互换性与测量技术教案-第1章

第1讲课程名称：《互换性与测量技术》教学内容：第一章绪论1—1互换性的的基本概念1—2标准与标准化1—3优先数与优先数系1—4零件的加工误差与公差1—5本课程的性质与任务教学目的：1、掌握本课程的性质、任务和主要内容;2、掌握互换性的概念及其意义；3、了解标准化和标准的概念以及优先数和优先数系。教学重点、难点：重点：互换性的概念及其意义。难点：互换性的概念及其意义。教学方法：课堂讲授。课时：共2学时（90分钟）。教学过程：我们已经开设了数学、物理、机械制图等基础课，本学期以及在后面的学习中，我们还要开设像机械基础、机械制造工艺学、金属切削原理等专业课程。，我们将学的互换性与测量技术这门课程是机械类各专业的一门技术基础课，它是联系机械设计课程与机械制造课程的纽带，也是从基础课学习过渡到专业课学习的桥梁。第一节互换性的的基本概念一、互换性及其意义在工厂的装配车间经常看到这样一种情况，装配工人任意从一批相同规格的零件中取出一个装到机器上，装配后机器就能正常工作。在日常生活中也有不少这样的例子，如规格相同的任何一个灯泡和任何一个灯头，不管它们分别由哪一个工厂制成，都可装在一起，还有规格相同的螺栓和螺母，不管是哪里生产的，也都能够很好地配合，自行车、手表和电脑等的零件坏了，也可以迅速换上一个新的，并且在装配或更换后，能很好地满足使用要求。其所以能这样方便，就是因为灯泡、灯头、螺栓、螺母以及自行车、手表、电脑等的零件都具有互换性。那么什么是互换性呢？互换性：是指机器零件（或部件）相互之间可以代换且能保证使用要求的一种特性。二、互换性的分类按互换的程度分，互换性可分为完全互换性和不完全互换性。完全互换性：若零、部件在装配或更换时，不仅不需要辅助加工与修配，而且不需挑选，装配后即能满足预定要求，则其互换性为完全互换性。不完全互换性：若零、部件在装配或更换时，需要进行附加加工、选择与调整，装配后才能满足预定要求，则其互换性为不完全互换性。完全互换性通用性强、装配方便，可减少修理时间和费用，利于专业化生产。所以完全互换性在机器制造中被广泛采用。但是在有些情况下不便采用完全互换性。例如在装配的机器精度要求较高时，若采用完全互换性，则与其相配合的零件精度要求也必须高。高精度零件加工比较困难，大大提高了加工费用。为解决加工困难和装配精度之间的矛盾，常采用分组装配法。分组装配法：就是在装配时根据零件实际尺寸的大小分成若干组，使同组零件的相配尺寸相差值很小，然后再与相对应组内零件进行装配。这种把零件的互换性范围限制在同一组内的方法，称为分组装配法。（结合减速器箱体与轴上零件讲述）分组装配法的特点：互换性属于不完全互换性，使用该法既可以解决零件加工的困难，又能保证装配精度。三、互换性在机械制造中的作用①从使用方面看，若零件具有互换性，则在磨损或损坏后，可用另一新的备件代替（如汽车、拖拉机的活塞、活塞环等就是这样的备件），使机器修理的时间和费用显著减少，保证了机器工作的连续性和持久性，从而提高了机器的使用价值。②从制造方面看，互换性是提高生产水平和文明程度的有力手段。装配时，由于零件有互换性，不需辅助加工和修配，故能减轻装配工的劳动量，缩短装配周期，并且可以使装配工作按流水作业方式进行，使装配的生产率大大提高。加工时，由于规定有公差，同一部机器上的各个零件可以同时分别加工。用得极多的螺钉、螺母和滚动轴承等标准件还可以外购。由于产品单一，数量多，分工细，可采用高生产率的专用设备，这样，产量和质量必然会得到提高，成本也会显著降低。由此可见，互换性也是生产专业化与技术协作的一个基本条件。③从设计方面看，按互换性进行设计，就可以最大限度地采用标准件、通用件，大大减少绘图、计算等工作量，缩短设计周期，并有利于产品多样化和计算机辅助设计。