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1、互换性与技术测量,表面粗糙度,形位公差,尺寸公差,材料热处理,螺纹公差,键槽公差,课程概况：,总学时：36学时（理论学时28，实验学时8）讲授章节：除第八、九外各章重点章节：二、三、四、六、十、十一、十二,第一章 绪论,本课程的作用和任务,互换性的意义和作用,标准化与优先数,本课程的作用和任务,研究对象：研究精度设计及机械加工误差的有关问题和几何量测量中的一些问题。,作用：本课程是机械类各专业的一门技术基础课，起着连接基础课及其它技术基础课和专业课的桥梁作用，同时也起着联系设计类课程和制造工艺类课程的纽带作用。,本课程的作用和任务,任务：掌握互换性与标准化的概念；了解本课程所介绍的各个公差标准
2、的基本内容，掌握其特点及应用原则；掌握极限与配合标准的主要内容；掌握确定公差的原则和方法；了解技术测量的工具和方法,建立测量误差的概念，能够正确处理实验数据。为正确理解和绘制设计图样及正确的表达设计思想打下基础。,本课程的作用和任务,认真听讲，积极思考，完成课后作业；独立撰写实验报告，培养科学工作习惯；结合已经学过的零件图和装配图知识，理解精度设计的概念和设计方法，重在应用.,本课程的学习方法,互换性的意义和作用,概念：在机械制造业中，零件的互换性是指在同一规格的一批零部件中，可以不经选择、修配或调整，任取一件都能装配在机器上，并能达到规定的使用性能要求。零部件具有的这种性能称为互换性。机械制
3、造业中的互换性通常包括几何参数、机械性能、理化性能等的互换。本课程只讨论几何参数的互换性问题。,互换性的意义和作用,想一想？灯泡、螺栓、螺母等具有互换性吗？,互换性意义,获得规模效益,日常生活方便,装配、修理带来方便,组织现代化大量生产,互换性的分类,完全互换,不完全互换,完全互换,指零、部件装配前不经选择，装配时不需修配和调整，装配后即可满足预定的使用要求。如：螺栓、螺母、圆柱销等标准件。,不完全互换,当装配精度要求很高时，若采用完全互换将使零件的尺寸公差很小，加工困难，成本很高，甚至无法加工，可将其制造公差适当放大，以便加工。完工后，再用量仪把零件按实际尺寸大小分组，按组进行装配。,这样，
4、既能保证配精度与使用要求，又降低成本。此时，仅组内零件可以互换，组与组之间不可互换。如滚动轴承，其组成部分零件：内圈、外圈、保持架、滚动体与同型号滚动轴承相应零件不能完全互换。但是，同型号的滚动轴承整个部件是完全互换的。,互换性生产在机械制造业中的作用,1）在加工制造过程中，可合理地进行生产分工和专业化协作。便于采用高效专用设备，尤其对计算机辅助制造（CAM）的产品，产量和质量高，成本低，便于装配自动化。尤其对于武器，在战场上更显特殊意义。,总之，互换性对于提高产品的竞争能力，获得大的经济效益，具有重要作用。,2）在产品设计中，按互换性要求设计的产品，便于采用三化（标准化、系列化、通用化）设计
5、和实现计算机辅助设计（CAD）。,一、什么是加工误差？,工件加工时，任何一种加工方法都不可能把工件做得绝对准确。零件的实际几何参数与其理论几何参数之间存在的差异称为加工误差。,零件的加工误差与公差,二、公差 公差是指允许尺寸、形状、位置误差的变动量，用以限制加工误差。是由设计人员根据产品使用性能要求给定的。,保证零件具有互换性的措施：由设计者根据极限与配合国家标准，确定零件合理的配合要求和尺寸极限.制造时依图进行。,标准化与优先数,一、标准化的意义和分类：,标准化是总称，包括系列化和通用化的内容。标准：就是由一定的权威组织对经济、技术和科学中重复出现的共同的技术语言和技术事项等方面规定出来的统
