第一章互换性概论.ppt

1、机械原理 机械设计 （机械零件）,机械专业的学科基础课,机械设计基础,机械制造基础,本课程,金属工艺学 工程材料,公差与配合设计（精度设计） 检测,(简称公差设计),是教学计划中联系设计课程与制造及工艺课程的纽带,是从基础课学习过渡到专业课学习的桥梁.,本课程性质:,学科基础课,承上启下,互换性与测量技术,技术要求 1. 2. 3.,轴 图号02 比例1:1 材料 45 . 设计 制图 审核 . 日期,22,28,28,30,60,140,其余,互换性与测量技术,理论课(26): 互换性概论(23) 轴、孔结合的极限与配合(45) 测量技术基础(2) 光滑极限量规(2) 形状与位置公差(78)

2、 表面粗糙度(2) 圆柱螺纹的公差与配合(4) 复习/习题课（1） 实验(6),参考教材： 刑闽芳 主编互换性与技术测量，清华大学出版社 其它参考书： 王益祥 主编互换性与测量技术，兵器工业出版社 机械设计手册(第1卷) 成绩评定： 期末闭卷考试（70%）+平时成绩（30%）,互换性与测量技术,第一章 互换性概论,第一节：互换性的概念、意义与作用,第二节：标准化与优先数系 第三节：公差与配合中的几个基本概念,第一节 互换性的概念、意义与作用,一、互换性的定义 二、互换性的分类 三、互换性的作用 四、互换性的实现 五、机械产品几何量的精度设计,互换性的广义概念 互换性:一种产品、过程或服务替代另

3、一种产品、过程或服务能满足同样要求的性能. 例如：电灯泡坏了，买一只安上；自行车掉了一 个螺丝，按同样规格买一个装上.,第一节 互换性的概念、意义与作用,第一节 互换性的概念、意义与作用,一、 互换性的定义,互换性：在同一规格的一批零件或部件中，任取其一，不需要任何挑选、调整或修配(如钳工修配)就能装在机器上，达到规定的使用功能要求。这样的一批零件或部件就称为具有互换性的零、部件。,由定义可知，具有互换性的零部件在装配过程中，必须满足三个条件：,二、互换性的分类,1.按决定的参数或使用要求分为：,2)功能互换（保证使用,广义）,互换性,几何参数互换性,机械性能互换性,理化性能互换性,本课程讨论

4、,对同一批零件而言，当其原材料相同时，其互换性主要在几何量方面.,二、互换性的分类,3. 按部位或范围分： 内互换：部件或机构内部组成零件间的互换 外互换：部件或机构与其相配件间的互换 （例如：滚动轴承）,二、互换性的分类,三、互换性的作用,1)在设计方面：能最大限度地使用标准件，因此可以简化绘图和计算工作量，使设计周期缩短，有利于机械产品更新换代和计算机软件设计技术的应用。 2)在制造方面：有利于组织专业化生产，使用专用设备和CAM技术。 3)在使用和维修方面：便于及时更换已经丧失使用功能的零(部)件，对于某些易损件可以提供备用件，这样既可以及时维修，缩短停机时间，尽快修复，又减少维修成本。

5、,鉴于互换性在提高产品质量和可靠性、提高经济效益等方面的重大意义，互换性原则已成为现代制造业中一个普遍遵守的原则，成为制造业可持续发展的重要技术基础。,三、互换性的作用,如何实现互换性 ？,如果将同一规格零件的几何量制作得完全相同显然可以实现互换性，但这不可能，也不必要。事实上只要将同一规格零件的几何量控制在公差允许的范围内，使同一规格零件的几何量彼此充分近似，就可以实现互换性,互换性由公差来保证。,四、互换性的实现,公差的概念：允许零件尺寸和几何参数的变动范围称为“公差”。 几何量公差包括： 尺寸公差； 形状和位置公差； 表面粗糙度要求； 典型表面(如：键、圆锥、螺纹、齿轮等)公差。,公差的

6、基本概念,尺寸 形状误差 位置误差 表面粗糙度评定参数 典型零件(齿轮、螺纹等)的精度评定参数,含线性尺寸 角度尺寸(简称角度),几何参数,基本几何参数,尺寸公差 形状公差 位置公差 表面粗糙度公差（允许值） 典型零件(齿轮、螺纹等)公差,几何参数公差,基本几何参数公差,技术要求 1. 2. 3.,轴 图号02 比例1:1 材料 45 . 设计 制图 审核 . 日期,22,28,28,30,60,140,其余,综上所述: 设计者给出标准公差 完工零件不超过公差 零件的精度要求、互换性要求、配合要求 均可得到满足.,公差技术,但公差大小不同，效果则不同：,公差实质：反映使用要求与加工工艺及成本

