1、机械精度设计与检测技术Design of mechanic precision&measurement technique,第一讲,课程简介,教材：机械精度设计与检测技术 陈隆德 赵福令 主编 机械工业出版社，2000年参考书：互换性与测量技术李柱主编 公差与配合 相关的国家技术标准,课程性质：机械类专业应用技术基础课 机械设计与制造技术课程之间的纽带 基础课程到专业课程之间的桥梁课程任务：获得机械工程师必备的关于工业互换性 与技术检测方面的知识与技能,课程简介,内容特点：知识点较离散，各章节相对独立学习要点：搞请基本概念和技术术语 正确理解标准规定 数据准确，标注规范，培养一丝不苟的作风和负
2、责任的精神。,课程简介,讲授计划：第一章 绪论*第二章 尺寸公差与配合 第三章 几何量测量基础*第四章 形位公差*第五章 表面粗糙度 第九章 齿轮公差*第十章 尺寸链,课程简介,作业要求：请用B5单页纸做。按时交作业。累计3次未按时交作业者，取 消本课成绩。考核：平时作业20 期末考试80,课程简介,第一章 概 论,1.1 互换性概念 Interchangeability 一个实体，不加改变，即可替代另一实体满足有关要求的能力（ISO9004-1994）机械制造中的互换性，指按规定的公差分别制造的零部件，不需要修理或挑选即可以装配并能够达到预计功能。,可以举出许多身边的例子：,灯管、笔芯、计算
3、机部件、机床零部件、汽车零部件,互换性一个与工业文明相关的重要概念,互换性的作用：简化设计、有利加工、加快装配、便于修理、提高效率、降低成本,1.1 互换性,互换性的分类：几何互换、性能互换 完全互换、部分互换,互换性生产的目的是获取产品功能与经济效益之最佳综合效果,1.2 标准与标准化 standard&standardization,标准 生产中对具有重复性的事物或概念，在一定范围内 所作的统一规定。标准化指制定、贯彻、或修订标准的全过程,1.2 标准化,标准化是实现互换性生产的必要条件,标准的级别：,1.2 标准化,企业标准,行业标准,地方标准,国家标准,国际标准,区域标准,人类的社会实
4、践活动,简化原理一致同意原理实施价值原理选择固定原理定期修改原理检验测试原理法律强制原理,1.2 标准化,标准化的7条原理：,ISO国际标准化组织 International Standardization Organization1926年成立 ISA(国家标准协会国际联合会）1947年成立 ISO(国际标准化组织）10月14日，国际标准化日。,1.2 标准化,标准化组织介绍：,1946年的这一天，来自25个国家的代表会聚伦敦开会并决定创建一个旨在促进工业标准的国际间协调和统一新的国际组织-ISO。ISO于1947年正式开始运作。,SAC中国国家标准化管理委员会 Standardizatio
5、n Administration of the Peoples Republic of China,国家标准化管理委员会（中华人民共和国国家标准化管理局)是国务院授权履行行政管理职能，统一管理全国标准化工作的主管机构。国家标准化管理委员会对省、自治区、直辖市质量技术监督局的标准化工作实行业务领导。,1.2 标准化,国标与国际接轨,随着贸易的国际化，标准也日趋国际化。以国际标准为基础制定本国标准，已成为WTO对各成员的要求。国际标准化，是指在国际范围内由众多国家、团体共同参与开展的标准化活动。目前，世界上约有近300个国际和区域性组织，制定标准或技术规则。其中最大的是国际标准化组织（ISO）、国
6、际电工委员会（IEC）、国际电信联盟（ITU）。ISO、IEC、ITU标准为国际标准。此外，被ISO认可，收入KWIC索引中的其他25个国际组织制定的标准，也视为国际标准。,1.2 标准化,根据WTO有关协议规定，各成员国在制定或修订现行技术法规、强制性标准、合格评定程序及SPS措施时，如缺乏国际标准或与有关国际标准存在实质上的偏差，并且对其他成员的贸易有明显影响时，必须在法规批准60天前向WTO秘书处通报，征求WTO成员的意见。TBT、SPS紧急措施通报工作可在法规生效的同时进行，不留征求意见期，但必须在通报中说明采取紧急措施的正当理由。为切实履行WTO透明度义务、便于社会各界及时了解中国强
