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1、1,互换性与测量技术基础,第一章,2,1-1 互换性简史,1-2 互换性与公差,3,1-1 互换性简史,互换性原理始于兵器制造。在中国，早在战国时期（公元前476前222）生产的兵器便能符合互换性要求。西安秦始皇陵兵马俑坑出土的大量弩机（当时的一种远射程的弓箭）的组成零件都具有互换性。这些零件是青铜制品，其中方头圆柱销和销孔已能保证一定的间隙配合。18世纪初，美国批量生产的火枪实现了零件互换。随着织布机、缝纫机和自行车等新的机械产品的大批量生产的需要,又出现了高精度工具和机床,促使互换性生产由军火工业迅速扩大到一般机械制造业。,4,20世纪初，汽车工业迅速发展，形成了现代化大工业生产，由于批量
2、大和零部件品种多，要求组织专业化集中生产和广泛的协作。工业标准是实现生产专业化与协作的基础。机械工业中最重要的基础标准之一是公差与配合标准。1902年英国纽瓦尔公司编制出版的“极限表”，是世界上最早的公差与配合标准。30年代前后，各工业国家都颁布了公差与配合国家标准。,5,6,7,1-2 互换性与公差,一、互换性的定义,互换性 同一规格的一批零件或部件中，任取其一，不需任何挑选或附加修配就能装在机器上，达到规定的功能要求。,例 灯头和灯泡，螺钉螺母，滚动轴承 汽车、自行车、缝纫机、手表 日用工业品、机床、汽车、电子产品、军工产品,互换性应该同时具备两个条件： 不需经过任何选择、修配或调整便能装
3、配、维修更换； 装配或更换后的整机能满足其使用性能要求。,互换性是机械制造、仪器仪表和其他许多工业生产中产品设计和制造的重要原则。,8,互换性的分类,按其互换程度分为完全互换和不完全互换。,完全互换（绝对互换）：要求零部件在装配时，不需要挑选和辅助加工，在几何参数上互相替换。,不完全互换（有限互换）：允许零部件在加工完后，通过测量将零件按实际尺寸大小分为若干组，使各组组内零件间实际尺寸的差别减小，装配按对应组进行。,厂际合作,既可保证装配精度和使用要求，又能解决加工上的困难，降低成本。但此时，仅组内零件可以互换，组与组之间不可互换。,厂内制造装配,9,互换性的意义,设计方面：可以最大限度地采用
4、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。 标准化设计 CAD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，从而可以提高劳动生产率和产品质量，降低生产成本。 优质高效低成本使用维修方面：具有互换性的零部件在磨损及损坏后可及时更换，因而减少了机器的使用和维修的时间和费用，提高了机器的使用价值。,10,二、几何量的误差与公差,1.误差：尺寸、形状、位置、表面粗糙度。2.公差：允许零件几何参数的变动量。是允许的最大误差。3.误差与公差的区别：误差是在加工
5、中产生的，要控制在规定的公差范围内；公差是在设计中给定的。,互换性,几何参数：尺寸大小，几何形状（宏、微观），形面间相互位置关系等。,机械（力学）性能：硬度、强度。,理化性能：化学成分。,设计者的任务在于正确地确定公差，并把它在图样上明确地表示出来。,完全一致不可能。达到互换性并不要求相同规格的零、部件几何参数绝对相同，而是允许保持在一定的范围内变动。,11,第二章 圆柱结合的极限与配合,2-1 极限与配合的常用词汇2-2 标准公差系列2-3 基本偏差系列2-4 标准公差带2-5 尺寸精度及配合的设计2-6 一般公差,12,21 极限与配合的常用词汇,国标 (GB/T 1800.1-1997)