6、一技术准则。是技术法规。如技术制图国家标准。,分类：标准法规定，我国的标准分国家标准、行业标准、地方标准和企业标准四级。,按适用领域作用范围和发布权利不同分：国际标准如ISO、IEC各为国际标准化组织和国际电工委员会制订的标准；区域标准；我国国家标准为GB；行业标准；地方标准和企业标准。,当设计者选定一个数值作为某种产品的参数指标时，这个数值就会按照一定的规律，向一切有关的制品传播扩散。如螺栓尺寸一旦确定，与其相配的螺母就定了，进而传播到加工、检验用的机床和量具，继而又传向垫圈、扳手的尺寸等。由此可见，在设计和生产过程中，技术参数的数值不能随意设定，否则，即使微小的差别，经过反复传播后，也会造
7、成尺寸规格繁多、杂乱，以致于组织现代化生产及协作配套困难。因此，必须建立统一的标准。在生产实践中，人们总结出来了一种符合科学的统一数值标准优先数和优先数系。在设计和测绘中遇到选择数值时，特别是在确定产品的参数系列时，必须按标准规定，最大限度地采用，这就是优先的含义。,二、优先数和优先数系,优先数和优先数系是一种无量纲的分级数系，它是十进制等比数列数，适用于各种量值的分级。优先数系是由公比为：整幂理论等比数列导出的一组近似等级的数列，各数列分别用符号R5、R10、R20、R40和R80表示。即：R5数系以 1.60为公比形成的数系；R10数系以 1.25为公比形成的数系；R20数系以 1.12为
8、公比形成的数系；R40数系以 1.06为公比形成的数系；R80数系以 1.03为公比形成的数系；优先数系中数值特点：每隔 r项的后项与前项的比值增大为10。优先数的主要优点：相邻两项的相对差均匀，疏密适中，运算方便，简单易记。在同一系列中，优先数的积、商、整数乘方仍为优先数。,第二章 光滑圆柱体结合的公差与配合,为什么要制订公差与与配合标准?,为了保证零件的互换性和便于设计、制造、检测与维修，需要对零件的精度和它们之间的配合实行标准化。,1.基本尺寸:设计时确定的尺寸。本例为30,2.实际尺寸:零件制成后实际测得的尺寸。,3.极限尺寸:允许零件实际尺寸变化的两个界限值。,一、有关尺寸的术语,4
9、.最大极限尺寸:允许实际尺寸的最大值。29.980,第一节 公差与配合的基本术语和定义,5.最小极限尺寸:允许实际尺寸的最小值。29.959,实际尺寸最小极限尺寸,零件尺寸合格的条件：,尺寸合格范围为：29.959 29.980,实际尺寸最大极限尺寸,6.最大实体状态(简称MMC)和最大实体尺寸(MMS）孔或轴具有允许的材料量最多时的状态称为最大实体状态。在此状态下的极限尺寸称为最大实体尺寸。7.最小实体状态(简称LMC)和最小实体尺寸(LMS)孔或轴具有允许的材料量最少时的状态称为最小实体状态。在此状态下的极限尺寸，称为最 小实体尺寸。,最 大实体尺寸=29.985最 小实体尺寸=30.00
10、6,最 大实体尺寸=60最 小实体尺寸=59.97,二、极限偏差和尺寸公差,上偏差=最大极限尺寸基本尺寸。本例图中上偏差为+0.006,下偏差=最小极限尺寸基本尺寸。本例图中下偏差为-0.015,尺寸公差(简称公差):允许实际尺寸的变动量。,公差=最大极限尺寸最小极限尺寸=上偏差下偏差本例图中公差=+0.006-（-0.015）=0.021,上偏差,下偏差,统称极限偏差,孔的上、下偏差符号表示：ES=+0.006EI=-0.015,孔的公差 TD=D maxD min=ES-EI=0.021,轴的公差Td=d maxd min=e s-e i=0.021,轴的上、下偏差符号表示：es=-0.0
11、20ei=-0.041,三、尺寸公差与尺寸误差的区别：尺寸公差表示尺寸允许的变动量，体现了设计者对加工方法精度的要求。尺寸误差是零件的实际尺寸相对于理想尺寸的偏离量。当加工条件一定时，其表征了加工方法的精度。通过对零件的测量，可以得出其尺寸误差，而公差是设计给定的，不能通过测量得到。,四、公差与极限偏差的区别与联系：联系：都是由设计规定的。区别：公差表示尺寸允许的变动量；但不能用公差来判断工件的合格性。极限偏差表示工件尺寸允许变动的极限值，与精度有关。极限偏差是判断工件尺寸是否合格的依据。,+0.008,-0.008,+,0,0,公差带由“公差带大小”和“公差带位置”两个要素组成。在国标中，大
