互换性与技术测量(绪论-第一章)

1、互换性与技术测量,机电与能源分院 授课老师：吴红兵 办公室：NA411 电话：15867408313,一、课程教学内容与要求,教学内容 公差（尺寸、形状、位置）基本概念及规定 公差设计（精度设计） 测量工具仪器及其使用 教学要求 明确相关基本概念及国家标准 能够进行常见情况下公差合理设计 了解常见仪器选择原则及使用方法,二、教学方法及考核形式,教学方法 课堂教学 实验操作 考核形式 理论部分（20%平时+80%期末考试） 实践部分（按实验考核要求操作）,绪 论,第一节、互换性概述,互换性指同一规格的一批零、部件，任取其一，不需任何 挑选或附加修配（如钳工修理）就可以相互替换的装在机器上，达到规定的功能要求。 例 灯头和灯泡，螺钉螺母，滚动轴承 汽车、自行车、缝纫机、手表 日用工业品、机床、汽车、电子产品、军工产品,互换性通常包括几何参数和机械性能（如硬度、强度等）的互换性。（本课程仅讨论几何参数的互换）,几何参数包括尺寸大小、几何形状（微观、宏观）以及相互位置关系等。,互换性包括哪些方面的互换呢？,为了满足互换性的要求，似乎在同规格的零、部件间，其几何参数都要做得完全一致。 实际上，只

2、要零部件的几何参数保持一定的变动范围，就能达到互换的目的。 允许零件尺寸和几何参数的变形量就称为“公差”。,但是在实际中是不可能的!,互换性作用 为生产的专业化创造了条件，促进自动化生产的发展，有助于降低产品成本，提高产品质量。 为机器的标准化、系列化、通用化提供了技术条件 缩短机器设计时间，促进新产品的发展 可以减少修理机器的时间和费用 互换性与公差 公差指允许零件几何参数的变动量 零部件在几何参数方面的互换性体现为公差标准 按互换程度分：完全互换、不完全互换,标准化是实现互换性的基础，是组织现代化生产的重要手段之一 可简化多余的产品品种 节约原材料、减少浪费、方便信息交流，提高产品可靠性,第二节、公差与配合标准的发展,1902年英国Newall公司“极限表” 1906年英国标准B.S.27 1926年成立国际标准化协会ISA，1947年改为ISO 1940年正式颁布国际公差标准 国际常见标准 国际标准ISO 美国ANSI 德国DIN 欧洲EN 日本JIS 英国BS 中国机械相关标准 国家标准GB 机械部标准JB,计量单位 商朝（至今3100-3600年）已有象牙制成的尺。 秦朝统一

3、度量衡 1791年法国制订“米”的标准 1983年“米”的国际定义:米是光在真空中于1/299792458秒时间间隔内的行程长度。 计量器具 尺（一维） 1926年德国工具显微镜（二维） 三坐标测量机 精度从0.01mm到0.001mm、0.1m、0.01m 20世纪80年代发明隧道显微镜，分辨率0.01纳米,第三节、计量技术发展,优先数系由一些十进制等比数列构成，代号为Rr，R是renard的第一个字母，r取5，10，20，40，80等） 其公比为： 它的含义是在每个十进制数的区间（如1-10，10-100或1-0.1，0.1-0.01)各有r个优先数。即每隔r个数，其末位数与首数之比为10。 如R5，当第一个数为a,公比为q5时，其数列依次为： a,aq5 , aq25, aq35, aq45, aq55,第四节、优先数和优先数系,基本系列 R5 1, 1.6, 2.5, 4, 6.3,10 R10 1, 1.25, 1.6, 2.0, 2.5, 3.15, 4.0, 5.0, 6.3, 8.0, 10 R20 R40 补充系列 R80 倒数系列 R10的倒数系列 1, 0.8,