6、 极限与配合 基础 第1部分：词汇规定了极限与配合的基本术语和定义。,一、有关尺寸的术语,1.尺寸：以特定单位表示线性尺寸值的数值。,广义地说：尺寸也包括以角度单位表示角度尺寸的数值。,13,2. 孔和轴,孔(hole)：指工件的圆柱形内表面，也包括非圆柱形内表面（由两平行平面或切面形成的包容面）。,轴(shaft)：指工件的圆柱形外表面，也包括非圆柱形外表面（由两平行平面或切面形成的被包容面）。,理解：从加工看：孔的尺寸越加工越大，轴的尺寸越加工越小；从配合看：孔是包容面，如轴承内圈的内径，轴上键槽宽度等；轴是被包容面，如圆柱体直径、长度；长方体长、宽、高；键宽等。一般来说，零部件上的尺寸要
7、么是孔，要么是轴，但有一类尺寸例外，既不是孔，也不是轴，如两个孔的中心距尺寸。,14,分析孔、轴尺寸及非孔轴尺寸,图2-1,15,3. 基本尺寸,设计给定的尺寸。,尽量符合标准尺寸系列，减少加工用刀具、量具和夹具的种类。例如 、35、 中35都是基本尺寸。,16,4. 实际尺寸,通过测量获得的尺寸。,按同一图纸要求加工的各个零件，其实际尺寸往往是不相同的，这是由于加工误差的存在。甚至同一个零件的不同位置、不同方向的实际尺寸也往往不同，存在形状误差。,17,5. 极限尺寸,允许尺寸变化的两个极限值。,极限尺寸是以基本尺寸为基数来确定的。极限尺寸用于控制实际尺寸，合格的零件其实际尺寸应位于极限尺寸
8、之中，也可达到极限尺寸。,18,6. 最大实体极限(MML),最大实体极限(MML)：孔或轴在尺寸极限范围内，具有材料最多时的那个极限尺寸。,对于孔：对于轴：,是最小极限尺寸Dmin,是最大极限尺寸dmax,19,7. 最小实体极限(LML),最小实体极限(LML)：孔或轴在尺寸极限范围内，具有材料最少时的那个极限尺寸。,对于孔：对于轴：,是最大极限尺寸Dmax,是最小极限尺寸dmin,20,二、有关偏差与公差的术语,1.尺寸偏差：某一尺寸减其基本尺寸所得的代数差称尺寸偏差，简称偏差。,孔：上偏差 ES=Dmax-D 下偏差 EI=Dmin-D轴：上偏差 es=dmax-d 下偏差 ei=dm
9、in-d,上偏差：最大极限尺寸减其基本尺寸的代数差 孔 ES, 轴 es下偏差：最小极限尺寸减其基本尺寸的代数差 孔 EI, 轴 ei极限偏差：上偏差和下偏差统称 实际偏差：实际尺寸减其基本尺寸的代数差,由于满足孔与轴配合的不同松紧要求，极限尺寸可能大于、小于或等于其基本尺寸。因此，极限偏差的数值可能是正值、负值或零值。故在偏差值的前面除零值外，应标上相应的“+”号或“”号。偏差的标注：上偏差标在基本尺寸右上角；下偏差标在基本尺寸右下角。例： 表示基本尺寸为25，上偏差为0.020mm，下偏差为0.033mm。,21,2.尺寸公差：允许尺寸的变动量。,最大极限尺寸与最小极限尺寸的代数差的绝对值
10、上偏差与下偏差的代数差的绝对值,精度要求，给定T，制造愈难。公差值无正负含义。它表示尺寸变动范围的大小。不应出现“+”、“-”号。,22,公差与极限偏差的比较,两者区别：从数值上看：极限偏差是代数值，正、负或零值是有意义的；而公差是允许尺寸的变动范围，是没有正负号的绝对值，也不能为零（零值意味着加工误差不存在，是不可能的）。实际计算时由于最大极限尺寸大于最小极限尺寸，故可省略绝对值符号。从作用上看：极限偏差用于控制实际偏差，是判断完工零件是否合格的根据，而公差则控制一批零件实际尺寸的差异程度。从工艺上看：对某一具体零件，公差大小反映加工的难易程度，即加工精度的高低，它是制定加工工艺的主要依据，
