互换性及技术测量知识点

互换性与技术测量知识点

第1章绪言

互换性是指在同一规格的一批零、部件中任取一件，在装配时不

需经过任何选择、修配或调整，就能装配在整机上，并能满足使用性

能要求的特性。

互换性应具备的条件：

①装配前不换②装配时不调整或修配③装配后满足使用要求

按互换性程度可分完全互换(绝对互换)与不完全互换(有限互

换)。

按标准零部件和机构分外互换与内互换。

互换性在机械制造中的作用

1.从使用方面看：节省装配、维修时间，保证工作的连续性和持

久性，提高了机器的使用寿命。

2.从制造方面看：便于实现自动化流水线生产。装配时，由于零

部件具有互换性，不需辅助加工和修配，可以减轻装配工的劳动量，

缩短装配周期。

3.从设计方面看：大大减轻设计人员的计算、绘图的工作量，简

化设计程序和缩短设计周期。

标准与标准化是实现互换性的根基。

标准分类

(1)按一般分：技术标准、管理标准和工作标准。

(2)按作用范围分：国际标准、国家标准、专业标准、地方标准和

企业标准。

（3）按标准的法律属性分：强制性标准和推荐性标准。

国家强制性标准用代号"GB”表示。

国家推荐性标准用代号“GB/T”表示。

优先数系的种类

⑴根本系列R5、RIO、R20、R40

⑵补充系列R80

⑶派生系列

选用优先数系的原则按“先疏后密〃的顺序。

第2章测量技术根基

测量过程的四要素：测量对象、计量单位、测量方法和测量精度。

测量仪器和测量工具统称为计量器具。

计量器具分类

按其原理、构造和用途分为：

（1）基准量具（2）通用计量器具（3）极限量规类（4）检验夹具

按测量值获得方式的的不同，测量方法可分为：

1.绝对测量和相对（对比）测量法

2.直接测量和间接测量法

测量误差：测得值与被测量真值之差。

‘根本尺寸一样用△评定

对比测量精度上下＜

根本尺寸不一样用£评定

(1)绝对误差△——测得值与被测量真值之差。

(2)相对误差£——测量的绝对误差的绝对值与被测量真值之比。

(3)极限误差一一测量的绝对误差的变化范围。

或与二彳士酝，

’随机误差一一不可消除，只能减小

按误差性质可分系统误差一一可消除

粗大误差一一剔除

控制几何参数的技术规定就称“公差〃，实际参数允许的最大变动量。

’误差在加工过程中产生

区别＜

、公差由设计人员确定

联系：公差是误差的最大允许值。

第3章孔、轴结合尺寸精度设讨与检测

标准规定，图样上的尺寸以毫米为单位时，不需标注单位的名称或符

号。

(1)公称尺寸一是指设计给定的尺寸(孔：D、轴：d)。

(2)实际尺寸一是指零件加工后通过测量获得的某一尺寸。

(3)极限尺寸一是指允许尺寸变化的两个极端值。

其中允许的最大尺寸为上极限尺寸(最大极限尺寸)fDmaxJmax)；

允许的最小尺寸为下极限尺寸(最小极限尺寸)。

公称尺寸D,d和极限尺寸斗小区/4皿，4」是设计给定的。

实际尺寸，,，da,是通过测量得到的。

实际尺寸合格条件为：

（4）尺寸偏差（简称偏差）一是指某一尺寸（极限尺寸、实际尺寸等）

减其公称尺寸所得的代数差。尺寸偏差分为极限偏差和实际偏差。（注

标时除“0〃外必须带符号）

对极限尺寸减其公称尺寸所得的代数差为极限偏差。

上极限偏差（简称上偏差）（ES、es）

下极限偏差（简称下偏差）（Ehei）

孔：上偏差ES=D,nax-D轴：上偏差es=dmM-d

下偏差El=Dmin-D下偏差ei^dmm-d