12、小由“标准公差”确定，位置由“基本偏差”确定。图中零线是表示基本尺寸，正偏差位于零线的上方，负偏差位于零线的下方.,为了便于分析，一般将尺寸公差与基本尺寸的关系，按放大比例画成简图，称为公差带图。由代表上下偏差的两条平行直线所限定的一个区域称为公差带。,五、公差带与公差带图,（2）公差等级 是国标规定的用以确定公差带大小的任一公差值。用字母IT表示，共分为20个公差等级：IT01、IT0、IT1IT18。其中01级最高，公差值最小；18级最低，公差值最大。,标准公差系列（1）制订原则1)公差单位 当尺寸500时i=0.45 3 D+0.001D,第二节 公差与配合国家标准,反映加工误差,补偿与
13、直径成正比的误差,当尺寸5003150时，I=0.004D+2.1,（3）标准公差数值计算标准公差数值与标准公差单位和公差等级系数有关。,（4）基本尺寸分段(表2-3)分为 主段落 中间段落,注意:在标准公差及基本偏差的计算公式中,基本尺寸按所属尺寸分段内首尾两项的几何平均值来计算.,查表2-4：30IT6公差值=30IT11公差值=50IT6公差值=50IT11公差值=,表中数值之间有什么关系？,13m,130m,16m,160m,结论2：从IT6IT18，每隔5项，公差值增大到前第五项的10倍。因而，此表中的数值为R5系列的优先数。,结论1：标准公差值与基本尺寸和公差等级有关。,是用以确定
14、公差带相对零线位置的上偏差或下偏差，一般是指靠近零线的那个偏差。当公差带位于零线上方时，其基本偏差为下偏差；当公差带位于零线下方时，其基本偏差为上偏差。基本偏差的代号用拉丁字母表示，大写为孔，小写为轴。在26个字母中除去易与其它含义混淆的I、L、O、Q、W(i、l、o、q、w)5个字母外，采用21个，再加上用两个字母CD、EF、FG、ZA、ZB、ZC、JS(c d、e f、f g、z a、z b、z c、j s)表示的7个，共有28个代号，即孔和轴各有28个基本偏差。,2.基本偏差系列,孔的基本偏差,轴的基本偏差,基本偏差系列分析:,1)一般，用同一字母表示的孔、轴基本偏差的绝对值相等，而符号
15、相反，也就是孔的基本偏差是轴的基本偏差相对于零线的倒影。查阅30F6、30f6的基本偏差值？比较？2）H和h的基本偏差为零，孔EI=0，轴es=0。3）JS、js的基本偏差对称于零线分布，公差带两边都开口，在基本偏差数值表中，标为偏差=IT。J、j相对于零线近似对称分布，已逐渐被JS、js所取代，仅保留有J6、J7、J8及j5j8，绝大多数用于轴承配合。,4）基本偏差系列图中公差带是单向开口的，仅表示了公差带的位置，另一端取决于各级标准公差的大小。因此根据孔、轴的基本偏差和标准公差，就可以计算出孔、轴的另一个偏差。孔：ES=EI+IT 或 EI=ES-IT 轴：e i=e s-IT 或 e s
16、=e i+IT,5)孔基本偏差特殊情况:标准公差IT8、基本尺寸 3mm的N，基本偏差ES=0；基本尺寸500mm，标准公差IT8的K、M、N和标准公差IT7的PZC。保证配合性质，轴、孔差一级，此时用同一个字母（分大小写）表示孔轴的基本偏差：ES=-ei+,6)轴基本偏差k:标准公差IT3、IT7，基本偏差 ei=0,6,作业：第一章 思考题：1、2、3；第二章：2-(1)、（2）：1）、3）、4）,（1）配合的概念,配合：基本尺寸相同的相互结合的孔和轴公差带之间的关系。,配合,3.配合,基本尺寸,基本尺寸,（2）配合的种类,间隙配合,过盈配合,过渡配合,孔公差带,孔公差带,轴公差带,轴公差