4、0.63, 0.5, 0.4, 0.315, 0.25, 0.2, 0.16, 0.125，0.1 变形系列 Rr/p R10/3 1, 2, 4, 8, 16, 31.5, ,例：试写出R10从250到4000的优先数系。 试写出R10/3从250到4000的优先数系。,答案：250 315 400 500 630 800 1000 1250 1600 2000 2500 3150 4000 250 500 1000 2000 4000,优先数系应用的实例很多： 照相机的光圈就是采用R20/3，而曝光时间采用R10/3。 渐开线圆柱齿轮模数第I系列采用R10。 公差标准中尺寸分段，形位公差、粗糙度参数等等。,第一章 孔与轴的极限与配合,第一节、概 述,公差与配合的现实意义 公差与配合的标准化，有利于机器的设计、制造、使用和维修，直接影响产品的精度、性能和使用寿命，是评定产品质量的重要技术标准。 标准制订 1959年颁布了公差与配合国家标准（GB 15917479），参照前苏联标准。 1979年颁布公差与配合国家标准（GB/T1800180479，参照国际标准（ISO）。,第二节、极限

5、与配合的基本词汇,一、“尺寸”相关的术语及定义 孔工件的圆柱形内表面，也包括非圆柱形内表面（由两平行平面或切面形成的包容面） 轴工件的圆柱形外表面，也包括非圆柱形外表面（由两平行平面或切面形成的被包容面）,尺寸用特定单位表示线性值的数值（也包括角度值） 基本尺寸设计给定的尺寸 实际尺寸通过测量获得的尺寸(并非被测尺寸的真值 ) 极限尺寸允许尺寸变化的两个极限值，两个极限尺寸中，较大的称为最大极限尺寸，较小的称为最小极限尺寸。,最大实体状态孔与轴具有材料量为最多时的状态。在此状态下的尺寸，称为最大实体尺寸。它是孔的最小极限尺寸和轴的最大极限尺寸。 最小实体状态孔与轴具有材料量为最少时的状态。在此状态下的尺寸，称为最小实体尺寸。它是孔的最大极限尺寸和轴的最小极限尺寸。,非常重要的两个概念!,二、“公差与偏差”术语及定义,尺寸偏差（简称偏差） 某一尺寸（实际尺寸、极限尺寸等）减其基本尺寸所得的代数差。 最大极限尺寸减其基本尺寸所得的代数差称为上偏差。 最小极限尺寸减其基本尺寸所得的代数差称为下偏差。 孔的上、下偏差：ES，EI 轴的上、下偏差：es, ei 尺寸公差（简称公差） 允许尺寸的变

6、动量 最大极限尺寸与最小极限尺寸之差，或上偏差与下偏差之差，为公差。,公差与配合示意图,计算举例,某孔的基本尺寸为 50mm,最大极限尺寸为 50.008mm, 最小极限尺寸 49.992mm,试计算偏差和公差。最大，最小实体尺寸。,解： 上偏差最大极限尺寸基本尺寸,下偏差最小极限尺寸基本尺寸,公差最大极限尺寸最小极限尺寸,公差上偏差下偏差,50.008500.008,49.992500.008,50.00849.9920.016,0.008（0.008）0.016,公差带与公差带图 零线确定偏差的一条基准直线，即零偏差线。通常零线表示基本尺寸。正偏差位于零线上方，负偏差位于零线下方。 公差带由代表上偏差和下偏差或最大极限尺寸与最小极限尺寸的两条直线所限定的区域。公差带包括了“公差带大小”与“公差带位置”两个参数。前者由标准公差确定，后者由基本偏差确定。 标准公差国家标准规定的，用以确定公差带大小的任一公差。 基本偏差确定公差带相对于零线位置的上偏差或下偏差。,三、“配合”的术语及定义,间隙孔的尺寸减去相配合的轴的尺寸，所得之差为正时，此差值称为间隙。用代号“X”表示。 过盈孔的尺寸减