孔、轴实际偏差

实际偏差合格条件为

（5）尺寸公差（简称公差）一是指允许尺寸的变动量。

孔：TD=|Dmax-Dminl=I（Dmax-D）-（Dmin-D|=|ES-EI|

轴：Td=1dmax-dmin|=|eS-ei|

偏差与公差区别：

①偏差是代数值，有正负符号；而公差则是绝对值，不带符号（尺寸

公差不能为零）。

②偏差有基准一一公称尺寸为基，公差无基准。

③偏差影响配合松紧，公差影响配合精度。

④实际偏差是对单个零件的判断，公差是对一批零件的判断。

公差带图由零线和公差带两局部组成。

（6）标准公差是指国家标准所规定的任一公差值。

根本偏差是指国家标准所规定的上极限偏差或下极限偏差，它一般

为靠近零线或位于零线的那个极限偏差。

配合是指公称尺寸一样的，相互结合的孔和轴公差带之间的关系。

’间隙配合孔的公差带在轴的公差带之上的配合。

配合的分类（过盈配合孔的公差带在轴的公差带之下的配合。

、过渡配合可能具有间隙或过盈的配合，即公差带重叠。

（7）配合公差是指允许间隙或过盈的变动量，它等于配合的孔与轴

的公差之和。用符号7）表示。

配合制（基准制）是指同一极限制的孔和轴组成的一种配合制度。

配合制分基孔制和基轴制。

基孔制配合的孔为基准孔，其代号为H基准孔的根本偏差为E1=O

基轴制配合的轴为基准轴，其代号为h基准轴的根本偏差为es=O

必须掌握的六个计算公式

ES=Dmax―D；eS=dmax―d[1)

EI=Dmin—D；ei=dmi“一d(2)

TD=IES-EII；Td=Ies-eiI(3)

Xraax[Y.)=ES—ei；⑷

Xrain(Ymax)=E1—CS(5)

Tr=IXmas(Yrai,J-xmin|=TD+Td(6)

标准公差系列决定孔、轴公差带大小。

标准公差系列是由不同的公差等级和不同的孔、轴公称尺寸的标准公

差值构成的。

公差等级共20个等级，等级依次降低，公差数值依次增大，精度越

低。

根本偏差系列决定孔、轴公差带位置。

根本偏差是确定公差带相对零线位置的上偏差或下偏差，一般为靠

近零线或位于零线的那个偏差。

孔和轴各有28种根本偏差。

各种根本偏差形成配合的特性

(1)A-H与h和a—h与H各形成11种间隙配合。

(2)JS、J—N与h和js、j—n与H各形成5种过渡配合。

(3)P—ZC与h和p—zc与H各形成12种过盈配合。

公差带用根本偏差的字母和公差等级数字表示，如H7,f6等。配

合用一样公称尺寸与孔、轴公差带表示。孔、轴公差带写成分数形式,

分子为孔的公差带，分母为轴的公差带。

(1)零件图上：在公称尺寸后注出公差带代号或注出上、下偏差值,

或者同时注出公差带代号和上、下偏差值。

(2)装配图上：在公称尺寸后注出孔、轴配合代号，或者同时注出

孔、轴配合代号和孔、轴的极限偏差。

(1)一般情况下应优先选用基孔制

(2)轴与公称尺寸一样的多孔配合，且配合性质要求不同的情况，

此时采用基轴制

标准公差等级的选用原则：在充分满足使用条件下，考虑工艺的可能

性，应尽量选用精度较低的公差等级。

续表4.1

孑公差类型

几何特征工程一符号有无基准

位置度有或无

同心度（用于中心点）◎有

同轴度（用于轴线）◎有

也・公差

对称度有

线轮廓度r\有

)面轮廓度d有、

圆跳动/有

,■,亡

J跳动公差

有•工

全跳动ZZ

异称方向误差，在相互位置上的差异称位置误差。

几何误差对零件使用性能的影响:

①影响零件的功能要求

表4.1几何公差的几何特征符号（摘自GB/T1182—2008）

公差类型儿何苻征符号有无基准

直线度一无

平面度口无

圆度无

形状公差0

圆柱度a无

线轮廓度C无

面轮廓度d无

平行度〃有

垂直度_L有

方向公差倾斜度N有

线轮席度r\有

面轮廓度d有

几何公差分为形状公差（6项）、方向公差（5项）、位置公差［6项）

和跳动公差（2项）共四类（19项）。

其中形状公差是对单一要素提出的几何特征，因此，无基准要求。

方向公差、位置公差和跳动公差是对关联要素提出的几何特征，因此,

在大多数情况下都有基准要求。

2.几何公差的附加符号如表4.2所示

’单一基准

基准种类《公共基准（组合基准）

、三基面体系

几何公差带有形状、大小、方向和位置四个要素。

儿何公差带位置有浮动和固定两种形式。

1.形状公差带

形状公差带是控制被测要素为线或面。形状公差有直线度、平面度、

圆度和圆柱度等主要几何特征工程。

形状公差带的特点：不涉及基准，它的方向和位置均是浮动的，只能

控制被测要素形状误差大小。

2.方向公差带

方向公差带是控制被测要素为线或面。方向公差有平行度、垂直度和

倾斜度等主要几何特征。方向公差是指实际关联要素相对基准要素的

理想方向的允许变动量。因此，方向公差有基准。

①被测要素为甲对基准面

’面［②被测要素为线对基准面

基准＜

线「③被测要素为面对基准线

④被测要素为,对基准线

3.位置公差带

位置公差带是控制被测要素为点、线或面。位置公差主要有同心度、

同轴度、对称度和位置度等几何特征。位置公差是指实际关联要素相

对基准要素或基准和理论正确尺寸所确定的理想位置的允许变动量。

位置公差带的位置是固定的。

4.轮廓度公差带

轮廓度公差带是控制被测要素为曲线或曲面。轮廓度公差分线轮廓度

和面轮廓度公差两种几何特征。无基准要求的轮廓度公差为形状公

差，有基准要求的轮廓度公差为方向公差或位置公差。

5.跳动公差带

跳动公差是按特定测量方法定义的综合的几何公差。

跳动公差带是控制被测要素为圆柱体的圆柱面、圆柱端面，圆锥体的

圆锥面和曲面等组成要素。

跳动公差的基准为圆柱体或圆锥体的轴线。

跳动公差分圆跳动和全跳动。

圆跳动分为径向圆跳动公差带、轴向圆跳动公差带和斜向圆跳动公差

市-H4-。

全跳动公差分为径向全跳动和轴向全跳动公差带。

跳动公差带能综合控制同一被测要素的形状误差、方向误差和位

置误差。例如径向圆跳动公差带可以同时控制同轴度误差和圆度误

差；径向全跳动公差带可以同时控制同轴度误差和圆柱度误差；轴向

全跳动公差带可以同时控制端面对基准⑥的垂直度误差和平面度

误差。⑭

对某一被测要素给出跳动公差后，假设①荫足功能要素时，则

另行给出形状、方向和位置公差，其公®应遵守形状公差小于方向

公差，方向公差小于位置公差，位置公差小于跳动公差的原则。

公差原则是指处理几何公差和尺寸公差之间关系应遵循的原则。

公差原则分为独立原则和相关原则。

（无：独立原则

「包容要求

t几何和T尺之间的关系/最大实体要求

有：最小实体要求

<〔可逆要求

1.体外作用尺寸（EFS）

孔的体外作用尺寸用符号Dfe表示

2.体内作用尺寸（IFS）

孔的体外作用尺寸用符号Df表示

3.最大实体状态（MMC）和最大实体尺寸（MMS）

（1）最大实体状态（MMC）一是指实际要素在给定长度上处处位于

尺寸公差带内，并具有实体最大〔即材料最多，重量最重）的状态。

（2）最大实体尺寸［MMS）是指在MMC状态下的极限尺寸。

内、外外表（孔、轴）的最大实体尺寸为

4.最小实体状态（LMC）和最小实体尺寸（LMS）

（1）最小实体尺寸［LMC）一是指实际要素在给定长度上处处位于尺

寸公差带内，并具有实体最小（即材料最少，重量最轻）的状态。

（2）最小实体尺寸（LMS）是指在LMC状态下的极限尺寸。

5.最大实体实效状态（MMVC）和最大实体实效尺寸（MMVS）

（1）MMVC是指实际要素在给定长度上处于最大实体状态MMC,

且其中心要素的f几何=t几何时综合极限状态。

（2）MMVS是指在最大实体实效状态（MMVC〕下的体外作用尺寸。

内、外外表（孔、轴）的最大实体实效尺寸为

6.最小实体实效状态（LMVC）和最小实体实效尺寸（LMVS）

（1）LMVC是指实际要素在给定长度上处于最小实体状态LMC且

其中心要素的f几何=t几何时综合极限状态。

（2）LMVS一是指在最小实体实效状态LMVC下体内作用尺寸。

内、外外表（孔、轴）的最小实体实效尺寸为

单一要素的边界没有方向和位置的约束。

关联要素的边界应与基准保持图样上给定的方向或位置关系。

边界尺寸（BS）一是指理想形状的极限包容面的直径或宽度。

按边界尺寸可分:最大实体边界（MMB）、最大实体实效边界

（乂乂丫8）、最小实体边界（LMB〕和最小实体实效边界（LMVB）

四种。

独立原则是确定尺寸公差和几何公差相互关系应遵循的根本原则。

图样上给定的尺寸公差与几何公差要求均是独立的，应分别满足要

求。（g）

包容要求（ER）

包容要求用于单一要素的一种相关要求。图样上应在其极限偏差或

尺寸公差带代号后加注符号

包容要求的实际要素应遵守最大实体边界（MMB）,即其作用尺寸

又寸车且不超出最.13)

(LMS)