17、带,基本尺寸,基本尺寸,1）间隙配合 具有间隙(包括最小间隙等于零)的配合。,最大间隙：X max=D max-d min=ES-ei最小间隙：X min=D min-d max=EI-es;配合公差:Tf=X max-X min=Th+Ts,尺寸公差带图,孔公差带,孔公差带,轴公差带,轴公差带,基本尺寸,基本尺寸,2）过盈配合 只有过盈(包括最小过盈等于零)的配合，称为过盈配合。,最大过盈：Y max=D min-d max=EI-es;最小过盈：Y min=D max-d min=ES-ei配合公差:Tf=Y max-Ymin=Th+Ts,尺寸公差带图,孔公差带,轴公差带,基本尺寸,3）过
18、渡配合可能具有间隙也可能具有过盈的配合，称为过渡配合。,最大过盈：Y max=D min-d max=EI-es;最大间隙：X max=D max-d min=ES-ei配合公差:Tf=Xmax-Ymax=Th+Ts,尺寸公差带图,例 若某配合孔的尺寸30H7，轴的尺寸为30f6，试分别计算其极限尺寸、极限偏差、公差、极限间隙、配合公差，并画出其尺寸公差带图，说明配合类别。,解（1）查表，得出孔轴极限偏差：孔的上、下偏差 ES=+0.021mm;EI=0轴的上、下偏差 es=-0.020;ei=-0.033（2）计算极限尺寸：孔的极限尺寸 Dmax=D+ES=30.021;D min=D+EI
19、=30孔的尺寸公差 Th=ES-EI=0.021,（3）计算极限间隙：X max=D max-d min=+0.021-（-0.033）=+0.054 X min=D min-d max=0-（-0.020）=+0.020,轴的极限尺寸 d max=d+es=29.980;dmin=d+ei=29.967轴的尺寸公差 TS=es-ei=0.013,（5）画出公差带图：,+0.021,-0.020,-0.033,+,0,30,（4）计算配合公差：,间隙配合,Tf=X max-X min=+0.054-0.020=+0.034,例 查表确定20H7/k6和20K7/h6两配合的孔、轴极限偏差、公差
20、，画出尺寸公差带图。,解：由表知，基本尺寸18-30mm时，IT6=13um，IT7=21um，H7的EI=0，则ES=EI+IT7=21 um；对k6,由表得ei=2 umes=ei+IT6=2+13=15 um,Xmax=ES-ei=21-(+2)=19 um Ymax=EI-es=0-15=-15 um,对K7，由表得，ES=-2+，且=8 um，ES=+6 um,式中为基本尺寸段内给定某一标准公差等级ITn与更精一级的标准公差等级IT(n-1)的差值。,EI=ES-IT7=-15 um；,对h6，es=0,ei=es-IT6=-13 um Xmax=ES-ei=6-(-13)=19 u
21、m;Ymax=EI-es=-15-0=-15 um,由合格的孔、轴组成的配合一定合用,不合格的孔、轴也可能组成合用的配合，满足使用要求，但不具有互换性。,不合格的孔、轴配合，一定不能使用吗？,基准孔,间隙配合,过渡配合,过盈配合,任何一种孔的公差带和任何一种轴的公差带都可以形成一种配合。但为了简化起见，国标对孔与轴公差之间相互位置关系，规定了两种制度，即基孔制和基轴制。（1）基孔制 基本偏差为一定的孔的公差带，与不同基本偏差的轴的公差形成各种配合的一种 制度。基孔制配合与基轴制配合基准制的孔称为基准孔，其下偏差为零。基准孔的代号为“H”。,4.基准制,基孔制公差带图,基本尺寸,基准孔,配合轴,
