互換性與測(cè)量技術(shù)基礎(chǔ) 課件 第1章 緒論

互換性與技術(shù)測(cè)量互換性與測(cè)量技術(shù)基礎(chǔ)1結(jié)合涉及課程概述2024/9/92課程簡(jiǎn)介互換性與技術(shù)測(cè)量課程屬于高等學(xué)校機(jī)械類專業(yè)的一門重要的技術(shù)基礎(chǔ)課；標(biāo)準(zhǔn)化計(jì)量學(xué)機(jī)械設(shè)計(jì)機(jī)械制造質(zhì)量控制生產(chǎn)管理互換性與技術(shù)測(cè)量課程概述2024/9/93課程性質(zhì)《互換性與技術(shù)測(cè)量》是機(jī)械類各專業(yè)學(xué)生必修的一門專業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)課。它和《機(jī)械制圖》、《機(jī)械原理》、《機(jī)械設(shè)計(jì)》等課程一樣，是機(jī)械設(shè)計(jì)的重要基礎(chǔ)部分。本課程的性質(zhì)是研究機(jī)械結(jié)構(gòu)及其零部件的精度設(shè)計(jì)和檢測(cè)原理，即零部件幾何參數(shù)的互換性。本課程是聯(lián)系機(jī)械設(shè)計(jì)和機(jī)械制造工藝課的紐帶，是從基礎(chǔ)課過(guò)渡到專業(yè)課的橋梁。課程概述2024/9/94主要內(nèi)容本課程主要涉及幾何精度設(shè)計(jì)和幾何精度檢測(cè)兩大部分。尺寸精度幾何精度表面粗糙度典型零部件幾何精度設(shè)計(jì)幾何精度測(cè)量的基本方法原理幾何精度測(cè)量的基本設(shè)備儀器幾何精度檢測(cè)第1章緒論第2章尺寸公差與配合第3章幾何公差與檢測(cè)第4章表面粗糙度第5章測(cè)量技術(shù)基礎(chǔ)第6章典型零部件的互換性課程概述2024/9/95課程概述2024/9/96深入理解概念；及時(shí)解決問(wèn)題；建議學(xué)習(xí)方法多做練習(xí)作業(yè)；課前自行預(yù)習(xí)。第一章緒論互換性與幾何量測(cè)量技術(shù)（第三版）宋緒丁編著72024/9/91.1節(jié)課程研究對(duì)象、任務(wù)及基本特點(diǎn)2024/9/981.1.1課程的研究對(duì)象機(jī)械零部件幾何參數(shù)的精度設(shè)計(jì)其目的是實(shí)現(xiàn)幾何參數(shù)的互換性。通過(guò)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，合理解決產(chǎn)品使用要求和制造工藝之間的矛盾，以及運(yùn)用質(zhì)量控制方法和測(cè)量技術(shù)，保證產(chǎn)品質(zhì)量。精度設(shè)計(jì)：指保證機(jī)器或零部件工作時(shí)的精度方面的要求，使產(chǎn)品功能與經(jīng)濟(jì)效益能產(chǎn)生好的綜合效應(yīng)。研究對(duì)象：機(jī)械或儀器零部件幾何參數(shù)的精度設(shè)計(jì)及其檢測(cè)原理。1.1節(jié)課程研究對(duì)象、任務(wù)及基本特點(diǎn)2024/9/991.1.2課程的基本任務(wù)（1）掌握互換性和標(biāo)準(zhǔn)化的基本概念；（2）掌握公差標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容、特點(diǎn)和應(yīng)用原則；（3）根據(jù)功能要求，選用合適的公差與配合，即進(jìn)行精度設(shè)計(jì)，并能正確地標(biāo)注到圖樣上；（4）掌握一般幾何參數(shù)測(cè)量的基礎(chǔ)知識(shí)，會(huì)用計(jì)量器具。獲得機(jī)械精度設(shè)計(jì)和檢測(cè)的基本知識(shí)、技能，為機(jī)械設(shè)計(jì)、畢業(yè)設(shè)計(jì)、產(chǎn)品設(shè)計(jì)打下技術(shù)基礎(chǔ)。1.1節(jié)課程研究對(duì)象、任務(wù)及基本特點(diǎn)2024/9/9101.1.3課程的基本特點(diǎn)(1)本課程從“精度”和“誤差”的觀點(diǎn)出發(fā)，研究零部件的幾何參數(shù)的互換性。