第1章互换性与技术测量绪论.ppt

1、互换性与测量技术,鲁东大学 交通学院 郑红霞 Email: ,第1章 绪 论,1.1本课程的研究对象、任务及基本特点 1.2互换性 1.3标准化与优先数系,本节课学习目标,掌握互换性的含义及分类； 了解互换性与标准化的关系及其在现代化生产中的重要意义； 掌握优先数的基本原理、特点及其应用。 互换性是重点，标准化是实现互换性的前提和手段，优先数系则是标准化的重要内容和实例,课程性质,机械类各专业的重要技术基础课（承上启下） 包含几何量精度设计与误差检测两方面的内容，是联系机械设计、机械制造工艺学、机械制造装备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。,机械设计方面的技术

2、基础课 机械设计内容有：强度设计；传动设计；结构设计；精度设计（几何量精度设计），本课程只研究精度设计。,课程任务： 通过本课程的学习，应达到如下基本要求： 掌握有关公差、测量的基本概念、基本理论及相关的基本术语和定义； 培养公差设计及几何量精度检测的基本能力； 基本掌握几何量公差标准的主要内容、特点和应用原则； 能读图，学会根据机器和零件的功能要求，正确设计公差与配合，并正确地标注图样； 学会查工具书，如手册、标准等。 了解各种典型几何量的检测方法和初步学会使用常用的计量器具。 总之，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。此外，也为后续课

3、程及课程设计、毕业设计打好基础,课程特点和学习方法,课程特点（多、强、大） 多：定义、符号、公式、标准规定和经验解法多； 强：原则性强，因为必须按国标有关规定进行设计； 大：实际应用中灵活性大。 学习方法 记忆为主,逻辑推理为辅; 记住概念、术语、原则和符号,并理解各概念之 间的区别与联系。,具体要求,1、记好笔记; 2、不迟到,不早退,更不要旷课; 3、认真听讲,勤于思考; 4、独立,认真地完成作业; 5、自学,具体要求,成 绩 考 核,“学生成绩=平时成绩(30%)+期末考试成绩(70%)”,期末考试成绩 70%,第二节 互换性,定义:,什么是互换性？,满足以下三个条件： （1）不经选择

4、（2）不需要辅助加工及修配便能装配与更换； （3）装配与更换后能满足使用和生产上的需求。,举例：螺栓、轴承、变速箱、灯泡，汽车、自行车、 缝纫机、钟表上的零部件，螺钉螺母，滚动轴承， 机床、 汽车、电子产品、军工产品,机械制造中的互换性是指在同一规格的一批零部件中,任取其一，不需任何挑选和附加的修配与调整，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有互换性的零部件。,说明：（满足互换性的条件）,由互换性定义可知，具有互换性的零部件必须满足： 1、同一规格； 2、一般针对一批零部件而言； 3、应满足装配过程中三个阶段的要求：,互换性,装配前 不挑,装配时 不调整或修配 缺一

5、不可,装配后 满足使用要求,互换性的分类,一、按参数特性或使用要求分为：,1)几何参数互换性 (主要保证装配） 狭义互换性 规定几何参数的公差以保证产品的理论几何参数与实际几何参数充分近似而达到的互换性。,本课程只研究几何参数的互换性，即机械精度设计。,二、按互换程度分：,互换性分类,不完全互换 （按实现方法不同）,分组互换,调整互换 修配互换,分组互换,指同种零、部件加工好以后，在装配前要先进行检测分组，然后按组进行装配，仅仅同组的零、部件可以互换，组与组之间的零、部件不能互换。例如有些滚动轴承内、外圈滚道与滚动体的结合、活塞销与活塞销孔、连杆孔的结合，都是分组互换。,调整互换,指同种零、部

6、件加工好以后，在装配时要用调整的方法改变它在部件或机构中的尺寸或位置，方能满足功能要求。例如燕尾导轨中的调整镶条，在装配时要沿导轨移动方向调整它的位置，方可满足间隙的要求。,修配互换,指同种零、部件加工之后，在装配时要用去除材料的方法改变它的某一实际尺寸的大小，方能满足功能上的要求。例如普通车床尾座部件中的垫板，在装配时要对其厚度再进行修磨，方可满足普通车床头、尾顶尖中心的等高要求。,三、对独立的标准部件或构件而言,1）内互换 部件或机构内部组成零件之间的互换性（标准件内部各零件之间） 2）外互换 部件或机构与其外部相配零件间的互换性,互换性分类,按照部位或范围分,内、外互换的例子,内互换（采

