《互换性与技术测量》-学习情境一：尺寸的检测

具有互换性课程介绍力学性能几何参数物理、化学性能各种性能尺寸、形状和位置、表面粗糙度1、互换性的定义机械产品在装配时，同一规格的零件或部件能够不经选择、不经调整、不经修配，就能保证机械产品使用性能要求的一种特性，即为互换性。2、互换性的分类①完全互换性②不完全互换性不限定互换范围，以零部件装配时或更换时不需要挑选或修配为前提条件。应用：用于大批量生产的零部件①完全互换性因特殊原因，只允许零件在一定范围内互换②不完全互换性2、互换性的分类分类：分组互换法、修配法、调整法应用：用于小批量生产和单件生产的零部件、装配精度要求高的零部件。滚动轴承内、外圈与滚动体的装配3、互换性的作用①、设计方面有利于组织专业化生产，采用先进工艺和高效率的专用设备，提高生产效率可以减少机器的维修时间和费用，保证机器能连续持久地运转，提高了机器的使用寿命有利于最大限度采用通用件和标准件，大大简化绘图和计算工作，缩短设计周期。便于计算机辅助设计(CAD)。②、制造方面③、使用、维修方面怎样才能使零件具有互换性尺寸公差、形状公差、位置公差、表面粗糙度公差：限制误差允许的范围，即允许零件的最大误差实际尺寸数值=理论值X按“公差”制造互换性是由公差来保证

美国南北战争时期，急需大批军火。伊莱．惠特曼与副总统杰弗逊签订了两年内为政府提供10000支来福枪的合同，可由于当时制枪方法落后，每支枪的全部零部件均出自一个熟练工匠之手，由于熟练工匠人数有限，生产效率极低，第一年仅生产出了500支，受到政府构责备。急得像热锅上的蚂蚁一样的惠特曼数日彻夜难眠，猛然间想出一个好主意：既然一支枪的零部件与其他枪的零部件是一样的，多次重复出现的技术问题也是相似的，为什么非要一个人造一支枪而不是一个人制造一个零件，然后再进行组装呢？他为此高兴得发疯。不久惠特曼的兵工厂改为流水作业批量生产，整个造枪工作统一简化为若干工序，：每一组成员只负责整个进程中的一道工序，每个零件都按一支选定的标准枪来仿制，可彼此互换。结果，效率和质量大为提高，成本急剧下降，惠特曼因此如期完成了合同，而且因为首创标准化、互换性原则，促进了美国工业的迅速发展，被称为美国的标准化之父。从此开创了世界性互换性生产的先河。4、标准和标准化标准化标准制定标准和贯标准的全过程在一定范围内使用的统一规定，是人们活动的依据。互换性生产的基础公差与配合标准、几何公差标准、表面粗糙度等标准优先数系标准1、数值标准化的必要性数值扩散2、优先数系5、几何参数的检测实现互换性的重要手段测量对零件作出合格性判断的过程确定具体数值检验不必得出

具体数值互换性是由公差来保证的，公差的制定是依据标准，而检测是互换性的重要保证手段。从互换性角度出发，通过系统简练地介绍几何参数公差的有关标准、选用方法和误差检测的基本知识，使学生学到有关精度设计和几何量检测的基础理论知识和基本技能。

学习内容情境设计情境一：尺寸的检测情境二：形位误差的检测情境三：表面粗粗糙度误差的检测情境四：常用件和标准件的检测情境五：零件的综合检测课时安排学习情境工作任务学时情境1：尺寸误差检测（16学时）任务1尺寸标注的识读6任务2零件尺寸的检测8任务3尺寸公差与配合的选用2情境2：形位误差检测（10学时）任务1几何公差标注的识读6任务2几何误差的检测4任务3几何公差的选用2情境3：表面粗糙度检测（4学时）任务1表面粗糙度标注的识读2任务2表面粗糙度的检测2任务3表面粗糙度的选用情境4：标准件和常用件的互换性及检测（12学时）任务1滚动轴承与孔、轴配合的互换性及检测4任务2键连接的互换性及检测2任务3螺纹配合的互换性及检测4任务4圆柱齿轮传动的互换性圆锥配合的互换性2情境5：零件的综合检测（6学时）任务轴类零件的测量4机动2合计481、知识目标：学习与掌握公差与配合的基础知识；学习与掌握测量的基础知识；掌握公差与配合国家标准和主要规定的基本知识。2、能力目标：公差与配合国家标准的使用；正确使用常用的计量器具；能完成常规项目的检测，并能对测量数据进行分析处理。3、素质目标：学习态度求知精神；善于沟通团队合作；文明操作和规范化操作的意识；质量意识成本意识。学习目标用做学习方法记

