机械设计基础（第2版） 课件 【ch3】互换性技术

单元三互换性技术“十二五”职业教育国家规划教材机械设计基础（第2版）“十三五”职业教育国家规划教材01互换性概念PARTONE3.1互换性概念互换性可以分为广义互换性和狭义互换性。广义互换性是指机器的零件在各种性能方面都具有互换性,如零件的几何参数、力学性能、抗腐蚀性、热变形、电导性等。狭义互换性是指机器的零部件只满足几何参数方面的要求,如尺寸、形状、位置和表面粗糙度的要求。按互换性的程度又可把互换性分为完全互换和有限互换。一、互换性基本概念3.1互换性概念标准化是社会生产的产物,反过来它又能推动社会生产的发展。标准化包含了标准制定、贯彻和标准修订的全部过程。在机械制造中,标准化是实现互换性的必要前提。技术标准(简称标准)即技术法规,是从事生产建设工作以及商品流通等的一种共同技术依据,它以生产实践、科学试验及可靠经验为基础，由有关方面协调制定，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。标准可以按不同级别颁布。我国技术标准分为国家标准、行业标准、地方标准和企业标准4级。二、标准化概念02光滑圆柱结合的公差与配合PARTtwo3.2光滑圆柱结合的公差与配合一、概述圆柱结合通常指孔和轴的结合,是机器中最广泛采用的一种结合形式。为使加工后的孔与轴能满足互换性要求，必须在设计中采用公差与配合标准。圆柱结合的公差与配合是最早建立的，也是最基本的标准，是机械制造中的基础标准。公差与配合的标准化不仅可以防止任意规定公差与配合数值的混乱现象,保证了零部件的互换性和质量,而且还有利于刀具、量具的标准化，有利于广泛组织专业化协作生产和国际间的技术交流。3.2光滑圆柱结合的公差与配合二、公差与配合的基本术语和定义1、有关孔和轴的定义轴与孔结合在机械制造中得到了广泛的应用，除圆柱形内外表面的轴和孔，还有其他形式的表面也定义为轴和孔，如图3-1所示。3.2光滑圆柱结合的公差与配合2、有关尺寸的术语及定义尺寸是指用特定单位表示长度值的数字。长度包括直径、半径、宽度、深度、高度和中心距等。在机械制造中常用毫米(mm)为单位，在标注时常将单位省略,仅标注数值。(1)尺寸：指的是长度的值,由数字和特定单位两部分组成,包括长度、宽度和中心距等。(2)基本尺寸：是指设计给定的尺寸。(3)实际尺寸：是指通过测量所得的尺寸。(4)极限尺寸：是指允许尺寸变化的两个界限值。3.2光滑圆柱结合的公差与配合2、有关尺寸的术语及定义(5)最大实体极限：是指对应于孔或轴最大实体尺寸的那个极限尺寸，即孔的最小极限尺寸和轴的最大极限尺寸；最大实体尺寸：是孔或轴具有允许的材料量为最多状态下的极限尺寸。(6)最小实体极限：是指对应于孔或轴最小实体尺寸的那个极限尺寸，即孔的最大极限尺寸(Dmx)和轴的最小极限尺；最小实体尺寸：是孔或轴具有允许的材料量为最少状态下的极限尺寸。最大实体极限和最小实体极限统称为实体极限。3.2光滑圆柱结合的公差与配合3、有关尺寸偏差和公差的术语及定义(4)零线。在极限与配合示意图中,表示基本尺寸的一条直线即为零线，以其为基准确定偏差和公差。通常,零线沿水平方向绘制,正偏差位于其上,负偏差位于其下,如图3-2所示。3.2光滑圆柱结合的公差与配合3、有关尺寸偏差和公差的术语及定义(5)尺寸公差带。尺寸公差带是表示零件的尺寸相对于其基本尺寸所允许变动的范围,简称公差带。用图表示的公差带,称为公差带图，如图3-3所示。3.2光滑圆柱结合的公差与配合4、有关配合的术语及定义配合是指基本尺寸相同的相互结合的孔、轴公差带之间的关系。这种关系决定着配合的松紧程度，而这松紧程度是用间隙和过盈来描述的。(1)间隙或过盈。孔的尺寸减去相配合的轴的尺寸所得的代数差,此差值为正时其配合为间隙,为负时其配合为过盈。配合可分为间隙配合、过盈配合和过渡配合三种。3.2光滑圆柱结合的公差与配合4、有关配合的术语及定义(2)间隙配合。间隙配合是指具有间隙(包括最小间隙等于零)的配合。此时,孔的公差带在轴的公差带之上,如图3-4所示。3.2光滑圆柱结合的公差与配合4、有关配合的术语及定义(3)过盈配合过盈配合是指具有过盈(包括最小过盈等于零)的配合。此时,孔的公差带在轴的公差带之下,如图3-5所示。3.2光滑圆柱结合的公差与配合4、有关配合的术语及定义(4)过渡配合。可能具有间隙或过盈的配合,称为过渡配合。此时,孔的公差带与轴的公差带相互交叠,如图3-6所示。