优先数系简介

优先数系简介工业设计中，常需要选择长度、间距、直径、容积等参数，做选择时不但要综合考虑功能、适用、兼容、安全、成本等的需要，还要考虑可允许的误差，优先数常常就是这时的第一选择。1优先数1.1优先数的由来十九世纪末，法国工程师CharlesRenard（雷诺）在研究气球使用的绳索时提出了一种使尺寸规格简化的数值系列，这些数值是等比数列，且每进5项值增大10倍，所以公比q为101/5（10的五次方根），得到各个系数为a、a*q、a*q*q、a*q*q*q、a*q*q*q*q、10a，这样把425种绳索尺寸规格简化为17种。为了纪念Renard的贡献，后人把这个数系称为R数系。后来R数系被推广，并被一些国家采用为标准，又再被国际标准化组织制定为国际标准ISO497:1973，称为优先数系，其中的每个数都被称为优先数（Preferrednumbers）。标准要求，在确定产品的参数或参数系列时必须按该标准的规定最大限度地采用，这就是“优先”的含义。我国首先把优先数系作为机械行业的部颁标准，在1964年成为国家标准，现在的国家标准GB/T321-2005《优先数和优先数系》，对应国际标准为ISO3:1973，下述许多内容就来自这个标准。1.2优先数系的形成方法优先数系包括5个系列，其中4个系列R5、R10、R20、R40为基本系列，还有一个补充系列R80。优先数系都为等比系列（几何级数），公比分别为101/5（10的五次方根，约为1.5849）、101/10（10的十次方根，约为1.2589）、101/20（10的二十次方根，约为1.1220）、101/40（10的四十次方根，约为1.0593）、101/80（10的八十次方根，约为1.0292），得到如下优先数值：R5:1.001.602.504.006.30R10:1.001.251.602.002.503.154.005.006.308.00R20:1.001.251.602.002.503.154.005.006.308.001.121.401.802.242.803.554.505.607.109.00R40:1.001.251.602.002.503.154.005.006.308.001.061.321.702.122.653.354.255.306.708.501.121.401.802.242.803.554.505.607.109.001.181.501.902.363.003.754.756.007.509.50R80:1.001.251.602.002.503.154.005.006.308.001.031.281.652.062.583.254.125.156.508.251.061.321.702.122.653.354.255.306.708.501.091.361.752.182.723.454.375.456.908.751.121.401.802.242.803.554.505.607.109.001.151.451.852.302.903.654.625.807.309.251.181.501.902.363.003.754.756.007.509.501.221.551.952.433.073.874.876.157.759.75优先数的理论计算公式为：R(I,b)=10i/b其中：b为系列值，分别为5、10、20、40、80；i为系列中的每一数值的序号，从0开始到(b-1)。1.3优先数系的特征优先数系有很多明显的特征，所以获得广泛应用：1）前一数系的项值均包含在后一数系之中。2）项值可按10进制法向两端无限延伸，列表只列出1到10之间的值，而大于10和小于1的数可用10的整数幂与列表中的值相乘得到。3）同一系列中任意相邻两优先数的相对差近似不变（R5系列约为60%，R10系列约为25%，R20系列约为12%，R40系列约为6%，R80系列约为3%），基本是等误差。4）同一系列中各优先数理论值的对数值构成一个等差数列，优先数的运算可仿照一般对数计算方法转换为序号运算，即两个优先数之积的序号等于这两个优先数序号的和，两个优先数之商的序号等于这两个优先数序号之差。1.4修正序列在一些应用时，不需要这么高的精度，或者只需要整数值（如齿轮的齿数），有一些修正的序列，这在ISO3中有规定：R5:11.52.546R10':11.21.622.53.2456.38R10:11.21.522.534568R20':11.251.622.53.2456.381.11.41.82.22.83.64.55.67.19R20:11.21.622.5345681.11.41.82.22.83.54.55.579R40':11.251.622.53.2456.381.051.31.72.12.63.44.25.36.78.51.11.41.82.22.83.64.55.67.191.21.51.92.433.84.867.59.51.5优先数的优点优先数是各种量值应优先采用的数，在确定产品的参数或参数系列（如产品的尺寸、规格）时，如果没有特殊原因而必须选用其他数值，那么就应当选用优先数，并且按照R5、R10、R20、R40的顺序优先选用比较大的基本序列；当一个产品的所有特性参数不可能都采用优先数，也应使一个或几个主要参数采用优先数。这样做的目的是把实际应用的数限制在的最小范围内，以达到简化、统一，且在产品发展时能成为有规律的系列，也便于和其他相关产品协调配套。1）产品的参数从最小到最大有很宽的数值范围，数值按等比数列分级时能在较宽的范围只用较少的规格，因为等比数列是一种相对差不变的序列。优先数系正是按等比数列制定的，它提供了一种经济合理的方式来满足需要。2）一种产品或零件往往在不同的场合由不同的人员分别设计和制造，产品的参数又常常影响到与其配套的一系列产品的有关参数。优先数系是国际上统一的数值制度，可用于各种量值的分级，就为技术经济上统一、简化产品参数和相互协调提供了基础。