《互换性概论》课件.ppt

互换性与测量技术,理论课(26):绪论轴、孔结合的极限与配合测量技术基础光滑工件尺寸检测和量规设计形状与位置公差表面粗糙度及其检测零件典型表面的公差与配合实验(6),1,精选ppt,互换性与测量技术理论课(26):1精选ppt,参考教材：-互换性与测量技术王益祥 主编，南京理工大学印刷其它参考书：邢闽芳 主编互换性与测量技术，清华大学出版社机械设计手册(第1卷)成绩评定：期末闭卷考试 + 平时成绩,互换性与测量技术,2,精选ppt,参考教材：互换性与测量技术2精选ppt,第一章 互换性概论,3,精选ppt,第一章 互换性概论3精选ppt,课程的研究对象,研究对象: 机械设计和制造过程中的几何量 公差配合（简称公差配合）与检测技术,4,精选ppt,课程的研究对象研究对象: 4精选ppt,机械原理机械设计（机械零件）,机械专业的学科基础课,机械设计基础,机械制造基础,本课程,金属工艺学工程材料,公差与配合设计检测,(简称公差设计),是教学计划中联系设计课程与工艺课程的纽带,是从基础课学习过渡到专业课学习的桥梁.,本课程性质:,学科基础课,承上启下,5,精选ppt,机械原理机械专业的学科基础课机械设计基础机械制造基础本课程金,.互换性的广义概念 互换性:一种产品、过程或服务替代另一种产品、 过程或服务能满足同样要求的性能. 例如：电灯泡坏了，买一只安上；自行车掉了一个螺丝，按同样规格买一个装上.,第一节 互换性的意义与作用,6,精选ppt,.互换性的广义概念第一节 互换性的意义与作用6精选ppt,第一节 互换性的意义与作用,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：,7,精选ppt,第一节 互换性的意义与作用一、 互换性的定义,二、互换性的分类,1.按决定的参数或使用要求分为：,1)几何参数互换性 (主要保证装配),2)功能互换（保证使用,广义）,8,精选ppt,二、互换性的分类尺寸对几何要素的提出互换性要求。 1.按决,互换性,几何参数互换性,机械性能互换性,理化性能互换性,本课程讨论,对同一批零件而言，当其原材料相同时，其互换性主要在几何量方面.,9,精选ppt,互换性几何参数互换性机械性能互换性理化性能互换性,尺寸形状误差位置误差表面粗糙度评定参数典型零件(齿轮、螺纹等)的精度评定参数,含线性尺寸角度尺寸(简称角度),几何参数,基本几何参数,尺寸公差形状公差位置公差表面粗糙度公差（允许值）典型零件(轴承、键、螺纹、齿轮等)公差,几何参数公差,基本几何参数公差,10,精选ppt,尺寸含线性尺寸几何参数基本几何参数尺寸公差几何参数公差基本几,11,精选ppt,技术要求 轴,2.按方法及程度分：,1)完全互换 装配或更换时，不挑、不调、不修的互换性。,2)不完全互换:分组互换:装配前分组,组内零件互换.调整互换:装配时更换零件.修配互换:去掉多余材料的修配.,3. 按部位或范围分：内互换：部件或机构内部组成零件间的互换外互换：部件或机构与其相配件间的互换（例如：滚动轴承）,二、互换性的分类,12,精选ppt,2.按方法及程度分： 1)完全互换 装配或更换,贯穿在产品设计、制造、使用和维修的全过程：1)在设计方面：零、部件具有互换性，就可以最大限度地利用标准件、通用件和标准部件，从而简化制图、计算工作，缩短设计周期，并便于采用计算机辅助设计。,互换性的作用,13,精选ppt,贯穿在产品设计、制造、使用和维修的全过程：互换性的作用1,2)在制造加工方面：便于组织生产协作，进行专业化生产。采用高效率的生产设备，有利于实现加工过程和装配过程机械化、自动化。