情境一：尺寸的检测任务1：尺寸标注的识读任务2：尺寸的检测任务3：尺寸公差与配合的选用任务1：尺寸标注的识读资讯尺寸公差任务：零件图尺寸标注的识读凹

形

板

零

件

图一、有关尺寸的术语及定义1、孔与轴指工件的圆柱形外表面，也包括非圆柱形外表面（由二平行平面或切面形成的被包容面）指工件的圆柱形内表面，也包括非圆柱形内表面（由二平行平面或切面形成的包容面）孔轴例尺寸基本尺寸极限尺寸实际尺寸2、尺寸的术语及定义基本尺寸例D=Φ20mm基本尺寸是由设计给定的，它是根据产品的使用要求，根据零件强度、结构等要求，计算或者通过试验和类比等方法确定的，半按标准值圆整后确定下来的尺寸。这是理论值。例最大极限尺寸最小极限尺寸Dmax=Φ20.084mmDmin=Φ20mm允许尺寸变化的两个界限值称为极限尺寸。两个界限值中较大的一个称为最大极限尺寸；较小的一个称为最小极限尺寸。实际尺寸测量得到的尺寸Da=Φ20.04mm例基本尺寸极限尺寸实际尺寸结论：基本尺寸与极限尺寸没有可比性，可在其外，也可在其内。零件尺寸合格的条件：

对孔而言：Dmin≤Da≤Dmax对轴而言：dmin≤da≤dmax二、有关偏差、公差的术语及定义1、偏差的术语及定义偏差极限偏差实际偏差例上偏差下偏差+0.0840极限尺寸减去其基本尺寸所得的代数差，称为极限偏差。极限偏差注意：偏差值除零外，前面必须标注正负号。另外上偏差一定大于下偏差。实际尺寸减去其基本尺寸所得的代数差称为实际偏差实际偏差零件尺寸合格的条件：对孔而言：EI≤Ea≤ES对轴而言：ei≤ea≤es2、尺寸公差的术语及定义简称公差，允许尺寸的变动量称为公差。其数值为绝对值。尺寸公差注意：公差表示的是制造精度的要求,反映加工的难易程度,数值越小、精度越高，反之越低。孔：Th=︱Dmax-Dmin︱=︱ES-EI︱轴：Ts=︱dmax-dmin︱=︱es-ei︱公差与偏差的区别3、公差带图公

差

带

示

意

图1、零线2、公差带大小：标准公差位置：基本偏差

组成练习：已知基本尺寸D=25mm，孔的极限尺寸Dmax=25.021mm、Dmin=25mm，求孔的极限偏差及公差，并画出公差带图。例三、标准公差与基本偏差的国家标准结论：10为基本尺寸

H9——公差带代号其中H为轴的基本偏差代号，9为公差等级数字

1、标准公差系列国家标准中规定的用以确定公差带大小的标准公差值，用IT表示。标准公差标准公差等级基本尺寸分段练习：(1)￠100IT7、￠500IT7(2)￠30IT6、￠60IT5指确定公差带相对于零线位置的那个极限偏差，一般是指靠近零线的那个偏差。基本偏差2、基本偏差系列基本偏差代号基本偏差系列图及其特征 1）、公差带代号基本偏差代号+公差等级代号；如H6等2）、基本偏差表格的查用练习：3）、另一极限偏差的确定国标规定的公差带

一般、常用和优先的轴公差带国标规定了一般、常用和优先轴用公差带共116种，图中方框内的59种为常用公差带，圆圈内的13种为优先公差带。

一般、常用和优先的孔公差带国标规定了一般、常用和优先孔用公差带共105种，方框内的44种为常用公差带，圆圈内的13种为优先公差带。零件图上尺寸公差的标注③规定四、线性尺寸的未注公差例一般公差①概念②特点

