《互换性与技术测量》教学课件(宋康)

互换性与技术测量宋康四川大学制造学院测控系我的联系方式：宋康手机：[phone]Email：[e-mail]本门课程的主要内容课程说明绪言第一章孔与轴的极限配合第二章长度测量基础第三章形状和位置公差及检测第四章表面粗糙度及检测第五章光滑极限量规第六章滚动轴承的公差与配合第九章螺纹公差及检测第七章尺寸链第十一章圆柱齿轮传动公差及检测课程说明1.性质：本门课程是为机械类、测控类、仪器仪表类各专业开设的一门技术基础课；2.任务：本门课程是联系设计类课程、制造类课程、工艺类课程的纽带，是从基础课和其它技术基础课向专业课过渡的桥梁；3.要求：（1）互换性方面的内容：建立互换性的基本概念，了解公差配合的标准及应用，掌握互换性的术语，能看懂和绘制公差配合图解，熟悉圆柱体公差配合制的结构、规律、特征和基本内容，知道选择公差与配合的原则和方法，会查用公差表格，能正确进行图样标注。（2）测量方面的内容：建立测量的基本概念，了解最基本的测量原理及方法，具备一般测量的基本知识，了解车间条件下常用的测量方法，了解测量器具的原理，有初步的测量技能，能正确处理测量结果，能对测量结果进行误差分析，会设计量规。4.与其它课程的关系：同机械制图、机械原理、机械零件等课程联系最为密切。机械原理－从运动学和动力学的观点去研究机构。侧重于结构分析、运动分析、受力分析；机械零件－从强度和刚度的观点去研究机构，侧重强度分析、刚度分析；互换性与技术测量－从误差和精度的观点去研究几何参数。通过精度分析、误差分析，合理地选择公差与配合，以保证所制造的机器设备满足使要求。就其本质而言，本门课程是反映机器零件的使用要求和制造要求之间的矛盾，或者说是设计课与工艺课的润滑剂。5.本门课程的特点（1）抽象概念多；（2）术语定义多；（3）符号代号多；（4）叙述性内容多；（5）需要记忆的内容多；（6）零件的种类多。绪言1.互换性概述互换性：（1）在同一批规格（基本尺寸）相同的零部件，任取一件，不需经过任何附加加工（修配和调整），便可以装配在机器上，且符合装配条件和使用的技术要求。零部件所具有的这种性质称之为互换性。（2）在不同的时期，不同地点，甚至不同国别，按照同一图纸制造出来的一批零件，装配及更换时在满足技术指标所规定的前提下，无需进行任何辅助加工，也不需要进行任何选择，就具有任意相互替代使用的性能，称之为互换性。举例：螺钉、灯泡、自行车、汽车、钟表上的零部件等。互换性包括：几何参数和力学性能（机械性能）的互换互换性的举例：如：一个灯泡坏了，人们通常上街去买一个来装上后，开关一拉，亮了，我们就说这两个灯泡具有互换性。如果同时买的另一个灯泡，装上去后，开关一拉，不亮，恐怕没有一个同学会说这两个灯泡具有互换性吧！这里人们关心的是：灯泡能否装上灯头，这实质上是尺寸互换问题，而亮不亮是功能互换问题，那么，所谓功能互换是什么意思呢？这是在尺寸互换上更进一步的内容了。ⅰ.如一个灯泡2小时坏了，另一个灯泡2000小时不坏，按照功能互换的观点，这两个灯泡是不具备互换性的。ⅱ.螺栓、螺母虽然能互相任意拧紧，这说明已经达到了尺寸互换的要求，但关键的是在拧紧之后能否保持功能互换呢？－螺纹联接的强度，机器在工作过程中螺栓、螺母不应该松动，在强度所允许的范围内不应该损坏。ⅲ.我国生产的解放牌汽车的齿轮，按照设计以求，必须在满载的前提下，行走20万公里，没有跑到这个里程就不算它具有功能互换，就是空车跑了20万公里也不算的。一般而言，人们对尺寸互换是相当注意的，而对功能互换则有所忽略。实际上一件工业产品，只有保证了尺寸互换，同时又保证了功能互换，才真正地使零件具备了互换性地性质。由此而知：互换性是一个综合的概念，它并不局限于在产品装配时，零件和部件的可装配性，同时还包含了设计、制造、使用产品的基本技术性能。不仅零件可以互换，部件也是可以互换的，如滚动轴承、发动机上的火花塞、日常生活中的照相机镜头、显微镜的镜头等，它们的几何参数能够互换，物理方面的性能也是能够互换的。