課程概念性和實(shí)踐性特別強(qiáng)，定義、術(shù)語(yǔ)、符號(hào)、代號(hào)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定特別多。(2)本課程由幾何量精度設(shè)計(jì)及檢測(cè)兩部分組成。精度設(shè)計(jì)的概念2024/9/911機(jī)械設(shè)計(jì)過(guò)程三階段系統(tǒng)設(shè)計(jì)（運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)）：確定機(jī)械的基本工作原理和總體布局，以保證總體方案的合理性與先進(jìn)性。主要是傳動(dòng)系統(tǒng)、位移、速度、加速度等運(yùn)動(dòng)學(xué)的設(shè)計(jì)。系統(tǒng)設(shè)計(jì)參數(shù)設(shè)計(jì)精度設(shè)計(jì)參數(shù)設(shè)計(jì)（結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)）：確定機(jī)構(gòu)各零件幾何要素的公稱值，主要依據(jù)是保證系統(tǒng)的能量轉(zhuǎn)換和工作壽命。必須按照靜力學(xué)與動(dòng)力學(xué)的原理，采用優(yōu)化、有限元等方法進(jìn)行計(jì)算，并按摩擦學(xué)和概率理論，進(jìn)行可靠性設(shè)計(jì)。精度設(shè)計(jì)的概念2024/9/912精度設(shè)計(jì)（公差設(shè)計(jì)）：確定機(jī)械各零件幾何要素的允許誤差。（1）誤差影響功能要求的滿足，誤差的大小與生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)性和產(chǎn)品的使用壽命密切相關(guān)。（2）誤差大，即精度低，導(dǎo)致機(jī)械產(chǎn)品不能實(shí)現(xiàn)預(yù)定的功能要求;（3）誤差小，即精度高，導(dǎo)致成本高，可能造成浪費(fèi)。機(jī)械設(shè)計(jì)過(guò)程三階段系統(tǒng)設(shè)計(jì)參數(shù)設(shè)計(jì)精度設(shè)計(jì)精度設(shè)計(jì)的概念2024/9/913機(jī)械產(chǎn)品報(bào)廢的原因主要是喪失幾何精度；機(jī)械產(chǎn)品的周期性檢修實(shí)質(zhì)上是其精度的檢定和修復(fù)。精度設(shè)計(jì)常識(shí)沒(méi)有足夠的幾何精度，機(jī)械產(chǎn)品就失去使用價(jià)值。幾何精度已經(jīng)逐漸形成一門獨(dú)立的技術(shù)學(xué)科，并越來(lái)越受到工程科學(xué)與技術(shù)界的高度重視。精度設(shè)計(jì)的概念2024/9/914基本原則：盡可能經(jīng)濟(jì)地滿足產(chǎn)品的功能要求。機(jī)械精度設(shè)計(jì)首先必須滿足產(chǎn)品的功能要求。功能要求主要依賴于組成該產(chǎn)品的各零件的幾何精度。需要對(duì)零件的功能要求進(jìn)行分析，然后對(duì)不同的要求給出不同的幾何精度。給出的幾何精度越高，允許的誤差越小，即公差愈?。ㄔ试S的誤差稱為公差），加工難度愈大成本愈高，經(jīng)濟(jì)性愈差。精度設(shè)計(jì)就是正確處理好零件功能要求與經(jīng)濟(jì)性之間的矛盾。精度設(shè)計(jì)基本原則精度設(shè)計(jì)的概念2024/9/915精度設(shè)計(jì)的三種方法1）類比法（經(jīng)驗(yàn)法）：將被設(shè)計(jì)產(chǎn)品與經(jīng)過(guò)實(shí)際使用證明合理的類似產(chǎn)品上相應(yīng)要素相比較再確定所設(shè)計(jì)零件幾何要素的精度。2）計(jì)算法（公式法）：根據(jù)由某種理淪建立起來(lái)的功能要求與幾何要素公差之間的定量關(guān)系，計(jì)算確定零件要素的精度。