在车间普通工艺条件下，机床设备一般加工能力可保证的公差称为一般公差(自由尺寸)。③规定①概念

1）节省设计时间2）图样清晰易懂3）可降低检验成本②特点①概念②特点国家标准GB/T1804—2000对线性尺寸的一般公差规定了4个公差等级，它们分别是精密级f、中级m、粗糙级c、最粗级v。f、m、c、v四个等级分别相当于IT12、IT14、IT16、IT17。③规定任务：装配图孔、轴配合关系的识读1.顶尖2.尾座体3.顶尖套筒4.丝杆5.螺母

6.滚动轴承7.后盖8.挡圈9.手轮10.手柄车床尾座装配图在装配图上，主要标注配合代号，即标注孔、轴的基本偏差代号及公差等级资讯孔和轴的配合另一种标方法：例：结论：基本尺寸：孔、轴基本尺寸为20基准制：基孔制公差等级：孔7级，轴6级配合类型：间隙配合一、有关配合的术语及定义1.配合

配合是指基本尺寸相同的，相互结合的孔和轴公差带之间的关系。2.配合类型间隙配合过盈配合过渡配合（1）间隙配合具有间隙（包括最小间隙等于零）的配合称为间隙配合。间隙配合最大间隙

Xmax=Dmax-dmin=ES-ei最小间隙Xmin=Dmin-dmax=EI-es（2）过盈配合具有过盈（包括最小过盈等于零）的配合称为过盈配合。过盈配合最大过盈Ymax=Dmin-dmax=EI-es最小过盈Ymin=Dmax-dmin=ES-ei（3）过渡配合可能具有间隙或过盈的配合，此时孔的公差带与轴的公差带相互交叠，它是介于间隙配合与过盈配合之间的一种配合。

过渡配合

最大间隙Xmax=Dmax-dmin=ES-ei最大过盈Ymax=Dmin-dmax=EI-es允许间隙或过盈的变动量，表明配合松紧程度的变化范围，用Tf表示，是一个没有符号的绝对值。间隙配合：Tf=︱Xmax-Xmin︱过盈配合：Tf=︱Ymin-Ymax︱过渡配合：Tf=︱Xmax-Ymax︱3.配合公差Tf=Th+Ts

配合制是以两个相配合的零件中的一个零件为基准件，并对其选定标准公差带，将其公差带位置固定，而改变另一个零件的公差带位置，从而形成各种配合的一种制度。二、配合制1.概念2.基准制（1）、基孔制

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各种配合的一种制度。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形成各种配合的一种制度。（2）、基轴制3、国标中规定的配合常用尺寸段孔与轴的公差配合常用尺寸段中，国家标准规定基孔制常用配合59种，优先配合13种；基轴制常用配合47种，优先配合13种。基孔制优先、常用配合基轴制优先、常用配合孔Φ60mm与轴Φ60mm配合，确定配合性质，极限盈限，并画出公差带示意图。2、根据下面轴的公差带图，回答下面问题：（1）轴的基本尺寸（2）轴的基本偏差（3）轴的最大极限尺寸、最小极限尺寸和公差（4）与公差等级相同的基准孔配合时，确定其配合性质，并求极限盈限。任务2：零件尺寸的检测工作任务——用给定的量具对尺寸进行测量；填写测量记录表。任务：零件尺寸的测量教学目标1、了解测量的基本概念及有关知识，了解计量器具的有关知识，掌握基本的测量方法及测量数据处理方法；

2、能够熟悉使用游标卡尺、千分尺、内径百分表。重、难点重点难点1、游标卡尺、千分尺等量具的使用；2、测量方法的分类；3、测量误差的分类；4、测量数据的处理。内径百分表的使用资讯

1、测量、检验的概念测量：获取被测几何量量值的过程。具体说，测量是将被测几何量与具有计量单位的标准量进行比较，从而确定两者比值的过程。检测：判断零件合格与否的过程，不一定要得出具体的测量值。一、技术测量的一般概念

