第1章概论(2)

1、2012014 4.9.9中南大学中南大学机电工程学院机电工程学院主讲：主讲：李李 蔚蔚机械精度设计与检测机械精度设计与检测 课程导学课程地位与作用课程地位与作用 机械精度设计与检测机械精度设计与检测是机械类各专业必修的一门实是机械类各专业必修的一门实践性很强的技术基础课，是联系践性很强的技术基础课，是联系机械设计机械设计、机械制机械制造工艺学造工艺学、机械制造装备设计机械制造装备设计等课程及其课程设计等课程及其课程设计的纽带，是从基础课学习过渡到专业课学习的桥梁。的纽带，是从基础课学习过渡到专业课学习的桥梁。 机械精度设计与检测机械精度设计与检测包含几何量精度设计与误差检包含几何量精度设计与

2、误差检测两方面的内容。测两方面的内容。学习目的学习目的 本课程的任务在于使学生获得机械工程技术人员所必本课程的任务在于使学生获得机械工程技术人员所必须具备的几何量公差与检测方面的基本知识和技能。须具备的几何量公差与检测方面的基本知识和技能。（1）掌握标准化和互换性的基本概念及有关的基本术语及）掌握标准化和互换性的基本概念及有关的基本术语及定义；定义；（2）基本掌握几何量公差标准的主要内容、特点和应用原）基本掌握几何量公差标准的主要内容、特点和应用原则；则；（3）初步学会根据机器和零件的功能要求，选用公差与配）初步学会根据机器和零件的功能要求，选用公差与配合；合；（4）能够查用本课程讲授的公差表

3、格和正确标注图样；）能够查用本课程讲授的公差表格和正确标注图样；（5）建立技术测量的基本概念，了解基本测量原理与方法）建立技术测量的基本概念，了解基本测量原理与方法和初步学会使用常用计量器具，知道分析测量误差与处理和初步学会使用常用计量器具，知道分析测量误差与处理测量结果，会设计检验圆柱形零件的量规。测量结果，会设计检验圆柱形零件的量规。第第1章章 概概 论论 基本要求基本要求：了解互换性的意义、标准化的概了解互换性的意义、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。课程的研究对象、任务及要求。 重点内容：重点内容：掌握

4、互换性和标准化的概念，本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。课程的研究对象、任务及要求。 难点内容：难点内容：机械精度设计的基本原则及主要机械精度设计的基本原则及主要方法。方法。机械精度设计概述机械精度设计概述 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，使其在工作时能承受规定的负荷，达

5、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。机械精度设计的研究对象机械精度设计的研究对象机械方案设计机械方案设计机械结构设计机械结构设计机械精度设计机械精度设计机械设计机械设计结构工艺性结构工艺性、强度强度、寿命寿命 装配图装配图、零件图零件图功能要求功能要求 选择尺寸精度选择尺寸精度、形状和位置精度形状和位置精度、 表面精度表面精度 标注在零件图、装配图标注在零件图、装配图工作要求工作要求 选择执行机构选择执行机构 传动系统简图传动系统简图机械精度设计

6、定义机械精度设计定义机械精度设计：机械精度设计：就是依据产品的技术要求就是依据产品的技术要求, , 遵循产品几何遵循产品几何技术规范与认证技术规范与认证(Geometrical Product Specification (Geometrical Product Specification and Verification, and Verification, 简称简称GPS)GPS)等国家标准等国家标准, , 运用计算机技运用计算机技术、术、 尺寸链理论、尺寸链理论、 概率论与统计学、概率论与统计学、 材料学、材料学、 摩擦学、摩擦学、 计算几何学、计算几何学、 最优化原理与算法以及模糊数学

7、等技术和理最优化原理与算法以及模糊数学等技术和理论论, , 并考虑产品的工程实际状态并考虑产品的工程实际状态, , 科学合理地设计该产品科学合理地设计该产品及其零部件几何参数的精度及其零部件几何参数的精度, , 以获得技术与经济的最佳综以获得技术与经济的最佳综合效应。合效应。精度设计原则精度设计原则 互换性原则：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：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：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