对轴、孔有包容要求时，其合格条件由以下公式给出：

最大实体要求［MMR）

最大实体要求适用于中心要素有几何公差要求的情况。它是控制实际

被测要素处于其最大实体实效边界之内的一种相关公差要求。当实际

尺寸偏离最大实体尺寸时，允许其中心要素的的几何误差值超出给定

几何公差值，即只允许尺寸公差尺寸公差补偿给几何公差。

可逆要求（RR）用于最大实体要求［MMR）可逆要求不能单独使用，

只能与最大实体要求和最小实体要求一起使用，也没有自己的边界。

最小实体要求（LMR）

最小实体要求适用于中心要素有几何公差要求的情况。它是控制实

际被测要素处于其最小实体实效边界之内的一种相关公差要求。当实

际尺寸偏离最小实体尺寸时，允许其中心要素的的儿何误差值超出给

定几何公差值，即只允许尺寸公差尺寸公差补偿给几何公差。

特征工程分为三大类，14个工程，（一）形状公差4项：直线度平

面度圆度圆柱度（二）形状或位置公差2项：线轮廓度面轮廓度

（三）位置公差8项：平行度垂直度倾斜度位置度同轴度对称

屣圆跳动速膨状—t方向—t位置—t圆跳动—t全跳动

1.对于有特殊功能要求的要素，一般采用独立原则；

2.有配合性质要求的要素，一般采用包容要求（ER）；

3.对于保证可装配性、无配合性质要求的要素，一般采用最大实体要

求（MMR）；

4.对于保证临界值的设计，以控制最小壁厚，保证最低强度要求的要

素，一般采用最小实体要求（LMR）。

在确定被测要素的方向、位置和跳动公差时，同时要确定基准要素。

基准的选用应遵循设计、工艺、测量和工作等基准统一的原则。

直线度、平面度、垂直度、对称度和圆跳动的未注公差，标准规定：

①H、K、L三级，其中H级最高，L级最低。②未注几何公差的

公差数值

第5章外表粗糙度设讨与检测

外表粗糙度轮廓是指加工后零件外表的微小峰谷上下（z）程度和间

距（S）状况（微观形状）。

一般按S分：

S<lmm为外表粗糙度轮廓；

lWSWIOmm为外表波纹度轮廓；

S>10mm为f形状.（宏观形状）。

外表粗糙度轮廓的产生原因：

（1）切削后遗留的刀痕；

(2)切削过程中切屑别离时的塑性变形；

(3)以及机床等工装系统的振动等。

外表粗糙度轮廓对零件使用性能的影响

1.对摩擦和磨损的影响

零件越粗糙，阻力越大，磨损也越快，但外表不是越光滑越好。

2.对配合性质的影响

3.对抗疲劳强度的影响

4.对抗腐蚀性的影响

提高外表粗糙的质量，可以增强其抗腐蚀能力。

外表粗糙度轮廓的评定

1.取样长度lr—测量或评定外表粗糙度轮廓时规定的一段基准线长

度。

规定取样长度的目的：

①为了限制或减弱外表波纹度轮廓的影响。

②排除形状误差等对外表粗糙度轮廓测量的影响。

一般外表越粗糙，取样长度lr就越大。

2.评定长度In—测量或评定外表粗糙度轮廓时规定的一段最小的测

量长度。

规定评定长度的目的：

因为外表的峰谷和间距的不均匀性，为了可靠地反映外表粗糙度轮廓

的特性。

3.中线一中线是指具有几何轮廓形状并划分轮廓的基准线

(1)轮廓最小二乘中线(m)—在Ir内，使轮廓上各点至该线的距离

Zi平方和为最小。

(2)轮廓算术平均中线一在取样长度lr内，划分实际轮廓为上、下

两局部，且使上、下两局部面积相等的线。

从幅度、间距和形状三个方面规定了相应的评定参数。

1.幅度参数(高度参数)

(1)轮廓的算术平均偏差一Ra

(2)轮廓的最大高度Rz

轮廓最大高度Rz是指在取样长度lr内,最大轮廓峰高Zp和最大轮廓

谷深Zv之和。

2.间距参数

3.混合参数(形状参数)

