几何精度设计与检测全套

中国矿业大学机电学院冯雪君E-mail:[e-mail]几何精度设计与检测教材与参考书籍教材韩正铜主编，机械精度设计与检测，中国矿业大学出版社，2007参考书籍1.甘永立主编，几何量公差与检测（第七版），上海科学技术出版社，20062.阎荫棠主编，几何量精度设计与检测，机械工业出版社，19963.张玉等主编，几何量公差与测量技术，东北大学出版社，20014.章玉麟主编，互换性与测量技术，中国林业出版社，19925.甘永立主编，几何量公差与检测习题试题集（第五版），上海科学技术出版社，2005成绩评定笔试（闭卷）成绩占70％平时成绩（含实验、作业、出勤）占30％课程章节结构及讲授内容第一章绪论第二章孔、轴尺寸精度设计与检测第三章形状和位置精度设计与检测第四章表面粗糙度轮廓及其检测第五章滚动轴承公差与配合第六章圆锥公差与检测第七章键联结的公差与检测第八章圆柱螺纹公差与检测第九章圆柱齿轮精度设计与检测第十章尺寸链第十一章新技术在机械精度设计与检测中的应用第一章绪论本章内容概述互换性、标准化与优先数系测量技术的基本概念计量器具与测量方法测量误差与数据处理§1-1概述公差加工零件时，从零件的功能看，不必要求零件几何量制造得绝对准确，只要求零件几何量在某一规定范围内变动，保证同一规格零件彼此充分近似。此允许变动的范围叫做公差§1-1概述机械设计过程常可以分为系统设计、参数设计和精度设计三个阶段•系统设计是确定机械的基本工作原理和总体布局，以保证总体方案的合理性与先进性机械系统设计主要是运动学设计，如传动系统、位移、速度、加速度等，又称运动设计§1-1概述•参数设计确定机构各零件几何要素的公称值，故又称结构设计参数设计的主要依据是保证系统的能量转换和工作寿命。§1-1概述•精度设计确定机械各零件几何要素的允许误差，也称公差设计精度设计主要依据是机械的静态和动态精度要求。在满足功能要求的前提下，公差应尽量规定得大些，以获得最佳的技术经济效益。§1-1概述几何量检测定义检测是检验与测量的统称。测量的结果能够获得具体的数值；检验的结果只能判断合格与否。几何量检测是指对零部件和整机制造完工后进行测量和验收过程。§1-1概述几何量检测目的•对加工后零件作出合格性判断•通过检测，寻找产生不合格产品根源，以便调整加工工艺系统，或采取有效措施，防止产生不合格品，减少以致消除废品§1-2互换性、标准化与优先数互换性及其种类•定义指某一产品与另一产品在尺寸、功能上能够彼此互相替换的性能。也就是说，按同一规格产品图样要求，在不同时空条件下制造出来的一批零部件，在总装时，任取一个合格品，就能完好地装在机器上，并能达到预期的使用功能要求。这样的零部件，就称为具有互换性的零部件。§1-2互换性、标准化与优先数•互换性分类按互换性程度或范围•完全互换（绝对互换）零件在装配或更换时，不需任何选择、修配与辅助加工•不完全互换（有限互换）可将零件的制造公差适当放大后进行加工，而在零件完工后，经测量后并按实际尺寸的大小分为若干组，按相应组进行装配(即大孔与大轴相配，小孔与小轴相配)，既可保证装配精度要求，又使加工难度减小而降低制造成本。但这种互换仅在同组内零件之间进行，为不完全互换。§1-2互换性、标准化与优先数§1-2互换性、标准化与优先数•说明使用要求、制造水平与经济效益无矛盾时，可以采用完全互换，反之，使用要求较高，制造水平受限，可采用不完全互换；装配时需附加修配或辅助机加工的零件不具有互换性；实现不完全互换性方法有分组装配法与调整法按互换性使用要求•几何参数互换通过规定几何参数的公差保证成品的几何参数充分近似的互换，又称狭义互换。本课程主要研究零件几何参数的互换性。•功能互换要保证零件使用功能要求，不仅取决于几何参数一致性，还取决于其物理、化学、力学性能等参数的一致性。通过规定功能参数(如材料力学性能、理化性能等参数)的公差所达到的互换为功能互换，又称广义互换。