1、互换性与技术测量,四川大学制造学院 朱鲁闯,-绪论,课程性质、主要内容和基本要求,一、课程性质：本课程是机械类各专业的重要技术基础课它包含几何量精度设计与误差检测两方面的内容，是联系机械设计、机械制造工艺学、机械制造装备设计等课程及其课程设计的纽带，是从基础课程学习过渡到专业课程学习的桥梁。,绪言,互换性与技术测量,基础课程,互换性与技术测量,更接近工程实际应用,知识面更宽、适应性更广,数学、大学物理工程力学、机械制图等,机械设计基础、机械制造工艺学等,课程性质、主要内容和基本要求,二、主要内容： （一）绪论（2课时）1课程的性质、任务、主要内容和学习特点；2互换性的基本概念；3. 标准化概述
2、；4优先数和优先数列。,绪言,互换性与技术测量,课程性质、主要内容和基本要求,二、主要内容： （二）孔与轴的极限与配合（6课时）1尺寸公差国家标准的组成、公差与 配合的基本术语及定义；2标准公差系列与基本偏差系列，公差带 与配合的标准化；3公差与配合的选用；4线性尺寸的未注公差。,绪言,互换性与技术测量,课程性质、主要内容和基本要求,二、主要内容： （三）测量技术基础（自学-0课时）1测量的基本概念，长度单位、长度基准、量块的 特性与作用；2计量器具与测量方法的分类及常用术语；3. 常用长度测量仪器；4测量误差产生的原因、分类及特征；5测量数据的处理与结果的表达；6. 计量器具的选择。,绪言,
3、互换性与技术测量,课程性质、主要内容和基本要求,二、主要内容： （四）形状和位置公差及检测（8课时）1形状和位置误差对零件使用性能的影响；2形位公差的研究对象，几何要素、公差项目及形 位公差的标注；3形位公差和误差；4基准、位置公差和误差；5公差原则；6形位公差的选用；7形位误差的检测原则。,绪言,互换性与技术测量,课程性质、主要内容和基本要求,二、主要内容： （五）表面粗糙度及检测（2课时）1表面粗糙度对零件使用性能的影响；2表面粗糙度评定基准、评定参数与数值系列；3表面粗糙度参数的选择，表面粗糙度的标注方法；4表面粗糙度的测量。,绪言,互换性与技术测量,课程性质、主要内容和基本要求,二、主
4、要内容： （六）光滑极限量规（自学-0课时）1光滑极限量规的基本概念；2泰勒原则；3量规公差带；4量规设计。,绪言,互换性与技术测量,课程性质、主要内容和基本要求,二、主要内容： （七）滚动轴承的公差与配合（2课时）1滚动轴承互换性的特点；2滚动轴承的公差等级及应用情况；3滚动轴承内径与外径的公差带及其特点；4滚动轴承与轴和壳体孔的配合及选用。,绪言,互换性与技术测量,课程性质、主要内容和基本要求,二、主要内容： （八）圆锥的公差配合与检测（2课时）1圆锥的锥度与锥角；2圆锥的公差与配合；3锥度的测量。,绪言,互换性与技术测量,课程性质、主要内容和基本要求,二、主要内容： （九）螺纹结合的互换
5、性（4课时）1螺纹的分类、使用要求及主要几何参数；2螺纹几何参数对互换性的影响；3普通螺纹的公差、配合、标注及其应用；4螺纹检测。,绪言,互换性与技术测量,课程性质、主要内容和基本要求,二、主要内容： （十）键、花键结合的互换性（2课时）1单键联结的种类和用途、公差与配合的特点及 其在图样上的标注；2花键联结的种类和用途、定心方式，矩形花键 公差与配合特点及其在图样上的标注。,绪言,互换性与技术测量,课程性质、主要内容和基本要求,二、主要内容： （十一）渐开线圆柱齿轮精度及检测（4课时）1齿轮传动的使用要求；2齿轮加工误差概述；3齿轮误差项目、公差组及检验组；4齿轮副误差和检验项目；5渐开线圆
