互換性與技術測量基礎課件剖析

互換性與技術測量基礎課件剖析第一頁，共50頁。第一章緒論1.1互換性與公差的概念1.2標準化與優(yōu)先數1.3本課程的研究對象及任務第二頁，共50頁。1.1互換性與公差的概念

互換性與測量技術基礎。它將互換性原理、標準化生產原理、幾何量計量測試等相關知識結合在一起，涉及機械及其零件的設計、制造、維修、質量控制和生產管理等多方面技術問題。

1.1.1互換性的概念1.1.2公差的概念1.1.3互換性在機械制造中的作用第三頁，共50頁。1.1.1互換性的概念互換性在日常生活中隨處可見。

舉例：機器上的螺釘、燈泡，自行車、縫紉機、鐘表上的零部件，損壞后可以更換。機械示例機器人

空中客車A380鐘表縫紉機制造業(yè)生產中，經常要求產品的零部件具有互換性第四頁，共50頁。零件與裝配第五頁，共50頁。1.1.1互換性的概念廣義上說，互換性是指一種產品、過程或服務能夠代替另一種產品、過程或服務，且能滿足同樣要求的能力?；Q性是機器和儀器制造行業(yè)中產品設計和制造的重要原則。在現代化生產中，一般應遵守互換性原則。

1.定義：同一規(guī)格的一批零部件，任取其一，不需任何挑選或修理就能裝在機器上，并能滿足其使用功能要求。

2.互換性包括：幾何參數、機械性能和理化性能方面的互換性。本課程僅討論幾何參數的互換。包括尺寸大小、幾何形狀以及相互位置的關系；幾何量誤差（尺寸、形狀、位置、表面微觀形狀誤差）。第六頁，共50頁。

3.互換性分類：按互換程度分

——

完全互換性簡稱互換性，廠際協作時采用

特點：不限定互換范圍，以零部件裝配或更換時不需要挑選或修配為條件。

——不完全互換性有限互換性，同廠制造和裝配時采用。特點：因特殊原因，只允許零件在一定范圍內互換。對標準部件或機構互換性又可分為

——內互換性部件或機構內部組成零件間的互換性

——外互換性部件或機構與其相配合件間的互換性1.1.1互換性的概念第七頁，共50頁。例：滾動軸承（標準件）內互換性外互換性第八頁，共50頁。1.1.2公差的概念任何一臺機器的設計，除了運動分析、結構設計、強度、剛度計算外，還要進行精度設計。研究機器的精度時，要處理好機器的使用要求與制造工藝的矛盾。解決的方法是規(guī)定合理的公差，并用檢測手段保證其貫徹實施。用公差來控制誤差，保證零件的互換性。若制成的一批零件實際尺寸數值=理論值，即這些零件完全相同，雖具有互換性，但在生產上不可能，且沒有必要。而只要求制成零件的實際參數值變動不大，保證零件充分近似即可。要使零件具有互換性，就應按“公差”制造。

公差：控制幾何參數的技術規(guī)定就稱“公差”，實際參數允許的最大變動量。設計者要正確地確定公差，并在圖樣上標注。在滿足功能要求的條件下，公差盡量規(guī)定得大些，以提高技術經濟效益。

第九頁，共50頁。加工誤差與公差

尺寸誤差宏觀幾何形狀誤差相互位置誤差表面粗糙度加工誤差問題：加工誤差與公差的區(qū)別與聯系區(qū)別：誤差在加工過程中產生，公差由設計人員確定聯系：公差是誤差的最大允許值第十頁，共50頁。第十一頁，共50頁。第十二頁，共50頁。

幾何量的測量

有了先進的公差標準，還必須有相應的技術測量措施。技術測量研究的問題：

（1）統一計量單位：用什么單位計量；量值的傳遞。

（2）研究測試理論：制定計量標準、設計計量器具、培訓計量人員。1.1.2公差的概念第十三頁，共50頁。幾何量的檢測完工后的零件是否滿足公差要求，要通過檢測加以判斷。檢測包含檢驗與測量。

檢驗是確定零件的幾何參數是否在規(guī)定的極限范圍內，并作出合格性判斷，而不必得出被測量的具體數值；

測量是將被測量與作為計量單位的標準量進行比較，以確定被測量的具體數值的過程。

意義：檢測不僅用來評定產品質量，而且用于分析產生不合格品的原因，及時調整生產，監(jiān)督工藝過程，預防廢品產生。檢測是機械制造的“眼睛”。產品質量的提高，除設計和加工精度的提高外，往往更有賴于檢測精度的提高。