8、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：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集合体。例如探求并确定先进工艺，优质材料等。 标准化原则：标准化原则：产品的结构设计时, 应尽量选用标准化的零部件及相应结构, 其精度必须遵守GPS标准以及与实际产品相关的其他标准。几何量的检测几何量的检测 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

9、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。第一节第一节 互换性概述互换性概述互换性互换性在同一规格的一批零件或部件中，任取其在同一规格的一批零件或部件中，任取其一，不需要任何挑选或附加修配一，不需要任何挑选或附加修配(如钳工修配如钳工修配)就能装在机器就能装在机器上，达到规定的功能要求。这样的一批零件或部件就称为具上，达到规定的功能要求。这样的一批零件或部件就称为具

10、有互换性的零、部件。有互换性的零、部件。 由定义可知，具有互换性的零部件在装配过程中，必由定义可知，具有互换性的零部件在装配过程中，必须满足须满足三个条件三个条件：装配后装配后 满足使用要求满足使用要求装配前装配前 不挑不挑装配时装配时 不调整或修配不调整或修配缺一不可缺一不可二、互换性的种类二、互换性的种类尺寸尺寸形状形状相对位置相对位置对几何要素的对几何要素的提出互换性要求。提出互换性要求。 1.按确定的参数或使用要求分为：按确定的参数或使用要求分为： 1)几何参数互换性几何参数互换性 (主要保证装配主要保证装配)2)功能互换（保证使用）功能互换（保证使用） 机械机械物理物理 化学化学 对

11、对性能性能提出互换性要求。提出互换性要求。2.按零件的互换性程度分：按零件的互换性程度分： 1)完全互换完全互换 装配或更换时，装配或更换时，不挑、不调、不修不挑、不调、不修的互换性。的互换性。 2)不完全互换不完全互换 包括采用包括采用概率法装配概率法装配、分组装配分组装配或在装配时采或在装配时采用用调整调整等措施。（还要附加修配、辅助加工的，则不具有互换等措施。（还要附加修配、辅助加工的，则不具有互换性）性） 3. 对标准件对标准件： 内互换：内互换：是指部件或机构内部组成零件间的互换性。是指部件或机构内部组成零件间的互换性。 外互换：外互换：是指部件或机构与其相配合件间的互换性。是指部件

12、或机构与其相配合件间的互换性。 （例如：滚动轴承）（例如：滚动轴承） 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，互换，本课程仅讨论几何参数的互换性本课程仅讨论几何参数的互换性。 三三、互换性的作用、互换性的作用 不仅是使用上的需要，也是设计、制造上的需要。不仅是使用上的需要，也是设计、制造上的需要。 1. 1.使用上使用上2.2.制造上制造上 可采用先进的生产方式（专业化生产、流水线、自动可采用先进的生产方式（专业化生产、流水线、自动线）线）, 产品单一，分工精细，可采用专用设备，提高生产产品单一，分工精细，可采用专用

13、设备，提高生产率。率。 给日常生活带来极大方便给日常生活带来极大方便(举例：备胎、电子元件等等举例：备胎、电子元件等等)减少了机器的使用和维修的时间和费用，提高了机器的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。使用价值。3.3.设计上设计上 采用了互换性原则设计和生产的标准零部件，可简化采用了互换性原则设计和生产的标准零部件，可简化设计、计算、制图工作量，缩短了设计周期，并便于用计设计、计算、制图工作量，缩短了设计周期，并便于用计算机进行辅助设计。算机进行辅助设计。 由于零部件具有互换性，可提高装配质量、缩短装配由于零部件具有互换性，可提高装配质量、缩短装配周期、便于实现装配自