3）試驗(yàn)法：是最可靠的設(shè)計(jì)方法，但很少應(yīng)用。加工誤差與公差的概念2024/9/916任何一臺(tái)機(jī)器的零件都是按一定的加工工藝加工出來(lái)的，由于現(xiàn)有的加工設(shè)備與工藝方法的不完善，不可能制造出絕對(duì)符合理想尺寸和形位的產(chǎn)品，實(shí)際生產(chǎn)出來(lái)的零件與設(shè)計(jì)要求之間總是會(huì)有誤差的（誤差公理）。加工誤差包括：尺寸誤差、形狀誤差、位置誤差、表面粗糙度和表面波度等。只要把誤差控制在允許的范圍內(nèi)，就可以保證零件的使用要求，這個(gè)允許的最大范圍就是公差。（允許的誤差稱為公差）加工誤差與公差的概念2024/9/917加工誤差是不可避免的，其誤差值在一定范圍內(nèi)變化是允許的，加工后零件的誤差只要不超過(guò)零件的公差，零件是合格的。所以，公差是設(shè)計(jì)給定的，用于限制加工誤差的；誤差則是加工過(guò)程中產(chǎn)生的。尺寸形狀位置表面粗糙度公差誤差產(chǎn)品設(shè)計(jì)產(chǎn)品制造1.2節(jié)互換性2024/9/9181.2.1互換性的概念互換性是在特定的生產(chǎn)和使用條件下對(duì)精度設(shè)計(jì)的要求。只有重復(fù)生產(chǎn)的零件才可能有互換性的要求。車架、底盤等核心部件軸承、螺栓等非核心件因此，一般首先要進(jìn)行合理的精度設(shè)計(jì)，然后再根據(jù)具體條件確定是否需滿足互換性的要求。1.2節(jié)互換性2024/9/9191.2.1互換性的概念互換性的含義：指同一規(guī)格的一批零件或部件中，任取一件，不經(jīng)任何選擇、修配或調(diào)整，就能裝在機(jī)器或儀器上，并滿足原定使用功能要求的特性。零部件具有互換性應(yīng)同時(shí)滿足如下兩個(gè)要求：①不需任何選擇、修配或調(diào)整便能進(jìn)行裝配或維修更換；②裝配或更換后能滿足原定的使用性能要求。1.2節(jié)互換性2024/9/9201.2.2互換性的分類（1）按參數(shù)特性或使用要求分1)幾何互換性(狹義互換性)：是指規(guī)定幾何參數(shù)的公差以保證成品的幾何參數(shù)充分近似所達(dá)到的互換性。是本課程所講的互換性。2)功能互換性(廣義互換性)：是指規(guī)定功能參數(shù)的公差以保證成品的功能充分近似所達(dá)到的互換性。功能參數(shù)包括幾何參數(shù)、材料機(jī)械性能參數(shù)（如剛度、撓度、硬度等）以及化學(xué)、光學(xué)、電學(xué)等參數(shù)。1.2節(jié)互換性2024/9/9211.2.2互換性的分類（2）按零部件互換程度分定義：1）完全互換（也稱絕對(duì)互換）：裝配時(shí)不需任何挑選、調(diào)整或修配等輔助處理，功能上便具有彼此互相替換的性能。特點(diǎn)：裝配或更換時(shí)不需要挑選或修配。如日常生活中所用電燈泡。2）不完全互換（也稱有限互換）：裝配前需經(jīng)過(guò)挑選、調(diào)整或修配等輔助處理，功能上才具有彼此互相替換的性能。特點(diǎn)：裝配時(shí)允許挑選、調(diào)整和修配。不完全互換分為：①分組互換：在生產(chǎn)中，當(dāng)機(jī)器上某些相配合的部件精度要求高，加工困難，制造成本高時(shí)，往往把零件的精度適當(dāng)降低，以便于制造，然后再根據(jù)實(shí)測(cè)尺寸的大小，將制成的相配零件分成若干組，使每組內(nèi)的尺寸差別比較小，最后，再把同組的零件進(jìn)行裝配。不同組之間的零、部件不能互換。②調(diào)整互換：零、部件加工后，在裝配時(shí)要用調(diào)整的方法改變尺寸或位置，才能滿足功能要求。如在裝配中使用調(diào)整墊片或調(diào)整鑲條。③修配互換：零、部件加工后，在裝配時(shí)要去除材料以改變尺寸，才能滿足功能要求。如對(duì)普通車床尾座部件中的墊板進(jìn)行再修磨。不完全互換主要適用于小批量和單件生產(chǎn)。1.2節(jié)互換性2024/9/9221.2節(jié)互換性2024/9/9231.2.2互換性的分類（3）對(duì)標(biāo)準(zhǔn)部件或機(jī)構(gòu)來(lái)分：