7、制性国家标准通报情况，国家标准化管理委员会在通过外经贸部对外进行强制性国家标准通报的同时，在国家标准委网站上同时发布通报信息，接受对通报的意见和质疑，并按有关程序处理意见反馈。,1.2 标准化,误差实际指标相对理想指标的偏离 误差绝对存在公差允许的误差范围例如一般机械零件的误差：尺寸误差 几何误差（形状误差、位置误差）,1.3 误差,机械精度设计与检测技术Design of mechanic precision&measurement technique,第二讲,第二章 尺寸公差与配合,第二章 尺寸公差,本章要点,了解标准公差的制定原理熟悉尺寸公差与配合的标准体系熟练掌握基本偏差的代号规定及换
8、算方法掌握配合代号的规定和选用熟悉量规的尺寸公差计算,当前在用的相关国家标准：GB/T 1800.1-1997 极限尺寸配合 基础 第1部分 词汇GB/T 1800.2-1998 极限尺寸配合 基础 第2部分 公差、偏差和配合的基本规定GB/T 1800.3-1998 标准公差和基本偏差数值表,第二章 尺寸公差,2.1.1 术语误差实际指标相对理想指标的偏离 误差绝对存在！一般机械零件的误差包括尺寸误差和几何误差（形状误差、位置误差）公差允许的误差范围 Tolerance of size,2.1 标准公差,Ts被包容件（例如轴）的公差Th 包容件（例如孔）的公差Tf 配合公差,2.1.1 术语
9、基本尺寸(basic size)D、d实际尺寸（actual size)Da、da 实际偏差(actual deviation)Ea、ea 极限偏差(limit deviation)E、e尺寸公差（tolerance of size)Ts Th Tf,2.1 标准公差,2.1.2 标准公差 standard tolerance、IT,公差标准中所规定的公差值，见P7 表22标准公差的分级（精度等级）,IT1 IT2 IT5 IT15 IT18精度高 精度低,2.1 标准公差,2.1.3 标准公差值的确定,调查、统计、分析、归纳 数学模型 ITa(0.45 D1/3+0.001D)=ai um
10、a 公差等级系数（r1.6的等比数列）D 分段几何平均尺寸 i 与D有关的公差单位数同一公差等级的同一尺寸段，只有一个标准公差值加工的难易程度仅由公差等级系数a来判断,2.1 标准公差,常用精度范围的标准公差与经济精度：,2.1.3 标准公差值的确定,2.1 标准公差,标准公差确定了允许的尺寸变化范围，但没有确定该范围相对于基本尺寸的位置,2.2.1 有关术语 极限尺寸（limits of size)Dmax,dmax,Dmin,dmin 零线(zero line)基本尺寸所指位置,2.1 标准公差,上极限偏差(upper limit deviation)下极限偏差(lower limit d
11、eviation)例如：50,+0.01-0.02,实际偏差 deviation偏差与公差的区别：公差是两个极限尺寸之差，偏差是极限尺寸对基本尺寸之差 公差绝对值，偏差是代数值 加工的难易程度与公差有关，与偏差无关,偏差,2.2 基本偏差,1.画尺寸公差带图 要素：零线、基本尺寸、极限偏差、公差带代号2.判断加工的难易程度,2.2 基本偏差,练习,目的选一个极限偏差作为公差带的位置基本参量1.定义两个极限偏差中，靠近零线的为基本偏差2.关于基本偏差的规定：轴、孔各28种基本偏差使用21个字母顺序表示（I,L,O,Q,W不用)轴用小写字母，孔用大写字母公差带代号 50H7,50h7见图,2.2
