互換性2024/9/9201.2.2互換性的分類（1）按參數特性或使用要求分1)幾何互換性(狹義互換性)：是指規(guī)定幾何參數的公差以保證成品的幾何參數充分近似所達到的互換性。是本課程所講的互換性。2)功能互換性(廣義互換性)：是指規(guī)定功能參數的公差以保證成品的功能充分近似所達到的互換性。功能參數包括幾何參數、材料機械性能參數（如剛度、撓度、硬度等）以及化學、光學、電學等參數。1.2節(jié)互換性2024/9/9211.2.2互換性的分類（2）按零部件互換程度分定義：1）完全互換（也稱絕對互換）：裝配時不需任何挑選、調整或修配等輔助處理，功能上便具有彼此互相替換的性能。特點：裝配或更換時不需要挑選或修配。如日常生活中所用電燈泡。2）不完全互換（也稱有限互換）：裝配前需經過挑選、調整或修配等輔助處理，功能上才具有彼此互相替換的性能。特點：裝配時允許挑選、調整和修配。不完全互換分為：①分組互換：在生產中，當機器上某些相配合的部件精度要求高，加工困難，制造成本高時，往往把零件的精度適當降低，以便于制造，然后再根據實測尺寸的大小，將制成的相配零件分成若干組，使每組內的尺寸差別比較小，最后，再把同組的零件進行裝配。不同組之間的零、部件不能互換。②調整互換：零、部件加工后，在裝配時要用調整的方法改變尺寸或位置，才能滿足功能要求。如在裝配中使用調整墊片或調整鑲條。③修配互換：零、部件加工后，在裝配時要去除材料以改變尺寸，才能滿足功能要求。如對普通車床尾座部件中的墊板進行再修磨。不完全互換主要適用于小批量和單件生產。1.2節(jié)互換性2024/9/9221.2節(jié)互換性2024/9/9231.2.2互換性的分類（3）對標準部件或機構來分：

1）外互換：指部件或機構與其外部相配件間的互換性。如滾動軸承內圈內徑與軸的配合，外圈與軸承座孔的裝配。2）內互換：指部件或機構內部組成零件間的互換性。如滾動軸承內、外圈滾道與滾珠或滾柱的裝配。應用：一般外互換用完全互換，內互換用不完全互換。1.2節(jié)互換性2024/9/9241.2.3互換性的作用（1）使用方面：可以更加方便和快捷。（2）制造方面：有利于專業(yè)化協(xié)作生產。如C919飛機。（3）裝配方面：有利于采用流水線或自動線裝配。（4）設計方面：有利于簡化設計程序，縮短設計周期。綜上所述，零部件的互換性在機械工業(yè)生產過程中具有重要的技術與經濟意義，但實現(xiàn)互換性必須滿足兩個條件：（1）零件必須按一定的公差進行設計制造(即按標準進行精度設計制造)；（2）必須按一定標準進行檢驗，且檢驗合格。1.2節(jié)互換性2024/9/9251.2.4互換性的產生與發(fā)展互換性生產始于19世紀的兵器工業(yè)．以后用于機械制造行業(yè)并逐漸擴大到其他各種行業(yè)。先由單參數(尺寸)的配合互換性發(fā)展到功能互換性。在零件的檢驗方面，首先用極限量規(guī)控制尺寸，然后用功能量規(guī)控制零件的形狀和各尺寸間相互位置精度。現(xiàn)代機械工業(yè)的發(fā)展趨勢是由單一品種的大批量生產向多品種的柔性生產系統(tǒng)(FMS)方向轉變。FMS主要特點是：根據市場需求，及時改變生產線上的產品型號和規(guī)格。1.3節(jié)標準化與優(yōu)先數系2024/9/9261.3.1標準制定標準的必要性：現(xiàn)代化工業(yè)生產的特點是規(guī)模大，協(xié)作單位多，互換性要求高，為了正確協(xié)調各生產部門和準確銜接各生產環(huán)節(jié)，必須有一種協(xié)調手段，使分散的局部的生產部門和生產環(huán)節(jié)保持必要的技術統(tǒng)一，成為一個有機的整體，以實現(xiàn)互換性生產。標準與標準化正是聯(lián)系這種關系的主要途徑和手段，是實現(xiàn)互換性的基礎。1.3節(jié)標準化與優(yōu)先數系2024/9/9271.3.1標準標準：是對重復性事物和概念所作的統(tǒng)一規(guī)定，它以科學、技術和實踐經驗的綜合成果為基礎，經有關方面協(xié)商一致，由主管機構批準，以特定形式發(fā)布，作為共同遵守的準則和依據。標準的范圍極廣，種類繁多，涉及到人類生活的各個方面。本課程研究的公差標準、檢測器具和方法標準，大多屬于國家基礎標準。1.3節(jié)標準化與優(yōu)先數系2024/9/9281.3.1標準為了保證機器零件幾何參數的互換性，必須制訂和執(zhí)行統(tǒng)一的互換性公差標準。我國互換性公差標準包括：極限與配合、形狀和位置公差、表面粗糙度以及各種典型的聯(lián)接件和傳動件的精度標準。標準分類：按一般習慣分技術標準、管理標準和工作標準；按作用范圍分國際標準、區(qū)域標準、國家標準、專業(yè)標準、地方標準和企業(yè)標準；按在標準系統(tǒng)中地位與作用分基礎標準、一般標準；按法律屬性分強制性標準和推薦性標準。1.3節(jié)標準化與優(yōu)先數系2024/9/9291.3.1標準強制性標準頒布后，凡從事科研、生產、經營的單位和個人，都必須嚴格執(zhí)行。推薦性標準不具有法律約束力、但一經采用，或在合同中被引用，就應該嚴格執(zhí)行、受合同法或有關經濟法的約束。我國實行強制性和推薦性兩種標準。已制訂了一萬多項國家標準。有關幾何精度的推薦性國家標準都是等同或等效采用相應的國際標準(ISO)

