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互换性与技术测量基础宁夏大学机械工程学院许义泉13995175690课程性质、研究对象和基本要求一、课程性质：本课程是机械类各专业的重要技术基础课它包含几何量精度设计与误差检测两方面的内容，是联系《机械设计基础》、《机械制造工艺学》、《机械制造技术基础》等课程及其课程设计的纽带，是从基础课程学习过渡到专业课程学习的桥梁。基础课程专业基础课程专业课程《互换性与技术测量》更接近工程实际应用知识面更宽、适应性更广《高等数学》、《大学物理》《理论力学》、《机械制图》等《机械设计基础》、《机械制造技术基础》等二、研究对象从“精度”和“误差”两方面去分析和研究机械零件及机构的几何参数，解决机器的使用要求与制造工艺之间的矛盾。本课程主要讨论的是机械精度的分析与计算。三、基本要求：掌握标准化和互换性的基本概念及有关的基本术语及定义；基本掌握几何量公差标准的主要内容、特点和应用原则；课程性质、研究对象和基本要求初步学会根据机器和零件的功能要求，选用公差与配合；能够查用本课程讲授的公差表格和正确标注图样；建立技术测量的基本概念，了解基本测量原理与方法和初步学会使用常用计量器具，知道分析测量误差与处理测量结果，会设计检验圆柱形零件的量规。总之，本课程的任务在于使学生获得机械工程技术人员所必须具备的几何量公差与检测方面的基本知识和技能。课程性质、研究对象和基本要求课程特点及学习方法性质专业基础课与生产密不可分构成互换性原理+测量技术特点名词、术语、概念、定义、符号---五多学习方法•掌握概念、深刻理解、联系实际；•重视实验、掌握工业测量的基本方法与技能；•独立完成作业、保证对基本内容掌握的深度及灵活性。良好的精度设计能力，要通过后续课程的学习及应用，并通过工作实践的锻练才能得到。机械设计基础概述分析机器功能要求确定动作及顺序计算速度和力设计机械产品总装配图总体设计机构设计部件设计零件设计零件的轮廓参数几何参数的精度要求机械设计基础运动设计结构设计零部件间的运动关系零件的轮廓零部件的几何精度精度设计产品质量设计合理性各机构满足功能要求机构动作协调零件具有足够的强度、刚度、耐磨性本课程的研究内容机械产品的精度设计及检测技术*精度设计合理*材料及热处理方法合适机械零件的精度是保证机械产品的功能要求、工作质量及工作寿命的重要因素。合理确定机械零部件的精度要求，使企业能降低生产成本、挖掘生产潜力。产品质量精度设计原则互换性原则：机械零件几何参数的互换性是指同种零件在几何参数方面能够彼此互相替换的性能。经济性原则：工艺性、合理的精度要求、合理选材、合理的调整环节、提高寿命。匹配性原则：根据机器或位置中各部分各环节对机械精度影响程度的不同，对各部分各环节提出不同的精度要求和恰当的精度分配，做到恰到好处，这就是精度匹配原则。最优化原则：探求并确定各组成零、部件精度处于最佳协调时的集合体。例如探求并确定先进工艺，优质材料等。►精度设计►精度设计使用教材及参考资料教材：互换性与测量技术基础王伯平主编机械工业出版社参考资料：互换性与技术测量(第五版)廖念钊主编中国计量出版社互换性与技术测量韩进宏主编机械工业出版社成绩评定平时成绩+实验成绩+期中考试成绩+期末考试成绩（40%）（60%）答疑周三下午：3：00~5：00机械楼523第一章绪论1.1互换性的意义和作用1.2标准化与优先数1.1互换性概述互换性与测量技术基础是本专业主干技术基础课程，有很强的综合性和适用性，是从基础课学习过渡到专业课学习的桥梁。它将互换性原理、标准化生产原理、几何量计量测试等相关知识结合在一起，涉及机械及其零件的设计、制造、维修、质量控制和生产管理等多方面技术问题。1.1.1互换性的概念1.1.2公差的概念1.1.3互换性在机械制造中的作用螺帽与螺杆板手与螺帽灯头与灯座计算机接插件控制产品性能参数值完全一样不可能不必要给定适宜的变动范围公差允许零件尺寸和几何参数的变动量机械制造中的互换性，是指按规定的几何、物理及其他质量参数的极限，来分别制造机械的各个组成部分，使其在装配与更换时不需辅助加工及修配，便能很好地满足使用和生产上的要求。