制作人机械设计课题组

制作人：机械设计课题组

机械设计及互换性与技术测量优化整合课件1绪

论

绪论

课程介绍：1.课程性质、目的和任务2.内容教材：《机械设计》吴宗泽，机工出版社《互换性与技术测量》廖念钊，计量出版社考核方式：课程介绍1：性质

1、课程的性质、目的和任务性质：机械设计是一门综合性应用技术学科，是高等工科院校机械类各专业必修的一门技术基础课。目的和任务：（1）培养学生掌握通用零件的强度、刚度、精度设计原理、方法和一般规律;（2）树立正确的设计思想，了解国家当前的有关技术经济政策;（3）具有使用标准、规范、手册、图册及查阅资料的能力;（4）掌握典型零件参数指标实验获得方法，得到实验技能的基本训练；(5)了解机械设计的新发展，培养创新能力。课程介绍2:内容

2、内容第一个主题：

机器—机械设计第二个主题：互换性原理与测量技术基础以几何参数（尺寸、形状、位置、表面粗糙度为线索，主要讲解“公差与配合”等国家标准，为满足零件具有互换性生产提供可能性；测量与检验，作为保证互换性生产的技术手段，在加工过程中起着重要作用。第三个主题：典型零部件设计主要是轴、齿轮、轴承、键、螺纹等零部件的强度设计、结构设计、精度设计。教

材

参考教材：《机械设计》濮良贵主编高教出版社《互换性与技术测量》廖念钊计量出版社手册：《机械设计课程设计手册》吴宗泽高教出版社参考书：《机械设计》许镇宇等主编高教出版社《机械设计》吴宗泽主编高教出版社《几何量公差与检测》阎荫棠机工出版社实验指导书:《机械设计实验指导书》自编《互换性与技术测量实验指导》自编考核内容：平时作业、实验、平时测验、期末考试第一个主题

第一章机械设计基本知识第二章机械零件的疲劳强度第三章摩擦磨损和润滑第一个主题

第一章机械设计基本知识机器：就是按一定运动规律完成运动和能量传递功能的装置；机器由设计、制造、装配三个环节完成；机器是由零部件构成的，零件是最小的制造和装配单元。

把原动机的运动形式、运动和动力参数转换为执行部分所需的形式辅助系统，例如：润滑、显示、照明等传动部分控制系统执行部分原动部分动力源用来完成机器预定功能的组成部分第一章机械设计基本知识1.设计机器的一般过程：机械设计是决定着机械系统的使用性能和品质质量的第一步（有新设计25％、适应性设计55％和变型设计20％三种类型），而设计方法学为设计实践拟订了一个不依附于具体学科而普遍适用的方法学进程。机器设计过程可划分为以下四个主要阶段：设计计划阶段方案设计阶段技术设计阶段技术文件的编制工艺设计阶段（试制、试验、鉴定、生产）

信息反馈及修改第一章机械设计基本知识2.对机器的使用要求：(1)使用功能要求；(2)经济性要求；

a采用先进的现代化设计方法；b最大限度的采用“三化”（标准化、通用化、系列化）；c尽可能采用新技术、新材料、新结构和新工艺；d合理组织设计和制造过程；e力求改善零件的结构工艺性,使其用料少、易加工、易装配。f提高使用经济性指标:合理地提高机器的机械化和自动化水平,选用高效率的传动系统,适当地采用防护及润滑,采用可靠的密封，减少或消除渗漏现象.(3)劳动保护要求(4)可靠性要求(5)其它专业要求

第一章机械设计基本知识机械设计1.其主要技术环节为技术设计阶段，含三个内容：(1)运动设计：根据机器或机构应实现的运动，由运动学原理，确定机器或机构合理的传动系统，选择合适的机构或元件，保证实现预定的运动规律，进行运动分析与计算。——（机械原理）课程(2)强度设计：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，进行强度分析和计算。——（机械设计）课程(3)精度设计：零件基本尺寸确定后，还需要进行几何精度分析和计算，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，完成精度设计，保证产品质量，满足产品具有通用化、系列化和标准化的要求

。绘制装配草图及零部件草图。——（互换性与技术测量）课程第一章机械设计基本知识2.机械零件的主要失效形式整体断裂：拉，压，弯，扭零件表面的破坏：磨损，热处理（电化学或化学侵蚀）过大的残余应力破坏正常工作条件引起的失效：打滑，共振，胶合过大的残余变形：加工（夹持）第一章机械设计基本知识

3.机械零件的计算准则设计准则计算公式失效形式典型零部件强度准则断裂、疲劳破坏、残余变形

轴、齿轮、带轮等刚度准则y

[y]弹性变形轴、蜗杆等寿命准则满足额定寿命腐蚀、磨损、疲劳滚动轴承等振动稳定性0.85f>fp或1.15f<fp共振产生的工作失常滚动轴承、齿轮、滑动轴承可靠性准则R=N/N0

第一章机械设计基本知识4.机械零件的设计方法理论设计设计计算

校核计算经验设计

模型实验设计对于一些尺寸巨大而结构又很复杂的重要零件，尤其是一些重型整体机械零件，为提高设计质量而采用。据某类零件已有的设计和使用实践而归纳出的经验关系式或设计者本人的工作经验用类比的方法进行设计第一章机械设计基本知识5.机械设计内容机械设计的内容分析工作原理类型选择受力分析改进与发展结果分析与设计简化模型失效分析建立计算准则第一章机械设计基本知识6.机械设计现代化方法（1）以动态的取代静态的：如以动力学计算取代静力（2）以定量的取代定性的（3）以优化设计取代可行性设计（5）以变量取代常量（4）以并行设计取代串行设计。（6）以微观的取代宏观的（7）以系统工程取代分步处理法（8）以自动化设计取代人工设计第二章机械零件的疲劳强度§2-1材料的疲劳特性§2-2机械零件的疲劳强度计算§2-3机械零件的抗断裂强度§2-4机械零件的接触强度16第二章机械零件的疲劳强度一、基础知识二、б-N疲劳曲线三、等寿命疲劳曲线（极限应力线图）§2-1材料的疲劳特性第二章机械零件的疲劳强度一、基础知识1、最大应力σmax：2、最小应力σmin：3、平均应力σm：4、应力幅σa：5、应力比r；6、应力循环次数N：7、σ-N曲线8、等寿命疲劳曲线（极限应力图）σ-N曲线第二章机械零件的疲劳强度二、б-N疲劳曲线1、有限寿命疲劳极限：σrNσ-N曲线2、无限寿命疲劳极限：σr