§1-2互换性、标准化与优先数按互换性应用场合•外互换是指部件或机构与其相配件间的互换性。如滚动轴承内圈内径与轴的配合，外圈外径与机座孔的配合。•内互换是指在厂家内部生产的部件或机构内部组成零件间的互换，如滚动轴承内、外圈滚道与滚动体之间的装配。•说明：为使用方便，一般内互换才采用不完全互换，且局限在厂家内部进行，而外互换采用完全互换，适用于生产厂家之外广泛的范围§1-2互换性、标准化与优先数•互换性在现代化工业生产中的作用产品设计采用具有互换性标准零部件，大大简化绘图、计算等设计工作量，也便于计算机辅助设计，缩短设计周期产品制造同台设备的各个零部件可分散在多个工厂同时加工。§1-2互换性、标准化与优先数产品装配零部件具有互换性，装配作业顺利，易于实现流水作业或自动化装配，缩短装配周期，提高装配作业质量产品使用容易保证其运转连续性和持久性，提高使用价值。产品管理在技术和物资供应以及计划管理方面，便于实现科学化管理§1-2互换性、标准化与优先数标准与标准化•标准标准是指在经济、技术、科学和管理等社会实践中，对重复性的事物和概念在一定范围内通过科学简化、优选和协调，经一定程序审批后所颁发的统一规定。§1-2互换性、标准化与优先数•标准分类按一般习惯分：技术标推、管理标准和工作标准按作用范围分：国际标准、区域标准、国家标准、专业标准、地方标准和企业标准按标准在标准系统中地位与作用分：基础标准、一般标准按标准法律属性分：强制性标准、推荐性标准按对象的特性分：基础、产品、方法、安全、卫生、环保标准§1-2互换性、标准化与优先数•标准化GB/T3935.1—1996的规定，“标准化”定义：在一定范围内获得最佳秩序，对实际的或潜在问题制定共同和重复使用的规则的活动（主要包括制定、发布及实施标准）。§1-2互换性、标准化与优先数标准化是组织现代化大生产重要手段，是实现专业化协作生产的必要前提，是科学管理的重要组成部分。目前标准化显著特点是标准的国际化§1-2互换性、标准化与优先数数值分级制度与优先数系•数值分级制度各种产品功能与几何参数都要用数值来表述，而此数值具有扩散传播性。经过反复扩散传播后，会造成相关产品规格参数繁多杂乱，给组织生产、协作配套以及使用维修等带来很大困难和浪费。必须从全局出发，对各种技术参数加以协调、简化和统一——数值分级制度§1-2互换性、标准化与优先数你可知道粗糙度为什么是0.8,1.6,3.2,6.3,12.5?你可知道油缸缸径为什么是63,80,100,125?你可知道油缸压力为什么是6.3,16,25,31.5?你可知道螺纹规格为什么是6,8,10,12,14,16?§1-2互换性、标准化与优先数•优先数系优先数系就是对各种技术参数的数值进行协调、简化和统一的一种科学的数值制度普遍采用优先数系为一种十进制（“十进制”是指数列的项值中包括1，10，100，…和1，0.1，0.01，…这些数）的近似等比数列•数列中两相邻数相对差为常数•数列中各数经乘、除、乘方等运算后还是数列中的数§1-2互换性、标准化与优先数为满足我国工业生产需要，国标规定5个系列•国标优先数系Rr（R5、R10、R20、R40、R80）•公比qr等于10的开r次方•优先数系的基本系列（常用值）见表1-1（优先数系中每个数值称为优先数）§1-2互换性、标准化与优先数派生系列在Rr系列中，每逢P项选取一个优先数组成新的系列。派生系列用基本系列代号之后加一斜线和表示项数的数字(2，3，4)来表示。例如：R5/2：1，2.5，6.3，16，40，100…R10/3：1，2，4，8，16，31.5，63…§1-2互换性、标准化与优先数为什么大螺丝从M36直接跳到M40？为什么齿轮的传动比有个6.3或者7.1？为什么外协厂打电话来说140的方管没有，而有120和160的？一般来说第一序列就是R5序列。R5数系比R20数系优先。