④互换性是现代机械制造业中应遵守的原则由于互换性对保证产品质量、提高生产率和增加经济效益具有重要意义，互换性是现代机械制造业中应遵守的原则，也是实行专业化协作生产必须采用的原则。第二节标准与标准化一、标准化的意义众所周知，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，是实现互换性的基础。二、标准化和标准的概念标准化：是指制定和贯彻标准的全过程。它是现代化生产的重要手段，是国家现代化水平的重要标志之一，是实现互换性的前提。标准：标准是对重复性事物和概念所作的统一规定，它以科学、技术和实践经验的综合成果为基础，经有关方面协商一致，由主管机构批准，以特定形式发布，作为共同遵守的准则和依据。三、标准的分类标准的范围极广，涉及到人类生活的各个方面，其分类形式也多种多样。A、技术标准：对产品和工程建设质量、规格及检验方面所作的技术规定。我国的技术标准分三级：国家标准（GB）、部门标准（专业标准，如JB）、企业标准。B、公差标准：对零件的公差和相互配合所制订的标准。①按其针对的对象分：基础标准、产品标准、方法标准、安全与环境保护标准。②按其颁布的级别分：国家标准（GB）、行业标准（如JB、HB）、地方标准、企业标准。本课程所研究的公差标准属于基础标准。③按其执行的力度分：强制性标准、推荐性标准。第三节优先数和优先数系1、数值标准化的必要性制定公差标准以及设计零件的结构参数时，都需要通过数值表示。任何产品的参数值不仅与自身的技术特性有关，还直接、间接地影响与其配套系列产品的参数值。如：螺母直径数值，影响并决定螺钉直径数值以及丝锥、螺纹塞规、钻头等系列产品的直径数值。由于参数值间的关联产生的扩散称为“数值扩散”。为满足不同的需求，产品必然出现不同的规格，形成系列产品。产品数值的杂乱无章会给组织生产、协作配套、使用维修带来困难。故需对数值进行标准化。2、优先数和优先数系的概念①优先数系：国家标准GB/T321-1980规定的一系列十进制的几何级数称为优先数系。②优先数：优先数系中的每一个数称为优先数。3、优先数的由来优先数系中的一系列数值是按什么规律得来的呢？国标规定了五个系列，它们分别用系列符号R5、R10、R20、R40和R80表示，其中前四个系列作为基本系列，R80为补充系列，仅用于分级很细的特殊场合。各系列的公比为R5的公比：q5=510≈1.60；R10的公比：q10=1010≈1.25；R20的分比：q20=2010≈1.12；R40的公比：q40=4010≈1.06；R80的公比：q80=8010≈1.03。各系列中的优先数可用通式表达为：1iiqn4、优先数系的几点说明按公比计算得到的优先数的理论值，除10的整数次幂外，都是无理数，工程技术上不便直接应用，实际应用的都是经过圆整后的近似值。根据圆整的精确程度，可分为：①计算值取5位有效数字，供精确计算用。②常用值即经常使用的通常所称的优先数，取3位有效数字。表1—1中列出了1～10范围内基本系列的常用值和计算值。如将表中所列优先数乘以10，100，…，或乘以0.1，0.01，…，即可得到大于10或小于1的优先数。5、优先数系的特点国家标准规定的优先数系分档合理，疏密均匀，有广泛的适用性，简单易记，便于使用。常见的量值，如长度、直径、转速及功率等分级，基本上都是按一定的优先数系进行的。本课程所涉及的有关标准里，诸如尺寸分段、公差分级及表面粗糙度的参数系列等，基本上采用优先数系。第四节零件的加工误差与公差一、加工误差与公差的含义前面我们介绍过，互换性在机械生产以及日常生活中都具有重要的意义，那么，怎样保证零件具有互换性呢？假若制成的一批零件的实际参数的数值都等于其理论值，即这些零件完全相同，那么，在装配时，从中任取一件，效果都是一样的。也就是说，这些零件具有互换性。