互换性与测量技术基础完整版演示教学

11互换性与测量技术基础讲授人：齐明侠[e-mail]机电工程学院机电工程系22绪论3课程的研究对象和任务互换性的意义和作用机械产品的几何量精度设计标准化与优先数本章内容4课程性质是机械类各专业的一门重要的专业技术基础课程，联系《机械设计》与后续《机械加工工艺》等课程。课程的研究对象及任务对机械产品进行几何量精度设计——从“精度”与“误差”两方面分析研究机械零件及机构的几何参数。本课程的研究对象及任务5极限与配合形位公差表面粗糙度本课程的研究对象及任务61.读懂工程图正确理解图中标注的含义。2.会标注工程图，能提出合理的图面要求。本课程的研究对象及任务7学完本课程后应达到的要求了解互换性和标准化的基本概念；熟悉本课程所介绍的各公差标准的基本内容，掌握其特点和应用原则；学会根据机器和零件的功能要求，选用合适的公差与配合，即进行精度设计，并能正确地标注到图样上；了解一般几何参数测量的基础知识；掌握各种典型零件的测量方法，学会使用常用的计量器具。本课程的研究对象及任务8互换性概念同一规格的一批零部件，任取其一，不经任何挑选和修配就能装在机器上，并能满足其使用功能要求。要点同一规格的一批零件或部件；不经任何辅助工作（挑选、调整、修配等）；互换后仍满足原定的使用要求（包括几何参数和力学性能的互换）。如机器上的螺钉，汽车上的轴承等零部件，灯泡互换性的意义及作用9互换性的分类按其互换范围分为：完全互换装配时不需挑选和修配。不完全互换装配时允许挑选、调整和修配。如：轴承部件，在装配内圈、外圈和滚珠时，通过测量将零件按照实际尺寸的大小分组，组内互换装配，以保证内、外圈之间的半径差变化小。按是否应用在标准部件分为：内互换是指组成标准部件的零件的互换。外互换是指标准部件与其它零部件的互换。互换性的意义及作用10互换性的作用在设计方面•能最大限度地使用标准件，简化绘图和计算工作量，缩短设计周期，利于产品更新换代。在制造方面•利于组织专业化生产，使用专用设备和CAM技术。在使用和维修方面•便于及时更换丧失使用功能的零部件，对于易损件可提供备用件，既可及时维修、缩短停机时间，又减少维修成本。互换性的意义及作用11机械产品的设计过程，一般需要进行三方面的分析计算：运动分析与计算由运动学原理，确定机器或机构的合理的传动系统，选择合适的机构或元件，满足运动方面的要求。强度的分析与计算确定各零件合理的基本尺寸，进行结构设计，使其达到强度和刚度方面的要求。几何精度的分析与计算零件基本尺寸确定后，要进行精度计算，以决定产品各部件的装配精度、零件的几何参数和公差。•几何量精度设计是机械产品精度设计中的重要内容，对机械产品的使用性能和制造成本，对企业的经济效益有着重要的影响，有时甚至起决定性作用。机械产品的几何量精度设计12几何量精度设计的基本概念按照机械产品的使用功能要求和经济性要求，对构成机械产品的零部件的配合部位确定配合性质；确定各个零件上各处的尺寸精度、形状和位置精度、表面质量；确定机械产品在轴向上的定位精度等。几何量精度设计的任务在机械产品总装配图和部件装配图上，确定其各零件配合部位的配合代号和其他技术要求，并标注于装配图。确定各零件各处的尺寸公差、形状和位置公差、表面粗糙度要求以及典型表面(如：键、圆锥、螺纹、齿轮等)公差要求等，并标注于零件图上。机械产品的几何量精度设计13机械产品的几何量精度设计指同种零件在几何参数方面能够彼此互相替换的性能。工艺性、合理的精度要求、合理选材、合理的调整环节、提高寿命。根据机器中各部分对机械精度影响程度的不同，对其提出不同的精度要求和恰当的精度分配，做到恰到好处。探求并确定各组成零、部件精度处于最佳协调时的集合体。例如探求并确定先进工艺，优质材料等。几何量精度设计的原则互换性原则：经济性原则：匹配性原则：最优化原则：14实现互换性的条件——公差标准化几何量公差允许零件几何参数变动的范围称为几何量公差。