11、而极限偏差则是调整机床决定切削工具与工件相对位置的依据。,两者联系：公差是上、下偏差之代数差的绝对值，所以确定了两极限偏差也就确定了公差。,23,有关尺寸的术语,图2-2,24,3.公差带：以基本尺寸为零线，用适当比例画出的代表上偏差和下偏差的两条直线所限定的区域。,孔,轴,0,基本尺寸,ES,EI,es,ei,TD,Td,+,-,标准公差：确定公差带大小。,零线：表示基本尺寸的一条直线，以其为基准确定偏差和公差，零线以上为正，以下为负。,尺寸公差带：由代表上、下偏差的两条直线所限定的一个区域，表示尺寸允许变化的界限。公差带有两个基本参数，即公差带大小与位置。大小由标准公差确定，位置由基本偏差
12、确定。,基本偏差：用以确定公差带相对于零线位置的上偏差或下偏差。一般为距离零线最近的那个极限偏差。,25,尺寸公差带图（举例）,画出基本尺寸为 50，最大极限尺寸为 50 .025 、最小极限尺寸为 50 mm的孔与最大极限尺寸为 49.975 、最小极限尺寸为 49.959mm的轴的公差带图。,26,解：孔的上偏差ES,孔的下偏差EI,轴的上偏差es,轴的下偏差ei,孔的公差,轴的公差,27,三、有关配合的术语,1.间隙与过盈,间隙：孔的尺寸减去相配合的轴的尺寸之差0；用S表示。过盈：孔的尺寸减去相配合的轴的尺寸之差0。用表示。,2.配合,基本尺寸相同的、相互结合的孔和轴公差带之间的关系。,
13、基本条件：孔和轴的基本尺寸必须相同。具有包容和被包容的特性，即孔和轴的结合。,配合是指一批孔和轴的装配关系，用公差带相互位置关系反映配合比较确切。,Dmax,Dmin,dmin,dmax,ES,EI,es,ei,28,配合制：配合的两种基准制,基孔制 是基本偏差固定不变的孔公差带，与不同基本偏差的轴公差带形成各种配合的一种制度。,基本偏差即下偏差EI=0 基准孔代号：H,29,配合制：配合的两种基准制,基轴制 是基本偏差固定不变的轴公差带，与不同基本偏差的孔公差带形成各种配合的一种制度。,基本偏差即上偏差es=0 基准轴代号：h,30,通过公差带图，我们能清楚地看到孔、轴公差带之间的关系。根据
14、其公带位置不同，可分为三种类型：,配合类型,间隙配合,过盈配合,过渡配合,31,保证具有间隙（包括最小间隙为零）的配合称为间隙配合。此时，孔的公差带在轴的公差带之上。 其特征值是最大间隙Smax和最小间隙Smin。孔的最大极限尺寸减去轴的最小极限尺寸所得的代数差称为最大间隙，用Smax表示。 Smax=Dmax- dmin=ES ei孔的最小极限尺寸减去轴的最大极限尺寸所得的代数差称为最小间隙，用Smin表示。 Smin=Dmin- dmax=EI es实际生产中，平均间隙更能体现其配合性质。 S av=（S max+S min）/2,间隙配合,的孔与 的轴相配是,基孔制间隙配合,32,过盈配
15、合,保证具有过盈（包括最小过盈等于零）的配合称为过盈配合。此时，孔的公差带在轴的公差带之下。 其特征值是最大过盈max和最小过盈min。孔的最小极限尺寸减去轴的最大极限尺寸所得的代数差称为最大过盈，用max表示。 max= Dmin- dmax = EI - es孔的最大极限尺寸减去轴的最小极限尺寸所得的代数差称为最小过盈，用min表示。 min= Dmax - dmin= ES ei实际生产中，平均过盈更能体现其配合性质。 av =（max +min）/2,的孔与 的轴相配是,基孔制过盈配合,33,过渡配合,可能具有间隙也可能具有过盈的配合称为过渡配合。此时，孔的公差带与轴的公差带相互重叠。 其特征值是最大间隙Smax和最大过盈max。孔的最大极限尺寸减去轴的最小极限尺寸所得的代数差称为最大间隙，用Smax表示。 S max=D max-dmin= ES ei孔的最小极限尺寸减去轴的最大极限尺寸所得的代数差称为最大过盈，用max表示。 max =Dmin-d max= EI es实际生产中，其平均松紧程度可能表示为平均间隙，也可能表示为平均过盈。 S av (或 av ) = (S max + max)/2,的孔与 的轴相配是,基孔制过渡配合,