从而提高劳动生产率，提高产品质量，降低生产成本。,互换性的作用,14,精选ppt,2)在制造加工方面：便于组织生产协作，进行专业化生产。采,3)在使用维修方面：零、部件具有互换性可以及时更换已经磨损或损坏了的零、部件，减少机器的维修时间和费用，保证机器连续而持久地运转，从而提高机器的使用价值。,互换性的作用,15,精选ppt,3)在使用维修方面：零、部件具有互换性可以及时更换已经磨,鉴于互换性在提高产品质量和可靠性、提高经济效益等方面的重大意义，互换性原则已成为现代制造业中一个普遍遵守的原则，成为制造业可持续发展的重要技术基础。,互换性的作用,16,精选ppt,鉴于互换性在提高产品质量和可靠性、提高经济效益等方面,如何实现互换性 ？,如果将同一规格零件的几何量制作得完全相同显然可以实现互换性，但这不可能，也不必要。事实上只要将同一规格零件的几何量控制在公差允许的范围内，使同一规格零件的几何量彼此充分近似，就可以实现互换性,互换性由公差来保证。,互换性的实现,17,精选ppt,如何实现互换性 ？ 如果将同一规格零件的几何量,1.2 标准化,一、公差与检测,1.公差:允许零件尺寸和几何参数的变动范围称为“公差”,2.检测：检测包含检验与测量。,3.实现互换性的条件：标准化是实现互换性的前提。,18,精选ppt,1.2 标准化 一、公差与检测1.公差:允许零件尺寸和几何,标准和标准化,标准标准化标准的分类：国家标准(GB);行业标准: 机械标准(JB),邮电标准(YD)等地方标准企业标准(QB)基础标准、产品标准、方法标准、安全与环境保护标准等国际标准ISO/IEC,19,精选ppt,标准和标准化标准19精选ppt,按标准化对象的特性分类,按标准的级别分类,20,精选ppt,企业标准地方标准行业标准国家标准国际标准标准,标准化是互换性生产的基础。,标准化是发展贸易、提高产品在国际市场的竞争能力的技术保证掌握标准 市场 标准化是实现现代化的重要手段，是反映现代化水平的重要标志.,1.2 标准化,21,精选ppt,标准化是互换性生产的基础。 标准化是发展贸易、提, 标准化是互换性生产的基础。,公差设计应遵守标准化原则 - 选择标准公差与配合。,公差标准（例）：GB/T1800极限与配合；GB/T1182 形状和位 置公差；GB/T3505表面粗 糙度；GB/T10095 渐开线园柱齿轮精 度等,标准公差与配合的选择,例：尺寸公差与配合选择、形位公差选择、表面粗糙度选择等。,22,精选ppt, 标准化是互换性生产的基础。 公差设计应遵守标准化原则,数值标准化的意义 当选定一个数值作为某产品参数指标时，该数值会按一定的规律，向一切有关制品和材料中传播，例如：,形成牵一发而动全身的现象,优先数系,故:技术参量应在一个理想的统一的数系中选取,23,精选ppt,数值标准化的意义螺孔：M16-6H螺纹塞规丝锥螺钉,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。,24,精选ppt,优先数和优先数系（GB/T3211980 ） 优先数, 优先数系及优先数,R5 系列 r=5 q=1.60 R10系列 r=10 q=1.25R20系列 r=20 q=1.12R40系列 r=40 q=1.06R80系列 r=80 q=1.03,基本系列,R5 1.00 1.60 2.50 4.00 6.30 10.00 R10 1.00 1.25 1.60 2.00 2.50 3.15 4.00 5.00 6.30 8.00 10.00 R20 1.00 