12、基本偏差,轴的基本偏差特点：a h 上偏差为基本偏差 j zc 下偏差为基本偏差 js 对称偏差，j 近似对称 k 部分段有两种基偏,孔的基本偏差特点：A H 上偏差为基本偏差 J Zc 下偏差为基本偏差 Js 对称偏差，J 近似对称 K,M,N 部分段有两种基偏,关于基本偏差的规定,例：查表 60g9 60H9 60g7 60H7 60g5 60H5,60,+0 0-,2.2 基本偏差,例：查表 60g9 60H9 60g7 60H7 60g5 60H5,-0.010-0.084-0.010-0.040-0.010-0.023,g9 g7 g560,+0 0-,+0.074 0+0.030
13、0+0.013 0,H9 H7 H5,例：查表 50js9 50js7,作业（1）：2-2（1、4、10）2-3 2-4,机械精度设计与检测技术Design of mechanic precision&measurement technique,第三讲,2.2.3 配合 Fit,定义 配合指基本尺寸相同时，相互结合的孔、轴公差带之间 的关系。有3种性质不同的配合方式间隙配合 clearance fit 孔尺寸轴尺寸，为间隙配合，用X表示 Xmax=Dmaxdmin=ES-ei Xmin=Dmindmax=EI-es 轴的公差带位于孔的公差带上方 应用：要求轴孔有相对转动的配合,2.过盈配合 i
14、nterferance fit 孔尺寸轴尺寸，为过盈配合，用Y表示 Ymax=Dmindmax=EI-es Ymin=Dmaxdmin=ES-ei 轴的公差带位于孔的公差带下方 应用：要求轴孔间不能有相对运动，并且可以传递扭矩的配合,2.2.3 配合 Fit,3.过渡配合 transition fit Xmax=Dmaxdmin=ES-ei 0 Ymax=Dmindmax=EI-es 0 轴的公差带和孔的公差带有重叠可能有间隙，也可能有过盈，量较小。应用：要求轴孔有同轴度要求的配合。若要传递扭矩，需要加键。,2.2.3 配合 Fit,4.配合公差 Tf,配合间隙或配合过盈的允许变化量 Tf=T
15、h+Ts Tf=Xmax-Xmin=Ymin-Ymax=Xmax-Ymaxn,2.2.3 配合 Fit,配合公差带图：,要素：零线、基本尺寸、纵坐标、极限配合量、Tf X(um)+19-23 Y(um),+0 0-,Tf=42,2.2.3 配合 Fit,2.2.4 基准制 Basic system,基本偏差,标准公差,公差带,孔公差带,轴公差带,配合,间隙配合,过渡配合,过盈配合,基本偏差,标准公差,公差带,孔公差带,轴公差带,配合,间隙配合,过渡配合,过盈配合,基孔制,基轴制,2.2.4 基准制 Basic system,基孔制孔轴相配，孔的公差带不变，通过改变轴的公差带来改变配合性质的做法
16、，称为基孔制。Hole-basic system of fits 规定以 H 为基孔制的基准孔的基本偏差基轴制孔轴相配，轴的公差带不变，通过改变孔的公差带来改变配合性质的做法，称为基轴制。shaft-basic system of fits 规定以 h 为基轴制的基准轴的基本偏差,例如：60,60,60,60,H7f 6,F7h6,H7h6,F7f 6,2.2.4 基准制 Basic system,2.2.5 孔轴基本偏差换算,1.通用规则：在此规则下，孔、轴基本偏差换算：字母相同，绝对值相等，符号相反。AH:EI=-es JZC:ES=-ei适用范围：特殊规则之外的全部,2.特殊规则：适用范
17、围：尺寸 500mm,精度 IT8 的K,M,N 和精度 IT7 的PZC ES=-ei+(ITn-ITn-1)=-ei+,2.2.5 孔轴基本偏差换算,原因：1.工艺等价原则 2.设计等价原则,比轴低一级的孔的加工难度与轴的加工难度相当设计中，若发生基轴制与基孔制之间的转换，希望配合性质不发生改变。,2.2.5 孔轴基本偏差换算,几点提示：,注意特殊规则的适用范围：IT8 的K,M,N IT7 的PZC过大的尺寸段，过低的精度等级，一般采用同级配合在特殊规则范围内，仅考虑了孔比轴低一级配合的等价转换只补偿孔（加），不补偿轴特殊规则之外，孔轴同级时可等价转换间隙配合（AH），不加；无论孔轴是否
