互換性與測量技術(shù)1.ppt

1、互換性與測量技術(shù),第一講,本課程是機械類專業(yè)的一門技術(shù)基礎課，它涉及幾何量公差與技術(shù)測量兩個范疇。它是聯(lián)系機械設計課程與機械制造課程的紐帶，是從基礎課學習過渡到專業(yè)課學習的橋梁。 本課程的教學目標是：從互換性角度出發(fā)，通過系統(tǒng)簡練地介紹幾何量公差的有關(guān)標準、選用方法和誤差檢測的基本知識，使學生學到有關(guān)精度設計和幾何量檢測的基礎理論知識和基本技能。,第一章 緒 論 目的要求：掌握互換性的概念；互換性與公差、檢測的關(guān)系；理解標準化的概念及其重要性；了解優(yōu)先數(shù)。 重點內(nèi)容：互換性、公差、檢測及標準的概念，本課程的研究對象、任務及要求。 難點內(nèi)容：機械精度設計的基本原則及主要方法。,第一節(jié) 本課程的性

2、質(zhì)與主要內(nèi)容 互換性與技術(shù)測量課程的發(fā)展與機械工業(yè)的發(fā)展密切相關(guān)，課程最初產(chǎn)生于近代工業(yè)互換性生產(chǎn)的發(fā)展，研究以公差、檢測、標準來保證實現(xiàn)互換性生產(chǎn)。它是高職院校機械類各專業(yè)的一門極其重要的核心專業(yè)技術(shù)基礎學科，它涉及幾何量公差與技術(shù)測量兩個范疇。它在教學計劃中起到承上啟下的作用，它是聯(lián)系機械設計課程與機械制造課程的紐帶，是從基礎課學習過渡到專業(yè)課學習的橋梁。二十世紀以來，隨著機械制造業(yè)的發(fā)展，機械的精度設計與運動設計、結(jié)構(gòu)設計、強度設計一樣，已經(jīng)成為機械設計過程中不可缺少的重要環(huán)節(jié)之一，是保證機械產(chǎn)品質(zhì)量好、成本低的重要因素之一。,本門課程內(nèi)容側(cè)重于以闡述、解釋國家工業(yè)基礎標準為主要內(nèi)容。課

3、程目標是使學生初步掌握有關(guān)互換性生產(chǎn)原則及公差與配合的規(guī)律與選用； 了解相關(guān)的基本概念和圓柱結(jié)合精度設計原則及檢測技術(shù)的基本知識； 能夠理解零件精度設計的基本原理和方法；具備零件技術(shù)測量的基本技能。,第二節(jié) 機械制造中的互換性 1、互換性的概念 概念：同一規(guī)格的一批零部件，任取其一，不經(jīng)任何挑選和修配就能裝在機器上，并能滿足其使用功能要求的特性叫做互換性。 舉例：機器上的螺釘、燈泡，自行車、縫紉機、鐘表上的零部件。 機械制造業(yè)中的互換性通常包括幾何參數(shù)和力學性能的互換性的互換，本課程僅討論幾何參數(shù)的互換性。,2、互換性的分類 分類：互換性按其互換程度分為完全互換和不完全互換。 定義：完全互換裝

4、配時不需挑選和修配。 不完全互換裝配時允許挑選、調(diào)整和修配。 應用：零部件廠際協(xié)作應采用完全互換，部件或構(gòu)件在同一廠制造和裝配時，可采用不完全互換。,3、互換性的意義 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。 使用維修方面：減少了機器的使用和維修的時間和費用，提高了機器的使用價值。,總之，互換性在提高產(chǎn)品質(zhì)量和可靠性、提高經(jīng)濟效益等方面均具有重大意義?；Q性生產(chǎn)對我國社會

5、主義現(xiàn)代化建設具有十分重要的意義。 應當指出，互換性原則不是在任何情況下都適用。有時，只有采取單個配置才符合經(jīng)濟原則，這時零件雖不能互換，但也存在公差與檢測要求。,4、公差與檢測和互換性的關(guān)系,公差定義:允許零件幾何參數(shù)的變動量稱為公差。 檢測的重要性:評定工藝;監(jiān)督工藝. 關(guān)系:手段和條件.,第三節(jié) 標 準 化 一、公差與配合標準發(fā)展簡介 1、標準和標準化的引入 要使具有互換性的產(chǎn)品幾何參數(shù)完全一致，是不可能，也是不必要的。在此情況下，要使同種產(chǎn)品具有互換性，只能使其幾何參數(shù)、功能參數(shù)充分近似。其近似程度可按產(chǎn)品質(zhì)量要求的不同而不同。 現(xiàn)代化生產(chǎn)的特點是品種多、規(guī)模大、分工細和協(xié)作多。為使社

