機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)（第2版） 課件 【ch3】互換性技術(shù)

單元三互換性技術(shù)“十二五”職業(yè)教育國家規(guī)劃教材機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)（第2版）“十三五”職業(yè)教育國家規(guī)劃教材01互換性概念PARTONE3.1互換性概念互換性可以分為廣義互換性和狹義互換性。廣義互換性是指機(jī)器的零件在各種性能方面都具有互換性,如零件的幾何參數(shù)、力學(xué)性能、抗腐蝕性、熱變形、電導(dǎo)性等。狹義互換性是指機(jī)器的零部件只滿足幾何參數(shù)方面的要求,如尺寸、形狀、位置和表面粗糙度的要求。按互換性的程度又可把互換性分為完全互換和有限互換。一、互換性基本概念3.1互換性概念標(biāo)準(zhǔn)化是社會生產(chǎn)的產(chǎn)物,反過來它又能推動社會生產(chǎn)的發(fā)展。標(biāo)準(zhǔn)化包含了標(biāo)準(zhǔn)制定、貫徹和標(biāo)準(zhǔn)修訂的全部過程。在機(jī)械制造中,標(biāo)準(zhǔn)化是實現(xiàn)互換性的必要前提。技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)(簡稱標(biāo)準(zhǔn))即技術(shù)法規(guī),是從事生產(chǎn)建設(shè)工作以及商品流通等的一種共同技術(shù)依據(jù),它以生產(chǎn)實踐、科學(xué)試驗及可靠經(jīng)驗為基礎(chǔ)，由有關(guān)方面協(xié)調(diào)制定，由主管部門批準(zhǔn)，以特定形式發(fā)布,作為共同遵守的準(zhǔn)則和依據(jù)。標(biāo)準(zhǔn)可以按不同級別頒布。我國技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)分為國家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、地方標(biāo)準(zhǔn)和企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)4級。二、標(biāo)準(zhǔn)化概念02光滑圓柱結(jié)合的公差與配合PARTtwo3.2光滑圓柱結(jié)合的公差與配合一、概述圓柱結(jié)合通常指孔和軸的結(jié)合,是機(jī)器中最廣泛采用的一種結(jié)合形式。為使加工后的孔與軸能滿足互換性要求，必須在設(shè)計中采用公差與配合標(biāo)準(zhǔn)。圓柱結(jié)合的公差與配合是最早建立的，也是最基本的標(biāo)準(zhǔn)，是機(jī)械制造中的基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)。公差與配合的標(biāo)準(zhǔn)化不僅可以防止任意規(guī)定公差與配合數(shù)值的混亂現(xiàn)象,保證了零部件的互換性和質(zhì)量,而且還有利于刀具、量具的標(biāo)準(zhǔn)化，有利于廣泛組織專業(yè)化協(xié)作生產(chǎn)和國際間的技術(shù)交流。3.2光滑圓柱結(jié)合的公差與配合二、公差與配合的基本術(shù)語和定義1、有關(guān)孔和軸的定義軸與孔結(jié)合在機(jī)械制造中得到了廣泛的應(yīng)用，除圓柱形內(nèi)外表面的軸和孔，還有其他形式的表面也定義為軸和孔，如圖3-1所示。