（持久疲劳极限）(

N>ND)1)循环基数N02）寿命系数KN第二章机械零件的疲劳强度1、对称循环变应力σ-12、脉动循环变应力σ03、简化的极限应力图4、折算系数ψσCG’段上AG’段上三、等寿命疲劳曲线（极限应力线图）第二章机械零件的疲劳强度§2-2机械零件的疲劳强度计算由于零件尺寸及几何形状变化、加工质量及强化因素等的影响，使得零件的疲劳极限要小于材料试件的疲劳极限。1、综合影响系数：Kσ：材料对称循环弯曲疲劳极限σ-1与零件对称循环弯曲疲劳极限σ-1e的比值。kσ—零件的有效应力集中系数εσ—零件的尺寸系数βσ—零件的表面质量系数βq—零件的强化系数第二章机械零件的疲劳强度§2-2机械零件的疲劳强度计算一、单向稳定变应力时机械零件的疲劳强度计算1、r=c的情况2、бm=C的情况3、бmin=C的情况二、单向不稳定变应力时的疲劳强度计算三、双向稳定变应力时的疲劳强度计算四、提高机械零件疲劳强度的措施P32第二章机械零件的疲劳强度§3-3机械零件的抗断裂强度分析P32-34

第二章机械零件的疲劳强度载荷曲率半径材料§2-4机械零件的接触强度例题

例题：铆钉联接，两块钢板材料均为Q215，F=500000N， 求：各部分尺寸。例题

解：分析失效方式及计算公式1钉剪切2板挤压3板拉断4板边剪切例题

F1=F2=F3=F4=F5=F由1：d=18.8取d为18

由2：S=6.6取S为7由3：b=54.7取b为55

由4：e=29.3取e为30‘等强度原则’

第三章摩擦、磨损和润滑一、摩擦的分类1、内摩擦和外摩擦2、静摩擦和动摩擦3、滑动摩擦与滚动摩擦4、根据摩擦面间存在的润滑剂的情况分为1）干摩擦2）边界摩擦3）

流体摩擦4）混合摩擦分析P44-47§3-1摩擦第三章摩擦、磨损和润滑§3-2磨损一、磨损的三个阶段磨合阶段、稳定磨损阶段、剧烈磨损阶段P47-49第三章摩擦、磨损和润滑§4-3润滑剂、添加剂和润滑方法一、润滑剂二、填加剂1、填加剂的作用P53三、润滑方法P54-55第三章摩擦、磨损和润滑一、润滑剂1、润滑油2、润滑脂第三章摩擦、磨损和润滑1、润滑油润滑油的评定指标：（1）粘度1）动力粘度2）运动粘度3）条件粘度（2）

润滑性（3）

极压性（4）

闪点（5）

凝点（6）

氧化稳定性第三章摩擦、磨损和润滑2、润滑脂（1）润滑脂的分类：1）钙基润滑脂2）钠基润滑脂3）锂基润滑脂4）铝基润滑脂（2）

质量指标1）锥（针）入度（或稠度）2）滴点第三章摩擦、磨损和润滑二、填加剂1、填加剂的作用P53第三章摩擦、磨损和润滑

三、润滑方法P54-55

第三章摩擦、磨损和润滑§3-4流体润滑原理简介P55-57

第二个主题

第一章尺寸精度设计第二章测量技术基础第三章形位公差与检测第四章表面粗糙度第二个主题

《互换性原理与测量技术基础》互换性与技术测量不仅将实现互换性生产的标准化领域或计量学领域的有关知识结合在一起，而且还与机械产品的设计、制造、质量监控、管理等方面密切相关，它不仅是随着机械工业的发展而发展的，而且与微型计算机、激光、新材料、遗传工程等带头学科的发展密切相关，这一点已被各国发达的科学生产技术所证实。

比如说，机械工业产品过去是单一、大批量生产，现在正逐步向多品种小批量的综合生产系统的方向转变。综合生产系统（integratedmanufacturingsystem,I.M.S）也叫柔性系统（flexibleM.S较小系统），其主要特点是：可根据市场需求改变生产线上产品的型号和品种，实质上就是大量生产方式生产小批量或单件产品，这样极大地降低了生产成本。续另外，互换性的发展，不仅指大批量互换性到单件、小批量的互换性，甚至已超出了机械工业的领域，扩大到其它行业，典型的就是发展迅猛的微电子工业。例如，超大规模的集成电路，要求1mm2的表面上集成1000个晶体管，线条宽度只有1mm，形状、位置公差允许0.1um,在100mm2的基片上制造掩膜原版的图形发生器的定位精度要求达到0.1um,要制造这样的电路，必须有高精度的稳频激光测长系统和定位系统，由此看出，互换性与测量技术是和加工工艺密切联系的，当然更包括机械制造工艺。续一、课题内容及要求

1.互换性原理：本部分内容从“精度”和“误差”两方面去分析研究机械零件及机构的几何参数，学完后应达到如下要求：

重点掌握互换性和标准化的基本概念；

了解所介绍的各个基础公差标准及基本内容，掌握其特点和应用原则；会公差标注。

掌握一般几何参数测量的基础知识；掌握（难点）精度设计的原则和方法：按互换性原则、经济性原则、匹配性原则、最优化原则，采用实验法、经验法和计算法进行设计。

2.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。续检验，测量意义：除合理公差设计和加工工艺的保证外，更有赖于检测精度的提高，防废品产生。

