1、互換性與技術(shù)測(cè)量Compatibility and the technique measure,機(jī)械系胡珍珍,本課程的作用和任務(wù),研究機(jī)械設(shè)計(jì)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(guān)系，著重研究測(cè)量工具和儀器的測(cè)量原理及正確使用方法，掌握一定的測(cè)量技術(shù)，具體要求如下： 1.初步建立互換性的基本概念，熟悉有關(guān)公差配合的基本術(shù)語(yǔ)和定義。 2.了解多種公差標(biāo)準(zhǔn)，重點(diǎn)是圓柱體公差與配合，形位公差以及表面粗糙度標(biāo)準(zhǔn)。 3.基本掌握公差與配合的選擇原則和方法，學(xué)會(huì)正確使用各種工具書(shū)，并能完成重點(diǎn)公差的圖樣標(biāo)注。,課程性質(zhì)：專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課，將標(biāo)準(zhǔn)化和計(jì)量學(xué)的有關(guān)部分有機(jī)的結(jié)合在一起，而且涉及機(jī)

2、械設(shè)計(jì)，機(jī)械制造，質(zhì)量控制等多方面。,本課程的性質(zhì)：,特點(diǎn)：概念多，涉及標(biāo)準(zhǔn)多。,1、李柱等編，互換性與技術(shù)測(cè)量幾何產(chǎn)品技術(shù)規(guī)范與認(rèn)證GPS，高等教育出版社，2004 2、王伯平，互換性與技術(shù)測(cè)量，高等教育出版社，2005 3、萬(wàn)書(shū)亭，互換性與技術(shù)測(cè)量基礎(chǔ)，電子工業(yè)出版社，2007 4、機(jī)械工程基礎(chǔ)與通用標(biāo)準(zhǔn)實(shí)用叢書(shū)編委會(huì) 編，形狀與位置公差機(jī)械工程基礎(chǔ)與通用標(biāo)準(zhǔn)實(shí)用叢書(shū)，中國(guó)計(jì)量出版社,參考資料,難點(diǎn)內(nèi)容： 機(jī)械精度設(shè)計(jì)的基本原則及主要方法。,緒 論,重點(diǎn)內(nèi)容： 1、掌握互換性概念及其應(yīng)具備的兩個(gè)條件； 2、有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)化、優(yōu)先數(shù)、技術(shù) 測(cè)量的術(shù)語(yǔ)及定義； 3、了解機(jī)械精度設(shè)計(jì)的基本理論及方法,

3、舉例：機(jī)器上的螺釘、燈泡，自行車(chē)、縫紉機(jī)、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(jī)器（或部件）上，達(dá)到規(guī)定的功能要求。,B：不完全互換性 特點(diǎn)：因特殊原因，只允許零件在一定范內(nèi) 互換。,( 2）、互換性分類(lèi),1)、讓互換性的程度分類(lèi)：,完全互換和不完全互換,A完全互換性 特點(diǎn)：不限定互換范圍，以零部件裝配或更 換時(shí)不需要挑選或修配為條件，100%的互換。,舉例： 滾動(dòng)軸承的滾動(dòng)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(jī)座

4、孔的配 合為外互換性。,2）、按互換的部位分類(lèi)：,內(nèi)互換和外互換,A. 內(nèi)互換：部件或機(jī)構(gòu)內(nèi)部組成零件間的互換性。,B. 外互換：部件或機(jī)構(gòu)與其相配件間的互換性。,2、互換性應(yīng)同時(shí)具備的兩個(gè)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(mǎn)足使用和生產(chǎn)上的需求。 3、互換性包括幾何參數(shù)和機(jī)械性能的互換 A 、機(jī)械性能包括很多方面，例如：剛度、強(qiáng)度、硬度、傳熱性、導(dǎo)電性、熱穩(wěn)定性還有其它物理化學(xué)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(guān)系等。 本課程只討論幾何參數(shù)的互換。,使用維修方面：減少了機(jī)器維修的時(shí)間和費(fèi)用，提高了機(jī)器的使用價(jià)值。,4、互換