3.2光滑圆柱结合的公差与配合4、有关配合的术语及定义(5)配合公差。允许间隙或过盈的变动量,称为配合公差。它表明配合松紧程度的变化范围。配合公差越大,配合精度越低;配合公差越小，配合精度越高。用直角坐标表示出相配合的孔与轴的间隙或过盈的变动范围的图形叫作配合公差带图,如图3-7所示。3.2光滑圆柱结合的公差与配合三、公差与配合国家标准的组成与特点1、基准制（1）基孔制：是指基本偏差为一定的孔的公差带，与不同基本偏差的轴的公差带所形成的各种配合的一种制度，如图3-8(a)所示。(2)基轴制：是指基本偏差为一定的轴的公差带,与不同基本偏差的孔的公差带形成的各种配合的一种制度,如图3-8(b)所示。3.2光滑圆柱结合的公差与配合2、标准公差系列（1）标准公差等级：为实现互换性和满足各种使用要求，公差与配合国家标准对形成各种配合的公差带进行了标准化,形成标准公差和基本偏差两个系列，即公差带大小由标准公差确定，公差相对于零线的位置由基本偏差确定。（2）标准公差值：公差值的大小与公差等级和基本尺寸有关,计算公差值分三段：IT5~IT18考虑加工误差和测量误差，并采用了R5优先数系；IT01~IT1因公差值较小主要考虑测量误差；IT2~IT4在IT1IT5之间按等比级数插的等级，即IT2=IT1Xq。3.2光滑圆柱结合的公差与配合3、基本偏差系列(1)基本偏差代号。国家标准(简称国标)中已将基本偏差标准化，规定了孔、轴各28种公带位置，分别用拉丁字母表示,在26个拉丁字母中去掉易与其他含义混淆的五个字母I、L、O、Q、W(l、i、o、q、w),同时增加CD、EF、FG、JS、ZA、ZB、ZC(cd、ef、fg、js、za、zb、zc)七个双字母,共有28种基本偏差系列。(2)基本偏差系列图及其特征。图3-9是基本偏差系列图,它表示基本尺寸相同的28种轴、孔基本偏差相对零线的位置。3.2光滑圆柱结合的公差与配合3、基本偏差系列(3)轴的基本偏差确定。轴的基本偏差数值是以基孔制为基础,根据各种配合要求，经过理论计算、试验或统计分析得到的，见表3-3。(4)孔的基本偏差确定。同一字母的孔的基本偏差与轴的基本偏差相对零线完全对称，即孔与轴的基本偏差绝对值相等，而符号相反，见表3-4。3.2光滑圆柱结合的公差与配合3、基本偏差系列(5)圆柱孔、轴公差配合在图样上的标注。孔和轴的公差带在零件图上的标注如图3-10所示，主要标注上下极限偏差数值，也可附注基本偏差代号及公差等级。3.2光滑圆柱结合的公差与配合4、图标中规定的公差带与配合(1)公差带代号。对于基本尺寸一定的孔和轴,若定了基本偏养代号和公差等级，则其公差带的位置和大小即已完全确定。标准规定：在基本偏差代号之后加注公差等级的代号(数字),就称为公差带代号。(2)配合代号。将相配合的孔、轴的公差带代号写成分数形式,分子为孔的公差带代号,分母为轴的公差带代号,就称为配合代号，即为配合代号。3.2光滑圆柱结合的公差与配合4、图标中规定的公差带与配合(3)公差带与配合的优化。图3-12所示的轴的一般公差带为116种常用公差带(方框内的)为9种优先公差带(圆圈中)为13种。3.2光滑圆柱结合的公差与配合4、图标中规定的公差带与配合(3)公差带与配合的优化。图3-13所示的孔的一般公差带为105种常用公差带(方框内的)为44种优先公差带(圆圈中)为13种。3.2光滑圆柱结合的公差与配合5、一般公差线性尺寸的未注公差一般公差是指在车间一般加工条件下可保证的公差，是机床设备在正常维护和操作情况下,能达到的经济加工精度。采用一般公差时,在该尺寸后不标注极限偏差或其他代号，所以也称未注公差。一般公差主要用于较低精度的非配合尺寸。一般公差适用于金属切削加工的尺寸、一般冲压加工的尺寸。对非金属材料和其他工艺方法加工的尺寸亦可参照采用。3.2光滑圆柱结合的公差与配合四、公差与配合的选择1、基准制选择设计原则优先采用基孔制寿命原则特殊情况可以采用非基准制有些情况下选择基轴制3.2光滑圆柱结合的公差与配合2、尺寸公差等级的选择(1)公差等级的选择原则。选择公差等级就是解决制造精度与制造成本之间的矛盾。在满足使用性能的前提下尽量选取较低的公差等级。(2)公差等级的选择方法。a.类比法(经验法)；b.计算法。3.2光滑圆柱结合的公差与配合(3)确定公差等级应考虑的几个问题：a.一般的非配合尺寸要比配合尺寸的公差等级低；b.遵守工艺等价原则；c.在满足配合要求的前提下,孔,轴的公差等级可以任意组合,不受工等价原则的限制；d.