機械精度設計與檢測基礎第1章：緒論第一頁，共61頁。Mechanicalprecisiondesignandverificationbasic也稱機械精度設計與檢測技術基礎Designofmechanicalprecisionandfoundationofgeometricalcapacitysurvey本課程也稱互換性原理：principleofinterchangeability本課程也稱公差課程：course(curriculum)oftolerance第二頁，共61頁。第1章緒論(chapter1introduction)首先介紹本課程的

性質(zhì)(property):技術基礎課特點(characteristic):多、強、大學習方法(meansofleaning):理論聯(lián)系實際，靈活運用本課程的的任務(taskofthecourse):主要內(nèi)容(maincontent

ofthecourse)第三頁，共61頁。

1.本課程的性質(zhì)——

本課程為機械設計方面的技術基礎課；精度設計（幾何量精度設計）機械設計內(nèi)容強度設計designofstrength傳動設計designoftransmission結構設計designofstructure技術基礎課本課程只研究精度設計第四頁，共61頁。2.本課程特點（實踐性強涉及國家標準多）

——多、強、大

定義、符號、公式、標準規(guī)定和經(jīng)驗解法多。原則性強，因為必須按國標有關規(guī)定進行設計。

實際應用中靈活性大。①多:②強:③大:3.學習方法：理論聯(lián)系實際第五頁，共61頁。(3)初步學會根據(jù)使用要求，正確設計幾何量公差并正確地標注在圖樣上；機械精度設計—尺寸、幾何（形狀、方向、位置和跳動）和微觀輪廓。

(1)掌握標準化、互換性的基本概念及精度設計有關的基本術語和定義；

(2)基本掌握精度設計標準的主要內(nèi)容、特點和應用原則；4.本課程的任務

學完本課程后應達到下列要求：第六頁，共61頁。

(4)了解各種典型幾何量的檢測方法和初步學會使用常用的計量器具。

總之，本課程的任務是使學生獲得機械工程師必須掌握的精度設計和檢測方法的基本知識和基本技能。第七頁，共61頁。5.本課程的主要內(nèi)容第1章緒論第2章測量技術基礎第3章孔、軸結合尺寸精度設計與檢測第4章幾何精度設計與檢測第5章表面粗糙度設計與檢測第6章滾動軸承與孔、軸結合的精度設計第7章圓錐結合的精度設計與檢測第8章鍵和花鍵結合的精度設計與檢測第9章螺紋結合的精度設計與檢測第10章圓柱齒輪精度設計與檢測第11章尺寸鏈的精度設計基礎第12章機械零件的精度設計第八頁，共61頁。

內(nèi)容提要：第1章緒論

1.

互換性的含義,以及在設計、制造和使用中所起的作用；

2.互換性的分類；

3.標準化在工業(yè)生產(chǎn)中的作用；

4.優(yōu)先數(shù)系的形成和作用；

5.

檢測技術發(fā)展的概況；

6.本課程的基本內(nèi)容、特點和任務(前面已講)。第九頁，共61頁。第1章緒論1.1互換性的概念conceptofinterchangeability1.1.1互換性的含義meaningofinterchangeability

從定義可見，廣義互換性可分為：1.互換性的定義definitionofinterchangeability

互換性是指在同一規(guī)格的一批零、部件中任取一件，在裝配時不需經(jīng)過任何選擇(choosing)、修配(repairing)或調(diào)整(modifying/adjustment)，就能裝配在整機上。并能滿足使用性能要求的特性。(meettotechnicalrequirementanduseperformances)（2）功能互換性:interchangeabilityoffunction

。（1）幾何參數(shù)互換性:interchangeabilityofgeometricalparameters判斷題：不經(jīng)過選擇與修配，就能互相替換裝配的零件，就是具有互換性的零件?。ǎ┑谑摚?1頁。本課程只研究幾何參數(shù)的互換性，即機械精度設計。

功能互換：機械—強度，剛度等；

質(zhì)量—可靠性，維修性，安全性等。幾何參數(shù)互換微觀輪廓（表面粗糙度）尺寸精度（尺寸公差）物理—硬度，彈性等；幾何精度（形狀、方向、位置和跳動公差）第十一頁，共61頁。Φd（1）尺寸精度(sizeprecision)幾何參數(shù)設計內(nèi)容為（即機械精度設計內(nèi)容）：第十二頁，共61頁。（2）幾何精度(geometricalprecision)e形狀精度(proprecision)位置精度(positionprecision)f基準表面f方向精度(orientationprecision)