2、测量的四要素：1、被测对象测量时所用的计量单位指测量原理、测量器具、具体测量方法和测量条件的总和。测量结果与被测量真值之间的一致程度，可用误差说明精度的高低。指几何参数：长度、角度、表面粗糙度、几何误差等2、计量单位3、测量方法4、测量精度二、计量单位米光在真空中1/299792458秒的时间间隔内所经过的行程长度长度基准单位长度计量单位：毫米、微米、钠米基准的长度量值传递系统量块

量块是一种标准量具，在长度测量中作为实物标准，用以体现测量单位，并作为尺寸传递的媒介，还用于校准和检定计量器具。长方体、圆柱体工作尺寸（L）：L1L2量块的一个测量面与另一个量块的测量或与另一个经精加工的类似量块测量面的表面，通过分子力的作用而粘合的性能。要求：具有线膨胀系数小、性能稳定、耐磨，不易变形的材料制成。如铬锰钢等2、形状3、尺寸4、研合性1、材料量块成套量块的尺寸系列表组别总块数级别公称尺寸mm间隔mm块数

1

830，1，2，30.511.0051.01，1.02，…….1.491.5,1.6,……………1.92.0,2.5,…………….9.510,20,……………...100__________________0.010.10.5101114951610

2

460，111.001,1.002,……..1.0091.01,1.02,………...1.091.1,1.2,……………..1.92,3,…...910,20,……………..1000.0010.010.11101999810

3

381，2，311.0051.01，1.02，…….1.091.1,1.2,……………1.92,3,…………….910,20,……………...100____________0.010.1110119981028．785-1．005第一块量块尺寸1．00527．78-1．28第二块量块尺寸1．2826．5-6．5第三块量块尺寸6．520

-20第四块量块尺寸200量块的应用例：要组成28.785的尺寸,若采用83块一套的量块。1.005201.286.528.7851）量块块数尽可能少，一般不超过4块。2）必须从同一套量块中选取，决不能在两套或两套以上的量块中混选。3）组合时，不能将测量面与非测量面相研合。量块的应用组合方法1）选择量块时，按照量块的名义尺寸进行选取。2）组合量块成一定尺寸时，应从所给尺寸的最后一位小数开始考虑，每选一块应使尺寸至少去掉一位小数。组合原则量块的精度等级①按制造精度分00，0，k，1，2，3共6级，00级最高(使用时按基本尺寸，不适合高精度，因没考虑量块加工误差的影响)。②按检定精度分1，2，3，4，5，6共6个等级(使用时按实际尺寸用，含测量误差，精度高，但使用不便)。三、测量方法（一）、计量器具计量器具（也称作测量器具）是量具、量仪和其他用于测量目的的技术装置的总称。以一个固定尺寸复现量值的计量器具，分为单值量具（量块、直角尺）和多值量具（游标卡尺、外径千分尺）量具没有刻度的专用计量器具，不能获得具体数值，只能判断零件的合格性。量规将被测量值转换成可直接观测的指示值或等效信息的计量器具。量仪确定被几何量值所必需的计量器具和辅助设备的总称。计量装置1、计量器具的分类2、计量器具的技术指标刻度间距、分度值测量力示值范围、测量范围示值误差灵敏度技术指标计量器具不确定度（1）分度间距（刻度间距）

分度间距是计量器具的刻度标尺或度盘上两相邻刻线中心之间的距离，一般1--2.5mm。（2）分度值（刻度值）

分度值是指计量器具的刻度尺或度盘上相邻两刻线所代表的量值之差。如千分尺0.01mm、游标卡尺0.02mm（4）测量范围

指在允许的误差内，计量器具所能测出的最小值和最大值的范围。

（3）示值范围

指计量器具所显示或指示的最小值到最大值的范围。（5）示值误差指计量器具上的示值与被测量真值之间的代数差。（6）灵敏度指计量器具对被测量变化的反应能力。（7）测量力