合理地確定公差與正確進行檢測，是保證產品質量、實現互換性生產的兩個必不可少的條件和手段。第十四頁，共50頁。1.1.3互換性在機械制造中的作用在設計方面——有利于最大限度采用通用件和標準件，大大簡化繪圖和計算工作，縮短設計周期。便于計算機輔助設計和產品品種的多樣化。加速產品更新換代。

在制造方面——有利于組織專業(yè)化生產，采用先進工藝、高效率的專用設備和CAM技術，提高生產效率、提高產品質量和降低生產成本。

在使用、維修方面——可以減少機器的維修時間和費用，保證機器能連續(xù)持久的運轉。提高了效率和機器的使用價值。第十五頁，共50頁。在現代機械制造中貫徹互換性原則設計過程制造過程整體部件零件互換性原則第十六頁，共50頁。課堂練習(1)判斷題1.為了使零件具有完全互換性，必須使各零件的幾何尺寸完全一致?！?.互換性要求零件具有一定的精度?！?.凡是合格的零件一定具有互換性?！?.同廠制造和裝配時，可采用不完全互換性?！痰谑唔摚?0頁。1.2標準化與優(yōu)先數標準化的發(fā)展史是與制造業(yè)的發(fā)展史相對應的，它是社會生產勞動的產物。

萌芽期：公元前200年－青銅弩機。

初期：開始于兵器制造業(yè)，前蘇聯1760年至1770年的土里斯基兵工廠；1902英國紐瓦爾公司（極限表）；英國標準B.S.27(1906)；1931年的沈陽兵工廠和1937年的金陵兵工廠。

現代期：

ISA標準(1926)，ISO標準(1947)，超出了機械工業(yè)的范疇，擴大到了其他行業(yè)（如微電子行業(yè)）。

1.2.1標準與標準化的概念1.2.2優(yōu)先數和優(yōu)先數系第十八頁，共50頁。青銅弩機弩機主要由弩弓和弩臂兩部分組成的。弓上裝弦，臂上裝弩機，兩者配合而發(fā)矢。一般弩機是裝置在木弩的后部，四周有“郭”，“郭”中有“牙”，可以鉤住弓弦；“郭”上有“望山”作為瞄準器，“牙”下連結有“懸刀”，作為扳機；發(fā)射時把“懸刀”一扳，“牙”就縮下，“牙”所鉤住的弦就彈擊，有力地把矢射出。在當時社會條件較差的情況下，能制造這種弩機，是中國古代科技史上的一個偉大發(fā)明創(chuàng)造。遠程射擊武器第十九頁，共50頁。國際標準化組織（ISO）

在國際上，為了促進世界各國在技術上的統一，成立了國際標準化組織（簡稱ISO）和國際電工委員會（簡稱IEC），由這兩個組織負責制定和頒發(fā)國際標準。ISO9000系列標準的頒發(fā)，使世界各國的質量管理和質量保證的原則、方法和程序，都統一在國際標準的基礎之上。我國于1978年恢復參加ISO組織后。陸續(xù)修訂了自己的標準。修訂的原則是，在立足我國生產實際的基礎上向ISO靠攏，以利于加強我國在國際上的技術交流和產品互換。第二十頁，共50頁。1.2.1標準與標準化的概念現代化工業(yè)生產的特點是規(guī)模大，協作單位多，互換性要求高，為了正確協調各生產部門和準確銜接各生產環(huán)節(jié)，必須有一種協調手段，使分散的局部的生產部門和生產環(huán)節(jié)保持必要的技術統一，成為一個有機的整體，以實現互換性生產。

標準與標準化正是聯系這種關系的主要途徑和手段，對零件的加工誤差及其控制范圍所制訂的技術標準稱“極限與配合”標準，它是實現互換性的基礎。

第二十一頁，共50頁。1.2.1標準與標準化的概念標準定義：標準是對重復性事物和概念所做的統一規(guī)定，也就是一種規(guī)矩。它以科學、技術和實踐經驗的綜合成果為基礎，經有關方面協商一致，由主管機構批準，以特定形式發(fā)布，作為共同遵守的準則和依據(GB3935.1—83)標準內涵：（1）是一種為大家共同遵守的“技術依據”或“技術規(guī)范”、“規(guī)定”。（2）也可以是一種實物標準、計量標準、標準樣品。（3）研究對象必須是具有可重復性特征的事物及概念。（4）是協商的產物，涉及到不同部門不同階層的利益。第二十二頁，共50頁。1.2.1標準與標準化的概念

標準化：是指標準的制定、發(fā)布貫徹實施的全部過程。標準化是以標準的形式體現的，也是一個不斷循環(huán)、不斷提高的過程。標準化是社會化生產的重要手段，是聯系設計、生產和使用方面的紐帶，是科學管理的重要組成部分。標準化對于改進產品、過程和使用的適用性，防止貿易壁壘，促進技術合作方面具有特別重要的意義。第二十三頁，共50頁。1.2.1標準與標準化的概念

