互換性與測量緒論資料

互換性與測量緒論資料第一頁，共37頁。本課程的作用和任務

研究機械設計中是怎樣正確合理的確定各種零部件的幾何精度及相互間的配合關系，著重研究測量工具和儀器的測量原理及正確使用方法，掌握一定的測量技術，具體要求如下：1.初步建立互換性的基本概念，熟悉有關公差配合的基本術語和定義。2.了解多種公差標準，重點是圓柱體公差與配合，形位公差以及表面粗糙度標準。3.基本掌握公差與配合的選擇原則和方法，學會正確使用各種工具書，并能完成重點公差的圖樣標注。第二頁，共37頁。課程性質(zhì)：專業(yè)基礎課，將標準化和計量學的有關部分有機的結(jié)合在一起，而且涉及機械設計，機械制造，質(zhì)量控制等多方面。本課程的性質(zhì)：特點：概念多，涉及標準多。第三頁，共37頁。1、李柱等編，互換性與技術測量—幾何產(chǎn)品技術規(guī)范與認證GPS，高等教育出版社，20042、王伯平，互換性與技術測量，高等教育出版社，20053、萬書亭，互換性與技術測量基礎，電子工業(yè)出版社，20074、機械工程基礎與通用標準實用叢書編委會編，形狀與位置公差—機械工程基礎與通用標準實用叢書，中國計量出版社參考資料第四頁，共37頁。難點內(nèi)容：

機械精度設計的基本原則及主要方法。

緒論

重點內(nèi)容：1、掌握互換性概念及其應具備的兩個條件；2、有關標準化、優(yōu)先數(shù)、技術測量的術語及定義；3、了解機械精度設計的基本理論及方法第五頁，共37頁。舉例：機器上的螺釘、燈泡，自行車、縫紉機、鐘表上的零部件。

一、互換性概述1、

互換性的基本概念(1）、互換性含義在同一規(guī)格的一批零件和部件中，任取其一，不需任何挑選或附加修配（如鉗工修配），就能裝在機器（或部件）上，達到規(guī)定的功能要求。第六頁，共37頁。B：不完全互換性

特點：因特殊原因，只允許零件在一定范內(nèi)互換。(2）、互換性分類1)、讓互換性的程度分類：完全互換和不完全互換A．完全互換性特點：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，100%的互換。

第七頁，共37頁。舉例：滾動軸承的滾動體，內(nèi)圈，外圈和保持架（隔離架）之間的互換性為內(nèi)互換性；軸承內(nèi)圈和軸頸的配合及外圈和機座孔的配合為外互換性。2）、按互換的部位分類：內(nèi)互換和外互換A.內(nèi)互換：部件或機構(gòu)內(nèi)部組成零件間的互換性。B.外互換：部件或機構(gòu)與其相配件間的互換性。第八頁，共37頁。2、互換性應同時具備的兩個條件

1）不需要輔助加工及修配便能裝配與更換；2）裝配與更換后能滿足使用和生產(chǎn)上的需求。

3、互換性包括幾何參數(shù)和機械性能的互換A、機械性能包括很多方面，例如：剛度、強度、硬度、傳熱性、導電性、熱穩(wěn)定性還有其它物理化學參數(shù)等。B、幾何參數(shù)一般包括尺寸大小、幾何形狀（宏、微觀）以及相互位置關系等。

本課程只討論幾何參數(shù)的互換。第九頁，共37頁。使用維修方面：減少了機器維修的時間和費用，提高了機器的使用價值。4、互換性在機械制造中的作用設計方面：可以最大限度地采用標準件、通用件和標準部件，大大簡化了繪圖和計算工作，縮短了設計周期，并有利于計算機輔助設計和產(chǎn)品的多樣化。