二、主要概念1.互换性：同一规格的一批零件或产品，任取其一，不经选择、修配和调整，装配后，即能满足预定的使用要求，零件的这种性能称为互换性。表现在装配前、转配中和装配后，此处不含机械物理性能等互换，仅指几何参数（尺寸、形状、位置、表面粗糙度等）的互换。（互换性类别举例）2.技术测量：通常指对机械零件几何参数的测量技术。3.公差：允许零件几何参数的变动量，一般指尺寸公差。续4.标准化：以标准的形式体现，国家技术监督局通过制订、颁布、实施标准，达到统一，获得技术上、科学实验等范围内的最佳秩序和经济效益。标准，就是对重复性事物和概念所作的统一规定，是以科学技术和生产实践的综合成果为基础。（国际标准化组织（简称ISO）和国际电工委员会（简称IEC），由这两个组织负责制定和颁发国际标准。我国于1978年恢复参加ISO组织后。陆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ISO靠拢，以利于加强我国在国际上的技术交流和）5.优先数系：是一个重要的基础标准，是科学的数值分级制度，为十进制等比数列，公比为qr=r10，有基本系列R5、R10、R20、R40和补充系列R80及派生系列，在尺寸参数传播过程中，达到节约材料，降低成本，简化统一的目的。q5≈1.60；q10≈1.25；q20≈1.12；q40≈1.06；q80≈1.03续三、主要内容1.尺寸精度设计2.测量技术基础3.形位精度设计4.表面粗糙度尺寸精度设计

第一章

尺寸精度设计——圆柱结合的极限与配合教学基本要求：理解并掌握轴与孔、尺寸、偏差（实际偏差、极限偏差）、公差、配合等术语及定义；理解并掌握尺寸公差带的术语及定义，熟练掌握尺寸公差带图的画法；了解配合公差带的定义及配合公差带图的画法；理解并掌握《极限与配合》国家标准的构成，掌握基准制的概念及公差与配合的标准化构成规律；了解公差与配合国家标准的应用；会尺寸精度设计。基本术语及定义

第一节基本术语及定义一．与“尺寸”有关的术语及定义以特定单位表示线性尺寸（长度尺寸）值的数字，称为尺寸(size)，也可以表示角度尺寸，在机械图样上，角度尺寸用度、分、秒为单位进行标注。

1.孔和轴（holeandshaft），画图讲解d1D1D22.基本尺寸：D、d

根据使用要求，通过强度、刚度计算，考虑运动、工艺性、结构合理性等特点，经计算或参照经验数据确定的。计算得到的基本尺寸要标准化。3.实际尺寸

:Da、da,

是随机变量。4.极限尺寸:Dmix,Dmax,dmix，dmax,(无装配要求的)孔的尺寸合格条件：Dmax>Da>Dmin(无装配要求的)轴的尺寸合格条件：dmax>da>dmin5.最大实体状态MMC和最小实体状态LMC:最大实体状态是对装配最不利的状态，可能获得最紧的装配结果的状态;最小实体状态是对装配最有利的状态，可能获得最松的装配结果的状态。二者是设计规定的合格零件的材料量的两个极限状态。对应的尺寸为DMMS或dMMS和DLMS或dLMS。基本术语及定义6.作用尺寸：Dfe、dfe及Dfi、dfi

某一具体的孔、轴的体外作用尺寸和体内作用尺寸是唯一的。体外作用尺寸用模拟装配的检验方法加以控制，体内作用尺寸是通过对表面轮廓测量后计算得到的。考虑形状误差对局部实际尺寸的影响,起装配作用的尺寸是体外作用尺寸，孔、轴的尺寸合格条件可以椐泰勒原则来判定(在结合面的全长上,孔或轴的作用尺寸不超出最大实体尺寸,局部实际尺寸不超出最小实体尺寸)用下列公式表示：孔的尺寸合格条件:Dmax>Da,且Dfe>Dmin轴的尺寸合格条件:da>dmin且dfe<dmax用来判断实际孔、轴状态，所以这种合格零件是对完工零件尺寸和形状的综合控制，称为单一要素的包容原则，亦称泰勒原则。基本术语及定义作用尺寸外接的最大理想轴外接的最小理想孔实际轴轴的体外作用实际孔孔的体外作用尺寸二、与“偏差”有关的术语及定义

极限偏差=极限尺寸-基本尺寸因此，孔的合格条件：ES>Ea>EI轴的合格条件：es>ea>ei三．公差与公差带

TD=|Dmax-Dmin|=|ES-EI|Td=|dmax-dmin|=|es-ei

|0+-基本尺寸孔孔轴孔轴轴尺寸公差带图基本术语及定义四．有关“配合”的术语及定义

1.间隙、过盈、配合。2.配合示意图基本尺寸相同，。D（d）DmindmindmaxESEITDTdesei零线轴公差与配合示意图基本术语及定义3.配合公差TfTf=孔公差TD+轴公差Td（解释实质）配合公差带有大小和位置两个特性。大小由配合公差值决定，表示配合的精度；位置由极限间隙或过盈决定，表示配合的松紧。对于一批装配零件来说，其中的任何一对孔、轴配合，不是间隙配合就是过盈配合。例1．基本尺寸为mm，最大极限尺寸为mm、最小极限尺寸为mm，试计算偏差和公差。解：按孔或轴计算，直接利用公式。例2.相配是基孔制间隙配合。例3.相配是基孔制过盈配合。例4.相配是基孔制过渡配合附：某配合的最大间隙为+20um，配合公差为30um，则该配合一定是过渡配合吗？例题第二节公差与配合国家标准从上述例题得到的结论：基本尺寸相同的孔，与不同极限偏差公差带的轴及相同公差值大小的轴相配合，最后形成的配合性质是不同的。而且，满足同一使用要求的公差带，其位置也可能是不同的。1997年以来，我国陆续颁布了五个标准：1.《极限与配合基础第1部分：词汇》