18、同级，都可等价转换,特殊规则,2.3 代号的识别,装配图上，凡有尺寸配合处，都要标注配合代号或相关的尺寸公差代号。1、基孔制配合 例：18 182、基轴制配合 例：35 35,H7f 6,+0.018 00.0160.027,M8h7,+0.005-0.034 00.025,2.3.1 装配图上的代号识别,基准件配合 60 4.无基准件配合 60,H7h6,M7f 6,5.与滚动轴承的配合 装配图上不标出滚动轴承自身的尺寸公差带，只标出与滚动轴承配合的轴或孔的尺寸公差带 仅此一种情况！,2.3.1 装配图上的代号识别,零件图 加工制造使用的工作图 有四种尺寸公差带的标注方法18H71818H7
19、(),+0.018 0,+0.018 0,2.3.2 零件图上的代号识别,2.3 代号的识别,零件图 加工制造使用的工作图 有四种尺寸公差带的标注方法18H71818H7(),+0.018 0,+0.018 0,2.3.2 零件图上的代号识别,2.3 代号的识别,用于大量生产，使用量规检验用于单件生产，使用通用量具批量不定，或量具不全,未注公差尺寸（自由公差尺寸）精度要求较低，采用一般的加工方法容易达到要求时，可以只注出基本尺寸。用于非配合尺寸规定4个公差等级：见表25 f（精密级）IT12 m（中等级）IT14/13 c（粗糙级）IT16/15 v（最粗级）IT18/17标注实例：GB/T1
20、804-m,2.3 代号的识别,机械精度设计与检测技术 Design of mechanic acutance&measurement technique,第四讲,3个要点：选公差等级、选基准制、选基本偏差,如何合理处理精度？成本？寿命三方面的要求？基本原则：经济地满足使用要求,2.4 公差与配合的选用,2.4.1 公差等级的选用,常用方法：类比法,类比法一种或然性推理方法。根据两种事物某些特征的相似，推论其他特征也可能相似。,参见 表26 公差等级的应用范围 表27 配合尺寸公差等级的应用 表28 各种加工方法的加工精度,2.4.1 公差等级的选用,对于初学者，注意掌握下列要点：,IT8界限
21、：IT8以上，孔比轴低一级 IT8以下，孔轴同级 IT8，孔轴可同级，也可低一级IT8以下，不采用过渡配合IT7以下，不采用过盈配合500mm以上的大尺寸，一般采用同级配合,2.4.1 公差等级的选用,2.4 公差与配合的选用,2.4.2 基准制的选择,主要考虑工艺的经济性和结构的合理性一般情况下，优先选用基孔制 减少定值孔用刀具、量具特殊情况下，选用基轴制 直接采用精制棒料做轴 与滚动轴承外圆配合的孔 小尺寸段的公差配合（如仪器、手表零件）一轴多孔，且配合性质不同时,2.4 公差与配合的选用,如何选择基本偏差的问题,主要考虑设计功能要求一般步骤：首先，根据使用要求确定公差等级 其次，根据制造
22、条件确定基准制 然后，根据配合要求选择基本偏差、确定尺寸公差带3.选择配合的常用方法 试验法 准确可靠、成本很高（举例）类比法 简便、广泛采用,2.4 公差与配合的选用,2.4.3 配合的选用,类比法要点：,1.首选优先公差带，其次常用公差带，再次一般公差带。见表29、表2102.选用优先、常用配合 见表211（基孔制用）表212（基轴制用）,2.4.3 配合的选用,2.4 公差与配合的选用,优先、常用配合的特点：,用于中速、中压的转动配合，例如滑动轴 承、水泵轴等。用于滑动或摆动的配合 例如柱塞泵、活塞销处等。用于间隙定位、精密滑动 或轻载摆动的配合 例如车床尾架主轴处。,H8 H7f 7,