22、配合轴,配合轴,基准孔,间隙配合,过渡配合,过盈配合,（2）基 轴 制 配 合,基 本 偏 差 为 一 定 的 轴 的 公 差 带 与 不 同 基 本 偏 差 的 孔的 公 差 带 形 成 各 种 配 合 的 制 度。,基准轴,间隙配合,过渡配合,过盈配合,公 差 带 图：,基本尺寸,基轴制：,AH 形成间隙配合,JN 基本形成过渡配合,PZC 基本形成过盈配合,基孔制：,ah 形成间隙配合,jn 基本形成过渡配合,pz c 基本形成过盈配合,N,K,JS,基准孔公差带,基准轴公差带,r,f g,e f,h,j s,j,k,m,n,p,s,t,u,g,f,轴,H,FG,F,J,M,G,R,S,
23、T,P,U,孔,EF,根据基本偏差代号确定配合种类,第三节 国家标准规定的公差带与配合,一、常用尺寸段公差与配合,国标规定了一般、常用和优先轴用公差带共119种，常用的59种，优先的为13种。,国标还规定了基孔、基轴制的常用和优先配合为：基孔：常用为59种，优先为13种；基轴：常用为47种，优先为13种；,国标规定了一般、常用和优先孔用公差带共105种，常用的44种，优先的为13种。,二、大尺寸段公差与配合1.尺寸范围：500100002.国标只规定了5003150的孔轴常用公差带3.配制公差：以一个零件的实际尺寸为基数，来配制另一个相关零件的一种工艺措施。,三、尺寸至18mm的公差与配合1.
24、国标只规定了尺寸至18mm的孔轴公差带2.小尺寸零件加工轴比加工孔难，主要是刚性差，切削力影响大，定位、装夹困难等因素。,选用方法：一般有三种选择方法：类比法、计算法和实验法。类比法，是参考经实践证明合理的类似产品上的极限与配合的选择，确定要求设计的孔、轴公差等级和基本偏差。,第四节 常用尺寸公差与配合的选用,一、配合制的选择,配合制的选择基本上与使用要求无关，主要应从生产、工艺的经济性和结构的合理性等方面综合考虑。,1基孔制：一般情况，应优先采用基孔制。,2基轴制：1）只有在具有明显经济效果的情况下，如用冷拨钢做轴，不必对轴再加工，采用基轴制。,2）与标准件配合时，基准制的选择通常依标准件而
25、定。如滚动轴承的外圈与壳体孔的配合，应采用基轴制。,3）在同一基本尺寸的轴上要装配几个不同配合的零件时，如a图，活塞销同时与活塞和连杆上的孔配合；若采用基孔制，活塞销需做成如b图形状，此形状不便于加工也不便于装配；,（a）,（b）,若采用基轴制，如图c所示，活塞销做成光轴，则便于加工和装配，又降低成本。,（c）,（a）,二、公差等级的选择 因为精度设计尚处于以经验设计为主的阶段，一般公差等级的选择采用类比法。,基本原则是：在充分满足使用要求的前提下，考虑现场的可能性，尽量选择较低 的公差等级，以取得较好的经济效益。,1、选择的公差等级应能满足使用要求。对间隙或过盈的变动量要求小时，应选择较高的
26、公差 等级，反之，可以选低些的公差等级。,2、要考虑工艺等价原则。由于在较高的公差等级中，当孔和轴的公差等级相同时，孔的加工较轴的加工困难，因而在尺寸500mm,标准公差TIT8时，推荐孔比轴低一级，如H8/f7、H7/g6等，以解决工艺上的实际问题；,当T为IT8时，也有同级孔、轴的配合，如H8/f8；标准公差IT8时，一般采用同级孔、轴配合，如H9/c9。,3、若已知配合公差Tf，可按Tf=TD+Td来确定孔、轴配合尺寸公差的大小：当配合尺寸500mm时，Tf2IT8的，推荐孔比轴低一级。Tf2IT8的，推荐孔、轴同级；当配合尺寸500mm时，采用孔、轴同级。,20个公差等级的基本应用范围
27、,三、配合种类的选择 主要根据使用要求确定。实际工作中，多采用类比法和实验法来选择配合种类。用类比法选择配合种类，一般先由工作条件确定配合类别，再进一步选择配合的松紧程度。,（一）配合类别的选择 1、过盈配合具有一定的过盈量，主要用于结合件间无相对运动，不需要拆卸的静连接；当过盈量较小时，只作精确定心用，如需传递力矩加键、销等紧固件。过盈量较大时，可直接用于传递力矩。,2、过渡配合可能具有过盈，可能具有间隙，主要用于精确定心、结合件间无相对运动、可拆卸的静连接。要传递扭矩时则要紧固件。,3、间隙配合，间隙小时只要用于精确定心又便于拆卸的静连接或结合件只有缓慢移动或转动的动连接。间隙较大时用于结
