几何精度规范学几何精度设计概论课件

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1、互换性与技术测量 教材： 几何精度规范学 机电工程学院 王恒迪 Tel： 13526941380 E-Mail： 答疑： 星期三下午2：304：00 5号楼-220房间,第1章 几何精度设计概论,一几何误差的基础知识,本章主要内容,二几何精度的基础知识,三几何精度规范,四课程的性质、任务及要求,重点要求,互换性与公差的定义及作用,1.1 几何误差基础知识,1.1.1 几何误差 本课程研究机械产品的精度设计问题，机械产品是固态产品，主要是由具有一定几何形状的零、部件安装组成。 固态产品的特点是具有特定的几何外形，而且几何外形的特性对其使用功能具有直接的影响。 几何误差就是指制成产品的实际几何参数

2、（表面结构、几何尺寸、几何形状和相互位置）与设计给定的理想几何参数之间偏离的程度。,1.1.2 几何误差产生的原因 几何误差是由于加工和装配过程的实际状态偏离其理想状态所形成的。造成几何误差的原因主要有：加工原理误差 、工艺系统的几何误差、工艺系统受力变形引起的误差、工艺系统受热变形引起的误差、工件内应力引起的加工误差和测量误差等。,1.1 几何误差基础知识,工艺系统的几何误差：主轴和尾座的顶尖连线与机床导轨不平行,薄壁件在三爪卡盘夹紧下变形,夹紧方式不当，导致加工后两孔不平行,细长轴在切削力作用下变形,悬臂装卡使工件在切削力作用下变形,产生几何误差的主要因素有机床、刀具、夹具、工艺、环境、材

3、料和人员等。 机床用以保证刀具与工件间的相对运动。刀具与工件间不准确的相对运动使工件产生形状误差。 夹具的作用是确定工件在机床上的位置。夹具的制造和安装误差将直接影响工件的正确定位，造成工件方向和位置误差。 工艺因素主要有切削用量、切削力及热处理。它们将产生受力变形和温度变形，直接影响加工表面质量。 环境因素主要是切削热导致的工件与刀具的变形和温度变动产生的加工系统的变形。它们主要影响大尺寸工件的尺寸误差和形状误差。 材料特性:由于材料的内应力、材料的腐蚀、弹性和塑性变形等因素，直接导致产品几何特性产生变化。原材料和毛坯的内应力和尺寸稳定性，将影响完工工件的几何精度及其持久性。,1.1 几何误

4、差基础知识,1.1.3 几何误差对使用功能的影响 在相同型号的一批产品中，零部件的几何特性设计是相同的，但是其成品质量差异很大，部分原因是由于产品零部件在制造、装配过程中存在的几何误差所造成的。 测绘仿制产品无法具备原型产品的性能和使用寿命，其关键原因也是在测绘仿制过程中，虽然能够得到原型产品的原理、结构等信息，但是无法得到原型产品的精度设计信息（几何误差允许范围）。 孔30.006。4级？5级？6级？7级？8级？,1.1 几何误差基础知识,几何误差的大小体现了国家和企业的工业水平。机械工业的能力关键体现在其高精度制造能力上，也就是体现在几何精度的设计、生产和检测等方面的水平上。 各种不同几何

5、特性的误差对产品的使用功能的影响有所不同。表面误差主要影响外观、摩擦磨损、腐蚀、噪音等使用功能；尺寸和形位误差主要影响零、部件的空间相互位置，直接影响运动传递、载荷传递等性能。,1.1 几何误差基础知识,凸轮轴控制进气阀和排气阀的开闭，凸轮形状误差会导致进气阀和排气阀的开闭时机出现偏差，直接影响发动机的功率。进、出阀门的几何误差影响其与缸体之间的密封状况。连杆连接活塞和曲轴，使得活塞和曲轴维持各自的运动，它们的几何误差会直接影响其运动副的配合性能。,1.1 几何误差基础知识,1.1.4 几何误差与成本的关系 几何误差与制造成本、检测成本和维修成本之间存在密切的关系。 制造时，为获得较小的几何误