，有利于國際合作與交流。本課程主要涉及到三十多個基礎國家標準，多為推薦性標準，用代號“GB/T”表示。1.3節(jié)標準化與優(yōu)先數系2024/9/9301.3.2標準化定義：標準化是指標準的制訂、發(fā)布和貫徹實施的全部活動過程，包括從調查標準化對象開始，經試驗、分析和綜合歸納，進而制訂和貫徹標準，以后還要修訂標準等等。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。意義：標準化是組織現(xiàn)代化生產的重要手段，是實現(xiàn)互換性的必要前提，是國家現(xiàn)代化水平的重要標志之一。它對人類進步和科學技術發(fā)展起著巨大的推動作用。1.3節(jié)標準化與優(yōu)先數系2024/9/9311.3.3優(yōu)先數系與優(yōu)先數機械設計中需要確定很多參數，而這些參數不是孤立的，一旦選定數值就會按照一定規(guī)律，向一切有關的參數傳播。1）數值的橫向傳播：例如，螺栓的尺寸一旦確定，將會影響螺母、絲錐板牙、加工螺栓孔以及孔鉆頭等相關聯(lián)尺寸。這種情況稱為數值的橫向傳播。2）數值的縱向傳播：如同一品種的某個參數從小到大取不同的值，從而形成不同規(guī)格的產品系列。這種情況稱為數值的縱向傳播。1.3節(jié)標準化與優(yōu)先數系2024/9/9321.3.3優(yōu)先數系與優(yōu)先數由于數值不斷關聯(lián)、不斷傳播，所以，機械產品中的各種技術參數不能隨意確定，必須對各種技術參數的數值作出統(tǒng)一規(guī)定?！秲?yōu)先數和優(yōu)先數系》國家標準（GB321-80）要求工業(yè)產品技術參數盡可能采用它。在工程上的技術參數應采用優(yōu)先數系。優(yōu)先數系：對各種技術參數的數值進行協(xié)調、簡化和統(tǒng)一的一種科學的數值系統(tǒng)。它是一個等比數列。優(yōu)先數：優(yōu)先數系中的任一個項值。1.3節(jié)標準化與優(yōu)先數系2024/9/9331.3.3優(yōu)先數系與優(yōu)先數國家標準GB32l一80規(guī)定的優(yōu)先數系有：R5、R10、R20和R40四個基本系列和R80補充系列，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節(jié)標準化與優(yōu)先數系2024/9/9341.3.3優(yōu)先數系與優(yōu)先數優(yōu)先數系在公差標準中得到廣泛應用，現(xiàn)己被國際標準化組織采納為統(tǒng)一的標準數值制。若取基本系列中每二、三或四項之值所得到的是派生系列，用基本系列代號之后加一斜線和表示項數的數字(2、3、4)來表示。例如：

R5／2：1、2.5、6.3、16、40、100……R10／3：1、2、4、8、l6、31.5、63……1.3節(jié)標準化與優(yōu)先數系2024/9/