1）外互換：指部件或機(jī)構(gòu)與其外部相配件間的互換性。如滾動(dòng)軸承內(nèi)圈內(nèi)徑與軸的配合，外圈與軸承座孔的裝配。2）內(nèi)互換：指部件或機(jī)構(gòu)內(nèi)部組成零件間的互換性。如滾動(dòng)軸承內(nèi)、外圈滾道與滾珠或滾柱的裝配。應(yīng)用：一般外互換用完全互換，內(nèi)互換用不完全互換。1.2節(jié)互換性2024/9/9241.2.3互換性的作用（1）使用方面：可以更加方便和快捷。（2）制造方面：有利于專業(yè)化協(xié)作生產(chǎn)。如C919飛機(jī)。（3）裝配方面：有利于采用流水線或自動(dòng)線裝配。（4）設(shè)計(jì)方面：有利于簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)程序，縮短設(shè)計(jì)周期。綜上所述，零部件的互換性在機(jī)械工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中具有重要的技術(shù)與經(jīng)濟(jì)意義，但實(shí)現(xiàn)互換性必須滿足兩個(gè)條件：（1）零件必須按一定的公差進(jìn)行設(shè)計(jì)制造(即按標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行精度設(shè)計(jì)制造)；（2）必須按一定標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行檢驗(yàn)，且檢驗(yàn)合格。1.2節(jié)互換性2024/9/9251.2.4互換性的產(chǎn)生與發(fā)展互換性生產(chǎn)始于19世紀(jì)的兵器工業(yè)．以后用于機(jī)械制造行業(yè)并逐漸擴(kuò)大到其他各種行業(yè)。先由單參數(shù)(尺寸)的配合互換性發(fā)展到功能互換性。在零件的檢驗(yàn)方面，首先用極限量規(guī)控制尺寸，然后用功能量規(guī)控制零件的形狀和各尺寸間相互位置精度?，F(xiàn)代機(jī)械工業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)是由單一品種的大批量生產(chǎn)向多品種的柔性生產(chǎn)系統(tǒng)(FMS)方向轉(zhuǎn)變。FMS主要特點(diǎn)是：根據(jù)市場(chǎng)需求，及時(shí)改變生產(chǎn)線上的產(chǎn)品型號(hào)和規(guī)格。1.3節(jié)標(biāo)準(zhǔn)化與優(yōu)先數(shù)系2024/9/9261.3.1標(biāo)準(zhǔn)制定標(biāo)準(zhǔn)的必要性：現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)的特點(diǎn)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(zhǔn)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(shù)統(tǒng)一，成為一個(gè)有機(jī)的整體，以實(shí)現(xiàn)互換性生產(chǎn)。標(biāo)準(zhǔn)與標(biāo)準(zhǔn)化正是聯(lián)系這種關(guān)系的主要途徑和手段，是實(shí)現(xiàn)互換性的基礎(chǔ)。1.3節(jié)標(biāo)準(zhǔn)化與優(yōu)先數(shù)系2024/9/9271.3.1標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)：是對(duì)重復(fù)性事物和概念所作的統(tǒng)一規(guī)定，它以科學(xué)、技術(shù)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的綜合成果為基礎(chǔ)，經(jīng)有關(guān)方面協(xié)商一致，由主管機(jī)構(gòu)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)的范圍極廣，種類繁多，涉及到人類生活的各個(gè)方面。