与标准件配合的零件,其公差等级由标准件的精度要求所决定；e.用类比法确定公差等级时，一定要查明各公差等级的应用范围和公差等级的选择实例；f.在满足设计要求的前提下，应尽量考虑工艺的可能性和经济性配合的选择。3.2光滑圆柱结合的公差与配合3、配合的选择(1)配合选择的任务。当基准配合制和孔、轴公差等级确定之后,配合选择的任务是：确定非基准件(基孔制配合中的轴或基轴配合制中的孔)的基本偏差代号。(2)配合选择的方法。配合的选择方法有类比法、计算法和试验法三种。(3)配合选择的步骤。确定配合的类型确定非基准件的基本偏差代号配合选择的注意事项03形状和位置公差PARTthree3.3形状和位置公差形位公差的研究对象是构成零件几何特征的点、线、面,统称为几何要素,简称要素,如图3-16所示。一、形位公差的研究对象————几何要素3.3形状和位置公差1.几何要素分类。(1)按结构特征分为“轮廓要素”和“中心要素”；(2)按存在的状态分为“理想要素”和“实际要素”；(3)按所处地位分为“被测要素”和“基准要素”；(4)按功能关系分为“单一要素”和：关联要素“。一、形位公差的研究对象————几何要素3.3形状和位置公差2、形位公差的特征项目及符号。一、形位公差的研究对象————几何要素3.3形状和位置公差3，形位公差的标注。按形位公差国家标准的规定，在图样上标注形位公差时，应采用代号标注。形位公差框格有两格或多格,它可以水平放置，也可以垂直放置，自左至右依次填写公差符号、公差数值(单位为mm)基准代号字母，如图3-17所示。一、形位公差的研究对象————几何要素3.3形状和位置公差4、形位公差带。形位公差带是用来限制被测实际要素变动的区域。只要被测要素完全落在给定的公差带区域内，就表示被测要素的形状和位置符合设计要求。一、形位公差的研究对象————几何要素3.3形状和位置公差尽管零件的种类繁多,但构成零件几何形状的要素不外乎是直线、曲线,平面、回转面和曲面等。形状公差项目有下列6项。1、直线度。直线度公差用于控制直线、轴线的形状误差。根据零件的功能要求,直线度可分为在给定平面内、在给定方向上和任意方向上三种情况。二、各项形状公差及其公差带3.3形状和位置公差2、平面度。平面度公差带是距离为公差值的两平行平面之间的区域，如图3-25(b)所示。当零件的上表面有平面度要求,如图3-25(a)所示,则被测表面必须位于距离位公差值0.1mm的两平行平面之内。二、各项形状公差及其公差带3.3形状和位置公差3、圆度。圆度公差带是垂直于轴线的任一正截面上半径为公差值t的两同心圆之间的区域。圆度公差用于控制回转表面(如圆柱面、圆锥面、球面等)的径向截面轮廓。二、各项形状公差及其公差带3.3形状和位置公差4.圆柱度。圆柱度公差带是半径差为公差值t的两同轴圆柱面之间的区域。圆度公差是控制圆柱形、圆锥形等回转体横截面的形状误差的，圆柱度公差则综合控制圆柱面纵横截面的各种形状误差。二、各项形状公差及其公差带3.3形状和位置公差5、线轮廓度。线轮廓度的公差带是包络一系列直径为公差值t的圆的两包络线之间的区域。线轮廓度公差用以控制平面曲线(或曲面的截面轮廓)的形状或位置误差。二、各项形状公差及其公差带3.3形状和位置公差位置公差是指关联实际要素的位置对基准所允许的变动全量。根据关联要素对基准功能要求的不同,位置公差又分为定向公差、定位公差和跳动公差3类。定向公差是指关联实际要素对基准在方向上允许的变动全量。定位公差是关联实际要素对基准在位置上允许的变动全量。跳动公差是以特定的检测方式为依据而给定的公差项目。三、位置公差3.3形状和位置公差1、形状公差带与位置公差的关系。同一要素上给定的形状公差值应小于位置公差值。如同一平面,平面度公差值应小于该平面对基准的平行度公差值。2、形状公差与尺寸公差的关系。圆柱形零件的形状公差(轴线直线度除外)应小于其尺寸公差值,平行度公差值应小于其相应的距离尺寸的公差值。四、形位公差的选择04表面结构PARTfore3.4表面结构一、零件表面结构的基本概念零件表面经过加工后,看起来很光,经放大观察却凹凸不平,如图3-45所示。3.4表面结构一、零件表面结构的基本概念1、粗糙度轮廓。粗糙度轮廓是指加工后的零件表面轮廓中具有较小间距和谷峰的那部分。2、波纹度轮廓。波纹度轮廓是表面轮廓中不平度的间距比粗糙度轮廓大得多的那部分。3、原始轮廓。原始轮廓是忽略了粗糙度轮廓和波纹度轮廓之后的总的轮廓。3.4表面结构一、零件表面结构的基本概念4、评定表面结构