（GB/T1800.1—1997）2.《极限与配合基础第2部分：公差、偏差和配合的基本规定》（GB/T1800.2—1998）3.《极限与配合基础第3部分：标准公差与基本偏差数值表》（GB/T1800.3—1998），教材介绍的内容是GB1800—79。4.《一般公差线性尺寸的未注公差》（GB/T1804—92）5.《常用尺寸500孔、轴的公差带与配合》GB/T1800.1—1996）公差与配合国家标准极限制：标准化的公差与偏差制度，称为极限制。极限制中规定了标准公差系列和基本偏差系列。

一、标准公差系列标准公差（IT即ISOTolerance）是在极限与配合制的标准中规定的任一公差，由标准公差等级和基本尺寸决定。分析:基本尺寸在≤500毫米范围内标准公差系列的构成.在常用尺寸段内，标准公差数值表有如下特点：

同一尺寸分段内，同一精度等级各基本尺寸的标准公差数值是相同的.同一尺寸分段内,随标准公差等级降低,标准公差数值由小到大，零件加工越容易。同一公差等级，随基本尺寸的增大，标准公差数值增大.基本尺寸段中，包含尾项不含首项的数值。公差与配合国家标准二、基本偏差系列

一般情况下，为了满足孔和轴配合松紧程度的不同要求，国标规定了孔、轴各有28种基本偏差，形成基本偏差系列。用基本偏差代号表示：大写拉丁字母表示孔偏差；小写拉丁字母表示轴偏差。公差与配合国家标准

1.轴的基本偏差的确定：经验公式2.孔的基本偏差的确定：由轴换算。换算前提是：相同字母的孔或轴的基本偏差，在孔或轴的同一公差等级或孔比轴低一级的配合条件下，按基轴制形成的配合性质与按基孔制形成的配合性质相同。据此，两种规则是通用规则：同一字母表示的孔、轴基本偏差的绝对值相等，符号相反。对于，A—H，EI=-es，

K、M、N＞IT8和P—ZC＞IT7的低精度级，ES=-ei特殊规则：对于标准公差≤IT8的K、M、N和≤IT7的P—ZC，孔的基本偏差ES与相同字母的轴的基本偏差ei的符号相反，绝对值相差一个Δ。

即：ES=-ei+Δ，Δ=

ITn—ITn-1.3.孔、轴的另一个极限偏差，可以分别由下列公式算得：TD=|ES-EI|或Td=|es-ei|公差与配合国家标准公差与配合国家标准

三、公差与配合国家标准配合制：同一极限制的孔和轴组成配合的制度，成为配合制。基本尺寸确定后,由任一公差等级和任一种基本偏差便可组成公差带。为了以尽可能少的标准公差带形成最多种配合，标准规定了基孔制和基轴制两种配合制，并规定：基孔制常用配合59种，基轴制常用配合47种，优先配合13种。1.基孔制，EI=0。A—H（a—h），与基准件配合，可以得到间隙配合。J—N（j—n），与基准件相配合时，基本可以得到过渡配合。P—Z(p—z)，与基准件相配合时，基本可以得到过盈配合2、基轴制，es=0。配合性质与基孔制基本相同。3、配合的标注：将相配合孔、轴的公差带代号写成分数形式成为配合代号：H8/Ff7、K7/h6等。

例题例1.计算确定基本尺寸分段为〉18—30毫米、7级公差的标准公差。例2.两轴的基本尺寸与公差等级分别为d1=20mm,T1=33um;d2=150mm,T2=40um，试比较它们精度的高低例3.查表确定Φ30H8/f7和Φ30F8/h7两种配合的孔、轴的极限偏差，画出其尺寸公差带图和配合公差图，并比较异同。例4.试定Φ30H7/K6和Φ30K7/h6两配合的孔、轴极限偏差，画出其尺寸公差带图和配合公差带图，并比较异同。公差与配合的选用

四、极限与配合的选用解决三个问题：基准制、精度等级、配合性质的选择。基本原则：经济地满足使用要求,满足使用要求第一,经济性第二。正确合理地选择公差等级、基准制和配合种类需要从以下方面考虑：深入了解公差配合国家标准的构成原则和方法；了解产品的使用条件、技术性能和精度要求，生产条件等；科学实验和生产实践中不断积累，才能逐步有这方面的实际工作能力，决不可能只通过书本知识的学习就能达到正确应用公差的目的。1．公差等级的选择类比法：就是参考经过生产实践证明合理的类似产品上的相应尺寸，来确定孔、轴的公差等级。计算法：特殊重要的配合，当有可能根据使用要求确定其间隙或过盈的允许变动范围，才可用计算法确定其公差等级。但这种情况较少。例题例5.基本尺寸为80毫米的间隙配合，若根据工作条件确定允许最大间隙[Xmax]=135μm,允许最小间隙：[Xmin]=55μm,确定孔、轴的尺寸公差等级。解：允许的间隙公差：Tx=[Xmax]-[Xmin]=|135-55|=80μm按工艺等价原则，TD=Td=Tx/2=40μm若选定孔的公差为：TD=IT8=46μm,若选定轴的公差为：Td=IT7=30μm则配合公差为：Tf=TD+Td=46+30=76μm<[Tx]=80μm，可满足使用要求。教材中列出了20个公差等级的大致应用范围（量块01—1级；量规1—7级；配合尺寸2—4级、5—7级、8—10级、11—13级；非配合尺寸12—18级；原材料尺寸8—14级），可供类比法选用公差等级时参考。教材中列出每种加工方法能够达到的公差等级。公差与配合的选择