3）优先数中包括有各种不同的公比的系列，可以满足较疏和较密的不同的分级要求，而较疏的系列又包含在较密的系列中，这样在必要时可插入中间值，以使疏的系列变成密的系列，而原来的值保持不变，与其他产品间的配套协调关系也不受影响，利于产品发展。4）优先数的积和商仍为优先数，更进一步扩大了优先数的应用范围，例如直径为优先数，于是圆柱体的面积体积、球的面积体积也是优先数。5）凡在取值上有一定自由度的参数系列，都应最大限度选用优先数，如长度、直径、面积、体积、载荷、应力、速度、时间、功率、电流、电压、流量、浓度、传动比、公差、测量范围、比例系数等，特别是在产品设计中应当有意识地使主要尺寸、参数符合优先数。6）简单、易记、计算方便。2电阻、电容的优先数系国际标准IEC63:1963定义了通用于电子器件的优先数系，对应国标为GB/T2471-1995《电阻器和电容器优先数系》。电子器件的优先数的构成原则与R数系一致，也是等比系列，但为了配合相应的误差系列，选用的公比不同，称为E系列，虽然也是10的N次方根。2.1普通电阻电容的优先数系普通电阻电容的优先数系包括4个系列，分别为E3、E6、E12、E24，公比分别为101/3（10的3次方根）、101/6（10的6次方根）、101/12（10的12次方根）、101/24（10的24次方根），经修正得到如下优先数值：E3（40%）：1.02.24.7E6（20%）：1.01.52.23.34.76.8E12（10%）：1.01.21.51.82.22.73.33.94.75.66.88.2E24（5%）：1.01.11.21.31.51.61.82.02.22.42.73.03.33.63.94.34.75.15.66.26.87.58.29.12.2精密电阻电容的优先数系当要求元件的误差小于5%时，E24已不能满足需要，这时才需要使用精密电阻电容的优先数系。精密电阻电容的优先数系包括3个系列，分别为E48、E96、E192，公比分别为101/48（10的48次方根）、101/96（10的96次方根）、101/192（10的192次方根），经修正得到如下优先数值（忽略小数点）：E48（2%）：100105110115121127133140147154162169178187196205215226237249261274287301316332348365383402422442464487511536562590619649681715750787825866909953E96（1%）：100102105107110113115118121124127130133137140143147150154158162165169174178182187191196200205210215221226232237243249255261267274280287294301309316324332340348357365374383392402412422432442453464475487499511523536549562576590604619634649665681698715732750768787806825845866887909931953976E192（0.5%）：1001011021041051061071091101111131141151171181201211231241261271291301321331351371381401421431451471491501521541561581601621641651671691721741761781801821841871891911931961982002032052082102132152182212232262292322342372402432462492522552582612642672712742772802842872912942983013053093123163203243283323363403443483523573613653703743793833883923974024074124174224274324374424484534594644704754814874934995055115175235305365425495565625695765835905976046126196266346426496576656736816906987067157237327417507597687777877968068168258358458568668768878989099209319429539659769882.3E系列的适用范围E系列的优先数系一般用于电阻、电容的值，也常用于电感值，但电容的耐压值、保险丝的电流值等仍使用R系列优先数系，而导线则有专门的优先数系。IEC60228规定的导线的优先数系（横截面积）：0.5mm20.75mm21mm21.5mm22.5mm24mm26mm210mm216mm225mm235mm250mm270mm295mm2120mm2150mm2185mm2240mm2300mm2400mm2500mm2630mm2800mm21000mm23其他一些优先数系3.1建筑行业建筑行业为方便计算，不使用等比数列的优先数系，而把100mm作为基本单位M，用M的倍率作为数列，对于小于M的数，则使用50mm或25mm的倍率做为基准。（ISO2848,BS6750）3.2纸张、信封、绘图笔纸张、信封、绘图笔等使用2的N次方根作为数列，得到数列：0.130.180.250.350.500.701.001.402.00（ISO216）3.3饮料类的零售包装饮料类的零售包装，以容量（升）组成优先数列：0.10.250.3750.50.7511.5235（75/106/EEC）3.4音乐虽然有的乐器可发出任意频率的声音，但钢琴之类只能发出有限的音阶，一