6、會生產(chǎn)有序地進行，必須通過標準化使產(chǎn)品規(guī)格品種簡化，使分散的、局部的生產(chǎn)環(huán)節(jié)相互協(xié)調(diào)和統(tǒng)一。,2、標準的概念 標準是對重復性事物和概念所作的統(tǒng)一規(guī)定，它以科學、技術(shù)和實踐經(jīng)驗的綜合成果為基礎，經(jīng)有關(guān)方面協(xié)商一致，由主管機構(gòu)批準，以特定形式發(fā)布，作為共同遵守的準則和依據(jù)。 標準的范圍極廣，種類繁多，涉及到人類生活的各個方面。本課程研究的公差標準、檢測器具和方法標準，大多屬于國家基礎標準。,3、標準的分類 標準按不同的級別頒發(fā)。我國標準分為國家標準、行業(yè)標準、地方標準和企業(yè)標準。 對需要在全國范圍內(nèi)統(tǒng)一的技術(shù)要求，應當制定國家標準，代號為GB，對沒有國家標準而又需要在全國某個行業(yè)范圍內(nèi)統(tǒng)一的技術(shù)要

7、求，可制定行業(yè)標準，如機械標準（JB）等；對沒有國家標準和行業(yè)標準而又需要在某個范圍內(nèi)統(tǒng)一的技術(shù)要求，可制定地方標準或企業(yè)標準，它們的代號分別用DB、QB表示。,4、國際標準化組織（ISO） 在國際上，為了促進世界各國在技術(shù)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。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(chǎn)實際的基礎上向ISO靠攏，以利于加強我國在國際上的技術(shù)交流和產(chǎn)品互換。,5、標準化 定義：標準化是指標準的制訂、發(fā)布和貫徹實施的全部活動過程，包括從調(diào)查標準化對象開始，經(jīng)試驗、

8、分析和綜合歸納，進而制訂和貫徹標準，以后還要修訂標準等等。標準化是以標準的形式體現(xiàn)的，也是一個不斷循環(huán)、不斷提高的過程。 意義：標準化是組織現(xiàn)代化生產(chǎn)的重要手段，是實現(xiàn)互換性的必要前提，是國家現(xiàn)代化水平的重要標志之一。它對人類進步和科學技術(shù)發(fā)展起著巨大的推動作用。,二、優(yōu)先數(shù)和優(yōu)先數(shù)系 1、優(yōu)先數(shù)和優(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(guān)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(guān)聯(lián)、不斷傳播，所以，機械產(chǎn)品中的各種技術(shù)參

9、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(shù)參數(shù)的數(shù)值作出統(tǒng)一規(guī)定。優(yōu)先數(shù)和優(yōu)先數(shù)系國家標準（GB3211980）就是其中最重要的一個標準，要求工業(yè)產(chǎn)品技術(shù)參數(shù)盡可能采用它。,2、優(yōu)先數(shù)和優(yōu)先數(shù)系 GB3211980中規(guī)定以十進制等比數(shù)列為優(yōu)先數(shù)系，并規(guī)定了五個系列，它們分別用系列符號R5、 R10、 R20、 R40和R80表示，其中前四個系列作為基本系列， R80為補充系列，僅用于分級很細的特殊場合。(P3)各系列的公比為； R5的公比： q51.60； R10的公比： q101.25； R20的公比： q201.12； R40的公

10、比： q401.06； R80的公比： q801.03。 派生系列:R10/3,3、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(shù)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(guān)標準里，諸如尺寸分

11、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。,三、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。 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

12、不可少的條件和手段。,四、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)，選擇合適的機構(gòu)或元件，以保證實現(xiàn)預定的動作，滿足機器或機構(gòu)的運動方面的要求。 （2）強度的分析與計算。根據(jù)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(jié)構(gòu)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(chǎn)品各個部件的裝配精度以及零件的幾何參數(shù)和公差。,機器精度的分析與計算是多方面的，