2.配合制的选择由于标准规定的基本偏差可以在一定条件保证同名配合的性质相同，基准制的选择与使用要求无关，应主要考虑工艺的经济性和结构的合理性。优先选用基孔制；标准件的配合应按标准件的规定选用基准制；由于结构需要，也可采用基轴制，如活塞销与活塞及连杆小头孔的配合，就是采用基轴制；根据使用要求，选用非基孔制、非基轴制配合。3.配合种类的选择原则：根据使用要求来选择适当的配合。

方法：计算法，类比法，实验法公差配合的选用按优先、常用和一般的顺序，教材中有优先配合的选用说明，供设计时参考。一般公差线

性尺寸的未注公差五、一般公差（线性尺寸的未注公差）GB/T1804—92一般公差是指在车间的一般加工条件下可以保证的公差。它是机床设备在正常维护和操作情况下可以达到的经济加工精度。1．一般公差主要用于较低精度的非配合尺寸。在基本尺寸后不标注极限偏差数值或公差带代号，所以，称未注公差。但应在技术文件中注明采用一般公差标准号和公差等级。2．线性尺寸的一般公差的等级分精密级、中等级、粗糙级、最粗级；极限偏差都对称分布。3．一般公差是为了简化制图，方便设计。正常情况下，采用一般公差的尺寸都可以不检验。4．若采用比一般公差更大的公差，应在基本尺寸后注出要求的极限偏差数值。测量技术基础

第二章测量技术基础教学基本要求：1.理解并掌握有关“测量”的概念；了解长度的尺寸传递系统；掌握量块分“级”和分“等”的依据；2.掌握测量方法分类的特点；了解测量器具的分类，掌握测量器具的主要性能指标；3.掌握测量误差的基本概念；了解测量误差产生原因、分类、特征，会测量数据处理与结果的表达。4.能正确选用计量器具及测量方法。测量技术基础知识

一、测量技术的基本知识1.加工误差：加工过程中离不开加工系统：机床、刀具、工件、夹具等。为了满足零件具有互换性的要求，控制的办法有两个方面：1）规定一定的公差值来控制加工误差；2）根据设计的公差值选择合理的加工方法和按设计要求进行合理的测量。2.测量及检验：判断零件合格性的过程,分定性测量和定量测量，即测量与检验。测量过程的四要素：被测对象、计量单位、测量方法和测量精确度。

3.尺寸传递：米的定义，长度基准（种类），尺寸传递系统；实际工作中，长度量值的传递采用刻线量具和端面量具两个系统。刻线量具系统就是以各种精度的线纹尺进行量值传递；端面量具系统是以各种等级的量块进行量值传递。量块：按“等”使用时，作为尺寸传递系统的工作基准；按“级”使用时，作为标准器（调整仪器零位、调整机床或直接检验零件）。二、测量方法的种类及其特点1.直接测量法：绝对测量、相对测量2.间接测量综合测量法、单项测量被动测量法、主动测量法接触测量法、非接触测量法静态测量法、动态测量法三、计量器具（测量器具）分类及其技术（一般技术、精度）性能指标1.计量器具分类：计量器具、标准量具、极限量规、计量仪器（量仪）2.一般技术性能指标：分度值I、刻度间距a、灵敏度K、示值范围b、测量范围B3.计量仪器的精度特性指标：示值误差、回程误差、测量不确定度、鉴别力阈（灵敏阈、灵敏限）测量技术基础知识

测量技术基础知识

4.常用长度计量仪器的原理与特性：普通计量仪器，也称万能量具；精密比较仪；万能精密量仪；三坐标测量机四、测量误差及数据处理1.测量误差＝测量结果－真值相对误差绝对误差Δ＝x-x0；2.测量误差的基本类型及其处理原则：系统误差、随机误差、粗大误差随机误差

3.随机误差：特性曲线等精度测量：在一定条件，用同一测量器具对同一尺寸，重复测量N次，获得N个测得值xi；在实际工作中，真值一般是未知的，所以很难按标准偏差计算公式计算，通常都按实验统计的方法估算，其具体步骤如下：（1）计算测得值的算术平均值；（2）计算各测得值的残余误差（残差）vi，即vi=xi-X0

（3）计算单次测量的标准偏差σ的估算值:贝塞尔公式，

4.测量极限误差δlim的确定根据随机误差的概念，在极限误差范围内，测量误差出现的概率应足够接近1；相应地，在极限误差范围之外，测量误差出现的概率应足够接近于0。在大多数情况下，随机测量误差服从正态分布，随机误差出现在[δ1，δ2]区间的概率等于分布曲线与横坐标在此区间内的面积测量数据处理

5.测量结果的表达

在实际测量中，进行一次测量时，测量结果可示为

x0=xi-Δ系±δlim(置信概率)。单次测量的标准偏差σ或极限误差δlim可通过实际统计或查阅有关资料得到。实践证明，在同样条件下，对于同一尺寸进行K组“n次测量”时，每组n个测量值的算术平均值j（j=1，。K）也不完全相同，是随机变量，且具有确定的分布，但平均值（一般简写为）的标准偏差。σ与单次测量的标准偏差σ有关系；多次测量的测量结果可表示为：

x0=x-Δ系±δlim（置信概率）可见：用多次测量的算术平均值作为测量结果，可以提高测量精度，但不能消除系统误差。数据处理

五、测量误差的合成

从测量整个过程来分析，分三大方面：测量器具、测量方法误差、温度环境引起的误差。将有关误差因素，按一定规律综合成为测量结果的总误差，称为误差合成。1.直接测量误差的合成：

已定系统误差按代数和合成，随机误差和未定系统误差均按平方和合成。2.间接测量误差的合成（又称函数误差的合成）已定系统误差合成传递系数，随机误差与未定系统误差合成。

计量器具的选择

六、计量器具的选择和验收极限的确定由于测量误差的存在，生产中可能造成误判，即“误废”和“误收”，误收”和“误废”的概率相同。

措施：合理地规定验收极限和选择计量器具。生产公差：我们把由验收极限确定的实际尺寸的允许变化范围称为“生产公差”。保证公差：由验收极限和测量极限误差确定的真正尺寸的最大变化范围称为“保证公差”。