1.12 1.25 1.40 1.60 1.80 2.00 2.24 2.50 2.80 3.15 3.55 4.00 4.50 5.00 5.60 6.30 7.10 8.00 9.00 10.00 R40 R80 ,补充系列,优先数:优先数系中的任一个项值.,25,精选ppt, 优先数系及优先数rq =10优先数系Rr:公比为 的十, 优先数系的派生系列,优先数系,基本系列和补充系列Rr 派生系列Rr/p:每逢p项选一项,R5/2： 1.00 2.50 6.30 16.0 40.0 100R10/3: 1.00 2.00 4.00 8.00 16.0 31.5 ,R5 1.00 1.60 2.50 4.00 6.30 10.00 R10 1.00 1.25 1.60 2.00 2.50 3.15 4.00 5.00 6.30 8.00 10.00 R20 1.00 1.12 1.25 1.40 1.60 1.80 2.00 2.24 2.50 2.80 3.15 3.55 4.00 4.50 5.00 5.60 6.30 7.10 8.00 9.00 10.00 ,26,精选ppt, 优先数系的派生系列优先数系 基本系列和补充系列RrR5, 优先数系的应用原则,先基本系列,后派生系列;先大公比,后小公比,27,精选ppt, 优先数系的应用原则先基本系列,后派生系列;27精选ppt,产品几何技术规范,产品几何技术规范(Geometrical Product Specification and Verification，简称GPS)是针对所有几何产品建立的一个几何技术标准体系，它覆盖了从宏观到微观的产品几何特征，涉及产品开发、设计、制造、验收、使用以及维修、报废等整个生命周期的全过程。,28,精选ppt,产品几何技术规范产品几何技术规范(Geometrical P,1.2.3 产品几何技术规范,链环1产品文件表示(图样标注代号) 。链环2公差定义及其数值。链环3实际要素的特征或参数定义。链环4工件偏差评定(与公差极限比较)。 链环5测量器具。链环6测量器具校准。,书P6 图1.2/表1.1,29,精选ppt,1.2.3 产品几何技术规范链环1产品文件表示(图样标注,1.3 公差与配合的基本概念,一、有关尺寸的术语及定义（GB/T1800.12009）,1尺寸 以特定单位表示线性尺寸值的数值。如直径、宽度、高度、中心距等。,2孔: 通常指工件的圆柱形内表面，也包括其它内表面中由单一尺寸确定的部分。 轴：通常指工件的圆柱形外表面，也包括其它外表面中由单一尺寸确定的部分。孔与轴：包容与被包容关系。,30,精选ppt,1.3 公差与配合的基本概念一、有关尺寸的术语及定义（G,使得机器的性能、质量、寿命和可靠性，以及振动、噪声、摩擦磨损等很大程度上取决于孔、轴的结合形式及其结合松紧程度与松紧均匀程度的正确与否。,31,精选ppt,孔孔(轮毂键槽)孔(轴键槽)轴轴(键) 使得机器的性能,3公称尺寸 由图样规范确定的理想形状要素的尺寸，是设计给定的尺寸。通过它并应用上、下偏差可算出极限尺寸的数值。它可以是一个整数或一个小数值。,4实际尺寸 通过测量获得的尺寸。孔和轴的实际尺寸分别用Da和da表示。,由于测量误差 实际尺寸不一定是尺寸的真值。 由于形状误差 同一表面不同部位的实际尺寸往往不相等，因此要用二点法进行测量。,32,精选ppt,3公称尺寸 由图样规范确定的理想形状要素的尺寸，是设,公称尺寸 例：结构设计和强度、刚度计算确定的尺寸. 孔(轴)直径的公称尺寸符号: D(d) 其它长度的公称尺寸符号: L,3.