包括：尺寸公差、形状和位置公差、表面粗糙度要求以及典型表面（如：键、圆锥、螺纹、齿轮等）公差。标准化标准是对重复性事物和概念所作的统一规定，作为共同遵守的准则和依据。我国标准分为国家标准（代号为GB）、行业标准（如机械标准JB）、地方标准（DB）和企业标准（QB）。国际标准化组织（ISO）。本课程研究的公差标准属于国家基础标准。涉及到的标准如：GB/T1800.1-1997、GB/T1801.1-1999等。标准化及优先数15优先数和优先数系机械设计中参数不是孤立的，会按照一定规律传递。故机械产品中的各种技术参数不能随意确定。•如螺栓的尺寸，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。为使产品的参数选择能遵守统一的规律，必须对其数值作出统一规定。《优先数和优先数系》（GB321—2005）是其中最重要的一个标准。标准化及优先数16《优先数和优先数系》（GB321—2005）规定：以十进制等比数列为优先数系；规定了五个系列，分别用R5、R10、R20、R40、R80表示，其中前四个是基本系列，R80为补充系列。级数的公比(r为每个十进段内的项数）：R5的公比：q5=≈1.60；R10的公比：q10=≈1.25；R20的公比：q20=≈1.12；R40的公比：q40=≈1.06；R80的公比：q80=≈1.03。标准化及优先数rq10510101020104010801017优先数系的基本系列：所有大于10的优先数可按表列数字乘以10，100…求得；所有小于1的优先数可按表列数字乘以0.1，0.01，…求得。标准化及优先数18优先数系的派生系列：从基本系列中每隔几项选取一个优先数，组成新的系列，即派生系列。常用的派生系列：如R10/3，即从基本系列R10中每逢三项取出一个优先数组成，其公比约为2。首项为1的派生系列R5/2是从基本系列R5中，每逢两项取一个优先数组成的，即1.00，2.50，6.30，16.00，40.00，…标准化及优先数19优先数系的应用：为满足技术与经济的要求，应当按照R5、R10、R20、R40的顺序，优先选用公比较大的基本系列，允许采用补充系列（R80）。也可以采用派生系列。如：确定零件的尺寸时，应尽量地采用优先数系的常用值。如减速器设计中，经力学计算，得出输入轴的最小直径为30.01mm，则该处直径的基本尺寸按优先数系取值，即该处直径的基本尺寸应为30mm。优先数除应用于标准尺寸外，还用于其它标准中。如国家标准在确定标准公差数值时，就是按R5系列的优先数值确定。标准化及优先数2020光滑圆柱体结合的公差与配合21212.1公差与配合的基本术语及定义222.1公差与配合的基本术语及定义1轴和孔2尺寸3尺寸偏差和公差4加工误差与公差的关系5配合与配合制23孔：通常指工件的圆柱形内表面，也包括其它内表面中由单一尺寸确定的部分。其直径尺寸用D表示。轴：通常指工件的圆柱形外表面，也包括其它外表面中由单一尺寸确定的部分。其直径尺寸用d表示。2.1公差与配合的基本术语及定义——轴和孔242.1公差与配合的基本术语及定义——尺寸（1）尺寸是用特定单位表示长度的数字。（2）基本尺寸(孔D、轴d)设计给定的尺寸（理论值）,由设计者经过计算或按经验确定后，再按标准选取的、标注在设计图上的尺寸。（3）实际尺寸(Da、da)是通过测量所得的尺寸。•由于存在测量误差，故实际尺寸并非尺寸的真值；•由于存在形状误差，工件同一表面上不同部位的实际尺寸往往不相等。（4）极限尺寸是允许尺寸变化的两个界限值。如孔轴其中：较大的一个称为最大极限尺寸（Dmax、dmax）较小的一个称为最小极限尺寸（Dmin、dmin）。0.0210250.0060.00725252.1公差与配合的基本术语及定义——偏差与公差(1)尺寸偏差（偏差）：某一尺寸减其基本尺寸所得的代数差上偏差（ES、es）：最大极限尺寸减基本尺寸所得的代数差；下偏差（EI、ei）：最小极限尺寸减基本尺寸所得的代数差；上偏差和下偏差统称为极限偏差。