3.2光滑圓柱結(jié)合的公差與配合2、有關(guān)尺寸的術(shù)語及定義尺寸是指用特定單位表示長度值的數(shù)字。長度包括直徑、半徑、寬度、深度、高度和中心距等。在機(jī)械制造中常用毫米(mm)為單位，在標(biāo)注時常將單位省略,僅標(biāo)注數(shù)值。(1)尺寸：指的是長度的值,由數(shù)字和特定單位兩部分組成,包括長度、寬度和中心距等。(2)基本尺寸：是指設(shè)計給定的尺寸。(3)實際尺寸：是指通過測量所得的尺寸。(4)極限尺寸：是指允許尺寸變化的兩個界限值。3.2光滑圓柱結(jié)合的公差與配合2、有關(guān)尺寸的術(shù)語及定義(5)最大實體極限：是指對應(yīng)于孔或軸最大實體尺寸的那個極限尺寸，即孔的最小極限尺寸和軸的最大極限尺寸；最大實體尺寸：是孔或軸具有允許的材料量為最多狀態(tài)下的極限尺寸。(6)最小實體極限：是指對應(yīng)于孔或軸最小實體尺寸的那個極限尺寸，即孔的最大極限尺寸(Dmx)和軸的最小極限尺；最小實體尺寸：是孔或軸具有允許的材料量為最少狀態(tài)下的極限尺寸。最大實體極限和最小實體極限統(tǒng)稱為實體極限。3.2光滑圓柱結(jié)合的公差與配合3、有關(guān)尺寸偏差和公差的術(shù)語及定義(4)零線。在極限與配合示意圖中,表示基本尺寸的一條直線即為零線，以其為基準(zhǔn)確定偏差和公差。通常,零線沿水平方向繪制,正偏差位于其上,負(fù)偏差位于其下,如圖3-2所示。3.2光滑圓柱結(jié)合的公差與配合3、有關(guān)尺寸偏差和公差的術(shù)語及定義(5)尺寸公差帶。尺寸公差帶是表示零件的尺寸相對于其基本尺寸所允許變動的范圍,簡稱公差帶。用圖表示的公差帶,稱為公差帶圖，如圖3-3所示。3.2光滑圓柱結(jié)合的公差與配合4、有關(guān)配合的術(shù)語及定義配合是指基本尺寸相同的相互結(jié)合的孔、軸公差帶之間的關(guān)系。這種關(guān)系決定著配合的松緊程度，而這松緊程度是用間隙和過盈來描述的。(1)間隙或過盈。孔的尺寸減去相配合的軸的尺寸所得的代數(shù)差,此差值為正時其配合為間隙,為負(fù)時其配合為過盈。配合可分為間隙配合、過盈配合和過渡配合三種。3.2光滑圓柱結(jié)合的公差與配合4、有關(guān)配合的術(shù)語及定義(2)間隙配合。間隙配合是指具有間隙(包括最小間隙等于零)的配合。此時,孔的公差帶在軸的公差帶之上,如圖3-4所示。3.2光滑圓柱結(jié)合的公差與配合4、有關(guān)配合的術(shù)語及定義(3)過盈配合過盈配合是指具有過盈(包括最小過盈等于零)的配合。此時,孔的公差帶在軸的公差帶之下,如圖3-5所示。3.2光滑圓柱結(jié)合的公差與配合4、有關(guān)配合的術(shù)語及定義(4)過渡配合。可能具有間隙或過盈的配合,稱為過渡配合。此時,孔的公差帶與軸的公差帶相互交疊,如圖3-6所示。3.2光滑圓柱結(jié)合的公差與配合4、有關(guān)配合的術(shù)語及定義(5)配合公差。允許間隙或過盈的變動量,稱為配合公差。它表明配合松緊程度的變化范圍。配合公差越大,配合精度越低;配合公差越小，配合精度越高。用直角坐標(biāo)表示出相配合的孔與軸的間隙或過盈的變動范圍的圖形叫作配合公差帶圖,如圖3-7所示。