7、的矛盾。,公差技术,五、机械产品的几何量精度设计,机械产品的一般设计过程：总体设计、方案设计、运动设计、结构设计、强度和刚度设计计算以外，还必须进行机械产品的精度设计。 几何量精度设计是否正确、合理，对机械产品的使用性能和制造成本，对企业生产的经济效益都有着重要的影响。,1. 几何量精度设计的基本概念和主要任务 机械产品的几何量精度设计是指按照机械产品的使用功能要求和机械加工及检测的经济合理的原则： 确定配合性质；（标注在装配图样上） 确定各个零件上各处的尺寸精度、形状和位置精度、表面质量及精度；（标注在零件图上） 确定定位精度(涉及尺寸链计算)等（标注在零件图和装配图上）。,五、机械产品的几

8、何量精度设计,五、机械产品的几何量精度设计实例,工作原理 电机-输入轴的轴端键5-输入轴2-输出轴9-齿轮11-键12带动输出轴转动-轴端键16。,减速器的几何量精度设计的主要内容 (1)在减速器的装配图中，确定其各零件之间配合部位的配合代号或其他技术要求，并进行图样标注，注出相关的技术要求。 (2)经过尺寸链计算，确定输入轴和输出轴上各零件的轴向尺寸及其公差，以保证它们在轴向上的定位要求。 (3)在减速器的各零件图中，确定各处尺寸公差、形状和位置公差、表面粗糙度要求、键与键槽的公差以及齿轮齿面公差要求等，并进行图样标注，注出相关的技术要求。 减速器装配图、输出轴和箱座及输入轴的零件图如图1.

9、1、2.1、2.2、2.24所示。,五、机械产品的几何量精度设计实例,第二节 标准化与优先数系,一、标准与标准化 二、优先数和优先数系 三、实现互换性的条件,一、标准和标准化,标准 标准化 标准的分类： 国家标准(GB); 行业标准: 机械标准(JB),邮电标准(YD)等 地方标准 企业标准(QB) 国际标准 ISO/IEC,按标准化对象的特性分类,按标准的级别分类,一、标准和标准化,标准化是互换性生产的基础。,标准化是发展贸易、提高产品在国际市场的竞争能力的技术保证 掌握标准 市场 标准化是实现现代化的重要手段，是反映现代化水平的重要标志.,标准化, 标准化是互换性生产的基础。,公差设计应遵

10、守标准化原则 - 选择标准公差与配合。,公差标准（例）：GB/T1800极限与配合；GB/T1182 形状和位 置公差；GB/T3505表面粗 糙度；GB/T10095 渐开线园柱齿轮精 度等,标准公差与配合的选择,例：尺寸公差与配合选择、形位公差选择、表面粗糙度选择等。,优先数系 数值标准,数值标准化的意义 优先数系及优先数 优先数系的派生系列 优先数系的应用原则,二、优先数和优先数系,数值标准化的意义 当选定一个数值作为某产品参数指标时，该数值会按 一定的规律，向一切有关制品和材料中传播，例如：,形成牵一发而动全身的现象,优先数系,故:技术参量应在一个理想的统一的数系中选取,二、优先数和优

11、先数系,优先数和优先数系（GB/T3211980 ）,优先数就是一种对各种技术参数进行简化、协调和统一的一种科学的数值制度。,二、优先数和优先数系, 优先数系及优先数,R5 系列 r=5 q=1.60 R10系列 r=10 q=1.25 R20系列 r=20 q=1.12 R40系列 r=40 q=1.06 R80系列 r=80 q=1.03,基本系列,R5 1.00 1.60 2.50 4.00 6.30 10.00 R10 1.00 1.25 1.60 2.00 2.50 3.15 4.00 5.00 6.30 8.00 10.00 R20 1.00 1.12 1.25 1.40 1.60

12、 1.80 2.00 2.24 2.50 2.80 3.15 3.55 4.00 4.50 5.00 5.60 6.30 7.10 8.00 9.00 10.00 R40 R80 ,补充系列,优先数:优先数系中的任一个项值.,（见表1.1),二、优先数和优先数系, 优先数系的派生系列,优先数系,基本系列和补充系列Rr 派生系列Rr/p:每逢p项选一项,R5/2： 1.00 2.50 6.30 16.0 40.0 100 R10/3: 1.00 2.00 4.00 8.00 16.0 31.5 ,R5 1.00 1.60 2.50 4.00 6.30 10.00 R10 1.00 1.25 1.