基準軸線跳動精度(run-outprecision)第十三頁，共61頁。(3)微觀輪廓精度(precisionofmicro-profile)R第十四頁，共61頁。2.公差的含義：(meaningoftolerance)公差(tolerance)是指允許幾何量變化的范圍。怎樣保證幾何參數(shù)有互換性？補充孔軸的概念及尺寸術語?。ㄒ姷谌拢。┑谑屙?，共61頁。3.1.3《極限與配合》的基本術語和定義

通常是指圓柱形的內(nèi)表面，也包括非圓柱形的內(nèi)表面[由二平行平面或切平面形成的包容面]。

1.有關孔、軸的定義孔——hole內(nèi)表面無法判斷是孔還是軸第十六頁，共61頁。

通常是指圓柱形的外表面，也包括非圓柱形的外表面[由二平行平面或切平面形成的被包容面]。軸——shaft外表面？無法判斷是孔還是軸第十七頁，共61頁。

孔（軸）—通常是指圓柱形的內(nèi)（外）表面，也包括非圓柱形的內(nèi)（外）表面[由二平行平面或切平面形成的包容面（被包容面）]。即孔（軸）——由單一尺寸確定的包容面

（被包容面）被包容面外尺寸尺寸由大→小軸包容面內(nèi)尺寸尺寸由小→大孔配合時測量時加工時內(nèi)容名稱第十八頁，共61頁。

2.有關尺寸的術語和定義

(1)尺寸—size

(2)公稱尺寸—nominalsize(以前稱為基本尺寸basicsize)是指零件加工后通過測量獲得的某一尺寸。它并非實際尺寸的真值！其代號為：以特定單位表示線性尺寸值的數(shù)值。是指設計給定的尺寸。

(3)實際尺寸—actualsize

(孔：D、軸：d

)。標準規(guī)定，圖樣上的尺寸以毫米為單位時，不需標注單位的名稱或符號。第十九頁，共61頁。是指允許尺寸變化的兩個極端。(4)極限尺寸(limitsofsize)—

2.有關尺寸的術語和定義

其中允許的最大尺寸為上極限尺寸（最大極限尺寸）(maximumlimitsofsize)；允許的最小尺寸為下極限尺寸（最小極限尺寸）(minimumlimitsofsize)

。與之相對應的還有最大實體尺寸MMS（dM，DM）(maximummaterialsize)和最小實體尺寸LMS（dL，DL）(leastmaterialsize)，其對應關系是：第二十頁，共61頁。是設計給定的。實際尺寸合格條件為:是加工后通過測量得到的。第二十一頁，共61頁。

3.尺寸偏差和尺寸公差的術語和定義

是指某一尺寸(極限尺寸、實際尺寸等)減其公稱尺寸所得的代數(shù)差。

(1)尺寸偏差（簡稱偏差）—deviation

①

對極限尺寸減其公稱尺寸所得的代數(shù)差為極限偏差?？煞譃樯掀詈拖缕?！實際偏差不分上/下偏差！

（注標時除“0”外必須帶符號）。上極限偏差(upperdeviation)（簡稱上偏差）是指上極限尺寸減其公稱尺寸所得的代數(shù)差（ES、es）。下極限偏差(lowerdeviation)（簡稱下偏差）是指下極限尺寸減其公稱尺寸所得的代數(shù)差(EI、ei)。包括極限偏差和實際偏差！第二十二頁，共61頁。

孔:上偏差

軸：下偏差上偏差和下偏差統(tǒng)稱極限偏差。(limitdeviation)用公式表示上、下極限偏差為上偏差第二十三頁，共61頁。②對實際尺寸減其基本尺寸所得的代數(shù)差,實際偏差合格條件為為實際偏差(actualdeviation)。第二十四頁，共61頁。實際尺寸15.98015.98515.99015.99516.00016.005實際尺寸數(shù)量數(shù)量151193130實際偏差-0.020-0.015-0.010-0.0050+0.005

數(shù)量：30公稱尺寸上偏差下偏差例題極限尺寸第二十五頁，共61頁。—是指允許尺寸的變動量。（2）尺寸公差（簡稱公差）(tolerance)

孔：軸：Td=|dmax–dmin|=|es–ei|TD=|Dmax–Dmin|

=|ES–EI|=

|(Dmax-D)–(Dmin-D|第二十六頁，共61頁。(3)偏差與公差區(qū)別：①偏差——是代數(shù)量，有（+、0、-）符號。公差——是絕對值，不帶符號（尺寸公差不能為零）。偏差在圖上標注應注意：②偏差有基準

——以公稱尺寸為基準，③偏差影響配合松緊。標注單位標注方法④實際偏差是對單件零件的判斷：公差無基準。公差影響配合精度。誤差是對一批零件的判斷：第二十七頁，共61頁。（3）尺寸公差帶(tolerancezone)及公差帶圖尺寸公差帶（見圖3-3）