7、去相配合的轴的尺寸，所得之差为负时，此差值称为过盈。用代号“Y”表示。 配合基本尺寸相同的相互结合的轴公差带和孔公差带之间的关系。分基孔制和基轴制两种。 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带形成各种配合的一种制度。基孔制的孔为基准孔,其代号为 H,基本偏差 EI=0 。 基轴制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一种制度。基轴制的轴为基准轴,其代号为 h，基本偏差 es=0 。,配合分间隙配合、过渡配合和过盈配合 间隙配合：孔的公差带在轴的公差带之上，保证具有间隙的配合（包括最小间隙等于零的配合）孔的最大极限尺寸减轴的最小极限尺寸，所得的代数差，称为最大间隙（Xmax).孔的最小极限尺寸减轴的最大极限尺寸，所得的代数差，称为最小间隙（Xmin). 过盈配合：孔的公差带在轴的公差带之下，保证具有过盈的配合（包括最小过盈等于零的配合）孔的最大极限尺寸减轴的最小极限尺寸，所得的代数差，称为最小过盈（Ymin).孔的最小极限尺寸减轴的最大极限尺寸，所得的代数差，称为最大过盈（Ymax). 过渡配合：在孔与轴的配合中，由于两者的公差带相互交

8、叠，任取一对孔轴相配，可能具有间隙，也可能具有过盈的配合。,Tf=| Xmax-Xmin|,配合公差：允许的间隙（或过盈）的变动量,等于最大间隙与最小间隙之差，也等于相配合的孔公差与轴公差之和。,举例,并求三种配合的配合公差及绘出公差带图！,第三节、极限与配合国家标准,标准公差国家规定的用以确定公差带大小的任一公差值。标准公差=公差等级系数X标准公差因子。 标准公差因子计算标准公差的基本单位，是制定标准公差系列值的基础。 尺寸500mm, 尺寸 500mm, D为基本尺寸分段内首尾两个尺寸的几何平均值,一、标准公差系列,标准公差等级国家标准规定确定零件尺寸精度的等级。 IT01、IT0、IT1IT18共20级 IT（ISO Tolerance)国际标准缩写 基本尺寸分段：对同一尺寸分段内的基本尺寸，在相同公差等级的情况下，规定相同的标准公差。,尺寸500mm 标准公差确定 IT5IT18如表14所示 IT01、IT0、IT1如表15所示 IT2-IT4在IT1-IT5级数值之间近似呈几何级数 尺寸500mm 标准公差确定 IT5IT18同样以公差等级系数和标准公差因子的乘积来计算 IT

9、01、IT0、IT1，分别按1I, I, 2I, IT2IT4在 IT1-IT5级数值之间近似呈几何级数,表14,表15,计算举例,基本尺寸 25mm,求IT6和IT7,解： 25mm属于1830mm尺寸分段,几何平均值：,标准公差因子：,二、基本偏差系列,基本偏差是用来确定公差带相对于零线位置的上偏差或下偏差，一般指靠近零线的那个偏差。 基本偏差的代号用拉丁字母表示，大写代表孔，小写代表轴。共有28个代号，即孔和轴各有28个基本偏差。,轴的基本偏差是在基孔制配合的基础上制定的。通过试验与分析，总结出轴的基本偏差计算的一系列公式见表1-9.,1.轴的基本偏差,IT5IT8,见教材,偏差ah,ah用于间隙配合，基本偏差绝对值等于最小间隙,j-n主要用于过渡配合，由于所得间隙和过盈均不太大，可以保证孔、轴配合时，有较好的对中性。,偏差pzc,过盈配合，保证最小过盈,轴的另一个偏差（上偏差或下偏差），根据轴的基本偏差和标准公差，按下列关系式计算： ei=es-IT es=ei+IT,例子:,查表1-10求 a8的上下偏差？,2.孔的基本偏差,孔的基本偏差：对同一字母的孔的基本偏差与轴的基本偏差相对于零线是完全对称的，即孔、轴基本偏差的绝对值相等而符号相反，即：,(1)基本尺寸3-500mm标准公差为IT9-IT16的基本偏差N，其数值（ES）等于0. （2）基本尺寸3-500mm标准公差=IT8(IT8,IT7,IT6)的基本偏差J,K,M,N以及标准公差=IT7(IT7,IT6) 的基本偏差P-ZC，在计算孔的基本偏差时，应附加一个“ ”值 .,这一规则适用于所有的基本偏差，但下列情况除外：,为什么要这么规定呢？,在较高公差等级中，孔比同级轴加工困难，在生产中常采用孔比轴低一级相配，并要求按基轴制和基孔制形成的配合（如H7/p6和P7/h6), 具有相同的极限间隙或过盈。,基孔制

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