14、动化，提高装配生产率周期、便于实现装配自动化，提高装配生产率4.4.装配过程装配过程 总之，遵循互换性原则进行设计、总之，遵循互换性原则进行设计、制造和使用，可大大降低产品成本，提制造和使用，可大大降低产品成本，提高生产率，降低劳动强度。也为标准化、高生产率，降低劳动强度。也为标准化、系列化、通用化奠定了基础。系列化、通用化奠定了基础。四、互换性的实现四、互换性的实现实现互换性的条件实现互换性的条件：标准化。标准化。它体现在以下四方面：它体现在以下四方面：按统一的标准进行按统一的标准进行设计、制造、装配、检验设计、制造、装配、检验。现代制造。现代制造业分工细、生产规模大、协作厂家多、互换性要求

15、高，业分工细、生产规模大、协作厂家多、互换性要求高，必须严格按标准协调各生产环节，才能使各生产部门和必须严格按标准协调各生产环节，才能使各生产部门和生产环节保持技术统一，使之成为一个有机的生产系统。生产环节保持技术统一，使之成为一个有机的生产系统。第二节第二节 标准与标准化标准与标准化 一、概述一、概述 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

16、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。1.1.标准的概念标准的概念 是指为了在一定的范围内获得最佳秩序，对活动或其是指为了在一定的范围内获得最佳秩序，对活动或其结果规定共同的和重复使用的规则、导则或特性的文件。结果规定共同的和重复使用的规则、导则或特性的文件。2.2.标准的分类标准的分类（1 1）基础标准：）基础标准：以标准化共性要求和前提条件为对象的标准，关以标准化共性要求和前提条件为对象的标准，关于计量单位、于计量单位、 术语、术语、 符号、符号、 优先数系、优先数系、 机械制图、机械制图、 公差与配合、公差与配合、 零件结构要素等的标准都属于基础标准。零件结构要素

17、等的标准都属于基础标准。（2 2）产品标准：）产品标准：以产品及其构成部分为对象的标准，包括产品品以产品及其构成部分为对象的标准，包括产品品种系列标准和产品质量标准种系列标准和产品质量标准（3 3）方法标准：）方法标准：以生产技术活动中的重要程序、以生产技术活动中的重要程序、 规划、规划、 方法为方法为对象的标准，如工艺流程、检验方法、验收规则、包装运输方法等对象的标准，如工艺流程、检验方法、验收规则、包装运输方法等（4 4）安全卫生与环保标准：）安全卫生与环保标准：以人或物的安全与环境保护为目的以人或物的安全与环境保护为目的而制定的标准而制定的标准二、标准二、标准3.3.标准的管理体制标准的

18、管理体制 它分四个层次：它分四个层次：（1 1）国家标准）国家标准GBGB；（2 2）行业标准；）行业标准；（3 3）地方标准；）地方标准；（4 4）企业标准。）企业标准。 4.4.国际标准国际标准 在国际上，为了促进世界各国在技术上的统一，成立了在国际上，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（简称国际标准化组织（简称ISOISO）和国际电工委员会（简称和国际电工委员会（简称IECIEC），），由这两个组织负责制定和颁发国际标准。我国于由这两个组织负责制定和颁发国际标准。我国于19781978年恢复年恢复参加参加ISOISO组织后，陆续修订了自己的标准。修订的原则是，组织后，陆

19、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在立足我国生产实际的基础上向ISOISO靠拢，以利于加强我国靠拢，以利于加强我国在国际上的技术交流和产品互换。在国际上的技术交流和产品互换。 我国采用国际标准的方式有：等同采用；等效采用我国采用国际标准的方式有：等同采用；等效采用( (EQV)EQV)；不等效采用不等效采用( (NEQ)NEQ)。三、标准化三、标准化1.1.标准化的概念标准化的概念 是指为了在一定的范围内获得最佳秩序，对实是指为了在一定的范围内获得最佳秩序，对实际或潜在的问题制定共同的和重复使用的规则的活际或潜在的问题制定共同的和重复使用的规则的活动。包括制定标准、

