互换性与技术测量1绪论

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1、互换性与技术测量基础,北京工业大学耿丹学院 刘卫华 ,本课程是机械类各专业的重要技术基础课 它包含几何量精度设计与误差检测两方面的内容，是联系机械设计、机械制造工艺学、机械制造装备设计等课程及其课程设计的纽带，是从基础课学习过渡到专业课学习的桥梁。 学生学完本课程以后，应达到如下基本要求： （1）掌握标准化和互换性的基本概念及有关的基本术语及定义； （2）基本掌握几何量公差标准的主要内容、特点和应用原则； （3）初步学会根据机器和零件的功能要求，选用公差与配合； （4）能够查用本课程讲授的公差表格和正确标注图样； （5）建立技术测量的基本概念，了解基本测量原理与方法和初步学会使用常用计量器具，

2、知道分析测量误差与处理测量结果，会设计检验圆柱形零件的量规。 总之，本课程的任务在于使学生获得机械工程技术人员所必须具备的几何量公差与检测方面的基本知识和技能。,学 习 指 导 本章学习目的是了解本课程的性质和任务。学习要求是懂得互换性的含义；了解互换性与标准化的关系及其在现代化生产中的重要意义；了解优先数的基本原理及其应用。,绪 论,互换性与公差的概念,标准化与优先数,本课程的研究对象及任务,1.1互换性与公差的概念,互换性与技术测量基础是本专业主干技术基础课程，有很 强的综合性和适用性，是从基础课学习过渡到专业课学习的桥 梁。它将互换性原理、标准化生产原理、几何量计量测试等相 关知识结合在

3、一起，涉及机械及其零件的设计、制造、维修、 质量控制和生产管理等多方面技术问题。 1.1.1 互换性的概念 1.1.2 公差的概念 1.1.3 互换性在机械制造中的作用,1.1.1 互换性的概念,互换性在日常生活中随处可见。 举例：机器上的螺钉、灯泡，自行车、缝纫机、钟表上 的零部件，损坏后可以更换。,机械示例,机器人,钟 表,缝纫机,制造业生产中，经常要求产品的零部件具有互换性,零件与装配,1.1.1 互换性的概念,广义上说，互换性是指一种产品、过程或服务能够代替另一种产品、过程或服务，且能满足同样要求的能力。互换性是机器和仪器制造行业中产品设计和制造的重要原则。在现代化生产中，一般应遵守互

4、换性原则。,1.定义：同一规格的一批零部件，任取其一，不需任何挑选、调整或辅助加工（如钳工加工）就能进行装配，并能保证满足机械产品的使用功能要求的一种特性。,2.互换性包括： 几何参数、机械性能和理化性能方面的互换性。本课程仅讨论几何参数的互换。包括尺寸大小、几何形状以及相互位置的关系；几何量误差（尺寸、形状、位置、表面微观形状误差）。,3.互换性分类： 按互换程度分 完全互换性 简称互换性，厂际协作时采用 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。 不完全互换性 有限互换性， 同厂制造和装配时采 用。（零件公差放大，完成后，测量将零件实际尺寸大小分组，每组零件间实际

5、尺寸差别减小，装配时按相应组进行，如大孔组与大轴组） 特点：因特殊原因，只允许零件在一定范围内互换。 对标准部件或机构互换性又可分为 内互换性 部件或机构内部组成零件间的互换性 外互换性 部件或机构与其相配合件间的互换性,1.1.1 互换性的概念,例：滚动轴承（标准件）,内互换性 滚动轴承外圈内滚道、内圈外滚道与滚动体,外互换性 滚动轴承内圈内径与轴、外圈外径与轴承孔的配合,1.1.2 公差的概念,任何一台机器的设计，除了运动分析、结构设计、强度、刚度计算外，还要进行精度设计。研究机器的精度时，要处理好机器的使用要求与制造工艺的矛盾。解决的方法是规定合理的公差，并用检测手段保证其贯彻实施。用公

6、差来控制误差，保证零件的互换性。 若制成的一批零件实际尺寸数值=理论值，即这些零件完全相同，虽具有互换性，但在生产上不可能，且没有必要。而只要求制成零件的实际参数值变动不大，保证零件充分近似即可。要使零件具有互换性，就应按“公差”制造。,公差：控制几何参数的技术规定就称“公差”，实际参数允许的最大变动量。 设计者要正确地确定公差，并在图样上标注。在满足功能要求的条件下，公差尽量规定得大些，以提高技术经济效益。,互换性与公差的关系：保证互换性得以实现的基本条件。,加工误差与公差,尺寸误差 宏观几何形状误差 相互位置误差 表面粗糙度,加 工 误 差,问题：加工误差与公差的区别与联系 区别：误差在加

7、工过程中产生，公差由设计人员确定 联系：公差是误差的最大允许值,几何量的测量 有了先进的公差标准，还必须有相应的技术测量措施。 技术测量研究的问题： （1）统一计量单位：用什么单位计量；量值的传递。 （2）研究测试理论：制定计量标准、设计计量器具、培 训计量人员。,1.1.2 公差的概念,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，而且用于分析产生不