意义：（1）设计方面：采用标准件/简化绘图、计算工作/缩短设计周期/CAD、产品多样化；（2）制造方面：专业化生产/先进工艺和专用设备/CAM、加工装配机械化、自动化；（3）使用维修方面：减少维修时间和费用，提高机器使用价值。分类：完全互换和不完全互换完全互换—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。应用：完全互换—厂际协作等；不完全互换—单件生产机器等。二者比较：完全互换（1）优点：零部件能完全通用互换，为专业化生产和协作创造了条件，保证了消费者的利益；（2）缺点：零件的加工制造成本较高，制造也比较困难。不完全互换（1）优点：在保证装配和技术要求的前提下，放宽了公差，使零件加工制造容易，成本下降，经济性好；（2）缺点：降低了互换性的水平；（3）装配后：满足预定的技术使用要求。互换性的生产起源：在许多国家，规模比较大的互换性生产都开始于兵器制造业，然后扩大到其他行业。例如，前苏联关于互换性生产的最早记录，是在1760年至1770年的土里斯基兵工厂；美国关于按照互换性原理生产步枪的记载是1798年。我国1931年的沈阳兵工厂和1937年的金陵兵工厂，在互换性生产上当时已具有相当规模，而我国古代应用互换性原理进行生产的历史则很早，以秦朝的青铜弩机为例，其几个组成零件都具有互换性；青铜镞的三个刃口的分度尺寸和刃口长度尺寸的差别很小，镞尖曲线与现代自动步枪弹头曲线一致，具有相当好的功能互换性。2.公差与配合标准发展简介☆1902年，英国纽瓦公司出版的“极限表”；☆1906年，英国国标B.S.27，1924年，英国国标B.S.164；☆1925年，美国公差标准A.S.A.B4a出版。☆德国：DIN标准，采用基孔制和基轴制；☆1926年成立国际标准化协会（ISA），1940年颁布国际公差标准ISA。标准的概念标准是对重复性事物和概念所作的统一规定，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，作为共同遵守的准则和依据。☆1947年，国际标准化组织（ISO）成立，分别于1963、1971、1973、1975发布了现行的国际公差标准。我国于1955年颁布第一个公差与配合部颁标准。1959年国家科委颁布“公差与配合”国家标准（GB159～174－59）。随着计算机技术的发展，出现了“计算机辅助公差设计（CAT）”。3.计量技术发展简介德列耶夫：科学是从测量开始的，没有测量就没有科学，至少是没有精确的科学、真正的科学。王大珩：仪器是认识世界的工具。钱学森：特别强调测量技术的基础性（信息之源）及关键性（科技攻关的第一位关键）。钱伟长：许多重大发现和发明都是从仪器仪表和测试技术的进步开始。在诺贝尔物理和化学奖中，大约有四分之一是属于测试方法和仪器。2006年国家技术发明一等奖：“超精密特种形状测量技术与装置”（哈工大），北京航空航天大学先进惯性仪表与导航技术创新团队的“卫星新型姿控储能两用飞轮技术”项目荣获2007国家技术发明一等奖。要进行测量，需要计量单位和计量器具。基本计量单位：长度：米（m）质量:千克（Kg）时间:秒（s）电流:安[培]（A）热力学温度:开[尔文]（K）物质的量:摩[尔]（mol）发光强度:坎[德拉]（cd）罗马：凯撒大帝时规定,以罗马士兵步行二千步为“一罗马里”；查理曼一世规定以他的脚长为“一罗马尺”。希腊：库里修斯伸开双臂时两手的中指尖的距离称为“一口寻”(合当今1.829ｍ)。英国：英王埃德加(公元939～975年)规定,以他拇指的关节长度为“一英寸”。埃及、巴比伦：肘尺（500mm）德国以最先走出教堂的16位男子脚长的平均值1531年德国《几何学》中木刻图16人脚连在一起，为一杆长(gan)中国（1）禹将自己的身长定为一丈,把一丈分为十等份,每份为一尺。（2）以黄钟律管作为长度单位基准,即以十三根律管中的第一根律管之长为一尺。（3）黍子作为长度单位,即规定一粒黍子的宽度定为一分,十分为一寸,一百分为一尺。