实际偏差：实际尺寸减其基本尺寸的代数差。偏差可以是正，负或零值。实际偏差应位于极限偏差范围之内。(2)尺寸公差（公差）TD(Th)和Td(Ts)：允许尺寸的变动量。等于最大极限尺寸与最小极限尺寸代数差的绝对值；也等于上偏差与下偏差的代数差的绝对值。是一个绝对值的概念。ecartinferieurecartsuperieurtolerance262.1公差与配合的基本术语及定义——偏差与公差(3)偏差与公差的一些公式孔：ES=Dmax-D轴：es=dmax-dEI=Dmin-Dei=dmin-dTh=︱Dmax-Dmin︱=︱ES-EI︱Ts=︱dmax-dmin︱=︱es-ei︱用下例理解上述公式：孔和轴孔和轴孔和轴0.0210250.0060.007250.0250400.0090.025400.021025H70.0350.022256p272.1公差与配合的基本术语——尺寸公差带图公差带图中的基本尺寸、最大最小极限尺寸、公差等的概念282.1公差与配合的基本术语——尺寸公差带图零线：在公差带图中，表示基本尺寸的一条直线，以其为基准确定偏差和公差。正偏差位于其上，负偏差位于其下公差带：在公差带图中，由代表上偏差和下偏差的两条平行直线所限定的一个区域。292.1公差与配合的基本术语——尺寸公差带图在国家标准中，公差带包括：公差带大小由“标准公差”确定公差带位置由“基本偏差”确定标准公差就是国家标准所确定的公差。（p18表2-4）基本偏差就是用来确定公差带相对于零线位置的上偏差或下偏差，一般指靠近零线的那个偏差。（p24表2-7，p26表2-8）302.1公差与配合的基本术语——尺寸公差带图举例：（500:1）孔φ55H7()公差带大小为0.03；公差带的位置：下偏差EI最靠近零线，是基本偏差，为0。轴φ55k6()公差带大小为0.019下偏差最靠近零线，是基本偏差ei=+0.002孔φ55H7公差带图轴φ55k6公差带图配合公差带图03.00021.0002.0312.1公差与配合的基本术语及定义——加工误差与公差的关系加工误差包括尺寸误差、形状误差、位置误差。1.尺寸误差加工后实际尺寸和理想尺寸之差。2.形状误差广义上可分为宏观几何形状误差、表面波度、表面粗糙度。3.位置误差工件上各要素之间实际相互位置和理想位置之间的偏差。误差与公差的关系：公差是误差的允许变动范围。误差不超过公差，零件就是合格的。322.1公差与配合的基本术语及定义——配合配合是指基本尺寸相同、相互结合的轴和孔公差带之间的关系。间隙与过盈——孔的尺寸减去相配合的轴的尺寸所得的代数差，差值为正时，称为间隙，用X表示，差值为负时，称为过盈，用Y表示。间隙过盈332.1公差与配合的基本术语及定义——配合配合种类1.间隙配合2.过盈配合3.过渡配合342.1公差与配合的基本术语及定义——配合配合种类1.间隙配合孔的公差带在轴的公差带之上，形成具有间隙的配合（包括最小间隙等于零的配合）。孔的最大极限尺寸减轴的最小极限尺寸之差称为最大间隙(用Xmax表示)。孔的最小极限尺寸减轴的最大极限尺寸之差称为最小间隙(用Xmin表示)。Xmax=ES-eiXmin=EI-es352.1公差与配合的基本术语及定义——配合配合种类2.过盈配合轴的公差带在孔的公差带之上，形成具有过盈的配合（包括最小过盈等于零的配合）。孔的最大极限尺寸减轴的最小极限尺寸之差称为最小过盈(用Ymin表示)。孔的最小极限尺寸减轴的最大极限尺寸之差称为最大过盈(用Ymax表示)。Ymin=ES-eiYmax=EI-es362.1公差与配合的基本术语——配合配合种类3.过渡配合是指可能具有间隙或过盈的配合。此时，轴公差带与孔公差带相互交叠。孔的最大极限尺寸减轴的最小极限尺寸的差值称为最大间