8、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。,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。,1.1.3 互换性在机械制造中的作用,在设计方面有利于最大限度采用通用件和标准件，大大简化绘图和计算工作，缩短设计周期。便于计算机辅助设计和产品品种的多样化。 加速产品更新换代。 在制造方面有利于组织专业化生产，采用先进工艺、高效率的专用设备和CAM技术，提高生产效率、提高产品质量和降低生产成本。 在使用、维修方面可以减少机器的维修时间和费用，保证机器能

9、连续持久的运转。提高了效率和机器的使用价值。,在现代机械制造中贯彻互换性原则,课堂练习(1)判断题,1.为了使零件具有完全互换性，必须使各零件的几何尺寸完全一致。,2.互换性要求零件具有一定的精度。,3.凡是合格的零件一定具有互换性。,4. 同厂制造和装配时，可采用不完全互换性 。,1.2 标准化与优先数,标准化的发展史是与制造业的发展史相对应的，它是社会生产劳动的产物。 萌芽期：公元前200年青铜弩机 。 初期：开始于兵器制造业 ，前苏联1760年至1770年的土里斯基兵工厂；1902英国纽瓦尔公司（极限表）；英国标准B.S.27(1906)；1931年的沈阳兵工厂和1937年的金陵兵工厂。

10、 现代期： ISA标准(1926)，ISO标准(1947)，超出了机械工业的范畴，扩大到了其他行业（如微电子行业）。 1.2.1 标准与标准化的概念 1.2.2 优先数和优先数系,国际标准化组织（ISO）,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。 ISO9000系列标准的颁发，使世界各国的质量管理和质量保证的原则、方法和程序，都统一在国际标准的基础之上。 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

11、技术交流和产品互换。,1.2.1标准与标准化的概念,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。 标准与标准化正是联系这种关系的主要途径和手段，对 零件的加工误差及其控制范围所制订的技术标准称“极限与 配合”标准，它是实现互换性的基础。,1.2.1标准与标准化的概念,标准定义：标准是对重复性事物和概念所做的统一规定，也就是一种规矩。它以科学、技术和实践经验的综合成果为基础，经有关方面协商一致，由主管机构批准，以特定形式发布

12、，作为共同遵守的准则和依据(GB3935.183) 标准内涵： （1）是一种为大家共同遵守的“技术依据”或“技术规范”、“规定”。 （2） 也可以是一种实物标准、计量标准、标准样品。 （3） 研究对象必须是具有可重复性特征的事物及概念。 （4）是协商的产物，涉及到不同部门不同阶层的利益。,1.2.1标准与标准化的概念,标准化：是指标准的制定、发布贯彻实施的全部过程。 标准化是以标准的形式体现的，也是一个不断循环、 不断提高的过程。 标准化是社会化生产的重要手段，是联系设计、生产和 使用方面的纽带，是科学管理的重要组成部分。标准化对于 改进产品、过程和使用的适用性，防止贸易壁垒，促进技术 合作方

13、面具有特别重要的意义。,1.2.1标准与标准化的概念,标准分类 按标准的使用范围分： 国家标准GB 、行业标准HB（如JB ） 、地方DB标准和企业标准QB。 按标准的作用范围分： 国际标准、区域标准、国家标准、地方标准和试行标准。 按标准化对象的特征分： 基础标准、产品标准、方法标准和安全与环境保护标准、卫生标准。 按标准的性质分： 技术标准、工作标准和管理标准。,1.2.1标准与标准化的概念,对需要在全国范围内统一的技术要求，应当制定国家标准； 对没有国家标准而又需要在全国某个行业范围内统一的技术要求，可制定行业标准 ； 对没有国家标准和行业标准而又需要在某个范围内统一的技术要求，可制定地

14、方标准或企业标准 。,1.2.1标准与标准化的概念,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。 公差标准：对零件的公差和相互配合所制订的标准。 加工误差和公差 （1）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。 （2）公差：由设计人员给定的允许零件的最大误差，并标注在零件图上作为技术要求。,1.2.1标准与标准化的概念,标准的分级,国际标准,区域标准,国家标准,专业标准,地方标准,企业标准,1.2.2优先数和优先数系,1.数值标准化 工程上各种技术参数的简化、协调和统一是标准化的一

15、项重要内容。 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。,为满足不同的需求，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。,优先数和优先数系的引入,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，机械产品中的各

16、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。,1.2.2优先数和优先数系,2.优先数系 工程技术上通常采用的优先数系是一种十进制的几何 级数。优先数系列是一种科学的数值分级制度，适用于尺 寸、参数和各种质量标准的分级。,1.2.2优先数和优先数系,凡是在数系项值上含有10的整数幂，并且有公比为如下值的等比级数，称之为优先数系，用字母 Rr 表示 。,R5系列,R10系列,R20系列,R40系列,R80包含R40的项值； R40包含R20的项值； R20包含R10的项值； R10包含R5的项值；,1.2.2优先数和优先数系,2.优先数系 我国标准GBT321-80与国际标准ISO推荐R5、R10、R20、R40、R80系列，前四项为基本