0.009至3.2毫米，基本尺寸至1000毫米，可按GB3177-82和JB/Z181-82规定验收极限并选择相应的计量器具以外，在其它一般情况下，多数以被测零件的极限尺寸作为验收极限，并按被测零件的尺寸公差选择计量器具。通常：选用计量器具的测量极限差应为被测零件尺寸公差的1/10—1/3。被测零件精度较高时取1/3，精度较低时取1/10，一般情况下可取1/5。据此，即可直接由表3-19选择适当的计量器具。表面粗糙度

第三章表面粗糙度教学基本要求：1.正确理解表面粗糙度的含义；了解表面粗糙度对零件功能的影响；2.理解并掌握有关术语及定义；3.理解并掌握表面粗糙度评价参数的定义；4.掌握标注方法和选择。表

面粗糙度概述

一、概述1.定义；2.形成原因；3.对零件使用性能影响二．表面粗糙度的评定参数（GB/T1031—1995）1.与评定参数有关的术语和定义

实际轮廓：平面与实际表面相交所得到的轮廓线。

表面加工纹理：机械加工后的零件表面，其加工痕迹（即纹理）通常呈现方向性。

取样长度；评定长度；轮廓的最小二乘中线（简称中线）；表面粗糙度术语

轮廓的算术平均中线：在取样长度范围内，划分实际轮廓为上下两部分，且使上下面积相等的线，见图5—6，是评定表面粗糙度情况的基准线。表面粗糙度Ra

2.表面粗糙度的评定参数与高度特性有关的参数：Ra、Rz、Ry（1）轮廓算术平均偏差Ｒa在取样长度内，被测实际轮廓上各点至轮廓中线距离绝对值的平均值，即表面粗糙度Rz

(2)微观不平度十点高度Ｒz在取样长度内５个最大的轮廓峰高ypi平均值与5个最大轮廓谷深yvi平均值之和。表面粗糙度Ry

（3）轮廓最大高度Ｒy在取样长度内，轮廓的峰顶线和谷底线之间的距离。峰顶线和谷底线平行于中线且分别通过轮廓最高点和最低点。Ry=︱ypmax︱+︱yvmax︱

表面粗糙度附加参数

与间距特性有关的参数轮廓微观不平度的平均间距Sm：在取样长度内，轮廓微观不平度的间距（含有一个轮廓峰和相邻轮廓谷的一段中线长度）的平均值，。

轮廓的单峰平均间距Si：在取样长度L内，轮廓的单峰间距S的平均值。所谓轮廓单峰间距是指两相邻单峰的最高点在中线上的长度。

与形状特性有关的参数

轮廓的支承长度率：在取样长度l内，一平行于中线的线从峰顶线向下移到某一水平位置时，与轮廓相截所得到的各截线长度bi之和，为支撑长度。其与L的比值，为支撑长度率。

四．表面粗糙度的标注：表面粗糙度符号、代号及其标注

1．表面粗糙度的基本符号

2.表面粗糙度数值标注及意义表面粗糙度

标注

表面粗糙度选用

五、表面粗糙度的选用（GB/T1031——1995）1.原则：首先应满足零件表面的功能要求，同时还应顾及工艺的经济性。即：在满足零件表面功能要求的前提下，尽量选取较大的参数值。同一零件上，工作表面比非工作表面粗糙度值小；摩擦表面比非摩擦表面要小；受循环载荷的表面要小；配合要求高、联接要求可靠、受重载的表面粗糙度值都应小；同一精度，小尺寸比大尺寸、轴比孔的表面粗糙度值要小。

2．参数的选用：首选主要评定参数1—2个，在常用尺寸段内，选用Ra。附加评定参数必须与主要评定参数连用。常用数值范围内，Ra=0.025—6.3，Rz=0.1—25μm，优先选用Ra.

表面粗糙度测量

六、表面粗糙度的常用测量方法（重点掌握光切法测量表面粗糙度）比较法：将被测表面和表面粗糙度样板直接进行比较，多用于车间，评定表面粗糙度值较大的工件。光切法：利用光切原理，用双管显微镜测量。常用于测量Rz为0.5～60μm。干涉法：利用光波干涉原理，用干涉显微镜测量。可测量Rz和Ry值。印模法：利用石腊、低熔点合金或其它印模材料，压印在被测零件表面，放在显微镜下间接地测量被测表面的粗糙度。适用于笨重零件及内表面。形位公差与检测

第四章形位公差与检测教学基本要求：1.理解并掌握有关几何要素的定义；重点掌握形位公差项目的符号及其标注方法；2.理解并掌握形状和位置公差带的特征；形位误差及评定原则和方法；3.理解公差原则含义、应用于被测要素的情况及形位公值的选择。零件加工过程中，离不开由工件、刀具、机床组成的工艺系统，工件与刀具相对运动关系、定位不准确等原因，都可能使零件的几何要素形状和相互位置产生误差。形位误差影响零件的工作性能，主要为三个方面：工作精度、工作寿命与可装配性。因此，为了保证零件的互换性，除了给出尺寸公差、表面粗糙度要求外，还要提出形位公差要求（GBGB/T1182—96）。概