3.2光滑圓柱結(jié)合的公差與配合三、公差與配合國家標(biāo)準(zhǔn)的組成與特點1、基準(zhǔn)制（1）基孔制：是指基本偏差為一定的孔的公差帶，與不同基本偏差的軸的公差帶所形成的各種配合的一種制度，如圖3-8(a)所示。(2)基軸制：是指基本偏差為一定的軸的公差帶,與不同基本偏差的孔的公差帶形成的各種配合的一種制度,如圖3-8(b)所示。3.2光滑圓柱結(jié)合的公差與配合2、標(biāo)準(zhǔn)公差系列（1）標(biāo)準(zhǔn)公差等級：為實現(xiàn)互換性和滿足各種使用要求，公差與配合國家標(biāo)準(zhǔn)對形成各種配合的公差帶進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)化,形成標(biāo)準(zhǔn)公差和基本偏差兩個系列，即公差帶大小由標(biāo)準(zhǔn)公差確定，公差相對于零線的位置由基本偏差確定。（2）標(biāo)準(zhǔn)公差值：公差值的大小與公差等級和基本尺寸有關(guān),計算公差值分三段：IT5~IT18考慮加工誤差和測量誤差，并采用了R5優(yōu)先數(shù)系；IT01~IT1因公差值較小主要考慮測量誤差；IT2~IT4在IT1IT5之間按等比級數(shù)插的等級，即IT2=IT1Xq。3.2光滑圓柱結(jié)合的公差與配合3、基本偏差系列(1)基本偏差代號。國家標(biāo)準(zhǔn)(簡稱國標(biāo))中已將基本偏差標(biāo)準(zhǔn)化，規(guī)定了孔、軸各28種公帶位置，分別用拉丁字母表示,在26個拉丁字母中去掉易與其他含義混淆的五個字母I、L、O、Q、W(l、i、o、q、w),同時增加CD、EF、FG、JS、ZA、ZB、ZC(cd、ef、fg、js、za、zb、zc)七個雙字母,共有28種基本偏差系列。(2)基本偏差系列圖及其特征。圖3-9是基本偏差系列圖,它表示基本尺寸相同的28種軸、孔基本偏差相對零線的位置。3.2光滑圓柱結(jié)合的公差與配合3、基本偏差系列(3)軸的基本偏差確定。軸的基本偏差數(shù)值是以基孔制為基礎(chǔ),根據(jù)各種配合要求，經(jīng)過理論計算、試驗或統(tǒng)計分析得到的，見表3-3。(4)孔的基本偏差確定。同一字母的孔的基本偏差與軸的基本偏差相對零線完全對稱，即孔與軸的基本偏差絕對值相等，而符號相反，見表3-4。3.2光滑圓柱結(jié)合的公差與配合3、基本偏差系列(5)圓柱孔、軸公差配合在圖樣上的標(biāo)注。孔和軸的公差帶在零件圖上的標(biāo)注如圖3-10所示，主要標(biāo)注上下極限偏差數(shù)值，也可附注基本偏差代號及公差等級。3.2光滑圓柱結(jié)合的公差與配合4、圖標(biāo)中規(guī)定的公差帶與配合(1)公差帶代號。對于基本尺寸一定的孔和軸,若定了基本偏養(yǎng)代號和公差等級，則其公差帶的位置和大小即已完全確定。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：在基本偏差代號之后加注公差等級的代號(數(shù)字),就稱為公差帶代號。(2)配合代號。將相配合的孔、軸的公差帶代號寫成分?jǐn)?shù)形式,分子為孔的公差帶代號,分母為軸的公差帶代號,就稱為配合代號，即為配合代號。3.2光滑圓柱結(jié)合的公差與配合4、圖標(biāo)中規(guī)定的公差帶與配合(3)公差帶與配合的優(yōu)化。圖3-12所示的軸的一般公差帶為116種常用公差帶(方框內(nèi)的)為9種優(yōu)先公差帶(圓圈中)為13種。