標準分類

按標準的使用范圍分：國家標準GB、行業(yè)標準HB（如JB）、地方DB標準和企業(yè)標準QB。

按標準的作用范圍分：國際標準、區(qū)域標準、國家標準、地方標準和試行標準。

按標準化對象的特征分：基礎標準、產品標準、方法標準和安全與環(huán)境保護標準、衛(wèi)生標準。

按標準的性質分：技術標準、工作標準和管理標準。

第二十四頁，共50頁。1.2.1標準與標準化的概念

對需要在全國范圍內統一的技術要求，應當制定國家標準；對沒有國家標準而又需要在全國某個行業(yè)范圍內統一的技術要求，可制定行業(yè)標準；對沒有國家標準和行業(yè)標準而又需要在某個范圍內統一的技術要求，可制定地方標準或企業(yè)標準。第二十五頁，共50頁。1.2.1標準與標準化的概念

技術標準：對產品和工程建設質量、規(guī)格及檢驗方面所作的技術規(guī)定。我國的技術標準分三級國家標準（GB）部門標準（專業(yè)標準，如JB）企業(yè)標準。

公差標準：對零件的公差和相互配合所制訂的標準。

加工誤差和公差

（1）加工誤差：加工過程中產生的尺寸、幾何形狀和相互位置誤差。

（2）公差：由設計人員給定的允許零件的最大誤差，并標注在零件圖上作為技術要求。第二十六頁，共50頁。1.2.1標準與標準化的概念完整產品標準標準術語試驗和檢驗標準性能標準減少規(guī)格尺寸標準基礎標準標準的技術范圍第二十七頁，共50頁。1.2.1標準與標準化的概念標準的分級國際標準區(qū)域標準國家標準專業(yè)標準地方標準企業(yè)標準第二十八頁，共50頁。1.2.2優(yōu)先數和優(yōu)先數系

1.數值標準化

工程上各種技術參數的簡化、協調和統一是標準化的一項重要內容。

制定公差標準以及設計零件的結構參數時，都需要通過數值表示。任何產品的參數值不僅與自身的技術特性有關，還直接、間接地影響與其配套系列產品的參數值。為滿足不同的需求，產品必然出現不同的規(guī)格，形成系列產品。產品數值的雜亂無章會給組織生產、協作配套、使用維修帶來困難。故需對數值進行標準化。第二十九頁，共50頁。優(yōu)先數和優(yōu)先數系的引入在機械設計中，常常需要確定很多參數，而這些參數往往不是孤立的，一旦選定，這個數值就會按照一定規(guī)律，向一切有關的參數傳播。例如，螺栓的尺寸一旦確定，將會影響螺母的尺寸、絲錐板牙的尺寸、螺栓孔的尺寸以及加工螺栓孔的鉆頭的尺寸等。由于數值如此不斷關聯、不斷傳播，所以，機械產品中的各種技術參數不能隨意確定。為使產品的參數選擇能遵守統一的規(guī)律，使參數選擇一開始就納入標準化軌道，必須對各種技術參數的數值作出統一規(guī)定。《優(yōu)先數和優(yōu)先數系》國家標準（GB321—80）就是其中最重要的一個標準，要求工業(yè)產品技術參數盡可能采用它。

第三十頁，共50頁。1.2.2優(yōu)先數和優(yōu)先數系2.優(yōu)先數系

工程技術上通常采用的優(yōu)先數系是一種十進制的幾何級數。優(yōu)先數系列是一種科學的數值分級制度，適用于尺寸、參數和各種質量標準的分級。第三十一頁，共50頁。1.2.2優(yōu)先數和優(yōu)先數系凡是在數系項值上含有10的整數冪，并且有公比為如下值的等比級數，稱之為優(yōu)先數系，用字母Rr表示。

R5系列

R10系列

R20系列

R40系列

R80包含R40的項值；R40包含R20的項值；R20包含R10的項值；R10包含R5的項值；

R80系列僅用于分級很細的特殊場合第三十二頁，共50頁。1.2.2優(yōu)先數和優(yōu)先數系2.優(yōu)先數系

我國標準GBT321-80與國際標準ISO推薦R5、R10、R20、R40、R80系列，前四項為基本系列（見表1-1），R80為補充系列。1.00

1.061.121.181.251.321.401.501.601.701.801.00

1.121.251.401.601.802.002.242.502.803.15

1.00

1.251.602.002.503.154.005.006.308.0010.001.00

1.60

2.50

4.00

6.30

10.0016.00R40R20R10R5第三十三頁，共50頁。派生系列派生系列(Rr/p)：從基本系列中每隔幾項選取一個優(yōu)先數，組成一個新的系列。使優(yōu)先數系具有更寬廣的適應性。還可分段選用最合適的系列，以復合系列的形式來組成最佳系列。