指在接触式测量中，计量器具测头与被测量表面间的接触压力。（8）计量器具不确定度由于计量器具的误差导致对被测量的真值不能肯定的程度称为计量器具的不确定度。3、常用测量器具的基本结构、工作原理游标类量具螺旋测微类量具机械量仪游标类量具游标卡尺深度卡尺电子数显卡尺高度尺螺旋测微类量具外径千分尺内径千分尺公法线千分尺机械量仪百分表1、小齿轮；2、7大齿轮；3、中间齿轮；4、弹簧；5、带齿条的测量杆；6、指针；8、游丝内径百分表1-可换测量头；2-测量套；3-测杆；4-传动杆；5、10-弹簧；6-指示表；7-杠杆；8-活动测量头；9-定位装置

（二）、具体测量方法的分类

1、按实测量值是否是被测量直接测量间接测量测量时，直接从测量器具上读出被测几何量的大小值。被测几何量无法直接测量时，首先测出与被测几何量有关的其他几何量，然后，通过一定的数学关系式进行计算来求得被测几何量的尺寸值2.通过公式计算：1.测出该劣弧的弦长S以及相应的弦高h测量器具的读数值直接表示被测尺寸。2、读数值是否直接表示被测量测量器具的读数值表示被测尺寸相对于标准量的偏差。而被测量的量值为计量器具的示值与标准量的代数和的测量方法。绝对测量相对测量（比较测量）测量器具的测量头与被测表面不接触，不存在机械测量力。如光切显微镜测量表面粗糙度3、根据零件的被测表面是否与测量器具的测量头有机械接触分类接触测量测量器具的测量头与零件被测表面以机械测量力接触。不接触测量4、根据同时测量参数的多少分类单项测量分别测量零件上被测量的单个指标综合测量同时测量零件上几个有关联被测量的综合指标，以综合判断零件的合格性。在零件加工过程中进行的测量。磨削过程中测量5、根据测量对机械制造工艺过程所起的作用不同离线测量（被动测量）在零件加工后进行的测量。磨削轴类零件，停机后测量。在线测量（主动测量）测量时，被测表面与测量头处于工作（或模拟）过程中的相对运动状态。6、根据被测量或敏感元件（测量头）在测量中相对状态的不同分类准、快、省静态测量测量时，被测表面与测量头处于相对静止状态。动态测量测量误差指测量结果与被测量真值之差。而真值只是一个理想的概念，在实际测量中，一般把块规尺寸视作真值。测量误差可用绝对误差表示，也可用相对误差表示。反映测量结果与真值接近程度的量，称为精度，它与误差的大小相对应，因此可用误差大小来表示精度的高低，误差小则精度高，误差大则精度低。（一）测量误差的概念四、测量精度（测量误差）测量器具误差测量环境误差测量方法误差测量人员误差（二）误差的来源

（三）误差分类系统误差随机误差粗大误差特点和性质系统误差在同一条件下，多次测量同一量值时，绝对值和符号保持不变，或在条件改变时，按一定规律变化的误差称为系统误差。定值系统误差变值系统误差随机误差在同一测量条件下，多次测量同一量值时，绝对值和符号以不可预定方式变化的误差称为随机误差。粗大误差超出在规定条件下预期的误差称为粗大误差，或称“寄生误差”。此误差值较大，明显歪曲测量结果，如测量时对错了标志、读错或记错了数、使用有缺陷的仪器以及在测量时因操作不细心而引起的过失性误差等。

精度可分为：

(1)精密度它反映测量结果中随机误差的影响程度。

(2)准确度它反映测量结果中系统误差的影响程度。

(3)精确度它反映测量结果中系统误差和随机误差综合的影响程度。任务：轴径的检验教学目标1、正确掌握光滑工件的质量验收标准；2、掌握选用通用测量器具的方法和步骤；3、了解极限量规的作用，能设计工作量规。重、难点重点难点1、验收原则；2、计量器具的选择；工作量规尺寸的计算工作任务——分析图纸上零件的轴径精度要求；选择检测所给零件合适的计量器具和辅助工具；完成零件的检测任务；填写检测记录1、确定被检测的项目2、选择测量器具3、检测前准备4、采集数据5、数据处理6、填写检测结果检测的主要步骤：1、确定被检验的项目