7、用分组互换） 内、外套圈的滚道与滚动体之间 外互换（采用完全互换） 内套圈与支承轴， 外套圈与轴承座孔,图1：滚动轴承,零部件厂际协作应采用完全互换， 部件或构件在同一厂制造和装配时，可采用不完全互换。,标准件的互换,如何使零件具有互换性？,零件完全相同（不可能、没必要），可按公差制造 公差：零件尺寸和几何参数的允许变动范围，包括尺寸公差、形状公差、位置公差等 公差用来控制加工中的误差，以保证互换性的实现 设计者的任务：要正确地确定公差，并把它在图样上明确地表示出来。 在满足功能要求的前提下，公差值应尽量规定得大一些，以便获得最佳的经济效益。,公差的概念,互换性的实现,互换性的作用,在设计方面

8、，有利于最大限度采用标准件、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。 在制造方面，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。 在使用、维修方面，可以减少机器的维修时间和费用，保证机器能连续持久的运转。提高了机器的使用寿命。（如军用：子弹、炮弹；民用：备用轮胎、电子元件等）（维修方便） 总结：简化设计、有利加工、加快装配、容易维 修、便于管理、降低成本,小结,理解并掌握：互换性的概念及分类 了解：互换性原则在机械制造中的重要作用,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

9、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。零件几何参数的允许变动量称为公差。 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。 标准与标准化正是实现互换性生产的主要途径和手段，也是基础,第2节 标准化及优先数系,标准和标准化的引入,一、标准化,标准化是互换性生产的基础，没有标准化就没有互换性。 1）标准的定义 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。 对重复性事物和概念所作的统一规定，它以科学技术和实践经验的综合成

10、果为基础，经有关方面协商一致，由主管机构批准，以特定形式发布，作为共同遵守的准则和依据。,标准的分类,标准按不同的级别颁发。我国标准分为国家标准、行业标准、地方标准和企业标准。 对需要在全国范围内统一的技术要求，应当制定国家标准，代号为GB，对没有国家标准而又需要在全国某个行业范围内统一的技术要求，可制定行业标准，如机械标准（JB）等；对没有国家标准和行业标准而又需要在某个范围内统一的技术要求，可制定地方标准或企业标准，它们的代号分别用DB、QB表示。,按使用范围分,标准的分类,ISO（国际标准化组织）,按应用范围分,国际标准,国家标准,GB，GB/T,地方标准（省市部标准）,IEC（国际电工

11、委员会）,ITU（国际电信联盟）,GJB,企业标准,标准的分类,按标准化对象的特征分： 基础标准、产品标准、方法标准和安全、卫生与环保标准等 按标准的性质分 技术标准、工作标准和管理标准。 标准一般是指技术标准，它是指对产品和工程的技术质量、规格及其检验方法等方面所作的技术规定，是从事生产、建设工作的一种共同技术依据。,技术标准,1）基础标准指技术生产活动中最基本、最具有广泛指导意义的标准。也是最具有一般共性、通用性的标准。如机械制图、法定计量单位、优先数系、表面粗糙度、极限与配合和通用的名词术语等标准，本课程主要涉及的是基础标准。,产品标准,又可分为品种系列标准和产品质量标准，主要对产品的类

12、型、尺寸、主要性能参数、质量指标、试验方法、验收规则、包装、运输、使用、贮存、安全、卫生、环保等制定的标准。如仪器、仪表和农用柴油机，都有不同的具体的产品标准。,方法标准：指对试验、检验、分析、统计、测量等对象所制定的标准。如机械零件的测量方法、内燃机的台架试验方法、药品成分的检验方法等标准。 安全卫生与环保标准指关于技术设备、人身安全、卫生、环保方面的标准。,标准化,定义：标准化是指标准的制订、发布和贯彻实施的全部活动过程，包括从调查标准化对象开始，经试验、分析和综合归纳，进而制订和贯彻标准，以后还要修订标准等等。标准化是以标准的形式体现的，也是一个不断循环、不断提高的过程。 作用：标准化是