20、发布标准、组织实施标准和对动。包括制定标准、发布标准、组织实施标准和对标准的实施进行监督的全部活动过程。是一个不断标准的实施进行监督的全部活动过程。是一个不断循环又不断提高其水平的过程。循环又不断提高其水平的过程。2.2.标准化的意义标准化的意义 标准化是组织现代化生产的重要手段，是实现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之一。它对人类进步和科学技术发展起着巨大的推动作用。动作用。第三节第三节 优先数和优先数系优先数和优先数系优先数系：优先数系：就是一种对各种

21、技术参数进行简化、就是一种对各种技术参数进行简化、协调和统一的一种科学的数值制度。协调和统一的一种科学的数值制度。优先数系中的每一个数值称为优先数系中的每一个数值称为优先数优先数。 5510102020404080805101.610101.2520101.1240101.0680101.03RqRqRqRqRq(1) 基本系列公比 公比 公比 公比 (2) 补充系列公比 1.优先数系的构成优先数系的构成 由一系列十进制等比数列构成，代号由一系列十进制等比数列构成，代号Rr( r=5、10、2020、4040、80)80)，每个数都是一个优先数。，每个数都是一个优先数。（3）变形系列）变形系列

22、有三种：有三种：A、派生系列；、派生系列； 是从基本（或补充）系列中每隔是从基本（或补充）系列中每隔N项导出的系列，项导出的系列，Rr/p为为Rr系列每隔系列每隔p项取一个数得到的派生系列。如，项取一个数得到的派生系列。如，R10/3为为R10的派生系列，其公比为：的派生系列，其公比为：B、移位系列；、移位系列； 它的公比与某一基本系列相同但项值不同。它的公比与某一基本系列相同但项值不同。C、复合系列；、复合系列； 是指几个公比不同的系列组合而成的变形系列。是指几个公比不同的系列组合而成的变形系列。310103( 10)2q3优先数系的选用规则优先数系的选用规则 优先数系的应用很广泛，它适用于

23、各种尺寸、参数的系优先数系的应用很广泛，它适用于各种尺寸、参数的系列化和质量指标的分级，对保证各种工业产品的品种、规列化和质量指标的分级，对保证各种工业产品的品种、规格、系列的合理化分档和协调配套具有十分重要的意义。格、系列的合理化分档和协调配套具有十分重要的意义。选用基本系列时，应遵守选用基本系列时，应遵守先疏后密先疏后密的规则。即按的规则。即按 R5R5、R10R10、R20R20、R40 R40 的顺序选用；的顺序选用； 当基本系列不能满足要求时，可选用派生系列，注当基本系列不能满足要求时，可选用派生系列，注意应优先采用公比较大和延伸项含有项值意应优先采用公比较大和延伸项含有项值1 1的

24、派生系列；根的派生系列；根据经济性和需要量等不同条件，还可分段选用最合适的系据经济性和需要量等不同条件，还可分段选用最合适的系列，以复合系列的形式来组成最佳系列。列，以复合系列的形式来组成最佳系列。标准尺寸标准尺寸：是根据上述的优先数，再取其化整值规定的，：是根据上述的优先数，再取其化整值规定的，用用RR表示。表示。0.01-2000mm0.01-2000mm范围内的标准尺寸适于有互换性或范围内的标准尺寸适于有互换性或系列化要求的主要尺寸，如：安装尺寸、连接尺寸、有公系列化要求的主要尺寸，如：安装尺寸、连接尺寸、有公差要求的配合尺寸、决定产品系列的公称尺寸等，可用于差要求的配合尺寸、决定产品系

25、列的公称尺寸等，可用于表示直径、长度或宽度。表示直径、长度或宽度。4. 优先数系的应用举例例：普通车床加工最大直径 320，400，500，630 形成产品系列形成产品系列 本身的零部件 加工和检验用的刀、夹、量具及机床等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第四节第四节 极限配合与测量技术的发展极限配合与测量技术的发展一、极限与配合标准的发展概况一、极限与配合标准的发展概况 要使零部件具有互换性，就要求制订统一的公差与配合标准 1902，英国伦敦以生产剪羊毛机为主的钮瓦（Newall）极限表 1906，英国国标B.S.27。 1924，英国国标B.S.164。 192