2、选择测量器具单件、小批量生产时，使用通用测量器具检验。大批量生产时，为提高检测效率，常采用极限量规来进行检验。一般来讲由于被测零件的形状、大小、应用条件、精度要求以及生产批量不同，故使用测量器具不尽相同。一、用通用测量器具检验在单件小批量生产中，常用游标卡尺、千分尺、指示表、比较仪等通用量具或量仪来进行零件加工检验。1.误判现象2.尺寸验收极限

3.测量器具的选择通常我们会遇到三个问题用示值误差为4um的外径千分尺验收

Φ40.002Φ39.938测量数据1.误判现象误废2、误收当测得值在极限尺寸附近时，将处于公差带之外的废品误判为合格品而接收的现象。当测得值在极限尺寸附近时，将处于公差带之内的合格品误判为废品而报废的现象。国家标准GB/T

3177-1997《光滑工件尺寸的检验》作出规定：“应只接收位于尺寸极限之内的工件”。验收原则验收原则——“应只接收位于尺寸极限之内的工件”只允许出现误废不允许出现误收测量原理、方法、步骤、测量器具、环境、人员等等误收不确定度u测量器具不确定度u1=0.9u2.安全裕度和验收极限（1）安全裕度——A为体现这一规定，将原极限尺寸公差带内缩一个数值，称为安全裕度A。表6-1A=1/10T孔的验收极限：上验收极限=Dmax−A

下验收极限=Dmin+A轴的验收极限：上验收极限=dmax−A

下验收极限=dmin+A（2）验收极限3.测量器具的选择b、按照被测工件的精度来选择计量器具，使选择的计量器具的不确定度u1，既能保证测量精度，又符合经济性要求。a、按照被测工件的外形、位置和尺寸大小以及被测参数的特性来选择测量器具，使选择的测量器具测量范围能满足工件要求；（1）测量器具的选择原则检验中的重要环节根据u1,选择测量量具不确定度u1′根据工件精度确定测量量具不确定度允许值u1量具的不确定度u1′≤工件允许的量具不确定度u1（2）测量器具的选择步骤表6-1表6-3、4、51、确定被检测的项目2、选择测量器具3、检测前准备4、采集数据5、数据处理6、填写检测结果检测的主要步骤：决策检测方案包括；选用的计量器具，检测部位，验收极限，数据处理等◆根据图样要求选择所需的计量器具；◆确定检测部位和检测次数；◆进行检测；◆确定测量数据处理；计划尺寸公差的标记Φ24f9计量器具、辅助装置及其规格如何调整校对计量器具在什么部位测量？测几次测量数据的处理方法所测参数合格性的判断依据填写检测报告如何检查自己的工作外径千分尺（0~25）调零轴向不同截面及径向的不同方向上进行测量取平均值极限尺寸复查测量过程(记录的数据）及结论清洗被测轴选择计量器具的规格调整与校正计量器具用千分尺测量轴径；记录并处理数据判断轴径的合格性填写检测记录零件清洗、防锈处理

实施实施方法：教师示范，然后学生分组测量检查任务的完成情况复查数据分析整个工作过程，对出现的问题进行修改并优化教师总结资料存档检查评估二、用光滑极限量规检验

量规是一种没有刻线的、专门用来检验工件孔、轴合格性与否的定值专用量具。用它只能判断工件尺寸是否处于规定的极限尺寸范围内，不能测量出工件实际尺寸。量规是成对使用的，一端是通规，按最大实体尺寸（Dmin、dmax）制造，代号为T；一端是止规，按最小实体尺寸（Dmax、dmin）制造，代号为Z。检验时，若通规能通过，止规不能通过，则工件合格，如下图所示。图

光滑极限量规图

量规的公差带轴用量规：通端上偏差=es−Z+T/2止端上偏差=ei+T

下偏差=es−Z−T/2下偏差=ei

孔用量规：通规上偏差=EI+Z+T/2止端上偏差=ES

下偏差=EI+Z−T/2下偏差=ES−T计算Ф20H7/f6孔、轴用工作量规的极限偏差。任务3：尺寸公差与配合的设计任务：设计顶尖套筒与尾座体的尺寸公差与配合工作任务——基准制的选择；尺寸公差等级的选择；配合的选择；尺寸公差与配合的标注。教学目标