公称尺寸,33,精选ppt,公称尺寸 例：结构设计和强度、刚度计算确定的尺寸.LdL,4.实际尺寸对完工零件用两点法测量所得到的尺寸.,da,测量仪器与零件两点接触,da,da,Da,孔(轴)直径的实际尺寸符号:Da(da ) 其它长度的公称尺寸符号: La,La,34,精选ppt,4.实际尺寸对完工零件用两点法测量所得到的尺寸.da测量仪,5极限尺寸 允许尺寸变化的两个界限值。允许的最大尺寸称为最大极限尺寸；允许的最小尺寸称为最小极限尺寸 孔和轴的最大极限尺寸分别用Dmax和dmax表示，最小极限尺寸分别用Dmin和dmin表示。,35,精选ppt,5极限尺寸 允许尺寸变化的两个界限值。允许的最大尺寸称,5.极限尺寸: 允许零件实际尺寸变化的两个界限值,36,精选ppt,5.极限尺寸: 允许零件实际尺寸变化的两个界限值DminDa,零线,轴,孔,最大极限尺寸,最小极限尺寸,基本尺寸,公差,最大极限尺寸,基本尺寸,最小极限尺寸,公差,尺寸、公差、配合示意图,37,零线轴孔最大极限尺寸最小极限尺寸基本尺寸公差最大极限尺寸基本,6最大实体尺寸（MMS）： 孔或轴在尺寸公差范围内，具有材料量最多时的状态（最大实体状态，简称MMC）下的极限尺寸。孔和轴的最大实体尺寸分别用DMMS和dMMS表示。,7最小实体尺寸（LMS）： 孔或轴在尺寸公差范围内，具有材料量最少时的状态（最小实体状态，简称LMC）下的极限尺寸。孔和轴的最小实体尺寸分别用DLMS和dLMS表示。 极限尺寸与实体尺寸有如下关系,DMMSD min ，DLMSDmax dMMSdmax ，dLMSdmin,38,精选ppt,6最大实体尺寸（MMS）： 孔或轴在尺寸公差范围内，具有,尺寸要素：由一定大小的线性尺寸或角度尺寸确定的几何形状。实际(组成)要素：由接近实际(组成)要素所限定的工件实际表面的组成要素部分。提取组成要素：按规定方法，由实际(组成)要素提取有限数目的点所形成的实际(组成)要素的近似替代。拟合组成要素：按规定方法，由提取组成要素形成的并具有理想形状的组成要素。,其它尺寸相关概念,39,精选ppt,尺寸要素：由一定大小的线性尺寸或角度尺寸确定的几何形状。其它,3.2 有关偏差与公差的术语和定义,偏差（尺寸偏差）尺寸公差尺寸公差带示意图及公差带标准公差IT和基本偏差,40,精选ppt,3.2 有关偏差与公差的术语和定义 偏差（尺寸偏差）40精,1. 偏差（尺寸偏差）,实际尺寸 公称尺寸 = 实际偏差,偏差 某一尺寸与公称尺寸的代数差,41,精选ppt,1. 偏差（尺寸偏差）实际尺寸 公称尺寸 = 实际偏差,实际尺寸 公称尺寸 = 实际偏差,孔 Da D = Ea 轴 da d = ea,极限尺寸 公称尺寸 = 极限偏差,最大极限尺寸 公称尺寸 = 上偏差,最小极限尺寸 公称尺寸 = 下偏差,孔 Dmin D = EI轴 dmin d = ei,孔 Dmax D = ES轴 dmax d = es,42,精选ppt,实际尺寸 公称尺寸 = 实际偏差孔 Da ,尺寸合格条件也可表示为：,上偏差 实际偏差 下偏差 ES Ea I es ea ei,单一完工零件的尺寸合格条件,43,精选ppt,尺寸合格条件也可表示为：尺寸合格条件： DminD,2. 尺寸公差,孔、轴的尺寸公差用符号TD、 Td 表示: TD = DmaxDmin = ES EI Td = dmax dmin = es ei,尺寸公差用符号T表示: T= LmaxLmin,尺寸公差 - 允许尺寸的变动量,44,精选ppt,2. 