第一章-导论 1课件

极限配合与测量技术基础,机械与动力工程学院赵明利电话极限配合与测量技术基础是机械工程及自动化专业的主干技术基础课程，也是机械工程一级学科各专业的一门主干技术基础课。它是联系设计系列和工艺系列课程的纽带，也是架设在基础课、实践教学课和专业课之间的桥梁；其内容主要是标准化和工程计量学有关部分的有机结合，并贯穿于产品的市场调研与预测、研发、原材料和标准件的采购、零部件的制造与检测、生产的组织协作、产品装配与测试验收、产品的售后与使用等全部生产活动过程。,2,课程简介,极限配合与测量技术基础是高等院校机械类、机电类、材料成型类、仪器仪表类、机电设备类等各专业学生必修的一门重要技术基础课程，是联系基础课学习、实践课学习和专业课学习之间的纽带和桥梁，其内容主要是标准化和工程计量学有关部分的有机结合，并贯穿于产品的市场调研与预测、研发、原材料和标准件的采购、零部件的制造与检测、生产的组织协作、产品装配与测试验收、产品的售后与使用等全部生产活动过程。,3,课程简介,课程具有很强的实践性。因此，希望学习本课程时必须重视实践环节，即通过实验、实习、课程设计及工厂调研来更好地体会、加深理解。本课程给出的仅是基本概念与理论，真正的掌握与应用必须在不断的实践-理论-实践的循环中善于总结，才能达到自由王国的境界。,4,1认真听课,欢迎教学互动。2课堂点名、课堂提问与课后作业计入平时成绩,合占30%。3考试成绩占70%。4请假要有假条。4点名累计4次不到,不能参加考试。,5,课程学习要求,1特点：主干专业基础课，定义多，概念多，符号多,标准多，理解记忆内容多，但简单易学。2重要性：承上启下。从课程设计至毕业设计直到实际工作的应用。3学时：共40学时，讲课34学时，实验6学时。4组成：上课，作业，实验，考试。5性质：极限配合（互换性）属于标准化的范围，而技术测量属于计量学，本课程就是将理论和实践紧密结合的学科。,6,教学安排,1特点：主干专业基础课，定义多，概念多，符号多,标准多，理解记忆内容多，但简单易学。2重要性：承上启下。从课程设计至毕业设计直到实际工作的应用。3学时：理论授课32学时，实验4学时。4组成：上课，作业，实验，考试。5性质：极限配合（互换性）属于标准化的范围，而技术测量属于计量学，本课程就是将理论和实践紧密结合的学科。,7,教学安排,6任务：从互换性角度出发，围绕误差与公差来研究，如何解决使用与制造的矛盾。而这一矛盾的解决是依靠合理确定公差和采用适当的计量手段。7要求：掌握互换性与技术测量的基本原理。会使用各种公差标准与标注，并能进行一般的计量检测工作，为今后的学习和工作打下良好和坚实的专业基础。,8,教学安排,核反应堆核电站,9,坦克,10,航天员出舱活动,天宫一号与神州飞船对接,11,爱国者导弹,13,2011年11月1日神州八号发射,14,2011年11月1日神州八号发射,神舟九号飞船于2012年6月16日发射,15,2011年11月1日神州八号发射,2012年6月27日，中国载人深潜器“蛟龙”号7000米级海试最大下潜深度达7062米，再创中国载人深潜记录。,16,2012年9月23日，中国第一艘航母平台16号舰在大连举行交船仪式,改造的超声珩磨机床,改造的超声微孔钻削机床,改造的超声研磨车床,改造的超声精密车床,机制实验室,17,电火花加工机床,19,电火花线切割机床,电火花线切割加工,加工过程显示,激光焊接车身,激光切割,22,焊接机器人,23,超声波加工机床,超声波加工样件,D8ADVANCEX射线衍射仪,24,德马吉五轴加工中心,25,通过扫描隧道显微镜操纵氙原子用35个原子排出的“IBM”字样,石墨三维图像,用STM移动分子组成的IBM字样,用STM观察石墨原子排列,氧化锆陶瓷小型精密检测平板,27,纳米复相陶瓷检测平板,28,规格:800mm*600mm,平面度2um，粗糙度6nm,工程陶瓷大型镜面检测平板,29,光缆屏蔽网编织机除污喷嘴产品,喷嘴上均布3-0.6阶梯小深孔，圆度2，粗糙度Ra0.1,（经台湾罗馨实业有限公司出口日本，售价4000元/件）,30,研制的ZrO2陶瓷人工关节,技术参数:球度：1mRa0.08,31,超声研抛出的光学玻璃零件,表面粗糙度Ra：20nm,32,1导论,互换性及标准化,基本要求,掌握互换性概念；掌握有关标准化、优先数、技术测量的术语及定义；,34,学习重点与难点,优先数与优先数系,35,内容提纲,制造业中的互换性标准与标准化优先数与优先数系极限配合与测量技术的发展概况课程的研究对象与基本特点,36,1.1,1.2,1.3,1.4,1.5,1.1制造业中的互换性,互换性的概念互换性的分类互换性的意义,37,38,39,螺钉,灯管,笔芯,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、修配和调整就能装在机器上，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。