本課程研究的公差標(biāo)準(zhǔn)、檢測(cè)器具和方法標(biāo)準(zhǔn)，大多屬于國(guó)家基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)。1.3節(jié)標(biāo)準(zhǔn)化與優(yōu)先數(shù)系2024/9/9281.3.1標(biāo)準(zhǔn)為了保證機(jī)器零件幾何參數(shù)的互換性，必須制訂和執(zhí)行統(tǒng)一的互換性公差標(biāo)準(zhǔn)。我國(guó)互換性公差標(biāo)準(zhǔn)包括：極限與配合、形狀和位置公差、表面粗糙度以及各種典型的聯(lián)接件和傳動(dòng)件的精度標(biāo)準(zhǔn)。標(biāo)準(zhǔn)分類：按一般習(xí)慣分技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、管理標(biāo)準(zhǔn)和工作標(biāo)準(zhǔn)；按作用范圍分國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)、區(qū)域標(biāo)準(zhǔn)、國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)、專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、地方標(biāo)準(zhǔn)和企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)；按在標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)中地位與作用分基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)、一般標(biāo)準(zhǔn)；按法律屬性分強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)和推薦性標(biāo)準(zhǔn)。1.3節(jié)標(biāo)準(zhǔn)化與優(yōu)先數(shù)系2024/9/9291.3.1標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)頒布后，凡從事科研、生產(chǎn)、經(jīng)營(yíng)的單位和個(gè)人，都必須嚴(yán)格執(zhí)行。推薦性標(biāo)準(zhǔn)不具有法律約束力、但一經(jīng)采用，或在合同中被引用，就應(yīng)該嚴(yán)格執(zhí)行、受合同法或有關(guān)經(jīng)濟(jì)法的約束。我國(guó)實(shí)行強(qiáng)制性和推薦性兩種標(biāo)準(zhǔn)。已制訂了一萬(wàn)多項(xiàng)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。有關(guān)幾何精度的推薦性國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)都是等同或等效采用相應(yīng)的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)(ISO)

，有利于國(guó)際合作與交流。本課程主要涉及到三十多個(gè)基礎(chǔ)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，多為推薦性標(biāo)準(zhǔn)，用代號(hào)“GB/T”表示。1.3節(jié)標(biāo)準(zhǔn)化與優(yōu)先數(shù)系2024/9/9301.3.2標(biāo)準(zhǔn)化定義：標(biāo)準(zhǔn)化是指標(biāo)準(zhǔn)的制訂、發(fā)布和貫徹實(shí)施的全部活動(dòng)過(guò)程，包括從調(diào)查標(biāo)準(zhǔn)化對(duì)象開(kāi)始，經(jīng)試驗(yàn)、分析和綜合歸納，進(jìn)而制訂和貫徹標(biāo)準(zhǔn)，以后還要修訂標(biāo)準(zhǔn)等等。