23、f 6,H7g 6,H8 H7h7,h 6,2.4.3 配合的选用,2.4 公差与配合的选用,孔轴公差带中心很接近，用于精密定位（过渡配合）。可以冷装的过盈配合，用于精密定位。传递扭矩时要加键。,H7k6,H6 H7p5,p 6,2.4.3 配合的选用,2.4 公差与配合的选用,3.还要考虑工作条件的影响 见表2134.还要考虑生产批量的影响,2.4.3 配合的选用,2.4 公差与配合的选用,滚动轴承的精度等级 现行新标准：2 4 5 6 0 在用旧标准：B C D E G 例：车床主轴前轴承 6级 车床主轴后轴承 O级（普通级）,2.4.4 与滚动轴承配合的选用,2.4 公差与配合的选用,2
24、.与滚动轴承配合的特点,必须以滚动轴承为基准件 滚动轴承的公差带特点：滚动轴承内孔及外圆都是上偏差为 0 滚动轴承内孔及外圆的公差值都很小 见图224,2.4.4 与滚动轴承配合的选用,3.根据工作条件选择配合,内转外不转：内环循环载荷 外换局部载荷 例如：配合选用原则内紧外松 H7,H6,Js6 k6,m6,2.4.4 与滚动轴承配合的选用,外转内不转 内环局部载荷 外换循环载荷 例如：配合选用原则外紧内松 K7,M7 h6,g6内摆、外摆 具体分析,2.4.4 与滚动轴承配合的选用,机械精度设计与检测技术Desing of machenic acuurance&measurement te
25、chnique,第五讲,2.5 光滑极限量规,通用量具可以直读尺寸数值，通用性强，检测效率低，不能做综合检验 例如：游标卡尺、千分尺专用量具不能直读尺寸，只能判断是否合格；结构简单，方便可靠，检验效率高 例如：内径塞规、外径环规、外径卡规、螺纹规等,2.5 光滑极限量规,2.5.1 有关概念,通规检验工件最大实体尺寸的量规（基本尺寸为工件最大实体尺寸）止规检验工件最小实体尺寸的量规（基本尺寸为工件最小实体尺寸）最大实体尺寸实体材料最多的那个极限尺寸（dmax、Dmin）最小实体尺寸实体材料最少的那个极限尺寸（dmin、Dmax）,图2-30 量规的通端和止端,2.5.2 量规的形状,1.理想的
26、量规形状 全型通规全长全圆 点型止规两点法检验，控制圆截面上的 局部尺寸不要超差 短扁，测两点,图2-33 符合泰勒原则的轴用量规,图2-33 符合泰勒原则的孔用量规,2.实际量规的形状变化,孔用塞规：全型片状球端杆规轴用环规：多种型式的卡规,2.5.2 量规的形状,2.5.3 量规的公差带,1.基本尺寸 通规被测件的最大实体尺寸 止规被测件的最小实体尺寸2.内缩原则 量规的公差带都位于被测件的尺寸公差带以内 以保证不发生误收,T工作量规的制造公差 Z通规公差带中心到零线的距离,工件剩余公差（实际生产制造公差）约为图纸公差的6090 误废,生产部门使用新通规、旧止规检查部门使用旧通规、新止规,
27、例：18H7(),+0.018 00.0060.017,2.5.3 量规的公差带,机械精度设计与检测技术Design of mechanic precision&measurement technique,第六讲,第四章 形位公差,零件的加工精度：尺寸精度、形状、位置精度,4.1 概述,形状公差 单一实际要素所允许的变化量 6种指标：直线度、平面度、圆度、圆柱度、线轮廓度、面轮廓度 公差带的方向、位置都是浮动的,2.位置公差,关联实际要素允许的变化量 8种指标：平行度、垂直度、倾斜度 定向公差带，公差带的方向定、位置浮动 同轴度、对称度、位置度 定位公差带，公差带的方向、位置都是固定的 单跳动
28、、全跳动 公差带的方向、位置由实际基准决定,4.1 概述,3.形位公差带 4 要素,形状大小方向位置 4要素相同，则指标相同，则检测方法可以相同。,4.1 概述,4.形位公差图上标注要点,符号框格：字高相同，1/2框高基准代号：字母水平书写，可以加脚注 E,I,J,M,O,P 不要用指引线箭头：箭头应指向公差带的宽度或直径方向 被测要素为中心要素时，对齐尺寸线 被测要素非中心要素时，错开尺寸线 对角度标注时，对准尺寸线,4.1 概述,图4-1 形位公差标注方法示例,表4-1 形位公差各项项目的符号,表4-2 被测要素、基准要素的标注要求和其他附加符号,表4-3 形位公差值后面的加注符号,4.3