選用原則：先疏后密；優(yōu)先選用公比較大的基本系列；優(yōu)先選用公比較大和延伸項含有項值1的派生系列。

派生系列R10/3系列0.801.001.251.602.002.503.154.005.006.308.0010.0012.5第三十四頁，共50頁。優(yōu)先數和優(yōu)先數系的特點優(yōu)先數系的五個系列中任一個項值均為優(yōu)先數。按公比計算得到的優(yōu)先數的理論值，除10的整數冪外，都是無理數，工程技術上不能直接應用。實際應用的都是經過圓整后的近似值。根據圓整的精確程度，可分為：（1）計算值：取五位有效數字，供精確計算用。（2）常用值：即經常使用的通常所稱的優(yōu)先數，取三位有效數字。國家標準規(guī)定的優(yōu)先數系分檔合理，疏密均勻，有廣泛的適用性，簡單易記。常見的量值，如長度、直徑、轉速及功率等分級，基本上都是按一定的優(yōu)先數系進行的。本課程所涉及的有關標準里，諸如尺寸分段、公差分級及表面粗糙度的參數系列等，基本上采用優(yōu)先數系。第三十五頁，共50頁。1.3本課程的研究對象及任務

1.3.1研究對象從“精度”和“誤差”兩方面去分析和研究機械零件及機構的幾何參數，解決機器的使用要求與制造工藝之間的矛盾。本課程主要討論的是機械精度的分析與計算。

1.3.2本課程的任務

使學生獲得有關幾何量公差與測量技術方面的基本理論、基本知識和基本技能。第三十六頁，共50頁。機械精度設計在機械產品的設計過程中，需進行三方面的分析計算：

（1）運動分析與計算。根據機器或機構應實現的運動，由運動學原理，確定機器或機構的合理的傳動系統，選擇合適的機構或元件，以保證實現預定的動作，滿足機器或機構的運動方面的要求。

（2）強度的分析與計算。根據強度、剛度等方面的要求，決定各個零件的合理的基本尺寸，進行合理的結構設計，使其在工作時能承受規(guī)定的負荷，達到強度和剛度方面的要求。

（3）幾何精度的分析與計算。零件基本尺寸確定后，還需要進行精度計算，以決定產品各個部件的裝配精度以及零件的幾何參數和公差。第三十七頁，共50頁。精度設計原則

互換性原則：機械零件幾何參數的互換性是指同種零件在幾何參數方面能夠彼此互相替換的性能。

經濟性原則：工藝性、合理的精度要求、合理選材、合理的調整環(huán)節(jié)、提高壽命。

匹配性原則：根據機器或位置中各部分各環(huán)節(jié)對機械精度影響程度的不同，對各部分各環(huán)節(jié)提出不同的精度要求和恰當的精度分配，做到恰到好處，這就是精度匹配原則。

最優(yōu)化原則：探求并確定各組成零、部件精度處于最佳協調時的集合體。例如探求并確定先進工藝，優(yōu)質材料等。第三十八頁，共50頁。本課程在設計中的地位確定齒輪設計參數（傳遞功率、轉速、傳動比、壽命、載荷特征)齒輪傳動結構形式和布置形式（開式、閉式、對稱）確定材料及熱處理（齒面、硬度）確定齒輪基本參數（模數、齒數、齒寬、壓力角等）接觸疲勞強度校核確定齒輪精度等級（公差組、檢驗組、粗糙度等）彎曲疲勞強度校核第三十九頁，共50頁。1.3.3本課程的學習要求學生通過本課程的學習應達到下列基本目標：1．掌握幾何量公差、標準化以及計量學的基本知識。深刻領會上述幾方面在實現發(fā)展互換性生產、保證產品質量體系中所起的重要作用。2．確切理解有關公差標準的基本術語和定義，掌握標準的內容和特點。初步掌握選用公差、進行精度設計的基本原則。3.學會幾何量的測量方法，具有正確處理測量數據的初步能力。第四十頁，共50頁。學習要求1．學生在學習本課程之前，應有識圖和制圖能力，懂得機械的一般機構原理，掌握機械制造的初步基礎知識。2.獨立認真完成課后練習和作業(yè)。3.充分做好實驗課前準備，獨立做好每一項實驗，認真完成實驗報告。4.除《畫法幾何及機械制圖》外，了解并適當掌握《金屬工藝學》、《機械原理》、《測試技術》等有關課程的內容。5．勤于思考、勇于創(chuàng)新。第