6、柱齿轮精度等级、齿轮副侧隙、齿坯 精度及图样标注；6齿轮误差的测量。,绪言,互换性与技术测量,课程性质、主要内容和基本要求,三、基本要求： 掌握标准化和互换性的基本概念及有关的基本术语及定义； 基本掌握几何量公差标准的主要内容、特点和应用原则； 初步学会根据机器和零件的功能要求，选用公差与配合； 能够查用本课程讲授的公差表格和正确标注图样； 建立技术测量的基本概念，了解基本测量原理与方法和初步学会使用常用计量器具，知道分析测量误差与处理测量结果，会设计检验圆柱形零件的量规。总之，本课程的任务在于使学生获得机械工程技术人员所必须具备的几何量公差与检测方面的基本知识和技能。,绪言,互换性与技术测量
7、,课程特点及学习方法,绪言,互换性与技术测量,性质 专业基础课与生产密不可分,构成 互换性原理 + 测量技术,特点 名词、术语、概念、定义、符号-五多,学习方法,掌握概念、深刻理解、联系实际；重视实验、掌握工业测量的基本方法与技能；独立完成作业、保证对基本内容掌握的深度 及灵活性。,良好的精度设计能力，要通过后续课程的学习及应用，并通过工作实践的锻练才能得到。,机械设计概述,绪言,互换性与技术测量,部件 设计,零件 设计,零件的轮廓参数,几何参数的精度要求,产品质量,绪言,互换性与技术测量,设计合理性,各机构满足功能要求,机构动作协调,零件具有足够的强度、刚度、耐磨性,本课程的 研究内容,机械
8、产品的精度设计及检测技术,* 精度设计合理 * 材料及热处理方法合适,机械零件的精度是保证机械产品的功能要求、工作质量及工作寿命的重要因素。,合理确定机械零部件的精度要求，使企业能降低生产成本、挖掘生产潜力。,产品 质量,螺帽与螺杆,板手与螺帽,灯头与灯座,计算机接插件,控制,完全一样,不可能 不必要,给定适宜的变动范围,公差 允许零件尺寸和几何参数的变动量,机械制造中的互换性，是 指按规定的几何、物理及其他质量参 数的极限，来分别制造机械的各个组 成部分，使其在装配与更换时不需辅 助加工及修配，便能很好地满足使用 和生产上的要求。, 设计时给定-公差； 加工按公差分别进行； 装配（更换）时，
9、不需辅助加工及修配； 装配（更换）后， 能满足使用要求。,何 谓 互换性？,如何实现 互换性？,互换性 定 义,要 点,1.1 互换性概述,互换性定义：互换性：（interchange ability）在机械设备及仪器中按同一规格制造的零部件，进行装配或更换时，不须辅助加工或修配，就能达到规定功能的要求，这样的零部件称其具有互换性。达到互换性有二个方法：（1）一批零件的实际参数（尺寸，形状，硬度，弹性，材料及其物理参数）其所有数值均等于其理论值，即器件完全相同，装配时任取一件，效果均相同广义完全互换。（2）将零件实际参数值按“公差”制造，即保证零件充分近似，也能使零件具有互换性。,绪言,互换性
10、与技术测量,1.2 互换性分类,绪言,互换性与技术测量,1.3 互换性生产的重要意义,绪言,互换性与技术测量,小 结 遵循互换性原则 有利生产迅猛发展 保证产品质量 降低制造成本,1.3 互换性生产的重要意义,（1）互换性生产是一个国家现代化工业文明的标志。按公差生产，可以将一些标准件，通用件，集中在专门工厂用专用设备或计算机辅助加工，从而实现制造生产的专业化和自动化，然后集中在专门工厂装配，产品、产量和质量充分保证，并降低成本。 （2）零件磨损后，用具有互换性器件代替（活塞、活塞环）可保证机器工作的连续性和持久性，提高设备使用价值。 （3）装配时，可用流水线自动作业，减轻劳动强度，提高劳动生
11、产率。 （4）设计时，采用互换性原则则必须采用标准化设计，这样可简化绘图，缩短设计周期，实现计算机辅助设计。,绪言,互换性与技术测量,1.4 互换性与技术测量学科发展,绪言,互换性与技术测量,1. 与工业生产相联系，与机械工程学科的发展密切相关,2. 计算机辅助公差设计(Computer Aided Tolerancing),利用计算机进行机械产品的尺寸和公差设计 （Computer Aided Dimesioning and Tolerancing CADT） 当前国内、外学术界研究的热门技术之一。,CADT是实现CAD和CAM集成的核心技术之一。,CADT是影响设计和制造信息集成的瓶颈环节
