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1、互换性与测量技术基础学习指导周兆元 李翔英目 录第一章 绪论 2第二章 测量技术基础 4第三章 尺寸的公差、配合与检测11第四章 几何公差与检测 22第五章 表面粗糙度与检测33第六章 圆锥和角度公差与检测 38第七章 尺寸链基础 41第八章 光滑极限量规设计 47第九章 常用结合件的公差与检测 50第十章 渐开线圆柱齿轮传动公差与检测 60第十一章 计算机在本课程中的应用举例 69第一章 绪论本章的基本内容是介绍互换性的含义、重要性、分类及其与公差、测量技术和标准化之间的关系。以下介绍本章的学习要点和应注意的问题。1、掌握互换性的含义注意互换性应同时具备两个条件：不需要挑选、不经修配或调整便
2、可进行装配；装配后满足预定的使用要求。仅有第一点是不完整的。也就是说，互换性表现在产品零、部件装配过程的三个阶段：装配前，不需挑选；装配时，不经修配或调整；装配后满足预定的使用要求。2、充分认识互换性的重要意义由于互换性对产品的设计、制造、使用和维修等各方面都带来极大的方便，所以，它不仅适用于大批量生产，也适用单件小批生产，是现代制造业中普遍遵守的原则。互换性的思想贯穿于本课程的始终。3、明确互换性的分类互换性可以从不同角度分类：按互换的范围，可分为几何参数互换和功能互换，本课程只研究几何参数互换，如尺寸、形状、位置和表面粗糙度等；按互换的程度，可分为完全互换（完全符合上述含义）和不完全互换（
3、装配时需要分组或调整），并不是互换的程度越高越好，而是应该在保证质量的前提下，获得较好的经济效益，所以，当精度要求较高、制造较困难时，应考虑采用不完全互换，并注意，一般不完全互换适用于本厂内部而不宜用于厂际协作。4、掌握互换性、公差、测量技术和标准化之间的关系给零、部件规定合理的公差、正确进行检测，是实现互换性的必要条件。而要做到这两点，需要有统一的标准作为共同遵守的准则和依据，所以，标准化是实现互换性的前提。掌握有关标准的主要规定，正确选用公差，了解几何量常用的检测方法，并具有一定的实际操作能力，这就是本课程要学习的内容。对测量部分，在本课程的理论教学中，主要要求掌握几何量测量常用的方法的种
4、类、原理、主要特点及应用场合，建立起总体概念；而对仪器的具体结构、调整、操作、数据处理等技能的提高，通过实验教学来完成。5、提高对标准和标准化重要性的认识我国标准分为国家、行业、地方和企业四个等级，国家标准和行业标准又分为强制性和推荐性两大类。本课程所涉及的多为推荐性标准。标准是科学技术和生产经验的结晶，代表先进的生产力，对推动科技发展和人类进步具有重大意义，所以，推荐性标准仍然需要认真贯彻执行。特别是在改革开放的新时期，为了与国际标准化组织靠拢，我国近年出台了越来越多的新标准，需要不断学习，才能跟上时代前进的步伐。6、了解GB321-2005优先数和优先数系的有关规定标准对优先数系规定了R5
5、、R10、R20、R40四个基本系列和R80补充系列，也允许采用派生系列，借助表格，应能写出各系列的优先数，并在实际工作中优先采用这些数，使参数的选择一开始就纳入标准化的轨道。例题1-1 某机床主轴转速为50，63，80，100，125，单位为r/min，它们属哪个系列？解：属R10系列。例题1-2 表面粗糙度的基本系列为：0.012，0.025，0.050，0.100，0.200-单位为m，它们属于哪个系列？解：它们属于派生系列R10/3，为倍数系列。第二章 测量技术基础本章围绕测量的四个要素，介绍有关测量的基本知识，而不涉及具体的测量仪器和方法。1、掌握有关测量的概念及其四要素测量是指为确
6、定被测量的量值而进行的实验过程。一个完整的测量过程包括的四个要素是： 测量对象-本课程研究的测量对象是几何量；计量单位-我国法定的长度单位为米（以及毫米、微米、纳米等），角度单位为弧度和度、分、秒等；测量方法-测量原理、计量器具和测量步骤等；测量精度-测量误差及其处理。全章就是针对这些问题进行阐述的。2、了解“米“的定义及长度量值传递系统的概况“米”的定义随着科学技术的发展经历了一个漫长的历史过程。现在使用的是由国际计量大会讨论通过的、用光的速度来定义的。为了把米的定义传递到实际测量中使用的各种计量器具上去，建立了长度量值传递系统。长度量值由两个平行系统向下传递：一个是量块系统，另一个是线纹尺
7、系统，前者应用较广。3、掌握量块的特点、精度和使用量块是长度传递中十分重要的工具。其形状为长方六面体，有两个平行的测量面，测量面的粗糙度小、粘合性好，两测量面间具有精确的尺寸。量块用特殊合金钢制成，线胀系数小、不易变形、硬度高，耐磨性好。量块的精度有两种规定：按“级”划分和按“等”划分。量块分为五级，即0、1、2、3、和K级，其中0级精度最高，3级精度最低，K为校准级；按“级”使用时，以标记在量块上的公称尺寸为准，使用较方便，但包含量块的制造误差；量块分为16等，精度依次降低；按“等”使用时，以量块的实际尺寸为准，排除了制造误差，仅包含检定实际尺寸时较小的测量误差。量块按一定的尺寸系列成套生产