制造方面：有利于組織專業(yè)化生產(chǎn)，便于采用先進工藝和高效率的專用設備，有利于計算機輔助制造，及實現(xiàn)加工過程和裝配過程機械化、自動化。第十頁，共37頁。5、互換性的生產(chǎn)簡史互換性生產(chǎn)是隨著生產(chǎn)的發(fā)展而產(chǎn)生發(fā)展的。

對有配合要求的零件，最初是按照“配置”的方式制造。以孔配軸，以軸配孔，裝配時必須對號入座，生產(chǎn)效率低?；Q性生產(chǎn)是從出現(xiàn)第一個標準量規(guī)開始的。

按一個標準的孔或軸來制造軸或孔，不久這種標準的孔或軸做成卡規(guī)或環(huán)規(guī)。標準量規(guī)是單個使用，對零件要求過高（要求恰好緊密的通過零件），其使用受得限制。第十一頁，共37頁。

極限量規(guī)的產(chǎn)生事實上，使用要求不是絕對的，間隙略有變動只要不超過一定范圍，也能滿足使用要求，也就允許孔、軸實際尺寸在一定范圍內(nèi)變動。故按孔、軸的允許最大尺寸和最小尺寸，分別做成兩套量規(guī)，即極限量規(guī)。應用

首先應用于兵器工業(yè)，接著應用于各種兵器、制造行業(yè)。第十二頁，共37頁。環(huán)規(guī)塞規(guī)卡規(guī)第十三頁，共37頁。二、公差標準和幾何量的測量（公差標準化）

現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)的特點是規(guī)模大，協(xié)作單位多，互換性要求高，為了正確協(xié)調(diào)各生產(chǎn)部門和準確銜接各生產(chǎn)環(huán)節(jié)，必須有一種協(xié)調(diào)手段，使分散的局部的生產(chǎn)部門和生產(chǎn)環(huán)節(jié)保持必要的技術統(tǒng)一。成為一個有機的整體，以實現(xiàn)互換性生產(chǎn)。

標準與標準化正是聯(lián)系這種關系的主要途徑和手段，是實現(xiàn)互換性的基礎。第十四頁，共37頁。1）公差標準

A技術標準：對產(chǎn)品和工程建設質(zhì)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。

B公差標準：對零件的公差和相互配合所制訂的標準。第十五頁，共37頁。

在國際上，為了促進世界各國在技術上的統(tǒng)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。

2）加工誤差和公差

A加工誤差：加工過程中產(chǎn)生的尺寸、幾何形狀和相互位置誤差。

B公差：允許零件幾何參數(shù)的變動量稱為公差，也就是由設計人員給定的允許零件的最大誤差。第十六頁，共37頁。三、計量技術的發(fā)展簡介1、米的定義

第一個米的定義

1791年，法國議會批準了達特蘭提出的以通過巴黎的地球子午線的1/4000萬為1m的定義。歷時6年，測量了西班牙巴塞羅那到法國敦克爾刻的地球子午線長度。1795年，法國國民議會頒布新的度量衡制度，米的長度以“自北極到赤道段經(jīng)過巴黎的子午線的一千萬分之一”為標準。第十七頁，共37頁。1799年測繪學家的大地測量工作最終完成，按測量結(jié)果制作了3.5x20mm矩形截面的鉑桿，以此桿兩端之間的距離為1m，此桿保存在巴黎檔案局，成為檔案米尺。1872年，在法國召開的討論米制的第二次國際會議上，決定放棄檔案尺的米定義，以鉑銥合金制造的米原器來代替。瑞士日內(nèi)瓦物理公司，制作了31根鉑銥合金尺。1875年5月20日，17個國家簽署了米制公約簽訂，決定成立國際計量局（BIPM）。這是計量學走向國家統(tǒng)一的里程碑。這一天稱為“國際計量日”。第十八頁，共37頁。1889年，第一屆國際計量大會（GCGPM）召開。遴選了與保存在巴黎檔案局的檔案尺數(shù)值最為接近的第六號尺，批準為國際米原器，并宣布“該米原器以后在冰融點溫度時代表長度的米單位”。保存在巴黎國際權(quán)度局（現(xiàn)稱國際計量局）。精度：一般認為0.3μm。1927年，第七屆國際計量大會進一步明確：“長度的單位是米，規(guī)定為國際計量局（BIPM）所保存的鉑銥尺上所刻的兩條中間刻線的軸線在0oC時的距離”第二個米的定義1960年，第十一屆國際計量大會正式批準廢除鉑銥米原器。