12、。,2.1 标准化概述,绪言,互换性与技术测量,标准化是一个活动过程：,定义,含义,建立最佳秩序、取得最佳效果。,标准实施后，才表现出。,相对性,在经济、技术、科学管理等社会实践中，对复杂事物和概念，通过发布和实施标准，达到统一，以获得最佳秩序和社会效益的全过程。,目的,效果,标准化是一个相对概念。在深度、广度上都有程度的差别，无论是标准还是标准体系都在逐步向更深的层次发展。,2.1 标准化概述,绪言,互换性与技术测量,计算机集成制造系统（CIMS）最基本的特征是系统集成，集成是建立在标准化基础上的。 现代化需要高度的标准化。标准化水平是衡量一个国家科学水平、生产技术水平和管理水平的尺度。,2
13、.2 标准的分级和分类,绪言,互换性与技术测量,标准的分级,2.3 标准化意义,标准化工作是一个国家实现科学管理，使全社会经济活动合理化的技术基础，是参与国际竞争、贸易、合作的技术保证。一个国家现代化程度越高，其标准化要求也就越高。英国认为：美国经济高速发展，超过英国，世界领先，由于美国经济有三个经济支柱，即： 简化 Simplicty 专业化 Specialism 标准化 Skandanrd 西德、日本经济发展快，也由于二个国家标准化工作搞得好。,绪言,互换性与技术测量,2.3 标准化意义,1980年英国有国家标准7800个，1979年美国有国家标准10590个。西德：20000个，日本每年
14、审查修改国家标准3000个。大部分国际标准集中了许多工业化国家的经验和现代科技成就，成为公认的国际先进技术水平的协议。因此公差生产、设计是一个国家生产专业化和技术协作的基本条件，是现代制造业产品生产通用化、系列化、标准化的依据，是保证产品质量、降低成本的重要技术措施。,绪言,互换性与技术测量,2.4 公差与配合标准发展简史,1902年英国剪羊毛机由纽瓦（Newell）公司出版极限表最早公差制 1906年英国国家标准B. S. 27 1924年英国国家标准B. S. 164 1925年美国国家标准A. S. A. B. 4a，德国国家标准DIN 1929年苏联国家标准 1926年国际标准化组织协
15、会（ISA），1932年提出国际制ISA 1935年公布国际公差制，1940年颁布国际公差标准ISA,绪言,互换性与技术测量,2.4 公差与配合标准发展简史,1947年国际标准化组织ISO 1962年起ISO陆续公布公差与配合标准： ISO/R 286-1962 极限与配合制 ISO/R 1938-1971 光滑工件的检测 ISO/R 2768-1973 未注公差尺寸的允许偏差 ISO/R 1829-1975 一般用途公差带选择,绪言,互换性与技术测量,2.4 公差与配合标准发展简史,我国“公差与配合”标准发展 * 旧中国，无标准，采用多个国家标准，混乱！ * 新中国建立，1955年第一机械工
16、业部颁布部颁标准 * 1959年公布公差与配合国家标准GB 15917459 * 1979年颁布新标准GB 1800 180479 * 1996年以后，又陆续修订了上述许多标准，并将 公差与配合改为极限与配合 需要注意的是2006年以前出版的有关公差的书籍，主要以1979年标准为依据，而之后出版的书籍以讲述新标准为主,绪言,互换性与技术测量,3 优先数和优先数系,优先数系：在规定各种参数时推荐优先采用的有规律的数系，数系中每个数称优先数。 “优先数和优先数系”是国际上通用的数值分级标准： 国际标准 ISO-3、ISO-17、ISO-497-73 国家标准 GB 321-2005 标准规定：在规
