机械精度第1章绪论

1机械精度设计及检测基础2019年8月8日温州大学机电工程学院孙树峰Mobile:13780143407E-mail：[e-mail]:5537321112第一章绪论1.1概述1.2机械零件几何精度设计原则1.3标准化与优先数系1.4GPS标准体系基本术语3一、本课程的主要内容1.精度设计是本课程研究的主要内容。2.精度设计是在设计时要根据使用要求和制造的经济性，恰如其分地给出零件的尺寸公差、形状公差、位置公差和表面粗糙度数值，以便将零件的制造误差限制在一定范围内，使机械产品装配后能正常工作。§1.1概述41.机械精度设计涉及机械设计、机械制造工艺、机械制造计量测试、质量管理与质量控制等许多学科，与机械工业发展密切相关，与CAD/CAM/CAPP相辅相成，与计算机技术的发展密切相连，是一门综合性应用技术基础学科。2.任何机械产品，都是由零部件组成的。3.机械零部件几何参数的精度（尺寸精度、形状及相互位置精度）会直接影响现代机械产品的质量，包括工作精度、耐用性、可靠性、效率等。二、机械精度设计的重要性54.在合理设计结构和正确选用材料的前提下，机械零部件几何参数的精度设计是保证产品质量的重要因素，是机械设备、仪器仪表设计的基础。5.机械零部件几何精度设计的任务，就是根据使用要求对于经过参数设计阶段确定的机械零件的几何参数合理地给出尺寸、形状位置和表面粗糙度公差值，用以控制加工误差，从而保证产品的各项性能要求。61.2机械零件几何精度设计原则——互换性原则1.2.1互换性1.2.2互换性的分类1.2.3互换性的作用71.2.1互换性在进行机械零件几何精度设计过程中，应遵循互换性原则和经济性原则。8一、互换性的概念互换性——是指零部件在几何、功能等参数上能够彼此相互替换的性能，即统一规格的零部件，不需要任何挑选、调整或修配，就能装配（或更换）到机器上，并且符合使用性能要求。由定义可知，具有互换性的零部件在装配过程中，必须满足三个条件：装配后满足使用要求装配前不挑装配时不调整或修配缺一不可例如：机器上的螺钉、灯泡，自行车、缝纫机、钟表上的零部件。9二、公差零部件在实际制造过程中，由于加工设备、工具不可避免地存在误差，要使同一规格的一批零件或部件几何参数的实际值完全相同是不可能的，它们之间或多或少地存在着差异。因此，要保证其具有互换性，只能使其几何参数的实际值充分接近。其接近程度取决于产品的质量要求。为保证产品几何参数的实际值对其理论值充分接近，就必须将其实际值的变动量限定在一定范国内，这个范围就是公差（包括尺寸公差、形状公差、位置公差等）。101.2.2互换性的分类尺寸形状相对位置对几何要素的提出互换性要求。1.按决定的参数或使用要求分为1)几何参数互换性(主要保证装配)2)功能互换（保证使用）机械物理化学对性能提出互换性要求。几何参数互换性功能互换性112.按互换程度可分为：完全互换性——是一批规格相同的零部件在加工好以后，不需要任何挑选、调整或修配，在几何参数上具有互相替换的性能。概率互换(大致互换性)属于完全互换性，这种互换性是以一定置信水平为依据，例如置信水平为95％、99％等，使加工好的规格相同的大多数零部件不需任何挑选、调整、修配等辅助处理，在几何参数上就具有彼此互相替换的性能。完全互换性(绝对互换性)不完全互换性(有限互换)12不完全互换性——是指规格相同的零部件加工完以后，在装配(或更换)前需要挑选、调整或修配等辅助处理，在几何参数上才具有互相替换的性能。分组互换法、调整互换法、修配互换法的合理选用当装配精度要求较高时，采用完全互换性将使零件制造精度要求很高，难于加工，成本增高。这时，可以根据生产批量、精度要求、结构持点等具体条件，或者采用分组互换法，或者采用调整互换法，或者采用修配互换法，这样做既可保证装配精度和使用要求，又能适当地放宽加工公差，减小零件加工难度，降低成本。13内互换性外互换性内互换性——是指组成机构或部件的内部零件几何参数的互换性。例如滚动轴承内圈滚道直径、外圈滚道直径、保持架或滚动体等，都具有内互换性，一般采用分组互换。外互换性——是指同规格部件或机构的外形尺寸的互换性。例如滚动轴承内圈的内径、外圈的外径均应具有外互换性。3.对标准件141.2.3互换性的作用互换性对机械制造业具有非常重要的意义。只有机械零部件具有互换性，才有可能将一台复杂的机器中成干上万的零部件分散到不同的工厂、车间进行高效率的专业化生产，然后再集中到总装厂或总装车间进行装配。因此，互换性是现代化机械制造业进行专业化生产的前提条件，不仅能促进自动化生产的发展，也有利于降低成本、提高产品质量。15一、互换性在设计方面的作用从设计看，按互换性进行设计，就可以最大限度地采用标准件、通用件，如滚动铀承、螺钉、销钉、键等等，大大减少计算、绘图等工作量，使设计简便，缩短设计周期，有利于产品品种的多样化和计算机辅助设计，有利于开发系列产品，不断地改善产品结构、提高产品性能。16二、互换性在制造方面的作用从制造看互换性有利于组织大规模专业化生产，有利于采用先进工艺设备和高效率的专用设备，有利于进行计算机辅助制造，有利于实现加工和装配过程的机械化、自动化，从而减轻劳动强度，提高生产效率，保证产品质量，降低生产成本。17三、互换性在使用方面的作用从使用看，零部件具有互换性，可以及时更换那些已经磨损或损坏了的零部件，因此．减少了机器的维修时间和费用，增加了机器的平均无故障的工作时间，保证机器能够连续而持久地运转，提高了设备的利用率。在诸如航天、航空、核工业、能源、国防等特殊领域或行业，零部件的互换性所起的作用是难以用具体价值来衡量的，其意义更为重大。181.3标准化与优先数系1.3.1标准化1.3.2优先数系和优先数191.3.1标准化标准和标准化的引入要使具有互换性的产品几何参数完全一致，是不可能，也是不必要的。在此情况下，要使同种产品具有互换性，只能使其几何参数、功能参数充分近似。