13、实现互换性的必要前提，是组织现代化生产的重要手段，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动作用。,标准化的特征,标准化不是一个孤立的概念，而是一个活动过程，包括制订、贯彻、修订，循环往复，不断提高 制订、修订、贯彻标准是标准化活动的基本任务 标准是标准化的全部活动中的核心环节 标准化在深度上是没有止境的,优先数和优先数系的引入,在机械设计中，常常需要确定很多参数，而这些参数往往不是孤立的，一旦选定，这个数值就会按照一定规律，向一切有关的参数传播。例如，螺栓的尺寸一旦确定，将会影响螺母的尺寸、丝锥板牙的尺寸、螺栓孔的尺寸以及加工螺栓孔的钻头的尺寸等。由于数值如此不

14、断关联、不断传播，所以，机械产品中的各种技术参数不能随意确定。 为使产品的参数选择能遵守统一的规律，使参数选择一开始就纳入标准化轨道，必须对各种技术参数的数值作出统一规定。优先数和优先数系国家标准（GB32180）就是其中最重要的一个标准，要求工业产品技术参数尽可能采用它。,对数系的要求,在工业生产中需要用统一的数系协调各部门的生产。对各种技术参数分级，已成为现代工业生产的需要。因此，对数系有下列要求：1）彼此相关，疏密适当；2）能两端延伸和中间插入；3）两相邻数的相对差为定值；4）积商后仍为数系中的数；5）十进制。,优先数和优先数系,对各种技术参数的数值进行协调、简化和统一的科学数值制度。

15、算术级数不宜作优先数系 绝对差相等、相对差不等 序列数值跨度越大，相对差变化越大 参与工程运算后，结果往往不是算术级数中的 项了，不利于数值的传播。 几何级数宜作优先数系 相邻项的相对差都相同 在整个数系中，数值的分布相对均匀 能使数值的传播有序化,优先数系的标准,国家标准优先数和优先数系规定十进等比数列为优先数系。 基本构成规律如下： 数系的项值中依次包含：，0.001，0.01，0.1，1，10，100，这些数，即由（其中N为整数）组成的十进数序列。 十进数列按：，0.0010.01，0.010.1，0.11，110，10100，1001000，的规律分成若干区间，称为“十进段”。 每个“

16、十进段”内按同一公比q细分为几何级数，从而形成一个公比为q的几何级数数值系列。这样，可根据实际需要取不同的公比q，从而得到不同分级间隔的数列，形成优先数系。,优先数系标准,我国标准GB321-80与国际标准ISO推荐R5、R10、R20、R40、R80系列，前四项为基本系列（见表1-2），R80为补充系列。公比分别用代号q5，q10，q20，q40，q80表示，下标分别表示各系列中每个“十进段”被细分的段数，其公比为： 且项值中含有10的整数幂的理论等比数列导出的一组近似等比的数列。,优先数和优先数系的特点,优先数系中的任一个项值均为优先数。按公比计算得到的优先数的理论值，除10的整数幂外，都

17、是无理数，工程技术上不能直接应用。实际应用的都是经过圆整后的近似值。根据圆整的精确程度，可分为： （1）计算值：取五位有效数字，供精确计算用。 （2）常用值：即经常使用的通常所称的优先数，取三位有效数字。 （3）化整值（是将常用值作化整处理后所得到的数值，一般取2位有效数字）。,优先数系标准,（1）相关性（why?）隔项取值、插入比例中项 （2）延伸性,代号：,系列无限定范围时(含项值1时)，用 Rr、Rr/p 表示，如 R10、R10/3；,系列有限定范围时，应注明界限值，如 R10(16)，R 10(40)，R10(1640)，R10/3(16) 。,优先数系和优先数,优先数系是十进等比数