6、差，必然需要采用相对复杂的工艺过程，使用相对精密的工艺设备，由技术水平较高的操作人员操作，所以相对生产成本较高。,1.1 几何误差基础知识,1.2.1 几何精度的概念 几何精度就是零、部件允许的几何误差，也称为几何公差，简称公差。几何精度设计的主要依据是产品功能对零部件的静态与动态精度要求，以及产品生产和使用维护的经济性。 根据市场需求在进行产品的概念设计之后，转入产品的工程设计阶段，进行产品的系统设计、参数设计和精度设计。,1.2 几何精度基础知识,系统设计是根据使用功能要求确定机械产品的基本工作原理和总体布局，以保证总体方案的合理和先进。 参数设计是根据产品的使用功能要求确定机构各零件的结

7、构和尺寸，即产品几何形体各要素的标称值。参数设计主要是结构设计，须按照力学、摩擦学、可靠性等原理，采用优化、有限元等方法进行设计计算，选择合适的形状、尺寸、材料等。 精度设计是根据产品的使用功能要求和制造条件确定机械零部件几何要素允许的加工和装配误差。,1.2 几何精度基础知识,1.2.2 几何精度设计的基本原则 一般说来，产品几何精度设计的基本原则是最经济地满足功能要求。 精度设计时，应该考虑产品的使用功能、精度储备、经济性、互换性、协调匹配等主要因素。,1.2 几何精度基础知识,1.2.3 几何精度设计的主要方法 几何精度设计的原始依据是产品的技术要求。因此，首先应调查、分析、提出产品的技

8、术要求。在明确产品的使用功能、使用环境、批量等因素后，然后才可以开始几何精度设计。 精度设计时，首先需要确定产品整机的精度，随后确定部件的精度，最后确定零件的精度。 精度设计的方法主要有：类比法、计算法和试验法三种。,1.2 几何精度基础知识,1互换性：一批相同规格的零部件，任取其一，不经任何挑选和修配就能装在机器上，并能满足其使用要求的特性 。 例如：自行车的零件坏了，买一个更换即可。在工厂的装配线上，工人在一批零件中顺手拿一个，装上即可。,机械制造业中的互换性通常包括几何参数和物理参数的互换，本课程仅讨论几何参数的互换性。,1.2 几何精度基础知识,1.2.4 互换性与公差,几何参数互换：

9、规定几何参数的公差（极限）以保证成品的几何参数充分近似。,物理参数互换：规定材料的机械性能、化学、电学等参数的极限以达到互换性。,互换性的作用： 设计方面：可以最大限度地采用标准件、通用件，简化设计绘图和计算工作，从而缩短设计周期，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，从而降低加工成本，并能够实现流水线装配甚至在自动线上进行装配。 使用维修方面：及时更换损坏的零部件，减少了机器维修的时间和费用，提高了机器的使用效率，保持生产的连续性。,1.2 几何精度基础知识,互换性的种类：,1完全互换：一批零件可以进行任意的替换使用，装配

10、时不需挑选和修配。,2不完全互换：装配时允许挑选、调整和修配。,区别在于：完全互换适合于精度要求不高，生产批量较大，或与外厂协作生产的情况；不完全互换适合于精度要求很高，生产批量较大，通常是制造厂内部装配的机构或构件。,1.2 几何精度基础知识,不完全互换常用的有分组互换法（配合精度要求较高，采用完全互换时零件尺寸公差小，加工困难，成本高）和修配调整法（调整配合零件的相对位置或修正配合零件的尺寸，如特大型机械和特高精度仪器等）。,1.2 几何精度基础知识,发动机的汽缸和活塞即采用分组互换法。,1.2 几何精度基础知识,1.2 几何精度基础知识,1.2 几何精度基础知识,2几何量公差 公差是指允

11、许几何量的变动范围。包括尺寸公差、形位公差和表面粗糙度等。,1.2 几何精度基础知识,1.3.1 标准化,1标准化概念的提出 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。 例如：为使两个生产厂家生产的产品能够 实现自由装配 ，这些产品必须按相同的标准制造。自行车的损坏零件能及时更换，是因为它们是按相同的标准制造的。 标准是大家共同遵守的技术依据或技术规范。标准化是实现互换性的基础。,1.3 几何精度规范,标准化是在经济、技术、科学及管理等社会实践中，对重复性事物和概念通过制定、发布和实施标准