,40,返回,三不原则：不挑、不调、不修,返回,41,螺栓螺母,42,纺织机械用零件,互换性应同时具备的三个条件,（1）同一规格；（2）不需要辅助加工及修配便能装配与更换；（3）装配与更换后能满足使用和生产上的需求。,43,装配中：不挑、不调、不修装配后：满足使用要求,44,完全互换,不完全互换,按互换程度分,外互换,内互换,按部位或范围分,互换性,互换性分类,几何参数互换性,功能互换性,按决定参数分,定义：完全互换（(绝对)极值互换）同一规格的零部件在装配或更换时，不需挑选、调整和修配，装配后就能满足使用要求的互换性。不完全互换（有限互换）装配时允许挑选、调整和修配。在有限范围内互换，通常采用分组装配法、调整法、修配法等工艺措施来实现。,45,互换性的分类,46,轴承端盖垫圈的修磨,中等精度、批量生产及零部件厂际协作应采用完全互换；高精度、超高精度、小批量、单件生产及部件或构件在同一厂制造和装配时，可采用不完全互换。,47,应用,48,49,外互换:指部件或机构与其相配件之间的互换性；如活塞与缸体、轴与轴承之间的互换性。特点：用于厂外协作使用中需要更换与标准件配合的零件,外互换,50,内互换：指部件或机构内部零件之间的互换性。,内互换,例如滚动轴承内圈滚道直径、外圈滚道直径、保持架或滚动体等，都是采用内互换。特点：厂内组装精度高使用中不再更换内部零件,几何参数互换性(主要保证装配)对几何要素的尺寸、形状、相对位置提出互换性要求。功能互换性（保证使用）对物理、机械、化学性能，提出互换性要求。,51,本书主要学习,按决定的参数或参数的功能分：,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。（CAD）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。（CAM）装配过程：提高装配质量，缩短装配周期，便于装配自动化。使用维修方面：减少了机器维修的时间和费用，提高了机器的使用价值。,52,返回,实现互换性的条件,53,（1）公差允许零件尺寸和几何参数的最大变动量称为公差。尺寸公差、形状公差、位置公差,合理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。,互换性的实现靠公差的实现靠,54,公差,计量,实现互换性的前提,标准化,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。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。,55,标准和标准化的引入,1.2标准与标准化,56,标准演化的历史及渊源,标准是标准化活动的成果，也是标准化系统的最基本要素和标准化学科中最基本的概念。何为标准？近百年来，各国标准工作者一直力图作出科学正确的回答，其中有代表性的定义有以下四个。,57,1盖拉德定义：J盖拉德在1934年著的工业标准化原理与应用一书中对标准作了如下定义：“标准是以口头或书面形式，或用任何图解方法，或用模型、样品或其他物理方法确定下来的一种规范，用以在一段时间内限定、规定或详细说明一种计量单位或准则、一个物体、一种动作、一个过程、一种方法、一项实际工作、一种能力、一种职能、一项义务、一项权利、一种责任、一项行为、一种态度、一个概念或观念的某些特点”。显然，这个定义比较全面而明确地概括了上世纪三十年代时，标准化对象与活动领域内产生的标准化成果，在标准化历史上起到重要的引导作用。,58,2桑德斯定义：桑德斯在1972年发表的标准化的目的与原理一书中将标准定义为“标准是经公认的权威机构批准的一个个标准化工作成果，它可以采用以下形式：（1）文件形式，内容是记述一系列必须达成的要求；（2）规定基本单位或物理常数，如安培、米、绝对零度等”。这个定义强调标准是标准化工作的成果，要经权威机构批准，由于该书由ISO出版，因此，也被广泛流传，具有较大的影响。,59,3中国标准定义：1983年，我国在GB3935.1标准技术基本术语中对标准定义如下：标准是对重复性事物或概念所做的统一规定，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，由主管部门批准，以特定形式发布，作为共同遵守的准则和依据。,60,4国际标准定义：1991年，ISO（国际标准化组织）与IEC（国际电工委员会）联合发布第2号指南标准化与相关活动的基本术语及其定（1991年第六版），该指南给“标准”定义如下：“标准是由一个公认的机构制定和批准的文件，它对活动或活动的结果规定了规则，导则或特性值，供共同和反复使用，以实现在预定结果领域内最佳秩序的效益”。