第十九頁，共37頁。米定義：“米等于86Kr原子的2P10和5d5能級間的躍遷所對應的輻射在真空中波長的165076.73個波長的長度?！?/p>

86Kr譜線寬度為5x10ˉ4nm,干涉能力約為750mm，波長不確定度為1x10-8,它比米原器或鎘紅線的準確高度約一個數(shù)量級。CIPM（國際計量委員會）還通過建議，規(guī)定了生產(chǎn)86Kr基準輻射的放電管形成、參數(shù)和使用條件。并認為在滿足使用條件時，其輻射波長在1x10-8范圍內(nèi)等于未受擾動原子所發(fā)射的波長。第二十頁，共37頁。

第三個定義1960年激光誕生。20世紀70年代初，激光穩(wěn)頻技術的發(fā)展，使激光的復現(xiàn)性和易于應用方面已大大優(yōu)于86Kr基準，且由激光頻率測量及給定的光速值所導出的激光波長的準確度比86Kr基準輻射更好。同時，對于天文和大地測量領域，保持光速值不變具有重要意義，因此，米定義咨詢委員會（CCDM）認為用光速定義米的時機已經(jīng)成熟。

1983年國際計量大會通過新的米定義：“米等于光在真空中299792458分之一秒時間間隔內(nèi)所經(jīng)路徑的長度”。第二十一頁，共37頁。1、優(yōu)先數(shù)與優(yōu)先數(shù)系的引入在機械設計中，常常需要確定很多參數(shù)，而這些參數(shù)往往不是孤立的，一旦選定，這個數(shù)值就會按照一定規(guī)律，向一切有關的參數(shù)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(shù)值如此不斷關聯(lián)、不斷傳播，所以，機械產(chǎn)品中的各種技術參數(shù)不能隨意確定。為使產(chǎn)品的參數(shù)選擇能遵守統(tǒng)一的規(guī)律，使參數(shù)選擇一開始就納入標準化軌道，必須對各種技術參數(shù)的數(shù)值作出統(tǒng)一規(guī)定?！秲?yōu)先數(shù)和優(yōu)先數(shù)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(chǎn)品技術參數(shù)盡可能采用它。

四、優(yōu)先數(shù)與優(yōu)先數(shù)系第二十二頁，共37頁。2、優(yōu)先數(shù)和優(yōu)先數(shù)系

（1）數(shù)值標準化制定公差標準以及設計零件的結(jié)構(gòu)參數(shù)時，都需要通過數(shù)值表示。任何產(chǎn)品的參數(shù)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(chǎn)品的參數(shù)值。如：螺母直徑數(shù)值，影響并決定螺釘直徑數(shù)值以及絲錐、螺紋塞規(guī)、鉆頭等系列產(chǎn)品的直徑數(shù)值。由于參數(shù)值間的關聯(lián)產(chǎn)生的擴散稱為“數(shù)值擴散”。為滿足不同的需求，產(chǎn)品必然出現(xiàn)不同的規(guī)格，形成系列產(chǎn)品。產(chǎn)品數(shù)值的雜亂無章會給組織生產(chǎn)、協(xié)作配套、使用維修帶來困難。故需對數(shù)值進行標準化。第二十三頁，共37頁。（2）