26、5，美国标准A.S.A.B 4a。 1926，成立了国际标准化协会ISA ，由第三技术委员会（ISA/CT3）负责制定公差与配合标准。19291929，苏联颁布公差与配合标准。，苏联颁布公差与配合标准。19401940，正式颁布了国际公差标准（，正式颁布了国际公差标准（ISAISA）。）。19471947年年2 2月国际标准化组织重建，改名为国际标准化组织月国际标准化组织重建，改名为国际标准化组织ISOISO，仍由第三技术委员会负责制定公差与配合标准。，仍由第三技术委员会负责制定公差与配合标准。中国中国19551955，一机部，一机部 第一个公差与配合的部颁标准第一个公差与配合的部颁标准195

27、91959，国家科工委，国家科工委 第一个公差与配合的国家标准第一个公差与配合的国家标准 GB159174-59GB159174-59随着我国经济建设的发展，陆续制订、修订标准随着我国经济建设的发展，陆续制订、修订标准19781978年我国恢复为年我国恢复为ISOISO成员国，承担成员国，承担ISOISO技术委员会秘书处工技术委员会秘书处工作和国际标准草案的起草工作。作和国际标准草案的起草工作。 从从19791979年开始，我国制订并发布了以国际标准为基础的新的年开始，我国制订并发布了以国际标准为基础的新的公差标准。从公差标准。从1992 1992 年开始，我国又发布了以国际标准为基年开始，我

28、国又发布了以国际标准为基础进行修订的础进行修订的/T /T 类新公差标准。类新公差标准。 公称长度单位：米（公称长度单位：米（m m） 1791 1791，法国政府决定，以通过巴黎的地球子午线，法国政府决定，以通过巴黎的地球子午线的的40004000万分之一为长度单位米。并制定一米的基准尺，万分之一为长度单位米。并制定一米的基准尺，该基准尺称为该基准尺称为“档案米尺档案米尺”。 1889 1889，第一届国际计量大会规定，用铂铱合金制，第一届国际计量大会规定，用铂铱合金制成的具有刻度线的尺为基准尺，该基准尺称为成的具有刻度线的尺为基准尺，该基准尺称为“国际国际米原器米原器”。 1983 198

29、3，第十七届国际计量大会以光速作为米的定，第十七届国际计量大会以光速作为米的定义。即光在真空中于义。即光在真空中于1/299 792 458s1/299 792 458s时间间隔内的行时间间隔内的行程长度。程长度。 二、测量公称单位的发展二、测量公称单位的发展 检测技术检测技术的发展与机械加工精度的提高是密切相关的的发展与机械加工精度的提高是密切相关的, , 加工加工精度的高低需要检测技术来体现和验证精度的高低需要检测技术来体现和验证, , 同时同时, , 机械加工精度的提高机械加工精度的提高促进了测量精度的提高和检测技术的发展。促进了测量精度的提高和检测技术的发展。 1770年年, 用于加工第一台蒸汽机的用于加工第一台蒸汽机的Wilkinson卧式镗床的加工精度卧式镗床的加工精度是是1 mm, 当时的量具是刻度尺。当时的量具是刻度尺。 19世纪中叶世纪中叶, 机械加工精度机械加工精度0.1 mm，出现了游标卡尺等。，出现了游标卡尺等。 20世纪初，加工精度提高到世纪初，加工精度提高到0.01 mm，测量工具为千分尺。，测量工具为千分尺。 这以后加工技术和测量技术进入了快速发展的轨道，这以后加工技术和测量技术进入了快速发展的轨道，20世纪世纪 3040年代，出现光学比较仪、年代，出现光学比较仪、 测长仪、测长仪、 光波干涉