述

第一节概述一、几何要素及分类：从不同的角度进行分类理想要素－实际要素被测要素－实际要素轮廓要素－中心要素单一要素－关联要素续二、形位公差的特征项目及其图样标注14种形位公差特征项目，GB/T1182—96规定，当对零件的状或位置公差有特殊要求时，应在图样上用以公差框格的形式标注（两格或多格），无法用代号标注时也可在技术条件中用文字说明。1.形位公差特征项目符号续2.框格和指引线：用细实线表示，从框格的左端或右端垂直引出，指向被测要素。指引线的方向必须是公差带的宽度方向。指引线指向被测要素时，要注意区分轮廓要素和中心要素。3.形位公差值和其它有关符号如果公差带为圆形或圆柱形，公差值前加注Ø，如果是球形，加注ＳØ；4．基准符号：用带小圆的大写字母以细实线与粗的短实线相连，基准要素也要注意区分轮廓要素和中心要素。单一基准用大写表示；公共基准由横线隔开的两个大写字母表示；如果是多基准，则按基准的优先次序从左到右分别置于各格。续例：将下列技术要求标注在右图中。（1）左端面的平面度为0.01mm，右端面对左端面的平行度为0.04mm。（2）ø70H7的孔的轴线对左端面的垂直度公差为0.02mm。（3）ø210h7对ø70H7的同轴度为0.03mm。（4）4-ø20H8孔对左端面（第一基准）和ø70H7的轴线的位置度公差为0.15mm。ø210h7ø70H74-ø20H80.010.04AAø0.02Aø0.03BB∥ø0.15AB形状公差与误差

第二节形状公差与误差一、形状公差：允许单一实际被测要素对其理想要素的变动量，可用形状公差带表示。形状公差带：限制单一实际被测要素变动的区域。形状公差带有形状、大小、方向、位置四个特征。实际被测要素在形状公差带内可以有任何形状。形状公差带的形状有圆、圆柱面、球面、两等距曲线（平行直线、同心圆）、两等距曲面（平行平面、同轴圆柱面），设计和制造、检验人员要根据零件的功能要求，正确理解零件的公差带形状。形状公差带的方向和位置一般是浮动的。即可随实际被测要素的方向和位置的变动而变动,一般指公差带的宽度方向.形状公差大小用公差带的宽度或直径表示。形状公差

直线度：用于控制直线和轴线的形状误差，根据零件的功能要求，直线度可以分为在给定平面内，在给定方向上和在任意方向上三种情况。1.在给定平面内，其公差带是距离为公差值t的两平行直线之间的区域。直线度

2.在给定方向上（1）当给定一个方向时，公差带是距离为公差值t的两平行平面之间的区域；（2）当给定互相垂直的两个方向时，公差带是两对给定方向上距离分别为公差值t1和t2的两平行平面之间的区域。续3.给定任意方向时，公差带是直径为公差值t的圆柱面内的区域，形位公差值前加注“ø”，表示其公差带为一圆柱体。平面度

平面度：平面度公差带是距离为公差值t的两平行平面之间的区域。圆度

圆度：公差带是垂直于轴线的任一正截面上半径差为公差值t的两同心圆之间的区域。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。轮廓度

线轮廓度和面轮廓度有两种情况：无基准要求的和有基准要求的。故其公差带有大小和形状要求外，位置可能固定，也可能浮动。无基准要求时，理想轮廓线（面）用尺寸并加注公差来控制，这时理想轮廓线（面）的位置是不定的（形状公差）。有基准要求的理想轮廓线（面）用理论正确尺寸并加注基准来控制，这时理想轮廓线（面）的位置是唯一的，不能移动（位置公差）。线轮廓度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，诸圆的圆心应位于理想轮廓线上；面轮廓度公差带是包络一系列直径为公差值t的球的两包络面之间的区域，诸球的球心应位于理想轮廓面上。续形状误差

二、形状误差：一般是对单一要素而言的，仅考虑被测要素本身的形状的误差。形状误差评定时，理想要素的位置应符合最小条件（所谓最小条件是指被测实际要素对其理想要素的最大变动量为最小）。对于轮廓要素（线面轮廓度除外），符合最小条件的理想要素是指处于实体之外与被测要素相接触，使被测要素对它的最大变量最小。

续最小条件解释：1.形状误差评定：最小包容区域法、近似评定法最小包容区域是一个与公差带形状相同的、包容实际被测要素、且具有最小宽度或直径的区域。最小包容区域的宽度f或直径φf就是误差值。

最小包容区域判别法：用理想要素包容实际被测要素时，应具有何种接触状态，才具有最小宽度或直径，即实现最小包容，称为最小区域判别法。直线度：“相间准则”平面度：“交叉准则”、“三角形法”圆度：“四点交叉准则”

近似评定法：直线度的两端点连线法；平面度的最远三点法、对角线法；圆度的最大内接圆法和最小外接圆法。续续将实际被测要素上各点对某基准平面（测量基准）的坐标值，转换为对与评定方法相适应的评定基面（评定基准）的坐标值，也就是要进行作坐标变换。若把实际被测要素上的任意一点Pij（i,j），在坐标变换前后的坐标值之差称为旋转量Δij，显然，各点的旋转量与其在被测要素上的位置（i,j）有关，且呈线性关系，可写成一般形式：0P2P……iP……nP QP+QQ+2P…Q+iP…Q+nP2QP+2Q2P+2Q…iP+2QnP+2Q………..jQP+jQ2P+jQ…iP+jQ…nP+jQmQP+mQ2P+mQ..iP+mQ..nP+mQ按评定方法的要求，确定评定基准，即可算出相应的P、Q值，获得各点的旋转量，从而实现坐标变换，获得响应评定方法的平面度误差值。续2.例题例1：用水平仪测量导轨的直线度，依次测得各点读数ai分别为-2，+1，-3，-3，+3，+1，-3，-2（单位为0.01mm）,试确定其直线度误差值。例2：设用水平仪按米字布线方式测得9点共8个读数，如图所示，试按各种评定方法确定其平面度误差值。位置公差与误差

第三节位置公差与误差一、位置公差分三种类型：定向位置公差、定位位置公差、跳动公差。位置公差之一——定向公差定向公差：是关联实际被测要素对具有确定方向的理想要素的允许变动量。理想要素的方向由基准及理论正确尺寸（角度）确定。定向公差具有综合控制被测要素的方向和形状的职能。定向公差带：是限制关联实际被测要素变动的区域，一般具有确定的方向，位置是浮动的，随被测要素位置变动而变动。分为：平行度、垂直度和倾斜度。定向位置公差