其近似程度可按产品质量要求的不同而不同。现代化生产的特点是品种多、规模大、分工细、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。20一、国际标准化组织在国际上，为了加强世界各国之间的交流、促进各国之间在技术上的统一，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。21二、标准的概念标准是为了在一定的范围内获得最佳秩序，经协商一致制定并由公认机构批准，共同使用和重复使用的一种规范性文件。标准化的主要体现形式是标准。本课程研究的公差标准、检测器具和方法标准，大多属于国家基础标准。22三、标准的分类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。对需要在全国范围内统一的技术要求，应当制定国家标准，代号为GB，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，如机械标准（JB）等；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，可制定地方标准或企业标准，它们的代号分别用DB、QB表示。23四、标准化的概念定义：标准化——是指标准的制订、发布和贯彻实施的全部活动过程，包括从调查标准化对象开始，经试验、分析和综合归纳，进而制订和贯彻标准，以后还要修订标准等等。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。意义：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，是国家现代化水平的重要标志之一。它对人类进步和科学技术发展起着巨大的推动作用。241.3.2优先数和优先数系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，向所有有关的参数传播。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，机械产品中的各种技术参数不能随意确定。25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（GB321—2005）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。261.国家标准对优先数系的规定且项值中含有10的整数幂的理论等比数列导出的一组近似等比的数列。各数列分别用符号R5、R10、R20、R40和R80表示，称为R5系列、R10系列、R20系列、R40系列和R80系列。5101010201040108010国家标准GB321—2005规定：优先数系是由公比为272.优先数系的种类和代号(1)基本系列优先数系中的常用系列，称为基本系列。有R5、R10、R20和R40四个系列。表1—1所示为基本系列的各项数值。28293031基本系列的代号为：系列无限定范围时，用R5、R10、R20、R40表示。系列有限定范围时，应注明界限值，例如：1.R10(1.25…)表示以1.25为下限的R10系列；2.R20(…45)表示以45为上限的R20系列：3.R40(75…300)表示以75为下限，300为上限的R40系列32基本系列的公比分别为33(2)补充系列R80系列称为补充系列，它的公比：其代号表示方法同基本系列。343.优先数优先数系中的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)不能用于实际工程中，对理论值取5位有效数字的计算值仅供精确计算使用，取3位有效数字的常用值广泛应用于实际工程中的各个领域，见表1—1所示。实际应用时，按R5、R10、R20、R40和R80的顺序依次选用。在基本系列和补充系列不能满足要求时，可以采用派生系列。派生系列是从基本系列或补充系列Rr(其中r＝5，10，20，40和80)中，每P项取值导出的系列。35派生系列的代号表示方法为系列无限定范围时，由于比值r/p相等的派生系列具有相同的公比，但其项值是多义的，应指明系列中含有的一个项值，例如：R10/3(…20…)——表示含有项值20并向两端无限延伸的派生系列。如果系列中含有项值1，可简写为Rr/p。例如：R10/3——表示系列为……1、2、4、8、l6……。系列有限定范围时，应注明界限值，例如：R20/4(112…)——表示以112为下限的派生系列；R40/4(…60)——表示以60为上限的派生系列；R5/2(1…10000)——表示以1为下限，10000为上限的派生系列。派生系列的公比为36ISO/TC213出台了新一代标准体系“产品几何技术规范”（geometricalproductspecificationandverification,GPS）GB/T18780.1-2002《产品几何量技术规范(GPS)几何要素第1部分：基本术语和定义》中对要素的术语和定义规定如下：1.几何要素点、线、面§1.4GPS标准体系基本术语372.组成要素面或面上的线3.导出要素由一个或几个组成要素得到的中心点、中心线或中心面例如：球心——由球面得到的导出要素，球面为组成要素圆柱的中心线——由圆柱面得到的导出要素，圆柱面为组成要素。4.尺寸要素由一定大小的线形尺寸或角度尺寸确定的几何形状。尺寸要素可以是圆柱形、球形、两平行对应面、圆锥形或楔形385.公称组成要素由技术制图或其他方法确定的理论正确组成要素，如图1-1a6.公称导出要素由一个或几个公称组成要素导出的中心点、轴线或中心平面，如图1-1a。7.工件实际表面实际存在并将整个工件与周围介质分隔的一组要素。8.实际（组成）要素由接近实际（组成）要素所限定的工件实际表面的组成要素部