是指由代表上偏差和下偏差或上極限尺寸和下極限尺寸的兩條直線所限定的一個區(qū)域。公稱尺寸第二十八頁，共61頁。尺寸公差帶圖（見圖3-4）零線——①

基本尺寸公差帶————②

極限偏差數(shù)值或符號③

孔、軸公差帶或符號公稱尺寸第二十九頁，共61頁。1.1.2互換性的分類

1.按互換性程度分

全互完換completedinterchange不完全互換limitedinterchange含義

實現(xiàn)

應用含義實現(xiàn)應用組內(nèi)完全互換，組間不可互換的互換稱為不完全互換（incompleteinterchange）或有限互換(limitedinterchange)。第三十頁，共61頁。

2.按標準零部件和機構分外互換(廠外互換D、dexternalinterchange內(nèi)互換(廠內(nèi)互換D’、d’)internalinterchange

例如滾動軸承—標準部件D'd'第三十一頁，共61頁。1.1.3互換性在機械制造中的作用(interchangeabilityfunction)1.從使用方面看(reducethecost)2.從制造方面看：(automatedmanufacturing)3.從設計方面看：(simplifydesignandshortenthedesigncycle)

節(jié)省裝配、維修時間，保證工作的連續(xù)性和持久性，提高了機器的使用壽命。

便于實現(xiàn)自動化流水線生產(chǎn)、裝配，減輕勞動量。

大大減輕設計人員的計算、繪圖的工作量，簡化設計程序和縮短設計周期。第三十二頁，共61頁。1.2標準化與優(yōu)先數(shù)系1.2.1標準化standardization

為在一定范圍內(nèi)獲得最佳秩序，對實際或潛在的問題制定共同的和重復使用的規(guī)則的活動。

標準化是互換性生產(chǎn)的基礎，沒有標準化就沒有互換性。1.定義：definition是制定、修訂、貫徹標準，促進國民經(jīng)濟全面發(fā)展的全過程，是實現(xiàn)互換性的基礎動態(tài)發(fā)展過程第三十三頁，共61頁。產(chǎn)品的質(zhì)量標準化（standardization）、品種規(guī)格系列化(seriation)和零部件通用化(generalization)。產(chǎn)品通用化：對某些零件或部件的種類、規(guī)格，按照一定的標準加以精簡統(tǒng)一，使之能在類似產(chǎn)品中通用互換的技術措施。經(jīng)過統(tǒng)一后，可通用于某些產(chǎn)品中的零件或部件，稱為“通用件”。產(chǎn)品通用化是指同一類型不同規(guī)格或不同類型的產(chǎn)品和裝備中，用途相同、結構相近似的零部件，經(jīng)過統(tǒng)一以后，可以彼此互換的標準化形式。顯然，通用化要以互換性為前提，互換性有兩層含義，即尺寸互換性和功能互換性。功能互換性問題在設計中非常重要。例如所設計的柴油機，既可用于拖拉機，又可用于汽車、裝運機、推土機和挖掘機等。通用性越強，產(chǎn)品的銷路就越廣，生產(chǎn)的機動性越大，對市場的適應性就越強。

第三十四頁，共61頁。產(chǎn)品系列化（Productseriation）是標準化的高級形式，是標準化高度發(fā)展的產(chǎn)物，是標準化走向成熟的標志；系列化是使某一類產(chǎn)品系統(tǒng)的結構優(yōu)化、功能最佳的標準化形式。系列化通常指產(chǎn)品系列化，它通過對同一類產(chǎn)品發(fā)展規(guī)律的分析研究，經(jīng)過全面的技術經(jīng)濟比較，將產(chǎn)品的主要參數(shù)、型式、尺寸、基本結構等作出合理的安排與計劃，以協(xié)調(diào)同類產(chǎn)品和配套產(chǎn)品之間的關系。第三十五頁，共61頁。技術標準是指以生產(chǎn)實踐和科學實驗為基礎，由有關方面協(xié)調(diào)制定，并經(jīng)一定程序批準后，在一定范圍內(nèi)具有約束力的法規(guī)。2.技術標準：techniquestandard第三十六頁，共61頁。

3.技術標準分類：按應用范圍分國際標準internationalstandard國家標準nationalstandardGB，GB/T，GB/Z

省市部標準（專業(yè)標準）IEC：電工委員會ITU：電信聯(lián)盟GJBnationalmilitarystandardISO:標準化組織企業(yè)標準corporationstandard標準化指導性技術文件判斷題：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！X第三十七頁，共61頁。1.2.2優(yōu)先數(shù)系和優(yōu)先數(shù)—GB/T321－2005Seriesofpreferednumbersandpreferednumbers