標(biāo)準(zhǔn)化是以標(biāo)準(zhǔn)的形式體現(xiàn)的，也是一個(gè)不斷循環(huán)、不斷提高的過(guò)程。意義：標(biāo)準(zhǔn)化是組織現(xiàn)代化生產(chǎn)的重要手段，是實(shí)現(xiàn)互換性的必要前提，是國(guó)家現(xiàn)代化水平的重要標(biāo)志之一。它對(duì)人類進(jìn)步和科學(xué)技術(shù)發(fā)展起著巨大的推動(dòng)作用。1.3節(jié)標(biāo)準(zhǔn)化與優(yōu)先數(shù)系2024/9/9311.3.3優(yōu)先數(shù)系與優(yōu)先數(shù)機(jī)械設(shè)計(jì)中需要確定很多參數(shù)，而這些參數(shù)不是孤立的，一旦選定數(shù)值就會(huì)按照一定規(guī)律，向一切有關(guān)的參數(shù)傳播。1）數(shù)值的橫向傳播：例如，螺栓的尺寸一旦確定，將會(huì)影響螺母、絲錐板牙、加工螺栓孔以及孔鉆頭等相關(guān)聯(lián)尺寸。這種情況稱為數(shù)值的橫向傳播。2）數(shù)值的縱向傳播：如同一品種的某個(gè)參數(shù)從小到大取不同的值，從而形成不同規(guī)格的產(chǎn)品系列。這種情況稱為數(shù)值的縱向傳播。1.3節(jié)標(biāo)準(zhǔn)化與優(yōu)先數(shù)系2024/9/9321.3.3優(yōu)先數(shù)系與優(yōu)先數(shù)由于數(shù)值不斷關(guān)聯(lián)、不斷傳播，所以，機(jī)械產(chǎn)品中的各種技術(shù)參數(shù)不能隨意確定，必須對(duì)各種技術(shù)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(guó)家標(biāo)準(zhǔn)（GB321-80）要求工業(yè)產(chǎn)品技術(shù)參數(shù)盡可能采用它。在工程上的技術(shù)參數(shù)應(yīng)采用優(yōu)先數(shù)系。優(yōu)先數(shù)系：對(duì)各種技術(shù)參數(shù)的數(shù)值進(jìn)行協(xié)調(diào)、簡(jiǎn)化和統(tǒng)一的一種科學(xué)的數(shù)值系統(tǒng)。它是一個(gè)等比數(shù)列。優(yōu)先數(shù)：優(yōu)先數(shù)系中的任一個(gè)項(xiàng)值。1.3節(jié)標(biāo)準(zhǔn)化與優(yōu)先數(shù)系2024/9/9331.3.3優(yōu)先數(shù)系與優(yōu)先數(shù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB32l一80規(guī)定的優(yōu)先數(shù)系有：R5、R10、R20和R40四個(gè)基本系列和R80補(bǔ)充系列，各系列的公比q如下：

R5：q5＝≈1.60

R10：q10＝≈1.25

R20：q20＝≈1.12

R40：q40＝≈1.06R80：q80＝≈1.031.3節(jié)標(biāo)準(zhǔn)化與優(yōu)先數(shù)系2024/9/9341.3.3優(yōu)先數(shù)系與優(yōu)先數(shù)優(yōu)先數(shù)系在公差標(biāo)準(zhǔn)中得到廣泛應(yīng)用，現(xiàn)己被國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織采納為統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值制。若取基本系列中每二、三或四項(xiàng)之值所得到的是派生系列，用基本系列代號(hào)之后加一斜線和表示項(xiàng)數(shù)的數(shù)字(2、3、4)來(lái)表示。例如：

R5／2：1、2.5、6.3、16、40、100……R10／3：1、2、4、8、l6、31.5、63……1.3節(jié)標(biāo)準(zhǔn)化與優(yōu)先數(shù)系2024/9/