1、2011.9,中南大学 机电工程学院,互换性与测量技术基础,课程导学,课程地位与作用 互换性与测量技术基础是机械类各专业必修的一门实践性很强的技术基础课，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，是从基础课学习过渡到专业课学习的桥梁。互换性与测量技术基础包含几何量精度设计与误差检测两方面的内容。,学习目的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。 （1）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； （2）基本掌握几何量公差标准的主要内容、特点和应用原则； （3）初步学会根据机器和零件的功能要求，选用公差与
2、配合； （4）能够查用本课程讲授的公差表格和正确标注图样； （5）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。,第一章 绪论,基本要求：了解互换性的意义、标准化的概念、机械精度设计的基本原则、主要方法、本课程的研究对象、任务及要求。 重点内容：掌握互换性和标准化的概念，本课程的研究对象、任务及要求。 难点内容：机械精度设计的基本原则及主要方法。,机械精度设计基础,机械精度设计的研究对象,机械方案设计,机械结构设计,机械精度设计,机械设计,机械精度设计概述,一般来说，在机械产品的设计过程中，需要进行以下三方
3、面的分析计算： （1）运动分析与计算。根据机器或机构应实现的运动，由运动学原理，确定机器或机构的合理的传动系统，选择合适的机构或元件，以保证实现预定的动作，满足机器或机构的运动方面的要求。 （2）强度的分析与计算。根据强度、刚度等方面的要求，决定各个零件的合理的基本尺寸，进行合理的结构设计，使其在工作时能承受规定的负荷，达到强度和刚度方面的要求。 （3）几何精度的分析与计算。零件基本尺寸确定后，还需要进行精度计算，以决定产品各个部件的装配精度以及零件的几何参数和公差。本书主要讨论的是几何精度的分析与计算。,精度设计原则,互换性原则：机械零件几何参数的互换性是指同种零件在几何参数方面能够彼此互相
4、替换的性能。 经济性原则：工艺性 、合理的精度要求、合理选材、合理的调整环节、提高寿命。 匹配性原则：根据机器或位置中各部分各环节对机械精度影响程度的不同，对各部分各环节提出不同的精度要求和恰当的精度分配，做到恰到好处，这就是精度匹配原则。 最优化原则：探求并确定各组成零、部件精度处于最佳协调时的集合体。例如探求并确定先进工艺，优质材料等。,几何量的检测,完工后的零件是否满足公差要求，要通过检测加以判断。检测包含检验与测量。 检验是确定零件的几何参数是否在规定的极限范围内，并作出合格性判断，而不必得出被测量的具体数值； 测量是将被测量与作为计量单位的标准量进行比较，以确定被测量的具体数值的过程
5、。 意义：检测不仅用来评定产品质量，而且用于分析产生不合格品的原因，及时调整生产，监督工艺过程，预防废品产生。检测是机械制造的“眼睛”。产品质量的提高，除设计和加工精度的提高外，往往更有赖于检测精度的提高。所以，合理地确定公差与正确进行检测，是保证产品质量、实现互换性生产的两个必不可少的条件和手段。,第一节 互换性概述,一、 互换性的定义,互换性：在同一规格的一批零件或部件中，任取其一，不需要任何挑选或附加修配(如钳工修配)就能装在机器上，达到规定的功能要求。这样的一批零件或部件就称为具有互换性的零、部件。,由定义可知，具有互换性的零部件在装配过程中，必须满足三个条件：,二、互换性的种类,1.
6、按确定的参数或使用要求分为：,2.按零件的互换性程度分：,3. 对标准件： 内互换：是指部件或机构内部组成零件间的互换性。 外互换：是指部件或机构与其相配合件间的互换性。（例如：滚动轴承）,机械制造业中的互换性通常包括几何参数和力学性能的互换性的互换，本课程仅讨论几何参数的互换性。,三、互换性的作用,不仅是使用上的需要，也是设计、制造上的需要。,1.使用上,2.制造上,可采用先进的生产方式（专业化生产、流水线、自动线）, 产品单一，分工精细，可采用专用设备，提高生产率。,给日常生活带来极大方便(举例：备胎、电子元件等等),减少了机器的使用和维修的时间和费用，提高了机器的使用价值。,3.设计上,
7、采用了互换性原则设计和生产的标准零部件，可简化设计、计算、制图工作量，缩短了设计周期，并便于用计算机进行辅助设计。,由于零部件具有互换性，可提高装配质量、缩短装配周期、便于实现装配自动化，提高装配生产率,4.装配过程,总之，遵循互换性原则进行设计、制造和使用，可大大降低产品成本，提高生产率，降低劳动强度。也为标准化、系列化、通用化奠定了基础。,所以，互换性原则是机械工业中的重要原则，是我们设计、制造中必须遵循的，即使是单件、小批生产，零件不具有互换性，此原则也必须遵循。,四、互换性的实现,实现互换性的条件：标准化。它体现在以下四方面：,按统一的标准进行设计、制造、装配、检验。现代制造业分工细、
8、生产规模大、协作厂家多、互换性要求高，必须严格按标准协调各生产环节，才能使各生产部门和生产环节保持技术统一，使之成为一个有机的生产系统。,第二节标准与标准化,一、概述要使具有互换性的产品几何参数完全一致，是不可能，也是不必要的。在此情况下，要使同种产品具有互换性，只能使其几何参数、功能参数充分近似。其近似程度可按产品质量要求的不同而不同。允许零件几何参数的变动量称为公差。现代化生产的特点是品种多、规模大、分工细和协作多。为使社会生产有序地进行，必须通过标准化使产品规格品种简化，使分散的、局部的生产环节相互协调和统一。,二、标准1.标准的概念是指为了在一定的范围内获得最佳秩序，对活动或其结果规定