13、60 2.00 2.50 3.15 4.00 5.00 6.30 8.00 10.00 R20 1.00 1.12 1.25 1.40 1.60 1.80 2.00 2.24 2.50 2.80 3.15 3.55 4.00 4.50 5.00 5.60 6.30 7.10 8.00 9.00 10.00 ,（见表1.1),二、优先数和优先数系,习题与练习,选择题 (1)自IT6IT18标准公差的计算公式为 10 i，16 i，25 i，40 i，64 i，100 i，160 i，250 i，。公差单位i前的公差等级系数为( )系列的常用数值。 A. R5 B. R10 C. R20 D. R

14、40 (2)螺纹公差的等级自3级起，其公差等级系数为0.50，0.63，1.00，1.25，1.60，2.00，它们属于( )优先数的系列。 A. R5 B. R10 C. R20 D. R40,例题,下面两列数据属于哪种系列？公比q为多少？ （1）电动机转速有（单位为rmin）：375，750，1500，3000。 （2）摇臂钻床的主参数：25，40，80，100，125等。,q = 2 q =1.6, 2, 1.25 （混合系列）,二、优先数和优先数系, 优先数系的应用原则,（1）先基本系列,后派生系列; （2）先大公比,后小公比,二、优先数和优先数系,三、实现互换性的条件公差标准化和技术

15、测量,1.公差标准化 简单地说，公差标准化是指几何量的公差应在一定范围内进行规范、统一，并要求相关制造企业和管理机构遵照执行。 公差标准化应用实例 例如：在图1.1所示的减速器装配图中，配合代号标注就是应用相关国家标准极限与配合的典型例子。,2. 技术测量 技术测量实施步骤： （1）机械产品的几何量精度设计； （2）工人按照零件图上的各项要求进行加工。 （3）质检人员采用适当的计量器具、正确的测量方法和数据处理方法进行检测，从而判断零件是否达到零件图纸上各公差标准的要求。,三、实现互换性的条件公差标准化和技术测量,有关尺寸的术语及定义 尺寸偏差、公差、公差带图的术语和定义 有关配合的术语及定义

16、,第三节 公差与配合的基本术语与定义,第三节 公差与配合的基本术语与定义,一、有关尺寸的术语及定义（GB/T1800.11997）,1尺寸: 以特定单位表示线性长度的数值。如直径、宽度、高度、中心距等。,2孔: 通常指工件的圆柱形内表面（狭义），也指由单一尺寸确定的内表面（广义）。 轴： 通常指工件的圆柱形外表面（狭义），也指由单一尺寸确定的外表面（广义）。,使得机器的性能、质量、寿命和可靠性，以及振动、噪声、摩擦磨损等很大程度上取决于孔、轴的结合形式及其结合松紧程度与松紧均匀程度的正确与否。,2. 孔与轴：包容与被包容关系,3基本尺寸 设计给定的尺寸。它是根据产品的使用要求、强度、刚度等要求

17、，计算出的，它可以是一个整数或一个小数值。通常按优先数系列选取。,4实际尺寸：采用两点法测量所得到的尺寸.,由于形状误差，同一表面不同部位的实际尺寸往往不相等。 由于测量误差，实际尺寸不一定是尺寸的真值。,孔(轴)直径的实际尺寸符号:Da(da ) 其它长度的基本尺寸符号: La,5极限尺寸 允许尺寸变化的两个界限值。允许的最大尺寸称为最大极限尺寸；允许的最小尺寸称为最小极限尺寸. 孔和轴的最大极限尺寸分别用Dmax和dmax表示，最小极限尺寸分别用Dmin和dmin表示。,5.极限尺寸: 允许实际尺寸变化的两个界限值,6最大实体尺寸（MMS）： 孔或轴在尺寸公差范围内，具有材料量最多时的状态

18、（最大实体状态，简称MMC）下的极限尺寸。孔和轴的最大实体尺寸分别用DMMS和dMMS表示。,7最小实体尺寸（LMS）： 孔或轴在尺寸公差范围内，具有材料量最少时的状态（最小实体状态，简称LMC）下的极限尺寸。孔和轴的最小实体尺寸分别用DLMS和dLMS表示。 极限尺寸与实体尺寸有如下关系,DMMSD min ，DLMSDmax dMMSdmax ，dLMSdmin,特点： 1）实际存在的，对一批零件而言是一随机变量。 2）Dm Da ，dm da 3)只有Dm dm，孔、轴才能自由装配（不是Da da）,8. 作用尺寸（体外作用尺寸） 定义：在配合面的全长上与实际孔相内接的最大理想轴的尺寸。

19、 孔的作用尺寸（Dm ） 在配合面的全长上与实际轴相外接的最小理想孔的尺寸。 轴的作用尺寸（dm）,孔和轴的作用尺寸,内接的最大理想轴,Dm,Dm Da ，dm da,自由装配的条件： Dm dm,9.极限尺寸判断原则(泰勒原则) 孔或轴的作用尺寸不允许超过MMS； 任何部位的实际尺寸不允许超过LMS。,Dm变小 为保证配合 不要小于Dmin dm变大 为保证配合 不要大于dmax,有配合要求的零件尺寸合格条件： Dmin Dm Da Dmax dmin da dmdmax,二、尺寸偏差、公差、公差带图的术语和定义,偏差（尺寸偏差） 尺寸公差 尺寸公差带示意图及公差带 极限制、标准公差IT和基