尺寸公差孔、轴的尺寸公差用符号TD、 Td 表示:,综上所述: 设计者给出标准公差 完工零件不超过公差 零件的精度要求、互换性要求、配合要求 均可得到满足.,公差技术,45,精选ppt,综上所述:公差技术45精选ppt,但公差大小不同，效果则不同：,公差实质：反映使用要求与加工工艺及成本 的矛盾。,公差技术,46,精选ppt,但公差大小不同，效果则不同：公差大允许几何量的变动大加工难度,3.公差带,1)公差带图解：,a)零线：表示公称尺寸的直线,c）画法：,(1)零线。2)确定公差带大小位置。3)孔 、轴 或在公差带里写孔、轴。4)作图比例基本一致，单位 m 、mm均可。5)公称尺寸相同的孔、轴公差带才能画在一张图上。,47,精选ppt,3.公差带1)公差带图解： 公称尺寸孔公差带轴公差带0+-E,偏差=0不标出,3.尺寸公差带示意图及公差带,公差带沿零线方向的长度可适当选取,单位:um,公称尺寸,偏差前必须冠于“+”或“-”,48,精选ppt,偏差=0不标出3.尺寸公差带示意图及公差带上偏差+0-下偏差,4极限制 公差带有两个参数：一是公差带的大小（即宽度）；二是公差带相对于零线的位置。国标已将它们标准化，形成标准公差和基本偏差两个系列。,5标准公差（IT） 指国家标准（GB/T 1800.31998）极限与配合制中，所规定的任一公差。字母IT为“国际公差”的符号。标准公差确定了公差带的大小。,49,精选ppt,4极限制 5标准公差（IT） 指国家标准（GB/T 18,尺寸公差带二要素,大小-由公差值T确定位置-由上偏差或下偏差确定,上偏差,+0-,下偏差,下偏差,D,靠近零线的上偏差或下偏差,尺寸公差带二要素-标准公差IT和基本偏差,50,精选ppt,+0.021+0-+0.002-0.01960 尺寸公差带,6基本偏差,ei,es,公称尺寸,基本偏差,为下偏差,基本偏差,为上偏差,EI,ES,孔,轴,轴,孔,-,基本偏差: 国标规定的、用以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。,51,精选ppt,6基本偏差 eies 公称尺寸基本偏差为下偏差基,1.3.3 有关“配合”的术语及定义,1. 配合：公称尺寸相同的并且相互结合的孔和轴公差带之间的关系。,52,精选ppt,1.3.3 有关“配合”的术语及定义1. 配合：公称尺寸,1）间隙配合：孔的公差带在轴公差带上方，即具有间隙的配合（包括Xmin0的配合）。对一批零件而言，所有孔的尺寸轴的尺寸,孔,轴,Xmax,孔,轴,Xmax,Xmin,Xmin=0,平均间隙：Xav= (Xmax+ Xmin)/2,最大间隙Xmax与最小间隙Xmin,53,精选ppt,1）间隙配合：孔的公差带在轴公差带上方，即具有间隙的配合（包,Xmax +80 +60Xmin 0 +20Xav +40 +40,Xmax = ESei Xmin = EIes,平均间隙：Xav= (Xmax+ Xmin)/2,表示间隙配合松紧程度的参量：,54,精选ppt,Xmax +80,2) 过盈配合：孔的公差带在轴公差带下方，即具有过盈的配合（包括Ymin0的配合）。