3.2光滑圓柱結(jié)合的公差與配合4、圖標(biāo)中規(guī)定的公差帶與配合(3)公差帶與配合的優(yōu)化。圖3-13所示的孔的一般公差帶為105種常用公差帶(方框內(nèi)的)為44種優(yōu)先公差帶(圓圈中)為13種。3.2光滑圓柱結(jié)合的公差與配合5、一般公差線性尺寸的未注公差一般公差是指在車間一般加工條件下可保證的公差，是機(jī)床設(shè)備在正常維護(hù)和操作情況下,能達(dá)到的經(jīng)濟(jì)加工精度。采用一般公差時,在該尺寸后不標(biāo)注極限偏差或其他代號，所以也稱未注公差。一般公差主要用于較低精度的非配合尺寸。一般公差適用于金屬切削加工的尺寸、一般沖壓加工的尺寸。對非金屬材料和其他工藝方法加工的尺寸亦可參照采用。3.2光滑圓柱結(jié)合的公差與配合四、公差與配合的選擇1、基準(zhǔn)制選擇設(shè)計原則優(yōu)先采用基孔制壽命原則特殊情況可以采用非基準(zhǔn)制有些情況下選擇基軸制3.2光滑圓柱結(jié)合的公差與配合2、尺寸公差等級的選擇(1)公差等級的選擇原則。選擇公差等級就是解決制造精度與制造成本之間的矛盾。在滿足使用性能的前提下盡量選取較低的公差等級。(2)公差等級的選擇方法。a.類比法(經(jīng)驗法)；b.計算法。3.2光滑圓柱結(jié)合的公差與配合(3)確定公差等級應(yīng)考慮的幾個問題：a.一般的非配合尺寸要比配合尺寸的公差等級低；b.遵守工藝等價原則；c.在滿足配合要求的前提下,孔,軸的公差等級可以任意組合,不受工等價原則的限制；d.與標(biāo)準(zhǔn)件配合的零件,其公差等級由標(biāo)準(zhǔn)件的精度要求所決定；e.用類比法確定公差等級時，一定要查明各公差等級的應(yīng)用范圍和公差等級的選擇實例；f.在滿足設(shè)計要求的前提下，應(yīng)盡量考慮工藝的可能性和經(jīng)濟(jì)性配合的選擇。3.2光滑圓柱結(jié)合的公差與配合3、配合的選擇(1)配合選擇的任務(wù)。當(dāng)基準(zhǔn)配合制和孔、軸公差等級確定之后,配合選擇的任務(wù)是：確定非基準(zhǔn)件(基孔制配合中的軸或基軸配合制中的孔)的基本偏差代號。(2)配合選擇的方法。配合的選擇方法有類比法、計算法和試驗法三種。(3)配合選擇的步驟。確定配合的類型確定非基準(zhǔn)件的基本偏差代號配合選擇的注意事項03形狀和位置公差PARTthree3.3形狀和位置公差形位公差的研究對象是構(gòu)成零件幾何特征的點、線、面,統(tǒng)稱為幾何要素,簡稱要素,如圖3-16所示。一、形位公差的研究對象————幾何要素3.3形狀和位置公差1.幾何要素分類。(1)按結(jié)構(gòu)特征分為“輪廓要素”和“中心要素”；(2)按存在的狀態(tài)分為“理想要素”和“實際要素”；(3)按所處地位分為“被測要素”和“基準(zhǔn)要素”；(4)按功能關(guān)系分為“單一要素”和：關(guān)聯(lián)要素“。一、形位公差的研究對象————幾何要素3.3形狀和位置公差2、形位公差的特征項目及符號。一、形位公差的研究對象————幾何要素3.3形狀和位置公差3，形位公差的標(biāo)注。按形位公差國家標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，在圖樣上標(biāo)注形位公差時，應(yīng)采用代號標(biāo)注。形位公差框格有兩格或多格,它可以水平放置，也可以垂直放置，自左至右依次填寫公差符號、公差數(shù)值(單位為mm)基準(zhǔn)代號字母，如圖3-17所示。