20、本偏差,实际尺寸 基本尺寸 = 实际偏差,孔 Da D = Ea 轴 da d = ea,极限尺寸 基本尺寸 = 极限偏差,最大极限尺寸 基本尺寸 = 上偏差,最小极限尺寸 基本尺寸 = 下偏差,孔 Dmin D = EI 轴 dmin d = ei,孔 Dmax D = ES 轴 dmax d = es,1、偏差 某一尺寸与基本尺寸的代数差,尺寸合格条件也可表示为：,上偏差 实际偏差 下偏差 ES Ea I es ea ei,单一完工零件的尺寸合格条件,2. 尺寸公差,孔、轴的尺寸公差用符号TD、 Td 表示: TD = DmaxDmin = ES EI Td = dmax dmin = e

21、s ei,尺寸公差用符号T表示: T= LmaxLmin,尺寸公差 - 允许尺寸的变动量,例题：见书P15页,3.公差带,1)公差带图解：,a)零线：表示基本尺寸,c）画法：,(1)零线。 2)确定公差带大小位置。 3)孔 、轴 或在公差带里写孔、轴。 4)作图比例基本一致，单位 m 、mm均可。 5)基本尺寸相同的孔、轴公差带才能画在一张图上。,偏差=0不标出,3.尺寸公差带示意图及公差带,公差带沿零线方向的长度可适当选取,单位:um,基本尺寸,偏差前必须冠于“+”或“-”,4极限制 公差带有两个参数：一是公差带的大小（即宽度）；二是公差带相对于零线的位置。国标已将它们标准化，形成标准公差和

22、基本偏差两个系列。,5标准公差（IT） 指国家标准（GB/T 1800.31998）极限与配合制中，所规定的任一公差。字母IT为“国际公差”的符号。标准公差确定了公差带的大小。,6基本偏差,ei,es,基本尺寸,基本偏差,为下偏差,基本偏差,为上偏差,EI,ES,孔,轴,轴,孔,-,基本偏差: 国标规定的、用以确定公差带相对于零线位置的上偏差或下偏差，一般指靠近零线的那个偏差。,尺寸公差带二要素,大小-由公差值T确定 位置-由上偏差或下偏差确定,上偏差,+0-,下偏差,下偏差,D,尺寸公差带二要素-标准公差IT和基本偏差,零线,下偏差,上偏差,轴,孔,最大极限尺寸,最小极限尺寸,基本尺寸,公差

23、,最大极限尺寸,基本尺寸,最小极限尺寸,公差,下偏差,上偏差,三、有关“配合”的术语及定义,1）间隙配合：孔的公差带在轴公差带上方，即具有间隙的配合（包括Xmin0的配合）。对一批零件而言，所有孔的尺寸轴的尺寸,孔,轴,Xmax,孔,轴,Xmax,Xmin,Xmin=0,Xav= (Xmax+ Xmin)/2,Xmax +80 +60 Xmin 0 +20 Xav +40 +40,Xmax = ESei Xmin = EIes,Xav= (Xmax+ Xmin)/2,表示间隙配合松紧程度的参量：,2) 过盈配合：孔的公差带在轴公差带下方，即具有过盈的配合（包括Ymin0的配合）。对一批零件而言

24、，所有轴的尺寸孔的尺寸,特征参数： YminDmaxdminESei YmaxDmindmaxEIes,Yav= (Ymax+ Ymin)/2,Ymax -80 -60 Ymin 0 -20 Yav -40 -40,Ymin = ESei Ymax = EIes,Yav= (Ymax+ Ymin)/2,表示过盈配合松紧程度的参量：,-80,-20,-40,-60,孔Th,孔Th,轴Ts,轴Ts,+0-,D,-40,例,3)过渡配合 :孔、轴公差带相互重叠，即可能具有间隙X或过盈Y的配合,Ymax,Xmax,轴,孔,轴,孔,轴,孔,Xmax,Ymax,Xmax,Ymax,过渡配合主要用于孔、轴间的定位联结 (既要求装拆方便；又要求对中性好),特征参数： XmaxDmaxdminESei YmaxDmindmaxEIes,Xav（Yav）= (Ymax+ Xmax)/2,Xmax +60 +10 Ymax -20 -30 Xav（ Yav ） +20 -10,Xmax = ESei Ymax = EIes,Xav（Yav）= (Ymax+ Xmax)/2,表示过渡配合松紧程度的参量：,按此配合要求生产的孔、轴间隙的概率大,-40,-20,