機(jī)械社區(qū)

第一章                   緒論fficeffice" />

本章重點(diǎn)：互換性、標(biāo)準(zhǔn)化與優(yōu)先數(shù)系的概念

目的：掌握零件互換性的基本概念；

         了解機(jī)械精度設(shè)計(jì)的原則方法。

重點(diǎn)：零件互換性的基本概念

難點(diǎn)：零件互換性的基本概念

參考資料：GB/T3935.1-1996 標(biāo)準(zhǔn)化和有關(guān)領(lǐng)域的通用術(shù)語(yǔ)   第一部分：基本術(shù)語(yǔ).北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社,1996

                GB/T321-1980優(yōu)先數(shù)和優(yōu)先數(shù)系.北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社,1981

測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)及互換性概述:

      任何一臺(tái)機(jī)器的設(shè)計(jì)，除了運(yùn)動(dòng)分析、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、強(qiáng)度、剛度計(jì)算外，還要進(jìn)行精度設(shè)計(jì)。研究機(jī)器的精度時(shí)，要處理好機(jī)器的使用要求與制造工藝的矛盾。解決的方法是規(guī)定合理的公差，并用檢測(cè)手段保證其貫徹實(shí)施。由此可見(jiàn)，“公差”在生產(chǎn)中是非常重要的。

      公差是一門專業(yè)基礎(chǔ)課，要求：

    （1） 掌握有關(guān)公差、測(cè)量的基本概念、基本理論、術(shù)語(yǔ)、定義；

    （2） 培養(yǎng)公差設(shè)計(jì)及精度檢測(cè)的基本能力；

    （3）  學(xué)會(huì)查工具書，如手冊(cè)、標(biāo)準(zhǔn)等。

一. 互換性概述

1、什么叫互換性

       舉例：組成現(xiàn)代技術(shù)裝置和日用機(jī)電產(chǎn)品的各種零件，如電燈泡、自行車、手表、縫紉機(jī)上的零件、一批規(guī)格為M10-6H的螺母與M10-69螺栓的自由旋合。在現(xiàn)代化生產(chǎn)中，一般應(yīng)遵守互換性原則。

    （1）定義：在制成的同一規(guī)格的一批零件中，不需任何挑選或附加加修配或再調(diào)整，就可裝上機(jī)器（或部件）上，而且達(dá)到規(guī)定的使用性能要求，具有上述要求的零部件稱為具有互換性的零部件。

    （2）互換性包括：

  幾何參數(shù)、機(jī)械性能和理化性能方面的互換性。

  幾何量誤差（尺寸、形狀、位置、表面微觀形狀誤差）。

    （3）互換性分類：

     A、完全互換性

  特點(diǎn)：不限定互換范圍，以零部件裝配或更換時(shí)不需要挑選或修配為條件。如日常生活中所用電燈泡。

     B、不完全互換性（也稱有限互換）

      特點(diǎn)：因特殊原因，只允許零件在一定范圍內(nèi)互換。如機(jī)器上某部位精度愈高，相配零件精度要求就愈高，加工困難，制造成本高，為此，生產(chǎn)中往往把零件的精度適當(dāng)降低，以便于制造，然后再根據(jù)實(shí)測(cè)尺寸的大小，將制成的相配零件分成若干組，使每組內(nèi)的尺寸差別比較小，最后，再把相應(yīng)的零件進(jìn)行裝配。除此分組互換法外，還有修配法、調(diào)整法。主要適用于小批量和單件生產(chǎn)。

2、怎樣才能使零件具有互換性             

      若制成的一批零件實(shí)際尺寸數(shù)值=理論值。即這些零件完全相同，雖具有互換性，但在生產(chǎn)上不可能，且沒(méi)有必要。而只要求制成零件的實(shí)際參數(shù)值變動(dòng)不大，保證零件充分近似即可。

      要使零件具有互換性，就應(yīng)按“公差”制造。  

      公差：實(shí)際參數(shù)允許的最大變動(dòng)量。

3、互換性在機(jī)械制造中有什么作用

    （1）在設(shè)計(jì)方面，有利于最大限度采用標(biāo)準(zhǔn)件、通用件和標(biāo)準(zhǔn)件，大大簡(jiǎn)化繪圖和計(jì)算工作，縮短設(shè)計(jì)周期。便于計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)CAD。

    （2）在制造方面，有利于組織專業(yè)化生產(chǎn)，采用先進(jìn)工藝和高效率的專用設(shè)備，提高生產(chǎn)效率。

    （3）在使用、維修方面，可以減少機(jī)器的維修時(shí)間和費(fèi)用，保證機(jī)器能連續(xù)持久的運(yùn)轉(zhuǎn)。提高了機(jī)器的使用壽命。

      總之，互換性在提高產(chǎn)品質(zhì)量和可靠性、提高經(jīng)濟(jì)效益等方面均具有重大意義�；�換性生產(chǎn)對(duì)我國(guó)社會(huì)主義現(xiàn)代化建設(shè)具有十分重要的意義。

      應(yīng)當(dāng)指出，互換性原則不是在任何情況下都適用。有時(shí)，只有采取單個(gè)配置才符合經(jīng)濟(jì)原則，這時(shí)零件雖不能互換，但也存在公差與檢測(cè)要求。

二.  標(biāo)準(zhǔn)化與優(yōu)先數(shù)系

      現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)的特點(diǎn)是規(guī)模大，協(xié)作單位多，互換性要求高，為了正確協(xié)調(diào)各生產(chǎn)部門和準(zhǔn)確銜接各生產(chǎn)環(huán)節(jié)，必須有一種協(xié)調(diào)手段，使分散的局部的生產(chǎn)部門和生產(chǎn)環(huán)節(jié)保持必要的技術(shù)統(tǒng)一。成為一個(gè)有機(jī)的整體，以實(shí)現(xiàn)互換性生產(chǎn)。（標(biāo)準(zhǔn)制定的必要性 ）