29、 形状误差的检测与评定,4.3.1 直线度误差评定,直线度公差带或误差带的类型,两平行线之间的区域 在给定平面上两平行平面之间的区域 在给定一个方向上四平行平面之间的区域 在给定两个方向上一个圆柱面内的区域 任意方向上,直接比较测量法 用标准几何体与被测件比较，直接得出结果 例如刀口尺、光学平晶、准直光管间接比较测量法 需要进行数据处理。例如用水平仪逐段测量,2.直线度误差的测量,4.3 形状误差的检测与评定,4.3.1 直线度误差评定,3.直线度误差的评定,直接法测量常用的2种方法：端点连线法 以被测线的两端点的连线作为评定基准 包容实际测线且平行于基准线之间的距离,端点连线法,最小区域法,
30、4.3 形状误差的检测与评定,4.3.1 直线度误差评定,测点序号 0 1 2 3 4 5 6 7测量读数 0 2 7 13 26 20 7 7,a)b),直线度误差：f1=AC=35 32 局部最大直线度误差：f2=PE=20.5 15 结论：不合格,端点连线法,直线度误差：f1=AM=31 15 结论：合格,最小区域法,端点连线法：f1=AC=35 32 局部最大直线度误差f2=PE=20.5 15 不合格,最小区域法：f1=AM=31 15 不合格,最小区域法（定义法）,取包容平行线间距最小值的方法,判定准则：三点接触，高低高相间,节距法测量直线度误差（间接测量法）,使用水平仪测量 广泛
31、使用的方法,4.3 形状误差的检测与评定,4.3.1 直线度误差评定,h=L n(mm),K1000,K=0.01=0.02=0.05,水平仪：K=0.02测值：2、1、2、3,作图求解：端点连线法 f 1=0.0 18最小区域法 f 2=0.0 15,节距法要点：首尾相接、分段取点、起点为零、累积作图,4.3 形状误差的检测与评定,1.标注,4.3.2 平面度误差评定,0.05100:0.01,2.测量：,与直线度类似,3.评定方法：最大直线度法 没有确定的评定基准,直接法间接法,三点法评定：以相隔最远的三点所在的平面为评定基准面，平行于基准面的二个包容平面间的距离 f=9.5 um,三点法
32、：,f=8 um,评定误差较大,对角线法 f=5.5 um,4.3.2 平面度误差评定,最小区域法 f=5 um,4.3.2 平面度误差评定,三点法 f=9.5 um,对角线法 f=5.5 um,最小区域法 f=5 um,交叉线准则,三角形准则,直线准则,平面度的三种判定准则：,机械精度设计与检测技术Design of mechanic precision&measurement technique,第七讲,4.3 形状误差的检测与评定,1.标注,4.3.3 圆度误差评定,2.定义,包容同一正截面实际轮廓且半径差为最小的两同心圆间的距离为圆度误差。,判定准则实际轮廓与包容同心圆的接点至少两次交
33、替发生,3.圆度的检测,圆度仪测量 精度高、成本高,圆度仪,TALYROND 131型圆度仪测量范围:最大直径370mm 最大高度 225mm 最大承载20kg圆度精度:(0.025um+0.00025um/mm)电动立柱：行程:225mm 直线度/平行度:3um/225mm 电动径向臂行程:185mm Talymin测头：测量范围/分辨率:1mm/0.06um 200um/0.006um,两点法测量,用卡尺、千分尺等测量直径差。简便，精度不高，但不能测量奇数棱圆,三点法（V型块法）,正V型法部分棱圆测不准见表49偏V型法可以测棱圆见表410,4.3 形状误差的检测与评定,1.标注,4.3.4 圆柱度误差评定,2.定义,判定准则实际轮廓与包容同心圆的接点至少？次交替发生,？,综合性指标直线度圆度素线平行度,包容实际圆柱面且半径差为最小的两理想同轴圆柱面间的距离为圆柱度误差。,3.测量,圆柱