设计时给定---公差；加工按公差分别进行；装配（更换）时，不需辅助加工及修配；装配（更换）后，能满足使用要求。何谓互换性？如何实现互换性？互换性要点1.1.1互换性的概念（对机械工业的定义）互换性在日常生活中随处可见。举例：机器上的螺钉、灯泡，自行车、缝纫机、钟表上的零部件，损坏后可以更换。制造业生产中，经常要求产品的零部件具有互换性零件与装配1.1.1互换性的概念广义上说，互换性是指一种产品、过程或服务能够代替另一种产品、过程或服务，且能满足同样要求的能力。互换性是机器和仪器制造行业中产品设计和制造的重要原则。在现代化生产中，一般应遵守互换性原则。1.定义：同一规格的一批零部件，任取其一，不需任何挑选或修理就能装在机器上，并能满足其使用功能要求。2.互换性包括：几何参数、机械性能和理化性能方面的互换性。本课程仅讨论几何参数的互换。包括尺寸大小、几何形状以及相互位置的关系；几何量误差（尺寸、形状、位置、表面微观形状误差）。3.互换性分类：按互换程度分：——完全互换性简称互换性，厂际协作时采用特点：不限定互换范围，以零部件装配或更换时不需要挑选或修配为条件。——不完全互换性有限互换性，同厂制造和装配时采用。特点：因特殊原因，只允许零件在一定范围内互换。对标准部件或机构互换性又可分为：——内互换性部件或机构内部组成零件间的互换性——外互换性部件或机构与其相配合件间的互换性1.1.1互换性的概念例：滚动轴承（标准件）内互换性外互换性4、怎样使零件具有互换性•即按“公差”来制造。•什么是公差？公差--就是实际参数值允许的最大变动量。5.互换性的要点制造时按公差加工；装配时不需要修配；使用时能满足要求；只要满足了这三条就基本可满足机器的生产和使用的互换性要求。1.1.1互换性的概念互换性生产的重要意义小结遵循互换性原则有利生产迅猛发展保证产品质量降低制造成本延长使用寿命提高使用价值加工专业化协作化自动化降低成本提高效率装配缩短装配周期实现装配自动化发展系列新产品缩短设计周期使用制造设计互换性生产的重要意义（1）互换性生产是一个国家现代化工业文明的标志。按公差生产，可以将一些标准件，通用件，集中在专门工厂用专用设备或计算机辅助加工，从而实现制造生产的专业化和自动化，然后集中在专门工厂装配，产品、产量和质量充分保证，并降低成本。（2）零件磨损后，用具有互换性器件代替（活塞、活塞环）可保证机器工作的连续性和持久性，提高设备使用价值。（3）装配时，可用流水线自动作业，减轻劳动强度，提高劳动生产率。（4）设计时，采用互换性原则则必须采用标准化设计，这样可简化绘图，缩短设计周期，实现计算机辅助设计。1.1.2公差的概念任何一台机器的设计，除了运动分析、结构设计、强度、刚度计算外，还要进行精度设计。研究机器的精度时，要处理好机器的使用要求与制造工艺的矛盾。解决的方法是规定合理的公差，并用检测手段保证其贯彻实施。用公差来控制误差，保证零件的互换性。若制成的一批零件实际尺寸数值=理论值，即这些零件完全相同，虽具有互换性，但在生产上不可能，且没有必要。而只要求制成零件的实际参数值变动不大，保证零件充分近似即可。要使零件具有互换性，就应按“公差”制造。公差：控制几何参数的技术规定就称“公差”，实际参数允许的最大变动量。设计者要正确地确定公差，并在图样上标注。在满足功能要求的条件下，公差尽量规定得大些，以提高技术经济效益。1.1.2公差的概念误差公差精度1误差:实际量不等于理想量(1)加工误差:与加工方法有关•尺寸误差:实际量不等于理想量•形状误差:实际要素对理想要素的变动量•位置误差:零件上点线面间的位置关系•表面粗糙度:零件表面上的微观几何形状误差(2)测量误差:由仪器、方法、环境等因素带来的误差2公差：指允许参数值的变动量3精度：指实际量偏离理想量的程度4误差和公差及精度三者之间的关系精度低—公差大—误差大—工序少—加工易—成本低精度高—公差小—误差小—工序多—加工难—成本高误差公差精度5、加工误差与公差的区别与联系区别：误差在加工过程中产生，公差由设计人员确定联系：公差是误差的最大允许值几何量的测量有了先进的公差标准，还必须有相应的技术测量措施。