13、但歸結(jié)起來，設計人員總是要根據(jù)給定的整機精度，最終確定出各個組成零件的精度，如尺寸公差，形狀和位置公差，以及表面粗糙度參數(shù)值。但是，根據(jù)上述設計精度制造出的零件，裝配成機器或機構(gòu)后，還不一定能達到給定的精度要求。因為機器在運動過程中，其所處的環(huán)境條件（如電壓、氣溫、濕度、振動等等）及所受的負荷都可能發(fā)生變化，造成相關(guān)零件的尺寸發(fā)生變化；或者相對運動的零件耦合后，其幾何精度在運動過程中也能發(fā)生改變。為此，除分析計算機器靜態(tài)的精度問題之外，還必須分析在運動情況下，零件及機器的精度問題。而且由于現(xiàn)代機械產(chǎn)品正朝著機光電一體化的方向發(fā)展，這樣的產(chǎn)品，其精度問題已不再是單純的尺寸誤差、形狀和位置誤差等幾

14、何量精度問題，而是還包括光學量、電學量等及其誤差在內(nèi)的多量綱精度問題，其分析與計算與傳統(tǒng)的幾何量精度分析更為復雜和困難。,五、幾何精度設計的主要方法 幾何精度設計的方法主要有：類比法、計算法和試驗法三種。 1）類比法 類比法就是與經(jīng)過實際使用證明合理的類似產(chǎn)品上的相應要素相比較，確定所設計零件幾何要素的精度。 采用類比法進行精度設計時，必須正確選擇類比產(chǎn)品，分析它與所設計產(chǎn)品在使用條件和功能要求等方面的異同，并考慮到實際生產(chǎn)條件、制造技術(shù)的發(fā)展、市場供求信息等多種因素。 采用類比法進行精度設計的基礎是資料的收集、分析與整理。 類比法是大多數(shù)零件要素精度設計采用的方法。類比法亦稱經(jīng)驗法。,2）計

15、算法 計算法就是根據(jù)由某種理論建立起來的功能要求與幾何要素公差之間的定量關(guān)系，計算確定零件要素的精度。 例如：根據(jù)液體潤滑理論計算確定滑動軸承的最小間隙；根據(jù)彈性變形理論計算確定圓柱結(jié)合的過盈；根據(jù)機構(gòu)精度理論和概率設計方法計算確定傳動系統(tǒng)中各傳動件的精度等。 目前，用計算法確定零件幾何要素的精度，只適用于某些特定的場合。而且，用計算法得到的公差，往往還需要根據(jù)多種因素進行調(diào)整,3）試驗法 試驗法就是先根據(jù)一定條件，初步確定零件要素的精度，并按此進行試制。再將試制產(chǎn)品在規(guī)定的使用條件下運轉(zhuǎn)，同時，對其各項技術(shù)性能指標進行監(jiān)測，并與預定的功能要求相比較，根據(jù)比較結(jié)果再對原設計進行確認或修改。經(jīng)過

16、反復試驗和修改，就可以最終確定滿足功能要求的合理設計。 試驗法的設計周期較長且費用較高，因此主要用于新產(chǎn)品設計中個別重要要素的精度設計。,迄今為止，幾何精度設計仍處于以經(jīng)驗設計為主的階段。大多數(shù)要素的幾何精度都是采用類比的方法憑實際工作經(jīng)驗確定的。 計算機科學的興起與發(fā)展為機械設計提供了先進的手段和工具。但是，在計算機輔助設計（CAD）的領(lǐng)域中，計算機輔助公差設計（CAT）的研究還剛剛開始。其中，不僅需要建立和完善精度設計的理論與精確設計的方法，而且要建立具有實用價值和先進水平的數(shù)據(jù)庫以及相應的軟件系統(tǒng)。只有這樣才可能使計算機輔助公差設計進入實用化的階段。,六、精度設計原則 互換性原則：機械零

17、件幾何參數(shù)的互換性是指同種零件在幾何參數(shù)方面能夠彼此互相替換的性能。 經(jīng)濟性原則：工藝性 、合理的精度要求、合理選材、合理的調(diào)整環(huán)節(jié)、提高壽命。 匹配性原則：根據(jù)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?shù)木确峙?，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(xié)調(diào)時的集合體。例如探求并確定先進工藝，優(yōu)質(zhì)材料等。,七、本課程的研究對象及任務 本課程是高等學校機械類和近機類一門重要的技術(shù)基礎課，是教學計劃中聯(lián)系設計課程與工藝課程的紐帶，是從基礎課學習過度到專業(yè)課學習的橋梁。 本課程由幾何量公差與幾何量檢測兩部分組