外表粗糙度轮廓评定参数共4个：

根本参数fRa一轮廓算术平均偏差

2个LRz一轮廓最大高度

附加参数fRsm-轮廓单元平均宽度

(辅助参数)1Rmr©一轮廓支承长度率

2个

外表粗糙度轮廓参数的选用

1.评定参数的选用

(1)幅度参数(高度参数)的选用一即根本参数的选用

一般情况下从幅度参数的轮廓算术平均偏差Ra和轮廓最大高度

Rz中任选一个。但一般优先选用轮廓算术平均偏差Ra,因为它反映

外表粗糙度特性的信息量大和用轮廓仪测量容易。

Rz用于极光滑外表或粗糙外表（Ra<0.025Pm或Ra>6.3um）,一

般用双管显微镜测量。它用于处理部位小，峰谷小或有疲劳强度要

求的的零件外表的评定

（2）间距参数和混合参数的选用一即附加参数的选用

2.参数值的选用

（1）同一零件上，工作外表的幅度参数（高度参数〕轮廓算术平均

偏差Ra（或轮廓最大高度Rz）值小于非工作外表；

（2）摩擦外表的轮廓算术平均偏差Ra（或轮廓最大高度Rz）值小于非

摩擦外表；

（3）一般情况过盈配合外表的轮廓算术平均偏差Ra（或轮廓最大高

度Rz）值小于间隙配合的外表；

（4）配合性质要求高的配合外表（如间隙小的配合外表）、受重载

荷作用的过盈配合外表轮廓算术平均偏差Ra（或轮廓最大高度Rz）值

都应较小；

（5）运动速度高、单位面积压力大，以及受交变应力作用的重要零

件的圆角沟槽外表的轮廓算术平均偏差Ra（或轮廓最大高度Rz）值都

应较小；

（6）在确定Ra（或Rz）值时，应注意与尺寸公差（T）和几何公差⑴

的协调。

外表粗糙度轮廓技术要求在图形中标注的内容注写的位置

c

图5.11外裂都槽耀海藉魁哥翻褊口

位置a处一注写外表粗糙度的单一要求，即幅度参数及极限值该要

求不能省略

①上限或下限的标注：表示双向极限时应标注上限符号“U"和下

限符号“L”。如果同一参数具有双向极限要求，在不引起歧义时，

可省略“U〃和"L"的标注。假设为单向下限值，则必需加注"L"o

②传输带和取样长度的标注：传输带是指两个滤波器的截止波长值

之间的波长范围。长波滤波器的截止波长值就是取样长度lro

传输带的标注时，短波在前，长波在后，并用连字号“一"隔开。

在某些情况下，传输带的标注中，只标一个滤波器，也应保存连字号

“一〃，来区别是短波还是长波。

③参数代号的标注：参数代号标注在传输带或取样长度后，它们之

间用“/〃隔开。

④评定长度的标注：如果默认的评定长度（51r）时，可省略标注。

如果不等于51r时，则应注出取样长度的个数。

⑤极限值判断规则和极限值的标注：极限值判断规则的标注如图

5.11中所示上限为“16%规则"，下限为"最大规则〃。为了防止误