平行度（有面对面、线对面、面对线和线对线四种）1．以平面为基准时，无论被测要素是线还是面，其平行度公差带都是距离为公差值、且平行于基准面的两平行平面之间的区域。2．以直线为基准（轴线）时，则被测要素为直线（轴线）的平行度公差带：（1）给定一个方向时,是距离为公差值、平行于基准轴线、且垂直于给定方向的两平行平面之间的区域。续（2）当给定两个相互垂直的方向时，是正截面尺寸为t1*t2、平行于基准轴线、且分别垂直给定方向的两组平行平面所形成的四棱柱内的区域。（3）在任意方向上的平行度公差带则是直径为公差值φt、且平行于基准轴线的圆柱面内的区域。续3．以直线为基准（轴线）时，则被测要素为平面的平行度公差带：距离为公差值t、且平行于基准轴线的两平行平面之间的区域。这种平行度公差带允许绕基准轴线旋转，因此方向不是完全确定的。续垂直度：（线对线、面对线、面对面、线对面四种）1．以直线为基准时，无论被测要素是直线还是平面，其垂直度公差带都是距离为公差值t、且垂直于基准轴线的两平行平面之间的区域。续2．以平面为基准时，被测要素为直线（轴线）的垂直度公差带：有三种情况，（1），当给定一个方向时，是距离为公差值、垂直于基准平面且垂直于给定方向的两平行平面之间的区域。续倾斜度：当两要素在0°～90°之间的某一角度有要求时用倾斜度控制。倾斜度公差带是距离为公差值t，且与基准平面(或直线、轴线)成理论正确角度的两平行平面(或直线)之间的区域。当给定任意方向时，倾斜度公差带是直径为公差值t，且与基准平面成理论正确角度的圆柱面内的区域。定位位置公差

位置公差之二——定位公差定位公差：关联实际要素对理想要素相对基准在确定位置上所允许的变动量。定位公差带：理想要素的位置由基准和理论正确尺寸（理想要素相对于基准的尺寸为理论正确尺寸）确定。定位公差带具有综合控制被测要素位置、方向和形状的功能。分为：位置度、同轴度和对称度。位置度：位置度用于控制被测要素（点、线、面）对基准的位置误差。位置度多用于控制孔的轴线在任意方向的位置误差。这时，孔轴线的位置度公差带是直径为公差值t，且轴线在理想位置的圆柱面内的区域。位置度常用于控制孔组的位置误差。对零件上的一组孔的位置的精度要求通常可以分为两个方面：组内各孔间的位置精度和孔组相对于基准面的位置精度。当两者要求不同时，可采用复合位置度来明确对孔组的位置要求。续同轴度：控制轴类零件的被测轴线对基准轴线的同轴度误差。同轴度公差带：是直径为公差值t，且与基准轴线同轴的圆柱面内的区域。对称度：用于控制被测要素中心平面（或轴线）对基准中心平面（或轴线）的共面（或共线）性误差。跳动公差

位置公差之三——跳动公差跳动公差是关联实际要素绕基准轴线回转一周或几周时所允许的最大跳动量，是以特定的检测方式为依据的公差项目。跳动公差包括圆跳动公差和全跳动公差。跳动公差带相对于基准轴线有确定的位置，可以综合控制被测要素的位置、方向和形状。圆跳动全跳动

1.径向圆跳动

2.端面圆跳动1.径向全跳动

3.斜向圆跳动2.端面全跳动径向圆跳动公差带：是在垂直于基准轴线的任一测量平面内半径差为公差值t，且圆心在基准轴线上的两同心圆。续端面圆跳动：是在与基准轴线同轴的任一直径的测量圆柱面上，沿母线方向宽度为公差值t的圆柱面区域。斜向圆跳动：公差带是在与基准主轴线同轴的任一测量圆锥面上，沿母线方向宽度为公差值t的圆锥面区域。续全跳动分为径向全跳动公差和端面全跳动公差。径向全跳动：径向全跳动的公差带是半径差为公差值t，且与基准轴线同轴的两圆柱面之间的区域。其公差带与圆柱度公差带的形状是相同的，但前者的轴线与基准轴线同轴，后者的轴线是浮动的，随圆柱度误差形状而定。端面全跳动：端面全跳动的公差带是距离为公差值t，且与基准轴线垂直的两平行平面之间的区域。其公差带与端面对轴线的垂直度公差带是相同的，因此两者控制位置误差的效果也是一样的。位置误差

二、位置误差1.基准问题及基准种类：单一、组合、三基面体系2.基准的建立：“体外原则”、“中心原则”体现：模拟法、直接法、分析法、目标法3.位置误差：实际被测关联要素对理想基准要素在位置或方向上的变动量，用与基准保持确定方向或位置的最小包容区域的宽度或直径表示。理想基准的位置由体外原则或中心原则确定。例：用分度值I为0.02mm/m的水平仪测得两窄表面A和B的读数ai（单位：格）依次为0，+2，+1，+2，+2，+1，0，-1，+1，+2。测量跨距l为200mm，试求A面B面的平行度误差。公差原则

第四节公差原则用来处理图样上尺寸公差与性形位公差之间关系的原则，叫公差原则，分相关要求（包括：包容要求、最大实体要求、最小实体要求和可逆要求）和独立原则。一、基本概念1.局部实际尺寸2.孔或轴的单一体外作用尺寸，孔或轴的关联体外作用尺寸3.孔或轴的单一体内作用尺寸，孔或轴的关联体内作用尺寸4.状态：最大、最小实体状态MMC、LMC，最大实体实效状态，最小实体实效状态LMVC5.边界：最大、最小实体边界MMB，最大、最小实体实效边界MMVB、LMVB图例

图例：

体内da体外体内Da续图例：φ50-0.025-0.050—Ø0.012BA1A2A3A4Φ10-0.028-0.013