18、成。前一部分的內(nèi)容主要通過課堂教學和課外作業(yè)來完成。后一部分的內(nèi)容主要通過實驗課來完成。 學完本課程后應達到如下要求： 掌握互換性和標準化的基本概念； 了解本課程所介紹的各個公差標準和基本內(nèi)容，掌握其特點和應用原則； 學會根據(jù)機器和零件的功能要求，選用合適的公差與配合，即進行精度設計，并能正確地標注到圖樣上； 掌握一般幾何參數(shù)測量的基礎知識； 了解各種典型零件的測量方法，學會使用常用的計量器具。,八、作業(yè) 1.什么叫互換性？為什么說互換性已成為現(xiàn)代機械制造業(yè)中一個普遍遵守原則？列舉互換性應用實例。（至少三個）。 2.按互換程度來分，互換性可分為哪兩類？它們有何區(qū)別？各適用于什么場合？ 3.什么

19、叫公差、檢測和標準化？它們與互換性有何關(guān)系？ 4.按標準頒布的級別來分，我國的標準有哪幾種？ 5.什么叫優(yōu)先數(shù)系和優(yōu)先數(shù)？ 6.代號“GB321-1980”、“JB179-1983”和“ISO”各表示什么含義？ 7.下面兩列數(shù)據(jù)屬于哪種系列？公比為多少？ 機床主軸轉(zhuǎn)速為200，250，315，400，500，630，、單位r/min,8.判斷下列說法的正誤，正確用“T”示出，錯誤用“F”示出，字母一律寫在括號內(nèi)。 （1）不經(jīng)挑選，調(diào)整和修配就能相互替換，裝配的零件，裝配后能滿足使用性能要求，就是具有互換性的零件。 （ ） （2）互換性原則中適用于大批量生產(chǎn)。 （ ） （3）為了實現(xiàn)互換性，零件

20、的公差應規(guī)定得越小越好。 （ ） （4）國家標準中，強制性標準是一定要執(zhí)行的，而推薦性標準執(zhí)行與否無所謂。 （ ） （5）企業(yè)標準比國家標準層次低，在標準要求上可稍低于國家標準。 （ ） （6）廠外協(xié)作件要求不完全互換生產(chǎn)。（ ）,（7）裝配時需要調(diào)整的零、部件屬于不完全互換（ ） （8）優(yōu)先數(shù)系包含基本系列和補充系列，而派生系列一定是倍數(shù)系列。 （ ） （9）產(chǎn)品的經(jīng)濟性是由生產(chǎn)成本唯一決定的。 （ ） （10）保證互換的基本原則是經(jīng)濟地滿足使用要求（）,什么叫互換性？為什么說互換性已成為現(xiàn)代機械制造業(yè)中一個普遍遵守原則？列舉互換性應用實例。（至少三個）。 答：.互換性是指機器零件（或部件）

21、相互之間可以代換且能保證使用要求的一種特性。 .因為互換性對保證產(chǎn)品質(zhì)量，提高生產(chǎn)率和增加經(jīng)濟效益具有重要意義，所以互換性已成為現(xiàn)代機械制造業(yè)中一個普遍遵守的原則。 .列舉應用實例如下： a、自行車的螺釘?shù)袅?，買一個相同規(guī)格的螺釘裝上后就能照常使用。 b、手機的顯示屏壞了，買一個相同型號的顯示屏裝上后就能正常使用。 c、縫紉機的傳動帶失效了，買一個相同型號的傳動帶換上后就能照常使用。 d、燈泡壞了，買一個相同的燈泡換上即可。,1-2 按互換程度來分，互換性可分為哪兩類？它們有何區(qū)別？各適用于什么場合？ 答：（1）按互換的程來分， 互換性可以完全互換和不完全互換。 （2）其區(qū)別是：a、完全互換是

22、一批零件或部件在裝配時不需分組、挑選、調(diào)整和修配，裝配后即能滿足預定要求。而不完全互換是零件加工好后，通過測量將零件按實際尺寸的大小分為若干組，僅同一組內(nèi)零件有互換性，組與組之間不能互換。b、當裝配精度要求較高時，采用完全互換將使零件制造精度要求提高，加工困難，成本增高；而采用不完全互換，可適當降低零件的制造精度，使之便于加工，成本降低。 （3）適用場合：一般來說，使用要求與制造水平，經(jīng)濟效益沒有矛盾時，可采用完全互換；反之，采用不完全互換。,1-3什么叫公差、檢測和標準化？它們與互換性有何關(guān)系？ 答：（1）公差是零件幾何參數(shù)誤差的允許范圍。 （2）檢測是兼有測量和檢驗兩種特性的一個綜合鑒別過程。 （3）標準化是反映制定、貫徹標準的全過程。 （4）公差與檢測是實現(xiàn)互換性的手段和條件，標準化是實現(xiàn)互換性的前提。 1-4按標準頒布的級別來分，我國的標準有哪幾種？ 答：