解，在参数代号和极限值之间插入一个空格。

外表粗糙度轮廓要求在零件图上的标注方法

1.一般规定

(1)对零件的每一外表一般只标注一次，并尽可能标注在相应尺寸

及其极限偏差的同一视图上。

(2)除非另有说明，所标注的外表粗糙度轮廓要求是对完工零件外

表。

(3)粗糙度的符号和数字的注写和读取方向应与尺寸的注写和读取

方向一致。

(4)粗糙度的符号的尖端必须从材料外指向并接触零件外表。

下面以外表粗糙度轮廓的幅度参数为例说明在零件图上的标注方法，

其他技术要求为默认采用标准化值。

外表粗糙度轮廓的检测方法主要有：

1.对比法2.光切法3.针描法4.干预法5.激光反射法

第6章滚动轴承与扎、轴结合的精度设讨

滚动轴承的作用：支撑轴系

滚动轴承的组成及种类：

1.组成呐圈、外圈滚动体和保持架

2.种类

按滚动体「球轴承

形状分滚子r圆柱轴承

Y

轴承〔圆锥轴承

按负荷「向心轴承一径向力

方向分Y推力轴承一轴向力

1向心推力轴承一径向力、轴向力

滚动轴承的公差等级是根据其外形尺寸精度和旋转精度确定。

标准部件：是配合的基准件。即轴承内圈内径为基准孔外圈外径为基

准轴。

轴承内、外圈与轴颈、外壳孔配合采用单一径向平面平均直径。

负荷类型

①旋转负荷②定向负荷③摆动负荷

第8章键、花键结合的精度设讨与检测

键的作用：m传递转矩（2）传递运动（3）导向

平键：普通平键和导向平键

花键：矩形花键和渐开线花键

普通平键联结的配合种类：松联结、正常联结和严密联结

「定心精度高

花键联结的特点，导向性好

、承载能力强

理论上花键有小径d、大径D和键侧面B三种定心方式。

矩形花键装配型式分为：①固定联结②紧滑动联结③滑动联结

矩形花键结合的极限与配合选用是指确定联结精度和装配型式。

矩形花键联结精度的选用主要根据定心精度和传递扭矩大小。

儿何公差

(1)为了保证内、外花键小径定心外表的配合性质，故小径采用包

容要求；

(2)一般规定位置度公差，并采用最大实体要求，位置度公差用于

控制对称度和等分度误差；

(3)对单件和小批量生产规定对称度，并采用独立原则。

第9章螺纹结合的精度设讨与检测

螺纹五要素：牙型、直径、线数、导程和旋向。

螺纹种类：严密螺纹、普通螺纹(紧固螺纹)和传动螺纹

普通螺纹分粗牙和细牙两种。

内螺纹小径D1、外螺纹大径d又称螺纹顶径。

内螺纹大径D、外螺纹小径dl又称螺纹底径。

中径是指一个假想的圆柱的直径，该圆柱的母线通过牙型上沟槽和凸

起宽度相等的地方。

影响螺纹结合精度的几何参数：中径和螺距。

公差带代号是由公差等级和根本偏差代号组成

国标规定了普通螺纹的旋合长度为短旋合长