17、定多种参数时，必须最大限度地采用优先数系的原则。 国家标准规定我国优先数系为：十进制等比级数系列，代号为Rr,绪言,互换性与技术测量,3 优先数和优先数系,在机械设计中，常常需要确定很多参数，而这些参数往往不是孤立的，一旦选定，这个数值就会按照一定规律，向一切有关的参数传播。例如，螺栓的尺寸一旦确定，将会影响螺母的尺寸、丝锥板牙的尺寸、螺栓孔的尺寸以及加工螺栓孔的钻头的尺寸等。由于数值如此不断关联、不断传播，所以，机械产品中的各种技术参数不能随意确定。为使产品的参数选择能遵守统一的规律，使参数选择一开始就纳入标准化轨道，必须对各种技术参数的数值作出统一规定。优先数和优先数系国家标准(GB321
18、2005)就是其中最重要的一个标准，要求工业产品技术参数尽可能采用它。,绪言,互换性与技术测量,3 优先数和优先数系,绪言,互换性与技术测量,数 值 扩 播 性,技术参数值的微小差别,经反复传播会造成尺寸规格紊乱，给组织互换性生产、使用、维修带来困难。,3 优先数和优先数系,绪言,互换性与技术测量,优先数与优先数系,对各种技术参数进行协调、简化和统一的一种科学的数值制度。,特点：,包括10的整数幂：10-N （N正整数）,10-N、10-(N-1)、 10-1 、100、 10、10N, 优先数和优先数系 标准(GB3212005)与ISO3采用的优先数相同 十进几何级数,十进段：按0.010
19、.1 、 0.11、 110、10100、 划分区间，称十进段。,3 优先数和优先数系,绪言,互换性与技术测量,每个10进段内，细分数值项数为r，相临两项的公比为一固定数值。设 首项为a，公比为q，末项为aqr, 则,所以,r的确定,产品品种规格应能最大限度地满足社会需求 满足工业产品技术参数的倍增性要求,3 优先数和优先数系,绪言,互换性与技术测量,例如设参数系列中，每递增x项，末项是首项二倍，即：,所以,3 优先数和优先数系,绪言,互换性与技术测量,如 r = 10, x = 3时,1.00 ,1.25 , 1.60 , 2.00 , 2.50 ,3.15 ,4.00 ,5.00 ,6.3
20、0 ,8.00 ,10.00,首项为1，构成的数系（110区间）：,x=3，每前进三项取一项，构成的系列为：1,2,4,8r=10，每增加十项，项值增加10倍。,ISO推荐r值： 5、10、20、40、80,由r确定的优先数系，分别称为: R5系列，R10系列, R20系列, ,3 优先数和优先数系,绪言,互换性与技术测量,基本系列及其公比,R5：公比,在110区间有5个数,分别为1.00、 1.60、2.50、4.00、6.30、10.00,R10：公比,在110区间有10个数,R20：公比,R40：公比,在110区间有80个数,补充系列及其公比,在110区间有20个数,在110区间有40个
21、数,R80：公比,3 优先数和优先数系,绪言,互换性与技术测量,优先数系主要优点,同一系列任意两相邻项相对差保持不变，疏密适中，运算方便。,当若采用等差级数：1，2，3，4，5，6，7，8，9，10作参数分档时，则1与2相差100%，9与10相差11%，相对差很不均匀，缺乏等比级数优势。任何优先数系倒数组成系列为优先数系。系列中任意两个优先数相乘，相除，或任一优先数的整次方，其结果还是这个系列的优先数，这样形成变形系列，即派生和复合系列，扩大使用范围。,优先数系的使用,R5、R10 机械产品,R20、R40 材料、铸件等工艺尺寸。,R10 工具,本 章 小 结,1. 互换性的概述 互换性具有同一规格的零件或部件具有能够彼此互相替换的性能。完全互换和不完全互换。互换性原则是机械工业生产的基本技术经济原则，是我们在设计、制造中必须遵循的。 2.实现互换性的前提 标准化是实现互换性的前提。只有按一定的标准进行设计和制造，并按一定的标准进行检验，互换性才能实现。 3. 优先数系 由一系列十进制等比数列构成，代号Rr。优先数系中的每个数都是一个优先数。每个优先数系中，相隔r项的末项与首项相差10倍；每个十进制区间中各有r个优先数。,绪言,互换性与技术测量,