8、，我国规定了17种系列，使用时常常用几块量块组合成所需尺寸。例题2-1 试从83块一套的量块中，同时组合下列尺寸：46.53mm 25.385mm 40.79mm。解：因是同时组合，所以一块量块不能使用两次以上。组合时注意块数越少越好。(以下单位为mm)46.53=1.03+5.5+4025.385=1.005+1.38+3+2040.79=1.29+9.5+304、了解角度量值传递系统概况角度不需要和长度一样建立自然基准，但为工作方便，计量部门常用多面棱体作为角度基准，通过角度量块来建立角度传递系统。角度量块的作用、性能与长度量块类似。5、了解计量器具的分类。计量器具可以从不同的角度进行分类
9、。例如，按用途可分为标准计量器具、通用计量器具和专用计量器具三类；按结构和工作原理可分为机械式、光学式、气动式、电动式、光电式等。应能对计量器具的种类有宏观的认识。6、掌握计量器具的基本度量指标度量指标是合理选择和使用仪器的主要依据，应清楚理解它们的含义。尤其是以下几个指标：分度值-每一刻度间距所代表的被测量的值。一般说，分度值愈小，计量器具的精度愈高。示值范围和测量范围-示值范围是计量器具所显示的最小值到最大值的范围，而测量范围是计量器具所能测量的最小值到最大值的范围，二者含义是不同的，某些器具（如游标卡尺、千分尺等）其示值范围和测量范围是一样的，而有些器具二者是不一样的（如立式光学比较仪的
10、示值范围是0.1mm，而测量范围是0180mm。示值误差和不确定度-示值误差是计量器具上的示值与被测量真值的代数差，可以用修正值进行修正，而不确定度是对被测量的值不能肯定的程度，它是综合指标，包括了示值误差、回程误差等，不能修正，只能用来估计测量误差的范围，例如，分度值为0.01mm的千分尺在车间条件下，测量050mm的尺寸时，其不确定度为0.004mm，这说明测量结果与被测量真值之间的差值最大不会大于0.004mm，最小不会小于0.004mm。测量器具的示值误差和不确定度都可从使用说明书或有关资料中查出。例题2-2 用标称长度为10mm的量块对千分表调零，用此千分表测量工件，读数为+15m。
11、若量块的实际尺寸为10.0005mm，试求被测零件的实际尺寸。解：仪器的调零误差（示值误差）为 1010.0005=0.0005，修正值为+0.0005， 工件的实际尺寸为10+0.015+0.0005=10.0155(mm)7、掌握测量方法的分类及其特点测量方法也可以从不同角度分类，如： 按所测得的量（参数）是否为欲测之量，可分为直接测量和间接测量，应尽量采用直接测量。 按读数是否为被测量之整个数值，可分为绝对测量和相对测量，一般来说，相对测量的精度更高。按工件是否与测头接触，可分为接触测量和非接触测量，后者无测量力的影响。按一个零件上同时被测参数的多少及参数的性质，可分为单项测量和多项测量
12、，前者的效率较低，但其结果便于工艺分析。按测量在零件制造过程中的作用，可分为在线（主动）测量和离线（被动）测量，前者是发展方向，但技术较复杂。按多次测量的条件是否改变，可分为等精度测量和不等精度测量，后者只用于重要的科研实验中的高精度测量。8、理解测量误差的含义及来源 绝对误差 被测量真值 被测量的测得值 绝对误差相对误差 相对误差愈小，测量精度愈高。例题2-3 用两种方法分别测量两个尺寸，它们的真值分别为L1=30.002mm，L2=69.997mm，若测得值分别为30.004mm和70.002mm，试评定哪一种测量方法精度较高 。解：相对测量误差分别为 1=(30.00430.002)/3
13、0.002=0. 0067%2=(70.00269.997)/69.997=0. 0071% 所以 L1的测量精度高。长度测量中，通常采用绝对误差。误差来源：因为一个测量过程是由人、在一定的环境中、用某种仪器、按一定的方法进行的，所以，人员（技术、分辨能力等）、环境（温度、湿度、振动等）、器具（设计原理、制造、使用等）、方法等四方面都会产生测量误差。9、掌握测量误差的种类及处理原则。测量误差按其性质分三大类，对它们的处理原则也是不同的：系统误差-在一定条件下，多次重复测量同一量时，误差的大小和符号均不变（定值系统误差）或按一定规律变化（变值系统误差）。处理原则是：发现、消除或修正。随机误差-在
14、一定条件下，多次重复测量同一量时，误差的大小和符号以不可预定的方式变化。处理原则是：估计其数值范围。粗大误差-由于主观疏忽大意或客观条件突变产生的误差。处理原则：剔除这次测量数据。10、掌握随机误差的特点及处理方法。（1）实践表明，随机误差在绝大多数情况下符合正态分布规律，它具有对称性、单峰性、抵偿性和有界性。（2）正态分布曲线的两个基本参数是平均值和标准偏差。决定曲线的位置，决定曲线的形状，它并不是一个具体的偏差，而只表明随机误差的分散程度，愈小，曲线愈陡，随机误差分布愈集中，测量愈精密。（3）正态分布随机误差出现的概率可用公式来计算，表示随机误差在0范围内（）出现的概率，为了方便，可根据z