该定义明确告诉我们，制定标准的目的、基础、对象、本质和作用。由于它具有国际权威性和科学性，无疑应该是世界各国，尤其是ISO和IEC成员应该遵循的。,61,标准定义,标准(Standard):是对重复性事物和概念所做的统一规定。它以科学、技术和实践经验的综合成果为基础，经有关部门协调一致，由主管部门批准，以特定的形式发布，作为共同遵守的准则和依据。中国现已颁布实施的标准化法规定，作为强制性的各级标准一经发布必须遵守，否则就是违法。,62,标准化是指制订标准和贯彻标准以促进经济全面发展的全部活动。要实现互换性生产，需要广泛的标准化。一切标准都是标准化活动的结果，而标准化的目的，又是通过制订标准来实现的。所以制订标准和修订标准都是标准化的基本任务。,63,实现互换性的前提,标准化,标准分类,64,标准分类,（1）国际标准：由国际标准化或标准组织制定，并公开发布的标准是国际标准（ISO/IEC第2号指南）。因此，ISO，IEC批准发布的标准是目前主要的国际标准，ISO认可即列入国际标准题内关键词索引的一些国际组织如国际计量局（BIPM），食品法典委员会（CAC），世界卫生组织（WHO）等组织制订、发布的标准也是国际标准。,65,标准分类,（2）区域标准：是“由某一区域标准或标准组织制定，并公开发布的标准”（ISO/IEC）第2号指南。如欧洲标准化委员会（CEN）发布的欧洲标准（EN）就是区域标准。（3）国家标准：是“由国家标准团体制定并公开发布的标准”（ISO/IEC第2号指南）。如GB、ANSI、BS、NF、DIN、JIS等是中、美、英、法、德、日等国国家标准的代号。,66,（4）行业标准：由行业标准化团体或机构改革标准，发布在某行业的范围内统一实施的标准是行业标准。又称为团体标准。如美国的材料与试验协会（ASTM）、石油学会标准（API）、机械工程师协会标准（ASME）、英国的劳氏船级社标准（LR）等，都是国际上有权威性的团体标准，在各自的行业内享有很高的信誉。我国的行业标准是“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所制定的标准”如JB、QB、TB等就是机械、轻工、铁路运输行业的标准代号。,67,（5）地方标准：地方标准是“由一个国家的地方部门制定并公开发布的标准”（ISO/IEC第2号指南）。例如：沪Q、京Q分别表示上海、北京的地方企业标准。,68,（6）企业标准：企业标准，有些国家又称公司标准，是由企事业单位自行自定，发布的标准，也是“对企业范围内需要协调，统一的技术要求，管理要求和工作要求”所制定的标准。美国波音飞机公司、德国西门子电器公司、新日本钢铁公司等企业发布的企业标准都是国际上有影响的先进标准。,69,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。,70,(1)等同采用：即GB标准内容完全与ISO标准一致，且编写与国际标准相当；(2)等效采用(EQV)：即GB在内容上与ISO相同，仅在编写上不完全与ISO相同；(3)不等效采用(NEQ)：技术标准与ISO不同。应熟知的几个国家的标准代号：DIN德国、AFNOR(NF)法国、BS英国、SNV瑞士、ANSI美国、JIS日本、区域标准：EN欧盟,71,我国目前采用的国际标准的方式有：,定义：标准化(Standardization)是指在经济、技术、科学及管理等社会实践中，对重复性事物和概念，通过制订、发布和实施标准达到统一，以获得最佳秩序和社会效益的有组织的活动过程。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，是实现现代化的重要手段之一，也是反映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。,72,标准化,机械产品中的各种技术参数能不能随意确定？在机械设计中，常常需要确定很多参数，而这些参数往往不是孤立的，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，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。,73,优先数和优先数系的引入,例：普通车床加工最大直径320，400，500，630形成产品系列本身的零部件以及加工和检验用的刀、夹、量具及机床等。作用：防止数值传播的紊乱；把产品品种的发展一开始就引向科学的标准化轨道。优先数和优先数系就是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标准。,74,1.3优先数与优先数系,75,GB3211980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、R40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。