28、合件间有转动、移动或复合运动的动连接。,（二）孔、轴基本偏差的选择,1.计算法 根据液体润滑和弹塑性理论，计算出所需要的间隙或过盈的最佳值，然后选择接近的配合种类，确定基本偏差。,2.实验法 对产品性能影响重大的某些配合，往往需要试验法来确定最佳间隙或过盈，但此法成本高，不常用。3.经验法 由平时积累的经验和通过类比法确定出配合种类，这是最常用的方法。可参考书中表格选择。,例：设有基本尺寸为40mm的孔、轴配合，要求保证间隙在+20+70m之间，试确定优先孔、轴的公差带与画出尺寸公差带图。希望采用基孔制。解题步骤：1.确定基准制2.计算配合公差3.确定孔、轴公差等级4.确定孔的公差带代号及极限
29、偏差5.计算轴的极限偏差，确定轴的公差带代号6.校验极限间隙，得出结论。,第五节 一般公差 线性尺寸的未注公差,一般公差是指在车间一般条件下可保证的公差。采用一般公差时，在该尺寸后不标注极限偏差或其它代号，所以也称未注公差。,一般公差主要用于较低精度的非配合尺寸。适用于金属切削加工的尺寸。,GB规定了四个公差等级，其线性尺寸一般公差的公差等级及极限偏差见国标表格，倒角见国标表格。在图样、技术文件上或相应的标准中标注方法：GB1804-m 其中，m表示中等级,3.未注尺寸公差按GB1804-m,例 若某配合孔的尺寸30H8，轴的尺寸为30f7，试分别计算其极限尺寸、极限偏差、公差、极限间隙、配合
30、公差，并画出其尺寸公差带图和配合公差带图，说明配合类别。,解（1）查表，得出孔、轴极限偏差：孔的上、下偏差 ES=+0.033mm;EI=0轴的上、下偏差 es=-0.020mm;ei=-0.041mm（2）计算极限尺寸：孔的极限尺寸 Dmax=D+ES=30.033mm;D min=D+EI=30mm孔的尺寸公差 TD=D max-D min=ES-=0.033mm,（3）计算极限间隙：Xmax=D max-d min=30.033-29.959=+0.074mm X min=D min-d max=30-29.980=+0.020mm（4）计算配合公差：配合公差 T f=X max-X m
31、in=+0.074mm-（+0.020mm）=TD+Td=0.033+0.021=0.054mm,轴的极限尺寸 d max=d+es=29.980mm;dmin=d+ei=29.959mm轴的尺寸公差 Td=d max-d min=es-ei=0.021,尺寸公差带图和配合公差带图如下：,尺寸公差带图,配合公差带图,（5）画出公差带图：,图形中参数单位为m,图形中参数单位为m,例：若已知某配合的基本尺寸为80mm，配合公差Tf=49m,最大间隙Xmax=19m,孔的公差TD=30m，轴的下偏差ei=+11m,试画出该配合的尺寸公差带图和配合公差带图，说明配合类别。,解：因Tf=TD+Td，得Td=Tf-TD=0.049-0.030=0.019,因Xmax=ES-ei，故 ES=Xmax+ei=（0.019+0.011）=0.030,EI=ES-TD=(0.030-0.030)=0因 Tf=Td+TD 所以 Td=Tf-TD=0.049-0.030=0.019es=ei+Td=(11+19)m=0.030,因ESei且EIes,所以此配合为过渡配合。,因为Tf=Xmax-Ymax,所以-Ymax=Tf-Xmax=（）=-0.030,图形中参数单位为m,图形中参数单位为m,尺寸公差带图,配合公差带图,