但是，要获得这样绝对准确和完全一致的零件是不可能的，因为零件在加工过程中，不可避免地会产生各种误差。而另一方面，从机器的使用和互换性生产要求看，只要制成零件的实际参数值变动不大，保证零件充分近似即可。所以，要使零件具有互换性，就应该把零件的各种误差（尺寸误差、形状误差、位置误差、表面粗糙度误差）控制在规定的范围内，即按“公差”来制造。经过加工完成的零件，是否满足公差要求呢？通俗地说，该零件是否合格呢？我们要通过检测来加以判断。检测不仅用于评定零件合格与否，而且用于分析不合格的原因，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”。无数事实证明，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。因此，合理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手段和条件。二、误差与公差的区别误差：实际几何参数与理想几何参数之差。公差：零件几何参数误差的允许范围。第五节本课程的性质与主要内容一、本课程的性质是机械类专业的一门实践性强、应用广、技术知识含量较高的技术基础课。二、本课程的任务1、学习和研究互换性；2、探讨零件的制造误差及公差与使用要求之间的关系；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。由此可见，“公差”在生产中是非常重要的。一般地,在机械产品的设计过程中，需要进行以下三方面的分析计算：（1）运动分析与计算。根据机器或机构应实现的运动，由运动学原理，确定机器或机构的合理的传动系统，选择合适的机构或元件，以保证实现预定的动作，满足机器或机构运动方面的要求。（2）强度的分析与计算。根据强度、刚度等方面的要求，决定各个零件的合理的基本尺寸，进行合理的结构设计，使其在工作时能承受规定的负荷，达到强度和刚度方面的要求。（3）几何精度的分析与计算。零件基本尺寸确定后，还需要进行精度计算，以决定产品各个部件的装配精度以及零件的几何参数和公差。需要指出的是，以上三个方面，在设计过程中，是缺一不可的。本书主要讨论的是机械精度的分析与计算。3、合理地解决生产成本、产品质量与效益之间的矛盾。三、本课程的主要内容1、极限与配合；2、形位公差；3、表面粗糙度；4、技术测量。四、本课程的特点1、从结构上讲，本课程系由“极限配合”与“测量技术”两部分组成。这两部分有一定的联系，但有自成体系。“极限配合”属标准化范畴，而“测量技术”属计量学范畴，它们是独立的两个系统。而本课程正是将公差标准与计量技术有机地结合在一起的一门技术基础学科。2、从学科上讲，本课程是从“精度”或“误差”的观点去分析研究零件及机构的几何参数；而“机械原理”是从运动学及动力学的观点去分析研究机构；“机械零件”是从强度与刚度的观点去分析研究机构。3、从内容上讲，本课程抽象概念多，术语定义多，符号代号多，叙述性内容多，标准多，表格多，需要记忆的东西多，等等；但简单易学。4、本学科的基本理论是误差理论，基本数学研究方法是数理统计，研究主题是机器使用要求与制造要求的矛盾，解决方法是规定公差，并用计量测试手段保证其贯彻实施。五、学好本课程的方法1、对基本概念和术语定义要做到理解加记忆。2、认真完成每一次的作业。因为作业不仅可以巩固课堂的教学知识，加深对教学内容的理解和掌握，而且是培养大家掌握极限配合选择方法，应用公差表格的重要手段。3、理论联系实际，学以致用。小结：通过本堂课的学习，使学生初步了解了“互换性与测量技术”课程的性质、任务和主要内容，调动了他们学习本课程的积极性；也使学生掌握了互换性、标准化、标准以及优先数和优先数系的基本概念。作业布置：1、“互换性与测量技术”课程的性质、任务和主要内容是什么？P5：1-1、1-3、1-4、1-5。