5、性在機(jī)械制造中的作用,設(shè)計(jì)方面：可以最大限度地采用標(biāo)準(zhǔn)件、通用件和標(biāo)準(zhǔn)部件，大大簡(jiǎn)化了繪圖和計(jì)算工作，縮短了設(shè)計(jì)周期，并有利于計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和產(chǎn)品的多樣化。,制造方面：有利于組織專(zhuān)業(yè)化生產(chǎn)，便于采用先進(jìn)工藝和高效率的專(zhuān)用設(shè)備，有利于計(jì)算機(jī)輔助制造，及實(shí)現(xiàn)加工過(guò)程和裝配過(guò)程機(jī)械化、自動(dòng)化。,5、 互換性的生產(chǎn)簡(jiǎn)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(duì)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(shí)必須對(duì)號(hào)入座，生產(chǎn)效率低。,互換性生產(chǎn)是從出現(xiàn)第一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)量規(guī)開(kāi)始的。,按一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的孔或軸來(lái)制造軸或孔，不久這種標(biāo)準(zhǔn)的孔或軸做成卡規(guī)或環(huán)規(guī)。 標(biāo)準(zhǔn)量規(guī)是單個(gè)使用，對(duì)零件要

6、求過(guò)高（要求恰好緊密的通過(guò)零件），其使用受得限制。,極限量規(guī)的產(chǎn)生 事實(shí)上，使用要求不是絕對(duì)的，間隙略有變動(dòng)只要不超過(guò)一定范圍，也能滿(mǎn)足使用要求，也就允許孔、軸實(shí)際尺寸在一定范圍內(nèi)變動(dòng)。 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(yīng)用 首先應(yīng)用于兵器工業(yè)，接著應(yīng)用于各種兵器、制造行業(yè)。,環(huán)規(guī) 塞規(guī) 卡規(guī),二、公差標(biāo)準(zhǔn)和幾何量的測(cè)量（公差標(biāo)準(zhǔn)化） 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(mén)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(mén)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

7、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） 公差標(biāo)準(zhǔn) A 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)：對(duì)產(chǎn)品和工程建設(shè)質(zhì)量、規(guī)格及檢驗(yàn)方面所作的技術(shù)規(guī)定。 我國(guó)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)分三級(jí)：國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)（GB）、部門(mén)標(biāo)準(zhǔn)（專(zhuān)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，如JB）、企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。 B 公差標(biāo)準(zhǔn)：對(duì)零件的公差和相互配合所制訂的標(biāo)準(zhǔn)。,在國(guó)際上，為了促進(jìn)世界各國(guó)在技術(shù)上的統(tǒng)一，成立了國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織（簡(jiǎn)稱(chēng)ISO）和國(guó)際電工委員會(huì)（簡(jiǎn)稱(chēng)IEC），由這兩個(gè)組織負(fù)責(zé)制定和頒發(fā)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。 2）加工誤差和公差 A 加工誤差：加工過(guò)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(dòng)量稱(chēng)為公差，也就是由設(shè)計(jì)人員給定的允許零件的最大誤差。,三、計(jì)量技

8、術(shù)的發(fā)展簡(jiǎn)介 1、米的定義 第一個(gè)米的定義 1791年，法國(guó)議會(huì)批準(zhǔn)了達(dá)特蘭提出的以通過(guò)巴黎的地球子午線(xiàn)的1/4000 萬(wàn)為1m的定義。 歷時(shí)6年，測(cè)量了西班牙巴塞羅那到法國(guó)敦克爾刻的地球子午線(xiàn)長(zhǎng)度。 1795年，法國(guó)國(guó)民議會(huì)頒布新的度量衡制度，米的長(zhǎng)度以“自北極到赤道段經(jīng)過(guò)巴黎的子午線(xiàn)的一千萬(wàn)分之一”為標(biāo)準(zhǔn)。,1799年測(cè)繪學(xué)家的大地測(cè)量工作最終完成，按測(cè)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(guó)召開(kāi)的討論米制的第二次國(guó)際會(huì)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(lái)代替。 瑞士日內(nèi)瓦物理公司，制

9、作了31根鉑銥合金尺。 1875年5月20日，17個(gè)國(guó)家簽署了米制公約簽訂，決定成立國(guó)際計(jì)量局（BIPM）。 這是計(jì)量學(xué)走向國(guó)家統(tǒng)一的里程碑。這一天稱(chēng)為“國(guó)際計(jì)量日”。,1889年，第一屆國(guó)際計(jì)量大會(huì)（GCGPM）召開(kāi)。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(hào)尺，批準(zhǔn)為國(guó)際米原器，并宣布“該米原器以后在冰融點(diǎn)溫度時(shí)代表長(zhǎng)度的米單位”。保存在巴黎國(guó)際權(quán)度局（現(xiàn)稱(chēng)國(guó)際計(jì)量局）。精度：一般認(rèn)為0.3m。 1927年，第七屆國(guó)際計(jì)量大會(huì)進(jìn)一步明確：“長(zhǎng)度的單位是米，規(guī)定為國(guó)際計(jì)量局（BIPM）所保存的鉑銥尺上所刻的兩條中間刻線(xiàn)的軸線(xiàn)在0C時(shí)的距離” 第二個(gè)米的定義 1960年，第十一屆國(guó)際