课程涉及到的尺寸分段、公差分级、表面粗糙轮廓度参数系列等都是按优先数系制定的实际优先数系选用规则(2条）•先基本系列后派生系列•基本系列选用遵守“先疏后密”§1-2互换性、标准化与优先数测量•几何量测量是指为确定被测几何量的量值而进行的实验过程。其实质是将被测几何量与作为计量单位的标准量进行比较，从而确定两者比值的过程。§1-3测量技术的基本概念•测量过程4要素被测对象：本课程主要指几何量，即长度、角度、表面形状和位置、表面粗糙度以及螺纹、齿轮的各种几何参数。计量单位：长度计量基本单位为m，常用单位有mm、μm；角度单位是rad或度、分、秒测量方法：测量时所采用的测量原理、计量器具和测量条件的综合测量精度：测量结果与真值相一致的程度。§1-3测量技术的基本概念长度基准和尺寸传递•长度基准：1米是光在真空中于1/299792458秒的时间间隔所经过的距离•长度量值传递系统为了保证长度量值的准确、统一，必须把复现的长度基准量值逐级准确地传递到生产中所应用的计量器具和工件上去（图1-1）§1-3测量技术的基本概念图1－1长度量值传递系统量块•量块又称块规，是由两个相互平行的测量面之间的距离来确定其工作长度的高精度量具。•两个量块的测量面或一个量块的测量面与一个玻璃(或石英)平面的测量面之间具有相互研合的能力，称为量块测量面的研合性§1-3测量技术的基本概念•量块长度和偏差的有关术语量块（测量面上任意点）的长度：自测量面上任意点到与其相对的另一测量面间的垂直距离量块的中心长度：量块一个测量面的中心点到与其相对的另一测量面间的垂直距离量块长度的标称值：指刻印在量块上用以标明其与主单位（m）之间比值的量值§1-3测量技术的基本概念量块长度的实测值：指用一定的方法，对量块长度进行测量所得到的量值量块的长度变动量：指量块任意点长度中的最大长度与最小长度之差的绝对值量块的长度偏差：指量块长度的实测值与标称值之差§1-3测量技术的基本概念•量块的精度等级量块的分级•JJG146-94《量块检定规程》规定量块制造精度为6级：00、0、K、1、2、3级。其中00级精度最高，精度依次降低，3级精度最低。•量块分“级”的主要依据是量块长度极限偏差（±D）和量块长度变动量的允许值Tv§1-3测量技术的基本概念量块的分等•JJG146-94《量块检定规程》规定量块检定精度为6等：1、2、3、4、5、6等，其中1等的精度最高，精度依次降低，6等精度最低。•量块分“等”的主要依据是量块测量的不确定度允许值和量块长度变动量的允许值Tv。§1-3测量技术的基本概念•说明：量块按“级”使用时，应以量块长度的标称值作为工作尺寸，该尺寸包含了量块的制造误差。量块按“等”使用时，应以经检定后所给出的量块中心长度的实测值作为工作尺寸，该尺寸排除了量块制造误差的影响，仅包含检定时较小的测量误差。量块按“等”使用的测量精度比量块按“级”使用的测量精度高。§1-3测量技术的基本概念•量块的组合使用为了减少量块组合的累积误差，量块组合力求最少块数，一般不超过4块组成量块组，可从消去所需工作尺寸的最小尾数开始，逐一选取例如：为了得到工作尺寸为38．785mm的量块组，从83块一套的量块（我国生产的成套量块有91块、83块、46块、38块等）中可分别选取1.005mm、1.28mm、6.5mm、30mm等四块量块。§1-3测量技术的基本概念计量器具的分类•标准量具以固定形式复现量值的测量工具，包括单值量具(如量块)和多值量具(如线纹尺)两类。•极限量规是一种没有刻度的专用检验工具，用以检验零件要素实际尺寸和形位误差的综合结果。用这种工具不能得到被检验工件的具体尺寸，但能确定被检验工件是否合格，如光滑极限量规、螺纹量规等。§1-4计量器具和测量方法•计量仪器（量仪）能将被测几何量的量值转换成可直接观测的指示值（示值）或等效信息的计量器具机械量仪如百分表、杠杆比较仪、内径百分表等光学