技术测量研究的问题：（1）统一计量单位：用什么单位计量；量值的传递。（2）研究测试理论：制定计量标准、设计计量器具、培训计量人员。1.1.2公差的概念几何量的检测完工后的零件是否满足公差要求，要通过检测加以判断。检测包含检验与测量。检验是确定零件的几何参数是否在规定的极限范围内，并作出合格性判断，而不必得出被测量的具体数值；测量是将被测量与作为计量单位的标准量进行比较，以确定被测量的具体数值的过程。意义：检测不仅用来评定产品质量，而且用于分析产生不合格品的原因，及时调整生产，监督工艺过程，预防废品产生。检测是机械制造的“眼睛”。产品质量的提高，除设计和加工精度的提高外，往往更有赖于检测精度的提高。合理地确定公差与正确进行检测，是保证产品质量、实现互换性生产的两个必不可少的条件和手段。课堂练习(1)判断题1.为了使零件具有完全互换性，必须使各零件的几何尺寸完全一致。×2.互换性要求零件具有一定的精度。√3.凡是合格的零件一定具有互换性。×4.同厂制造和装配时，可采用不完全互换性。√1.2标准化与优先数标准化的发展史是与制造业的发展史相对应的，它是社会生产劳动的产物。萌芽期：公元前200年－青铜弩机。到了北宋时期，毕升首创活字印刷术，成功地运用了标准件、互换性、系列化、组合化、通用化等标准化基本原则和方法，孕育了现代标准化的原理，堪称我国乃至世界标准化发展史的里程碑。初期：开始于兵器制造业，前苏联1760年至1770年的土里斯基兵工厂；1902英国纽瓦尔公司（极限表），形成了最早的公差制。英国标准B.S.27(1906)；1931年的沈阳兵工厂和1937年的金陵兵工厂。现代期：ISA标准(1926)，ISO标准(1947)，超出了机械工业的范畴，扩大到了其他行业（如微电子行业）。青铜弩机弩机主要由弩弓和弩臂两部分组成的。弓上装弦，臂上装弩机，两者配合而发矢。一般弩机是装置在木弩的后部，四周有“郭”，“郭”中有“牙”，可以钩住弓弦；“郭”上有“望山”作为瞄准器，“牙”下连结有“悬刀”，作为扳机；发射时把“悬刀”一扳，“牙”就缩下，“牙”所钩住的弦就弹击，有力地把矢射出。在当时社会条件较差的情况下，能制造这种弩机，是中国古代科技史上的一个伟大发明创造。远程射击武器现代化工业生产的特点是规模大，协作单位多，互换性要求高，为了正确协调各生产部门和准确衔接各生产环节，必须有一种协调手段，使分散的局部的生产部门和生产环节保持必要的技术统一，成为一个有机的整体，以实现互换性生产。标准与标准化正是联系这种关系的主要途径和手段，对零件的加工误差及其控制范围所制订的技术标准称“极限与配合”标准，它是实现互换性的基础。1.2.1标准与标准化的概念1.2.1标准化与标准的概念标准化是一个活动过程：定义含义建立最佳秩序、取得最佳效果。标准实施后，才表现出最佳的效果。制定贯彻每完成一个过程，标准化水平修订、实施在经济、技术、科学管理等社会实践中，对复杂事物和概念，通过发布和实施标准，达到统一，以获得最佳秩序和社会效益的全过程。目的效果计算机集成制造系统（CIMS）最基本的特征是系统集成，集成是建立在标准化基础上的。现代化需要高度的标准化。标准化水平是衡量一个国家科学水平、生产技术水平和管理水平的尺度。标准的定义基础作用科学、技术和实践经验的综合成果。共同遵守的准则、依据。制定标准是对重复性事物和概念所做的统一规定，也就是一种规矩。有关方面协商一致、经主管机构批准、以特定形式发布。1.2.1标准与标准化的概念1.2.1标准与标准化的概念标准内涵：（1）是一种为大家共同遵守的“技术依据”或“技术规范”、“规定”。（2）也可以是一种实物标准、计量标准、标准样品