计量器具：商朝－象牙尺；秦朝－统一度量衡；西汉末－铜质卡尺，最小分辨率为一分；米的确定（国际单位）•米－基本长度单位自北极到赤道段经过巴黎的子午线的一千万分之一为标准，采用十进制。•纯铂米原器(1795年，档案米尺)•准确度:10μm经典计量特点：（1）基准主要是实物基准；不易控制的物理和化学过程的影响,实物基准所保存的量值会发生缓慢的变化；（2）改善材料稳定性和制作工艺的方向努力,已很难大幅度提高实物基准的准确度。米的自然基准（1960年）•氪-86同位素光源；•“米”等于氪-86（86Kr）原子的2p10与5d5能级之间的跃迁所对应的辐射在真空中波长的1650763.73倍的长度；•1m=1650763.73λ(λ=0.60578021μm)•准确度达到十亿分之四（4E-9），1000公里的长度上误差仅为4毫米。量子计量•米是光在真空中1/299792458秒时间间隔内所行进路径的长度；•米的准确度提高到4E-11。计量器具的发展1926年，德国Zeiss小型工具显微镜；1928年，德国Zeiss万能工具显微镜；1986年，瑞士物理学家Bining和Rohrer研制的扫描隧道显微镜（ScanningTunnelingMicroscope）获得诺贝尔物理学奖，其分辨率达到0.01nm；原子力显微镜(AFM)、扫描近场光学显微镜(SNOM)等。精度：0.01mm0.01nm；范围：两维空间三维空间；尺寸范围：IC集成电路大型设备（飞机、轮船）；自动化程度：人工对准测量自动对准测量、计算机数据处理、自动显示和打印结果。4.优先数和优先数系（1）优先数和优先数系的引入同一种产品的同一个参数取不同值；在机械设计中，要确定参数，这些参数不是孤立的，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。（2）优先数和优先数系说明GB321—80中规定以十进制等比数列为优先数系，包括：R5、R10、R20、R40和R80，前四个为基本系列，R80为补充系列。（3）优先数和优先数系的特点：优先数系的五个系列中任一个项值均为优先数。优先数的理论值，除10的整数幂外，都是无理数，工程技术上通过圆整才能应用。根据精确程度，可分为：①计算值：取五位有效数字，供精确计算用。②常用值：即经常使用的通常所称的优先数，取三位有效数字。（4）优先数系Rr变形系列①派生系列②复合系列（5）优先数系应用实例①照相机光圈②曝光时间③渐开线圆柱齿轮模数④形位公差、粗糙度等第一章孔与轴的极限与配合1.1概述“极限与配合”－应用广泛、涉及面大的重要基础标准。“极限”－协调零件的使用要求与制造经济性之间的矛盾；“配合”－反映零件之间有关功能要求的相互关系；“极限与配合”－其标准化，有利于机器的设计、制造、使用和维修，影响产品的精度、性能和使用寿命，是评定产品质量的重要技术指标。1959年，“公差与配合”国家标准GB159～174－59；1979年，颁布公差与配合国标GB1800～1804－79；1998～2000年，GB1804－79修订为GB/T1800、GB/T1801、GB/T1803、GB/T1804。1.2极限与配合的基本词汇1.2.1有关“尺寸”的术语和定义1.尺寸－特定单位表示线性值的数值。2.基本尺寸－设计给定的尺寸。3.实际尺寸（ActualSize）－测量获得的尺寸。4.极限尺寸－允许尺寸变化的两个极限值。5.最大实体状态（MMC）和最大实体尺寸（MMS）孔或轴在尺寸公差范围内，具有材料量最多时的状态；在此状态下的尺寸为最大实体尺寸。6.最小实体状态（LMC）和最小实体尺寸（LMS）孔或轴在尺寸公差范围内，具有材料量最少时的状态；在此状态下的尺寸，称为最小实体尺寸。7.作用尺寸（FunctionSize）与实际孔内接的最大理想轴的尺寸，叫做孔的作用尺寸；与实际轴外接的最小理想孔的尺寸，称为轴的作用尺寸。合格零件的实际偏差应在规定的极限偏差范围内合格零