,76,优先数和优先数系,77,R5系列的公比：q51.60R10系列的公比：q101.25R20系列的公比：q201.12R40系列的公比：q401.06R80系列的公比：q801.03,Rr系列的公比：,优先数系的公比,R5的公比：q5=1.58491.60；优先数是1，1.6，2.5，4.0，6.3，10除1外，有5个优先数。R10的公比：q10=1.25；这一系列中包括10个优先数，按1.25的比例中项插入到R5系列中。,78,79,变形系列（有三种）：A、派生系列：是从基本（或补充）系列中每N项导出一项所形成的系列。B、移位系列:它的公比与某一基本系列相同但项值不同。C、复合系列:是指几个公比不同的系列组合而成的变形系列。,80,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。(3)化整值：对部分常用值作进一步圆整。,81,优先数和优先数系的特点,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中，诸如尺寸分段、公差分级及表面粗糙度的参数系列等，基本上是采用优先数系。,82,R5系列的项值包含在R10系列之中，R10系列的项值包含在R20系列之中，R20系列的项值包含在R40系列之中，R40系列的项值包含在R80系列之中。（包含）r系列中的项值可按十进法向两端无限延伸，范围不受限制，同一系列中任意相邻两优先数常用值的相对差近似不变。（延伸）,83,标注派生系列时，除含有项值1的可用简化符号Rr/p外，其它的均需表明系列中含有的一个项值，如R10/3(2.5)例：试写出R10/3从0.016到100的优先数系的派生数系解：该数系为0.016，0.0315，0.063，0.125，0.25，0.5，1，2，4，8，16，31.5，63,84,在设计产品时，对主要尺寸及参数都应采用优先数。通常一般机械的主要参数按R5或R10系列；专用工具的主要尺寸按R10系列；通用型材、零件、工具尺寸及铸件的壁厚尺寸按R20系列。,85,优先数系的应用,1.4.1极限与配合标准的发展概况,86,1.4极限配合与测量技术的发展概况,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。,87,1.4.2测量技术的发展概况,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。,88,古埃及最早的长度计量单位腕尺，法老的肘拐至中指尖距离为1腕尺=0.49米。九世纪,英国撒克逊王朝亨利一世以手臂前伸，指尖到鼻尖长度定为1码=0.9144米.十世纪时，英国国王埃德加以自己拇指关节之间的长度定为一英寸，以自己的脚长定为一英尺，我国古代的度量衡单位也是取自自然物。早在公元前两千多年就开始用一黍的宽度作为一分，十分作为一寸，百分作为一尺。,89,测量技术的发展概况,孔子家语中有“布指知寸，布手知尺，舒肘知寻”的记载，说明古代曾把手指顶端一节的长度定为一寸，把大拇指与中指张开（即一拃）的长定为一尺，把两臂伸开的长度作为一寻。唐太宗李世民双步（左右各一步）为步，三百步为一里，1/5步为1尺。武则天当时就以她本人的右手中指中间关节长度为1寸，并定为法律。,90,测量技术的发展概况,测量器具也在不断改进：,工具显微镜,千分尺,91,泰勒圆度仪,92,日本三丰工具显微镜,93,白光干涉表面轮廓仪,94,扫描电子显微镜,95,Cyclone激光高速扫描仪（反求系统）,96,雷尼绍ML10Gold激光干涉仪,97,激光跟踪仪,98,CSPM2000Wet原子力显微镜,99,三坐标测量仪（美）,100,EasyScan微型扫描隧道显微镜,101,测量机械手,102,一般来说，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。(原理）,103,机械精度设计概述,（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，使其在工作时能承受规定的负荷，达到强度和刚度方面的要求。（设计）（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。,104,本书主要讨论,几何精度设计主要方法,类比法与经过实际使用证明合理的类似产品上的相应要素相比较，确定所设计零件几何要素的精度。计算法根据由某种理论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。,105,试验法先根据一定条件，初步确定零件要素的精度，并按此进行试制，再将试制产品在规定的使用条件