互换性与测量绪论资料.ppt

1、互换性与技术测量Compatibility and the technique measure,机械系胡珍珍,本课程的作用和任务,研究机械设计中是怎样正确合理的确定各种零部件的几何精度及相互间的配合关系，着重研究测量工具和仪器的测量原理及正确使用方法，掌握一定的测量技术，具体要求如下： 1.初步建立互换性的基本概念，熟悉有关公差配合的基本术语和定义。 2.了解多种公差标准，重点是圆柱体公差与配合，形位公差以及表面粗糙度标准。 3.基本掌握公差与配合的选择原则和方法，学会正确使用各种工具书，并能完成重点公差的图样标注。,课程性质：专业基础课，将标准化和计量学的有关部分有机的结合在一起，而且涉及机

2、械设计，机械制造，质量控制等多方面。,本课程的性质：,特点：概念多，涉及标准多。,1、李柱等编，互换性与技术测量几何产品技术规范与认证GPS，高等教育出版社，2004 2、王伯平，互换性与技术测量，高等教育出版社，2005 3、万书亭，互换性与技术测量基础，电子工业出版社，2007 4、机械工程基础与通用标准实用丛书编委会 编，形状与位置公差机械工程基础与通用标准实用丛书，中国计量出版社,参考资料,难点内容： 机械精度设计的基本原则及主要方法。,绪 论,重点内容： 1、掌握互换性概念及其应具备的两个条件； 2、有关标准化、优先数、技术 测量的术语及定义； 3、了解机械精度设计的基本理论及方法,

3、举例：机器上的螺钉、灯泡，自行车、缝纫机、钟表上的零部件。,一、互换性概述,1、 互换性的基本概念,(1）、互换性含义,在同一规格的一批零件和部件中，任取其一，不需任何挑选或附加修配（如钳工修配），就能装在机器（或部件）上，达到规定的功能要求。,B：不完全互换性 特点：因特殊原因，只允许零件在一定范内 互换。,( 2）、互换性分类,1)、让互换性的程度分类：,完全互换和不完全互换,A完全互换性 特点：不限定互换范围，以零部件装配或更 换时不需要挑选或修配为条件，100%的互换。,举例： 滚动轴承的滚动体，内圈， 外圈和保持架（隔离架）之间的 互换性为内互换性；轴承内圈和 轴颈的配合及外圈和机座

4、孔的配 合为外互换性。,2）、按互换的部位分类：,内互换和外互换,A. 内互换：部件或机构内部组成零件间的互换性。,B. 外互换：部件或机构与其相配件间的互换性。,2、互换性应同时具备的两个条件 1）不需要辅助加工及修配便能装配与更换； 2）装配与更换后能满足使用和生产上的需求。 3、互换性包括几何参数和机械性能的互换 A 、机械性能包括很多方面，例如：刚度、强度、硬度、传热性、导电性、热稳定性还有其它物理化学参数等。 B、几何参数一般包括尺寸大小、几何形状（宏、微观）以及相互位置关系等。 本课程只讨论几何参数的互换。,使用维修方面：减少了机器维修的时间和费用，提高了机器的使用价值。,4、互换

5、性在机械制造中的作用,设计方面：可以最大限度地采用标准件、通用件和标准部件，大大简化了绘图和计算工作，缩短了设计周期，并有利于计算机辅助设计和产品的多样化。,制造方面：有利于组织专业化生产，便于采用先进工艺和高效率的专用设备，有利于计算机辅助制造，及实现加工过程和装配过程机械化、自动化。,5、 互换性的生产简史,互换性生产是随着生产的发展而产生发展的。,对有配合要求的零件，最初是按照“配置”的方式制造。以孔配轴，以轴配孔，装配时必须对号入座，生产效率低。,互换性生产是从出现第一个标准量规开始的。,按一个标准的孔或轴来制造轴或孔，不久这种标准的孔或轴做成卡规或环规。 标准量规是单个使用，对零件要

6、求过高（要求恰好紧密的通过零件），其使用受得限制。,极限量规的产生 事实上，使用要求不是绝对的，间隙略有变动只要不超过一定范围，也能满足使用要求，也就允许孔、轴实际尺寸在一定范围内变动。 故按孔、轴的允许最大尺寸和最小尺寸，分别做成两套量规，即极限量规。 应用 首先应用于兵器工业，接着应用于各种兵器、制造行业。,环规 塞规 卡规,二、公差标准和几何量的测量（公差标准化） 现代化工业生产的特点是规模大，协作单位多，互换性要求高，为了正确协调各生产部门和准确衔接各生产环节，必须有一种协调手段，使分散的局部的生产部门和生产环节保持必要的技术统 一。成为一个有机的整体，以实现互换性生产。 标准与标准化

7、正是联系这种关系的主要途径和手段，是实现互换性的基础。,1） 公差标准 A 技术标准：对产品和工程建设质量、规格及检验方面所作的技术规定。 我国的技术标准分三级：国家标准（GB）、部门标准（专业标准，如JB）、企业标准。 B 公差标准：对零件的公差和相互配合所制订的标准。,在国际上，为了促进世界各国在技术上的统一，成立了国际标准化组织（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。 2）加工误差和公差 A 加工误差：加工过程中产生的尺寸、几何形状和相互位置误差。 B 公差：允许零件几何参数的变动量称为公差，也就是由设计人员给定的允许零件的最大误差。,三、计量技