1.優(yōu)先數(shù)系—且項值中含有10的整數(shù)冪的理論等比數(shù)列導出的一組近似等比數(shù)列。十進幾何級數(shù)（1）定義：各數(shù)列用R5、R10、R20、R40和R80表示。第三十八頁，共61頁。各公比之間關系為：各個系列的公比為：第三十九頁，共61頁。2005)由表可見：R5中間插入一個數(shù)→R10······第四十頁，共61頁。（2）優(yōu)先數(shù)系的種類基本系列:basicseries補充系列:complementaryseries變形系列(deformationseries)①是指在Rr系列中每p項取一值形成的等比系列。

②公比為：（3）派生系列:(deriveseries)R5、R10、R20、R40R80例如派生系列Rr/p等用代號Rr/p表示。R10(1.25…)表示以1.25為下限的R10系列；R20(…45）表示以45為上限的R20系列；R40(75…300)表示以75為下限，300為上限的R40系列 第四十一頁，共61頁。

(4)代號：系列無限定范圍時:系列有限定范圍時，應注明界限值:

R10/3(16…)…。

如R10(16…)，R10(16…40)，如R10(…40)，Rr如R10、R20….Rr/p如R10/3…下面舉例說明什么是派生系列。第四十二頁，共61頁。例如R10/3，公比為R101.001.251.602.002.503.154.005.006.308.0010.0R10/3（1.00…）1.002.004.008.00R10/3（1.25…）1.252.505.0010.0R10/3（1.60…）1.603.156.30q10/3=103/10≈

2，由表1.1可得下表。

p=3,2005)第四十三頁，共61頁。練習：根據(jù)表1-1寫出1~10的R5/2和

10~100的R10/3的優(yōu)選數(shù)。2005)解：（1）R5/2(1.00、、、）=1.00,2.50,6.30。R5/2(1.60、、、）=1.60,4.00,10.00。(2)R10/3(10.0，、、、，100）=10.0,20.0,40.0,80.0。第四十四頁，共61頁。派生系列特點:R101.001.251.602.002.503.154.005.006.308.0010.0R10/3（1.00…）1.002.004.008.00R10/3（1.25…）1.252.505.0010.0R10/3（1.60…）1.603.156.30即項值和公比與基本系列有什么關系（見下表）？項值為Rr中項的值。公比不是Rr的公比，而是Rr/p的公比,即qr/p=qrp(公比擴大了)第四十五頁，共61頁。2.優(yōu)先數(shù)按近似程度分理論值(按理論公比計算所得的項值)計算值（代替理論值）常用值（即優(yōu)選數(shù)）化整值(見表1.1)2005)第四十六頁，共61頁。

3.優(yōu)先數(shù)系的應用

優(yōu)先數(shù)系的應用順序為：（盡量采用含有1的）→Rr/pR5→R10→R20→R40→R80先疏后密原則第四十七頁，共61頁。1.3檢測技術的發(fā)展

根據(jù)國際計量大會的統(tǒng)計，機械零件加工的精度大約每十年提高一個數(shù)量級，這是由于檢測技術不斷發(fā)展的緣故。

1940年1.5μm

檢測技術是實現(xiàn)互換性生產(chǎn)的重要手段，它們是相互依存，又相互促進?！?950年0.2μm→1960年0.1μm→1969年0.01μm第四十八頁，共61頁。1.4本課程的特點和任務1.4.1本課程的特點和學習方法(前面已講）

1.特點：（1）本課程為機械設計方面的技術基礎課；精度設計（幾何量精度設計）本課程只研究精度設計(即幾何量精度設計)。機械設計內(nèi)容強度設計傳動設計結構設計第四十九頁，共61頁。（2）本課程實踐性強,涉及國家標準多

——多、強、大

定義、符號、公式、標準規(guī)定和經(jīng)驗解法多。原則性強，因為必須按國標有關規(guī)定進行設計。

實際應用中靈活性大。①多②強③大

2.學習方法第五十頁，共61頁。(3)初步學會根據(jù)使用要求，正確設計幾何量公差并正確地標注在圖樣上；機械精度設計—尺寸、幾何（形狀、方向、位置和跳動）和微觀輪廓。

(1)掌握標準化、互換性的基本概念及精度設計有關的基本術語和定義；

(2)基本掌握精度設計標準的主要內(nèi)容、特點和應用原則；1.4.2本課程的任務

學完本課程后應達到下列要求：第五十一頁，共6