对一批零件而言，所有轴的尺寸孔的尺寸,特征参数： YminDmaxdminESei YmaxDmindmaxEIes,平均过盈：Yav= (Ymax+ Ymin)/2,55,精选ppt,2) 过盈配合：孔的公差带在轴公差带下方，即具有过盈的配合（,Ymax -80 -60Ymin 0 -20Yav -40 -40,Ymin = ESei Ymax = EIes,Yav= (Ymax+ Ymin)/2,表示过盈配合松紧程度的参量：,-80,-20,-40,-60,孔TD,孔TD,轴Td,轴Td,+0-,D,-40,例,56,精选ppt,Ymax -80,3)过渡配合 :孔、轴公差带相互重叠，即可能具有间隙X或过盈Y的配合,Ymax,Xmax,轴,孔,轴,孔,轴,孔,Xmax,Ymax,Xmax,Ymax,过渡配合主要用于孔、轴间的定位联结(既要求装拆方便；又要求对中性好),特征参数： XmaxDmaxdminESei YmaxDmindmaxEIes,Xav（Yav）= (Ymax+ Xmax)/2,57,精选ppt,3)过渡配合 :孔、轴公差带相互重叠，即可能具有间隙X或过盈,Xmax +60 +10Ymax -20 -30Xav（ Yav ） +20 -10,Xmax = ESei Ymax = EIes,Xav（Yav）= (Ymax+ Xmax)/2,表示过渡配合松紧程度的参量：,按此配合要求生产的孔、轴间隙的概率大,-40,-20,+10,-10,轴Td,孔TD,轴Td,+0-,D,-20,+20,孔TD,按此配合要求生产的孔、轴过盈的概率大,58,精选ppt,Xmax +60,4. 配合公差-允许间隙或过盈的变动量,间隙配合中: Tf XmaxXmin过盈配合中:Tf Ymin Ymax TD+ Td过渡配合中: Tf Xmax Ymax,若要提高配合精度（即Tf）可减小相配合的孔、轴尺寸公差（即提高相配合的孔、轴加工精度）。 设计时，应使TfTDTd 。,孔,孔,轴,轴,59,精选ppt,4. 配合公差-允许间隙或过盈的变动量间隙配合中: Tf,配合公差带图,配合公差带图,X,Y,+0-,60,精选ppt,配合公差带图配合公差带图XY+60精选ppt,配合合用的条件: 间隙配合: Xmax Xa Xmin 过盈配合: Ymin Ya Ymax过渡配合: Xa Ymax孔轴配合合格一定合用；孔轴配合合用孔轴不一定都合格；,例题 书P14,61,精选ppt,配合合用的条件: 例题 书P1,1.3.4 有关基准制配合的术语及定义,配合制-同一极限制的孔和轴组成的一种配合制度。为了设计和制造上的经济性，把其中孔公差带 (或轴公差带)的位置固定,而改变轴公差带(或孔公差带)的位置,来实现所需要的各种配合的制度。,配合制,62,精选ppt,1.3.4 有关基准制配合的术语及定义配合制 基孔制配合 基,基孔制配合：基本偏差为一定孔的公差带，与不同基本偏差的轴的公差带形成的各种配合的一种制度。基准孔以下偏差为基本偏差，数值为0，上偏差为正值,Td,Td,Td,基孔制配合,63,精选ppt,基孔制配合：基本偏差为一定孔的公差带，与不同基本偏差的轴的公,基轴制：基本偏差为一定轴的公差带，与不同基本偏差的孔的公差带形成的各种配合的一种制度。基准轴以上偏差为基本偏差，数值为0，下偏差为负值,TD,TD,TD,基轴制配合,64,精选ppt,基轴制：基本偏差为一定轴的公差带，与不同基本偏差的孔的公差带,基孔制图示,ES1,ES2,65,精选ppt,基孔制图示ES1ES265精选ppt,基轴制图示,ei1,ei2,66,精选ppt,基轴制图示ei1ei266精选ppt,概念辨析,互换性只适用于成批大量生产，对单件小批量生产无互换性可言。公差在一般情况下为正，在个别情况下也可为负或零。零件的实际尺寸越接近于其公称尺寸，则其精度也越高。从制造角度讲，基孔制的特点就是先加工孔，基轴制的特点就是先加工轴。公称尺寸不同的零件，只要它们的公差值相同，就可以说明它们的精度要求相同。,67,精选ppt,概念辨析互换性只适用于成批大量生产，对单件小批量生产无互换性,