8、术的发展简介 1、米的定义 第一个米的定义 1791年，法国议会批准了达特兰提出的以通过巴黎的地球子午线的1/4000 万为1m的定义。 历时6年，测量了西班牙巴塞罗那到法国敦克尔刻的地球子午线长度。 1795年，法国国民议会颁布新的度量衡制度，米的长度以“自北极到赤道段经过巴黎的子午线的一千万分之一”为标准。,1799年测绘学家的大地测量工作最终完成，按测量结果制作了3.5x20mm矩形截面的铂杆，以此杆两端之间的距离为1m，此杆保存在巴黎档案局，成为档案米尺。 1872年，在法国召开的讨论米制的第二次国际会议上，决定放弃档案尺的米定义，以铂铱合金制造的米原器来代替。 瑞士日内瓦物理公司，制

9、作了31根铂铱合金尺。 1875年5月20日，17个国家签署了米制公约签订，决定成立国际计量局（BIPM）。 这是计量学走向国家统一的里程碑。这一天称为“国际计量日”。,1889年，第一届国际计量大会（GCGPM）召开。遴选了与保存在巴黎档案局的档案尺数值最为接近的第六号尺，批准为国际米原器，并宣布“该米原器以后在冰融点温度时代表长度的米单位”。保存在巴黎国际权度局（现称国际计量局）。精度：一般认为0.3m。 1927年，第七届国际计量大会进一步明确：“长度的单位是米，规定为国际计量局（BIPM）所保存的铂铱尺上所刻的两条中间刻线的轴线在0C时的距离” 第二个米的定义 1960年，第十一届国际

10、计量大会正式批准废除铂铱米原器。,米定义：“米等于86Kr原子的2P10和5d5能级间的跃迁所对应的辐射在真空中波长的165076.73个波长的长度。” 86Kr谱线宽度为5x104nm,干涉能力约为750mm，波长不确定度为1x10-8,它比米原器或镉红线的准确高度约一个数量级。 CIPM（国际计量委员会）还通过建议，规定了生产86Kr基准辐射的放电管形成、参数和使用条件。并认为在满足使用条件时，其辐射波长在1x10-8范围内等于未受扰动原子所发射的波长。,第三个定义 1960年激光诞生。 20世纪70年代初，激光稳频技术的发展，使激光的复现性和易于应用方面已大大优于86Kr基准，且由激光频

11、率测量及给定的光速值所导出的激光波长的准确度比86Kr基准辐射更好。同时，对于天文和大地测量领域，保持光速值不变具有重要意义，因此，米定义咨询委员会（CCDM）认为用光速定义米的时机已经成熟。 1983年国际计量大会通过新的米定义：“米等于光在真空中299792458分之一秒时间间隔内所经路径的长度”。,1、优先数与优先数系的引入 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。由于数值如此不断关联、不断传播，所以，机械

12、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。,四、优先数与优先数系,2、优先数和优先数系 （1）数值标准化 制定公差标准以及设计零件的结构参数时，都需要通过数值表示。任何产品的参数值不仅与自身的技术特性有关，还直接、间接地影响与其配套系列产品的参数值。如：螺母直径数值，影响并决定螺钉直径数值以及丝锥、螺纹塞规、钻头等系列产品的直径数值。由于参数值间的关联产生的扩散称为“数值扩散”。 为满足不同的

13、需求，产品必然出现不同的规格，形成系列产品。产品数值的杂乱无章会给组织生产、协作配套、使用维修带来困难。故需对数值进行标准化。,（2） 优先数系 优先数系是一种十进制的几何级数。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（见表绪-1），R80为补充系列。其公比为： R5系列 q51.6 R10系列 q101.25 R20系列 q201.12 R40系列 q401.06 R80系列 q801.03,R5，R10，R20，R40系列数见P5表绪-1。 R80系列数数值分得更细，作为补充，而R5不包括2倍关系数,（3）变形系列 A派生系列

14、从基本（或补充）系列中每隔P项导出的系列。如R20/3（1.0，）即是：1.0，1.40，2.0，2.8，。 B. 移位系列 它的公比与某一基本系列相同但项值不同。例如：项值从25.8开始的R80/8系列，是项值从25.0开始的R10系列的移位系列。 C. 复合系列 指几个公比不同的系列组合而成的变形系列。10，16，25，35.5，50，71，100，125，160就是由R5、R20/3、R10三个系列构成的。,例题1 试写出R10从0.012到100的优先数。,0.012，0.016，0.020，0.025，0.032，0.040，0.05， 0.06， 0.08， 0.10， 0.125

15、，0.16，0.20， 0.25， 0.315，0.40， 0.50， 0.63，0.80， 1.0， 1.25， 1.6， 2.0， 2.5，3.2， 4.0， 5.0， 6.3， 8.0， 10.0，12.5， 16.0， 20.0， 25.0， 31.5， 40.0，50.0， 63.0， 80.0， 100,3、优先数和优先数系的特点,优先数系的五个系列中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

16、经常使用的通常所称的优先数，取三位有效数字。 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。,五、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。 检验是确定零件的几何参数是否在规定的极限范围内，并作出合格性判断，而不必得出被测量的具体数值； 测量是将被测量与作为计量单位的标准量进行比较，以确定被测量的具体数值的过程。,意义：检测不仅用来评定产品质量，而且用

17、于分析产生不合格品的原因，及时调整生产，监督工艺过程，预防废品产生。检测是机械制造的“眼睛”。产品质量的提高，除设计和加工精度的提高外，往往更有赖于检测精度的提高。所以，合理地确定公差与正确进行检测，是保证产品质量、实现互换性生产的两个必不可少的条件和手段。,六、机械精度设计概述,一般来说，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。 本书主要讨论的是几何精度的分析与计算。,1、精度设计原则,互换性原则：机械零件几何参数的互换性是指同种零件在几何参数方面能够彼此互相替换的性能。 经济性原则：工艺性 、合理的精度要求、合理选材、合理的调整环节、提高寿命。,匹配性原则：根据机器或位置中各部分各环节对机械精度影响程度的不同