優(yōu)先數(shù)系

優(yōu)先數(shù)系是一種十進制的幾何級數(shù)。我國標準GB321-80與國際標準ISO推薦R5、R10、R20、R40、R80系列，前四項為基本系列（見表緒-1），R80為補充系列。其公比為：R5系列q5≈1.6R10系列q10≈1.25R20系列q20≈1.12R40系列q40≈1.06R80系列q80≈1.03第二十四頁，共37頁。R5，R10，R20，R40系列數(shù)見P5表緒-1。R80系列數(shù)數(shù)值分得更細，作為補充，而R5不包括2倍關系數(shù)R51.001.602.504.006.3010.00R101.001.251.602.002.503.154.005.006.308.0010.00R201.001.121.251.401.601.802.002.242.502.803.153.554.004.505.005.606.307.108.009.0010.00R401.001.061.121.181.251.321.401.501.601.701.801.902.002.122.242.362.502.652.803.003.153.353.553.754.004.254.504.755.005.305.606.006.306.707.107.508.008.509.009.5010.00第二十五頁，共37頁。（3）變形系列

A．派生系列

從基本（或補充）系列中每隔P項導出的系列。如R20/3（1.0，…）即是：1.0，1.40，2.0，2.8，……。

B.移位系列

它的公比與某一基本系列相同但項值不同。例如：項值從25.8開始的R80/8系列，是項值從25.0開始的R10系列的移位系列。

C.復合系列指幾個公比不同的系列組合而成的變形系列。10，16，25，35.5，50，71，100，125，160就是由R5、R20/3、R10三個系列構(gòu)成的。

第二十六頁，共37頁。例題1試寫出R10從0.012到100的優(yōu)先數(shù)。

0.012，0.016，0.020，0.025，0.032，0.040，0.05，0.06，0.08，

0.10，0.125，0.16，0.20，0.25，0.315，0.40，0.50，0.63，0.80，1.0，1.25，1.6，2.0，2.5，3.2，4.0，5.0，6.3，8.0，10.0，12.5，16.0，20.0，25.0，31.5，40.0，50.0，63.0，80.0，100第二十七頁，共37頁。3、優(yōu)先數(shù)和優(yōu)先數(shù)系的特點

優(yōu)先數(shù)系的五個系列中任一個項值均為優(yōu)先數(shù)。按公比計算得到的優(yōu)先數(shù)的理論值，除10的整數(shù)冪外，都是無理數(shù)，工程技術上不能直接應用。實際應用的都是經(jīng)過圓整后的近似值。根據(jù)圓整的精確程度，可分為：

（1）計算值：取五位有效數(shù)字，供精確計算用。

（2）常用值：即經(jīng)常使用的通常所稱的優(yōu)先數(shù)，取三位有效數(shù)字。

國家標準規(guī)定的優(yōu)先數(shù)系分檔合理，疏密均勻，有廣泛的適用性，簡單易記，便于使用。常見的量值，如長度、直徑、轉(zhuǎn)速及功率等分級，基本上都是按一定的優(yōu)先數(shù)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(shù)系列等，基本上采用優(yōu)先數(shù)系。第二十八頁，共37頁。五、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(shù)是否在規(guī)定的極限范圍內(nèi)，并作出合格性判斷，而不必得出被測量的具體數(shù)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(shù)值的過程。第二十九頁，共37頁。

意義：檢測不僅用來評定產(chǎn)品質(zhì)量，而且用于分析產(chǎn)生不合格品的原因，及時調(diào)整生產(chǎn)，監(jiān)督工藝過程，預防廢品產(chǎn)生。檢測是機械制造的“眼睛”。產(chǎn)品質(zhì)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。所以，合理地確定公差與正確進行檢測，是保證產(chǎn)品質(zhì)量、實現(xiàn)互換性生產(chǎn)的兩個必不可少的條件和手段。第三十頁，共37頁。六、機械精度設計概述

一般來說，在機械產(chǎn)品的設計過程中，需要進行以下三方面的分析計算：

（1）運動分析與計算。根據(jù)機器或機構(gòu)應實現(xiàn)的運動，由運動學原理，確定機器或機構(gòu)的合理的傳動系統(tǒng)，選擇合