18、列，其中包含10的所有整数幂（,0.01，0.1，1，10，100，）。 优先数系中的数值可方便地向两端延伸，只要记住一个十进段内的优先数系，其他十进段内的数值就可由小数点的前后移位得到。由表1-1中的数值，使小数点前后移位，便可以得到所有小于1和大于10的任意优先数系。(why?) 优先数系的公比 。优先数在同一系列中，每隔r个数，其值增大到10倍。(why?) 优先数系中的任一个项值称为优先数。,标注派生系列时，除含有项值 1 的可用简化符号Rr/p外，其它的均需表明系列中含有的一个项值如 R10/3( 2.5 ),优先数和优先数系的特点,任意相邻两项间的相对差近似不变（按理论值相对差为恒

19、定值）。(what?) 任意两项的理论值经计算（积、商、整数幂）后仍为一个优先数的理论值。（等比数列的缘故） 优先数系具有相关性。 相关性表现为：在上一级优先数系中隔项取值，就得到下一系列的优先数系；反之，在下一系列中插入比例中项（a/b=b/c,b为比例中项），就得到上一系列。（why?） 如在R40系列中隔项取值，就得到R20系列，在R10系列中隔项取值，就得到R5系列；又如在R5系列中插入比例中项，就得R10系列，在R20系列中插入比例中项，就得R40系列。这种相关性也可以说成：R5系列中的项值包含在R10系列中，R10 系列中的项值包含在R20系列中，R20系列中的项值包含在R40系列

20、中，R40系列中的项值包含在R80系列中。,优先数系的优点,数值分级合理。数系各相邻项的相对差相等，即系列中数值间隔相对均匀 规律明确，利于数值的扩散。 国际统一的数值制，共同的技术基础 具有广泛的适应性。（无限延伸，范围不受限制） 国家标准规定的优先数系分档合理，疏密均匀，有广泛的适用性，简单易记，便于使用。常见的量值，如长度、直径、转速及功率等分级，基本上都是按一定的优先数系进行的。本课程所涉及的有关标准里，诸如尺寸分段、公差分级及表面粗糙度的参数系列等，基本上采用优先数系。,优先数系的选用规则,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

21、、规格、系列的合理化分档和协调配套具有十分重要的意义。 尽可能选用基本系列，应遵守先疏后密的规则。即按 R5、R10、R20、R40 的顺序选用； 当基本系列不能满足要求时，可选用派生系列，注意应优先采用公比较大（先疏后密）和延伸项含有项值1的派生系列； 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。,四、 机械精度设计概述 一般地,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

22、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。 需要指出的是，以上三个方面，在设计过程中，是缺一不可的。本课程主要讨论的是机械精度的分析与计算。,机械精度的分析与计算是多方面的，但归结起来，设计人员总是要根据给定的整机精度，最终确定出各个组成零件的精度，如尺寸公差，形状和位置公差，以及表面粗糙度参数值。但是，根据上述设计精度制造出的零件，装配成机器或机构后

23、，还不一定能达到给定的精度要求。因为机器在运动过程中，其所处的环境条件（如电压、气温、湿度、振动等等）及所受的负荷都可能发生变化，造成相关零件的尺寸发生变化；或者相对运动的零件耦合后，其几何精度在运动过程中也能发生改变。为此，除分析计算机器静态的精度问题之外，还必须分析在运动情况下，零件及机器的精度问题。,几何精度设计的任务,在机械产品的总装配图和部件装配图上，确定各零件配合部位的配合代号和其他技术要求，并把配合代号和相关要求标注在装配图样上。 确定组成机械产品的各零件上各处尺寸公差、形状和位置公差、表面粗糙度要求以及典型表面（如键、圆锥、螺纹、齿轮等）公差要求等内容，并在零件图样上正确标注。

24、,本章重点：,1. 互换性的定义、分类和作用； 2. 优先数系的种类、代号和公比、特点。,例题： 利用优先数系的基本系列 表1.1确定下列数据各属什么系列？,例1 电动机转速为：375rmin，750 r min，1500rmin， 3000rmin 。,解：（1）计算公比 q 750375300015002。,（2）由表1.1 看项值，为 R40的项值,（3）结论 R4012,例2 摇臂钻床的最大钻孔直径为：25，40，63，80，100，125（mm）。,解：由表1.1得 25，40，63为R5系列；,63，80，100，125为R10系列。故为复合系列。,思考题,叙述互换性与几何公差的概念，零件具有什么性能才称它们具有互换性？互换性有什么作用？互换性的分类