10、計(jì)量大會(huì)正式批準(zhǔn)廢除鉑銥米原器。,米定義：“米等于86Kr原子的2P10和5d5能級(jí)間的躍遷所對(duì)應(yīng)的輻射在真空中波長(zhǎng)的165076.73個(gè)波長(zhǎng)的長(zhǎng)度?！?86Kr譜線(xiàn)寬度為5x104nm,干涉能力約為750mm，波長(zhǎng)不確定度為1x10-8,它比米原器或鎘紅線(xiàn)的準(zhǔn)確高度約一個(gè)數(shù)量級(jí)。 CIPM（國(guó)際計(jì)量委員會(huì)）還通過(guò)建議，規(guī)定了生產(chǎn)86Kr基準(zhǔn)輻射的放電管形成、參數(shù)和使用條件。并認(rèn)為在滿(mǎn)足使用條件時(shí)，其輻射波長(zhǎng)在1x10-8范圍內(nèi)等于未受擾動(dòng)原子所發(fā)射的波長(zhǎng)。,第三個(gè)定義 1960年激光誕生。 20世紀(jì)70年代初，激光穩(wěn)頻技術(shù)的發(fā)展，使激光的復(fù)現(xiàn)性和易于應(yīng)用方面已大大優(yōu)于86Kr基準(zhǔn)，且由激光頻

11、率測(cè)量及給定的光速值所導(dǎo)出的激光波長(zhǎng)的準(zhǔn)確度比86Kr基準(zhǔn)輻射更好。同時(shí)，對(duì)于天文和大地測(cè)量領(lǐng)域，保持光速值不變具有重要意義，因此，米定義咨詢(xún)委員會(huì)（CCDM）認(rèn)為用光速定義米的時(shí)機(jī)已經(jīng)成熟。 1983年國(guó)際計(jì)量大會(huì)通過(guò)新的米定義：“米等于光在真空中299792458分之一秒時(shí)間間隔內(nèi)所經(jīng)路徑的長(zhǎng)度”。,1、優(yōu)先數(shù)與優(yōu)先數(shù)系的引入 在機(jī)械設(shè)計(jì)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(gè)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。例如，螺栓的尺寸一旦確定，將會(huì)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(jī)械

12、產(chǎn)品中的各種技術(shù)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(kāi)始就納入標(biāo)準(zhǔn)化軌道，必須對(duì)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(guó)家標(biāo)準(zhǔn)（GB32180）就是其中最重要的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，要求工業(yè)產(chǎn)品技術(shù)參數(shù)盡可能采用它。,四、優(yōu)先數(shù)與優(yōu)先數(shù)系,2、優(yōu)先數(shù)和優(yōu)先數(shù)系 （1）數(shù)值標(biāo)準(zhǔn)化 制定公差標(biāo)準(zhǔn)以及設(shè)計(jì)零件的結(jié)構(gòu)參數(shù)時(shí)，都需要通過(guò)數(shù)值表示。任何產(chǎn)品的參數(shù)值不僅與自身的技術(shù)特性有關(guān)，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(guān)聯(lián)產(chǎn)生的擴(kuò)散稱(chēng)為“數(shù)值擴(kuò)散”。 為滿(mǎn)足不同的

13、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(wú)章會(huì)給組織生產(chǎn)、協(xié)作配套、使用維修帶來(lái)困難。故需對(duì)數(shù)值進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化。,（2） 優(yōu)先數(shù)系 優(yōu)先數(shù)系是一種十進(jìn)制的幾何級(jí)數(shù)。我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)GB321-80與國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO推薦R5、R10、R20、R40、R80系列，前四項(xiàng)為基本系列（見(jiàn)表緒-1），R80為補(bǔ)充系列。其公比為： R5系列 q51.6 R10系列 q101.25 R20系列 q201.12 R40系列 q401.06 R80系列 q801.03,R5，R10，R20，R40系列數(shù)見(jiàn)P5表緒-1。 R80系列數(shù)數(shù)值分得更細(xì)，作為補(bǔ)充，而R5不包括2倍關(guān)系數(shù),（3）變形系列 A派生系列