一、形位公差的研究對象————幾何要素3.3形狀和位置公差4、形位公差帶。形位公差帶是用來限制被測實際要素變動的區(qū)域。只要被測要素完全落在給定的公差帶區(qū)域內(nèi)，就表示被測要素的形狀和位置符合設(shè)計要求。一、形位公差的研究對象————幾何要素3.3形狀和位置公差盡管零件的種類繁多,但構(gòu)成零件幾何形狀的要素不外乎是直線、曲線,平面、回轉(zhuǎn)面和曲面等。形狀公差項目有下列6項。1、直線度。直線度公差用于控制直線、軸線的形狀誤差。根據(jù)零件的功能要求,直線度可分為在給定平面內(nèi)、在給定方向上和任意方向上三種情況。二、各項形狀公差及其公差帶3.3形狀和位置公差2、平面度。平面度公差帶是距離為公差值的兩平行平面之間的區(qū)域，如圖3-25(b)所示。當(dāng)零件的上表面有平面度要求,如圖3-25(a)所示,則被測表面必須位于距離位公差值0.1mm的兩平行平面之內(nèi)。二、各項形狀公差及其公差帶3.3形狀和位置公差3、圓度。圓度公差帶是垂直于軸線的任一正截面上半徑為公差值t的兩同心圓之間的區(qū)域。圓度公差用于控制回轉(zhuǎn)表面(如圓柱面、圓錐面、球面等)的徑向截面輪廓。二、各項形狀公差及其公差帶3.3形狀和位置公差4.圓柱度。圓柱度公差帶是半徑差為公差值t的兩同軸圓柱面之間的區(qū)域。圓度公差是控制圓柱形、圓錐形等回轉(zhuǎn)體橫截面的形狀誤差的，圓柱度公差則綜合控制圓柱面縱橫截面的各種形狀誤差。二、各項形狀公差及其公差帶3.3形狀和位置公差5、線輪廓度。線輪廓度的公差帶是包絡(luò)一系列直徑為公差值t的圓的兩包絡(luò)線之間的區(qū)域。線輪廓度公差用以控制平面曲線(或曲面的截面輪廓)的形狀或位置誤差。二、各項形狀公差及其公差帶3.3形狀和位置公差位置公差是指關(guān)聯(lián)實際要素的位置對基準(zhǔn)所允許的變動全量。根據(jù)關(guān)聯(lián)要素對基準(zhǔn)功能要求的不同,位置公差又分為定向公差、定位公差和跳動公差3類。定向公差是指關(guān)聯(lián)實際要素對基準(zhǔn)在方向上允許的變動全量。定位公差是關(guān)聯(lián)實際要素對基準(zhǔn)在位置上允許的變動全量。跳動公差是以特定的檢測方式為依據(jù)而給定的公差項目。三、位置公差3.3形狀和位置公差1、形狀公差帶與位置公差的關(guān)系。同一要素上給定的形狀公差值應(yīng)小于位置公差值。如同一平面,平面度公差值應(yīng)小于該平面對基準(zhǔn)的平行度公差值。2、形狀公差與尺寸公差的關(guān)系。圓柱形零件的形狀公差(軸線直線度除外)應(yīng)小于其尺寸公差值,平行度公差值應(yīng)小于其相應(yīng)的距離尺寸的公差值。四、形位公差的選擇04表面結(jié)構(gòu)PARTfore3.4表面結(jié)構(gòu)一、零件表面結(jié)構(gòu)的基本概念零件表面經(jīng)過加工后,看起來很光,經(jīng)放大觀察卻凹凸不平,如圖3-45所示。3.4表面結(jié)構(gòu)一、零件表面結(jié)構(gòu)的基本概念1、粗糙度輪廓。粗糙度輪廓是指加工后的零件表面輪廓中具有較小間距和谷峰的那部分。2、波紋度輪廓。波紋度輪廓是表面輪廓中不平度的間距比粗糙度輪廓大得多的那部分。3、原始輪廓。原始輪廓是忽略了粗糙度輪廓和波紋度輪廓之后的總的輪廓。3.4表面結(jié)構(gòu)一、零件表面結(jié)構(gòu)的基本概念4、評定表面結(jié)構(gòu)