12、，达到统一，以获得最佳秩序和效益。（这是国家标准标准化基本术语对标准化所做的解释。它的最终目的是提高社会经济效益。） 标准化的主要任务是 制定标准、组织实施标准和对标准的实施进行监督。 标准化的主题是标准，标准就是对重复性事物和概念所做的统一规定。,2标准化的基本含义,1.3 几何精度规范,3标准的级别 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。 国家标准：由国家标准化主管机构批准发布，在全国范围内统一的标准，代号为GB（国标，又分为强制性和推荐性两种。 GB强制性国标，GB/T推荐性国标） ； 行业（专业）标准：由行业标准化主管机构批准发布，在全国某行业内统一

13、的标准；如JB（机械部标准）、MT（煤炭部标准）； 地方标准或企业标准：由省、自治区或企业主管部门批准发布的标准。代号为DB（地方标准）、QB（企业标准） 。 注意下级标准不能与上级标准相违背,1.3 几何精度规范,国际标准：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。我国于1978年恢复参加ISO组织后。陆续修订了自己的标准。修订的原则是，在立足我国生产实际的基础上向ISO靠拢，以利于加强我国在国际上的技术交流和产品互换。,1.3 几何精度规范,4标准的种类 标准化涉及到国民经济的各个部门，因此

14、标准种类繁多，主要有： 基础标准：是一种最具有一般共性、通用性的标准，应用广泛，如优先数系、表面粗糙度、机械制图等。也是本课程主要涉及的内容。 产品标准：对产品的品种、规格、技术性能，质量检验及包装运输等要求所制订的标准。 此外还有工程建设标准、方法标准、安全标准、环境保护标准、服务标准及管理标准等。 标准化是组织现代化生产的重要手段，是实现互换性的必要前提，它对人类进步和科学技术发展起着巨大的推动作用。,1.3 几何精度规范,1.3 几何精度规范,1.3.2 几何要素,几何要素是指构成零件实体的几何特征，包括点、线、面等，简称为要素。,1、轮廓要素（组成要素，由一个或多个表面形成，看得见，摸

15、得着，例如球面、圆锥面以及二者的交线等）；中心要素（导出要素，由一个或多个表面轮廓要素导出的中心点、中心线或中心面等） 2.理想要素（几何要素，具有几何意义，没有任何误差，例如设计出的表面轮廓等,分为理想轮廓要素和理想中心要素）；实际要素（零件上真实存在的要素，包括实际轮廓要素）,3.测得要素（轮廓、中心）和拟合要素（轮廓、中心） 实际轮廓要素需要通过测量才能被认识。所以在实际工作中必须用测得轮廓要素来代替实际轮廓要素，测得轮廓要素亦称提取组成要素。 测得轮廓要素是按规定的方法测量实际轮廓要素上有限个点而得到的要素。它是实际轮廓要素的近似替代要素。 由一个或几个测得轮廓要素经过一定的处理方法导

16、出的中心点、中心线或中心面，称为测得中心要素，亦称提取导出要素。 按规定的方法由测得轮廓要素形成的具有理想形状的要素称为拟合轮廓要素。 由拟合轮廓要素导出的中心要素称为拟合中心要素，拟合中心要素具有理想形状。,1.3 几何精度规范,1.3 几何精度规范,1.3 几何精度规范,4. 被测要素：给定了形位公差的要素称为被测要素；基准要素：用来确定被测要素方向和（或）位置的基准称为基准要素。 5. 单一要素：仅对要素本身给出了精度要求，例如规定了形状公差 ；关联要素：要素本身的精度要求与其它要素（基准）相关，例如规定了位置公差。,1.4 课程的性质、任务及要求,课程性质：技术基础课，承上启下。 课程任务：学会对机械产品进行精度设计，即合理规定 公差 ，通过实验掌握测量的基本技能。 课程特点：术语、定义多，符号多，内容多，逻辑性和推理性较少，课时少。,基本要求： 1掌握基本概念，重要概念要理解并熟记； 2熟悉各个公差标准的内容及特点，能正确选择公差 并能正确地标注到图样上； 3独立完成作业及实验。,课