14、從基本（或補(bǔ)充）系列中每隔P項(xiàng)導(dǎo)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(xiàng)值不同。例如：項(xiàng)值從25.8開(kāi)始的R80/8系列，是項(xiàng)值從25.0開(kāi)始的R10系列的移位系列。 C. 復(fù)合系列 指幾個(gè)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(gè)系列構(gòu)成的。,例題1 試寫(xiě)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

15、，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， 100,3、優(yōu)先數(shù)和優(yōu)先數(shù)系的特點(diǎn),優(yōu)先數(shù)系的五個(gè)系列中任一個(gè)項(xiàng)值均為優(yōu)先數(shù)。按公比計(jì)算得到的優(yōu)先數(shù)的理論值，除10的整數(shù)冪外，都是無(wú)理數(shù)，工程技術(shù)上不能直接應(yīng)用。實(shí)際應(yīng)用的都是經(jīng)過(guò)圓整后的近似值。根據(jù)圓整的精確程度，可分為： （1）計(jì)算值：取五位有效數(shù)字，供精確計(jì)算用。 （2）常用值：即

16、經(jīng)常使用的通常所稱(chēng)的優(yōu)先數(shù)，取三位有效數(shù)字。 國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)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(jiǎn)單易記，便于使用。常見(jiàn)的量值，如長(zhǎng)度、直徑、轉(zhuǎn)速及功率等分級(jí)，基本上都是按一定的優(yōu)先數(shù)系進(jìn)行的。本課程所涉及的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)里，諸如尺寸分段、公差分級(jí)及表面粗糙度的參數(shù)系列等，基本上采用優(yōu)先數(shù)系。,五、幾何量的檢測(cè),完工后的零件是否滿(mǎn)足公差要求，要通過(guò)檢測(cè)加以判斷。檢測(cè)包含檢驗(yàn)與測(cè)量。 檢驗(yàn)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(cè)量的具體數(shù)值； 測(cè)量是將被測(cè)量與作為計(jì)量單位的標(biāo)準(zhǔn)量進(jìn)行比較，以確定被測(cè)量的具體數(shù)值的過(guò)程。,意義：檢測(cè)不僅用來(lái)評(píng)定產(chǎn)品質(zhì)量，而且用

17、于分析產(chǎn)生不合格品的原因，及時(shí)調(diào)整生產(chǎn)，監(jiān)督工藝過(guò)程，預(yù)防廢品產(chǎn)生。檢測(cè)是機(jī)械制造的“眼睛”。產(chǎn)品質(zhì)量的提高，除設(shè)計(jì)和加工精度的提高外，往往更有賴(lài)于檢測(cè)精度的提高。所以，合理地確定公差與正確進(jìn)行檢測(cè)，是保證產(chǎn)品質(zhì)量、實(shí)現(xiàn)互換性生產(chǎn)的兩個(gè)必不可少的條件和手段。,六、機(jī)械精度設(shè)計(jì)概述,一般來(lái)說(shuō)，在機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計(jì)過(guò)程中，需要進(jìn)行以下三方面的分析計(jì)算： （1）運(yùn)動(dòng)分析與計(jì)算。根據(jù)機(jī)器或機(jī)構(gòu)應(yīng)實(shí)現(xiàn)的運(yùn)動(dòng)，由運(yùn)動(dòng)學(xué)原理，確定機(jī)器或機(jī)構(gòu)的合理的傳動(dòng)系統(tǒng)，選擇合適的機(jī)構(gòu)或元件，以保證實(shí)現(xiàn)預(yù)定的動(dòng)作，滿(mǎn)足機(jī)器或機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)方面的要求。,（2）強(qiáng)度的分析與計(jì)算。根據(jù)強(qiáng)度、剛度等方面的要求，決定各個(gè)零件的合理的基本尺寸，進(jìn)行合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，使其在工作時(shí)能承受規(guī)定的負(fù)荷，達(dá)到強(qiáng)度和剛度方面的要求。 （3）幾何精度的分析與計(jì)算。零件基本尺寸確定后，還需要進(jìn)行精度計(jì)算，以決定產(chǎn)品各個(gè)部件的裝配精度以及零件的幾何參數(shù)和公差。 本書(shū)主要討論的是幾何精度的分析與計(jì)算。,1、精度設(shè)計(jì)原則,互換性原則：機(jī)械零件幾何參數(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(jì)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(jī)器或位置中各部分各環(huán)節(jié)對(duì)機(jī)械精度影響程度的不同