9、共同的和重复使用的规则、导则或特性的文件。 2.标准的分类 （1）基础标准； （2）产品标准； （3）方法标准； （4）安全卫生与环保标准。,3.标准的管理体制它分四个层次： （1）国家标准GB； （2）行业标准； （3）地方标准； （4）企业标准。 4.国际标准在国际上，为了促进世界各国在技术上的统一，成立了国际标准化组织（简称ISO）和国际电工委员会（简称IEC），由这两个组织负责制定和颁发国际标准。我国于1978年恢复参加ISO组织后。陆续修订了自己的标准。修订的原则是，在立足我国生产实际的基础上向ISO靠拢，以利于加强我国在国际上的技术交流和产品互换。我国采用国际标准的方式有：等同采用
10、；等效采用(EQV)；不等效采用(NEQ)。,三、标准化1.标准化的概念是指为了在一定的范围内获得最佳秩序，对实际或潜在的问题制定共同的和重复使用的规则的活动。包括制定标准、发布标准、组织实施标准和对标准的实施进行监督的全部活动过程。是一个不断循环又不断提高其水平的过程。 2.标准化的意义标准化是组织现代化生产的重要手段，是实现互换性的必要前提，是国家现代化水平的重要标志之一。它对人类进步和科学技术发展起着巨大的推动作用。,第三节 优先数和优先数系（GB/T3211980 ）,优先数就是一种对各种技术参数进行简化、协调和统一的一种科学的数值制度。,优先数系的构成,由一系列十进制等比数列构成，代
11、号Rr( r=5、10、20、40、80)，每个数都是一个优先数。,（3）变形系列 有三种： A、派生系列；是从基本（或补充）系列中每隔N项导出的系列，Rr/p为Rr系列每隔p项取一个数得到的派生系列。如，R10/3为R10的派生系列，其公比为： B、移位系列；它的公比与某一基本系列相同但项值不同。 C、复合系列；是指几个公比不同的系列组合而成的变形系列。,3优先数系的选用规则,优先数系的应用很广泛，它适用于各种尺寸、参数的系列化和质量指标的分级，对保证各种工业产品的品种、规格、系列的合理化分档和协调配套具有十分重要的意义。选用基本系列时，应遵守先疏后密的规则。即按 R5、R10、R20、R4
12、0 的顺序选用；当基本系列不能满足要求时，可选用派生系列，注意应优先采用公比较大和延伸项含有项值1的派生系列；根据经济性和需要量等不同条件，还可分段选用最合适的系列，以复合系列的形式来组成最佳系列。,4. 优先数系的应用举例,例：普通车床加工最大直径320，400，500，630 形成产品系列 本身的零部件 加工和检验用的刀、夹、量具及机床等 使用性能 防止数值传播的紊乱 把产品品种的发展一开始就引向科学的标准化轨道,第四节 极限配合与测量技术的发展,一、极限与配合标准的发展概况要使零部件具有互换性，就要求制订统一的公差与配合标准1902，英国伦敦以生产剪羊毛机为主的钮瓦（Newall）极限表
13、1906，英国国标B.S.27。1924，英国国标B.S.164。1925，美国标准A.S.A.B 4a。1926，成立了国际标准化协会ISA ，由第三技术委员会（ISA/CT3）负责制定公差与配合标准。,1929，苏联颁布公差与配合标准。 1940，正式颁布了国际公差标准（ISA）。 1947年2月国际标准化组织重建，改名为国际标准化组织ISO，仍由第三技术委员会负责制定公差与配合标准。,中国 1955，一机部 第一个公差与配合的部颁标准 1959，国家科工委 第一个公差与配合的国家标准 GB159174-59 随着我国经济建设的发展，陆续制订、修订标准 1978年我国恢复为ISO成员国，承
14、担ISO技术委员会秘书处工作和国际标准草案的起草工作。 从1979年开始，我国制订并发布了以国际标准为基础的新的公差标准。从1992 年开始，我国又发布了以国际标准为基础进行修订的/T 类新公差标准。,公称长度单位：米（m）1791，法国政府决定，以通过巴黎的地球子午线的4000万分之一为长度单位米。并制定一米的基准尺，该基准尺称为“档案米尺”。1889，第一届国际计量大会规定，用铂铱合金制成的具有刻度线的尺为基准尺，该基准尺称为“国际米原器”。1960，第十一届国际计量大会重新定义米。氪的同位素86在真空中波长的1650763.76倍为一米。其复现不确定度为410-91983，第十七届国际计
15、量大会以光速作为米的定义。即光在真空中于1/299 792 458s时间间隔内的行程长度。,二、测量技术的发展概况,第五节 本课程的性质、内容和 基本要求,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，是从基础课学习过渡到专业课学习的桥梁。学生学完本课程以后，应达到如下基本要求： （1）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； （2）基本掌握几何量公差标准的主要内容、特点和应用原则； （3）初步学会根据机器和零件的功能要求，选用公差与配合； （4）能够查用本课程讲授的公差表格
16、和正确标注图样； （5）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。,小 结,1. 互换性的概述 互换性简单的说就是同一规格的零件或部件具有能够彼此互相替换的性能。零、部件在装配前不挑，装配时不调整或修配，装配后能满足使用要求的互换性称完全互换；零、部件在装配时要采用分组装配或调整等工艺措施，才能满足装配精度要求的互换性称不完全互换。如装配时，还需要附加修配的零件，则不具有互换性。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。既便是采用修配法保证装配精度的单件或小批量生产的产品（此时零、部件没有互换性）也必须遵循互换性原则。2. 标准与标准化的概念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。,