      標(biāo)準(zhǔn)與標(biāo)準(zhǔn)化正是聯(lián)系這種關(guān)系的主要途徑和手段，是實(shí)現(xiàn)互換性的基礎(chǔ)。

1、標(biāo)準(zhǔn)化

     A、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)：對(duì)產(chǎn)品和工程建設(shè)質(zhì)量、規(guī)格及檢驗(yàn)方面所作的技術(shù)規(guī)定。

      我國(guó)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)分三級(jí)：國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)（GB）、部門標(biāo)準(zhǔn)（專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，如JB）、企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

     B、公差標(biāo)準(zhǔn)：對(duì)零件的公差和相互配合所制訂的標(biāo)準(zhǔn)。

2、加工誤差和公差

    （1）加工誤差：加工過(guò)程中產(chǎn)生的尺寸、幾何形狀和相互位置誤差。

    （2）公差：由設(shè)計(jì)人員給定的允許零件的最大誤差。

3、優(yōu)先數(shù)和優(yōu)先數(shù)系

    （1）數(shù)值標(biāo)準(zhǔn)化 (數(shù)值標(biāo)準(zhǔn)化的必要性)

      制定公差標(biāo)準(zhǔn)以及設(shè)計(jì)零件的結(jié)構(gòu)參數(shù)時(shí)，都需要通過(guò)數(shù)值表示。任何產(chǎn)品的參數(shù)值不僅與自身的技術(shù)特性有關(guān)，還直接、間接地影響與其配套系列產(chǎn)品的參數(shù)值。如：螺母直徑數(shù)值，影響并決定螺釘直徑數(shù)值以及絲錐、螺紋塞規(guī)、鉆頭等系列產(chǎn)品的直徑數(shù)值。由于參數(shù)值間的關(guān)聯(lián)產(chǎn)生的擴(kuò)散稱為“數(shù)值擴(kuò)散”。

      為滿足不同的需求，產(chǎn)品必然出現(xiàn)不同的規(guī)格，形成系列產(chǎn)品。產(chǎn)品數(shù)值的雜亂無(wú)章會(huì)給組織生產(chǎn)、協(xié)作配套、使用維修帶來(lái)困難。故需對(duì)數(shù)值進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化。

     （2）優(yōu)先數(shù)系

      優(yōu)先數(shù)系是一種十進(jìn)制的幾何級(jí)數(shù)。我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)GB/T 321-1980與國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO推薦系列符號(hào)R5、R10、R20、R40、R80系列，前四項(xiàng)為基本系列, R80為補(bǔ)充系列。其公比為：

R5系列      q5≈1.6      R10系列    q10≈1.25

R20系列     q20≈1.12    R40系列    q40≈1.06

R80系列     q80≈1.03

4、幾何量的測(cè)量

      有了先進(jìn)的公差標(biāo)準(zhǔn)，還必須有相應(yīng)的技術(shù)測(cè)量措施。技術(shù)測(cè)量研究的問(wèn)題：

    （1）統(tǒng)一計(jì)量單位：用什么單位計(jì)量；量值的傳遞。

    （2）研究測(cè)試?yán)碚摚褐贫ㄓ?jì)量標(biāo)準(zhǔn)、設(shè)計(jì)計(jì)量器具、培訓(xùn)計(jì)量人員。

三、機(jī)械精度設(shè)計(jì)概述

      一般地,在機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計(jì)過(guò)程中，需要進(jìn)行以下三方面的分析計(jì)算：

    （1）運(yùn)動(dòng)分析與計(jì)算。根據(jù)機(jī)器或機(jī)構(gòu)應(yīng)實(shí)現(xiàn)的運(yùn)動(dòng)，由運(yùn)動(dòng)學(xué)原理，確定機(jī)器或機(jī)構(gòu)的合理的傳動(dòng)系統(tǒng)，選擇合適的機(jī)構(gòu)或元件，以保證實(shí)現(xiàn)預(yù)定的動(dòng)作，滿足機(jī)器或機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)方面的要求。

    （2）強(qiáng)度的分析與計(jì)算。根據(jù)強(qiáng)度、剛度等方面的要求，決定各個(gè)零件的合理的基本尺寸，進(jìn)行合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，使其在工作時(shí)能承受規(guī)定的負(fù)荷，達(dá)到強(qiáng)度和剛度方面的要求。

    （3）幾何精度的分析與計(jì)算。零件基本尺寸確定后，還需要進(jìn)行精度計(jì)算，以決定產(chǎn)品各個(gè)部件的裝配精度以及零件的幾何參數(shù)和公差。

      需要指出的是，以上三個(gè)方面，在設(shè)計(jì)過(guò)程中，是缺一不可的。本書主要討論的是機(jī)械精度的分析與計(jì)算。

      機(jī)器精度的分析與計(jì)算是多方面的，但歸結(jié)起來(lái)，設(shè)計(jì)人員總是要根據(jù)給定的整機(jī)精度，最終確定出各個(gè)組成零件的精度，如尺寸公差，形狀和位置公差，以及表面粗糙度參數(shù)值。但是，根據(jù)上述設(shè)計(jì)精度制造出的零件，裝配成機(jī)器或機(jī)構(gòu)后，還不一定能達(dá)到給定的精度要求。因?yàn)闄C(jī)器在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，其所處的環(huán)境條件（如電壓、氣溫、濕度、振動(dòng)等等）及所受的負(fù)荷都可能發(fā)生變化，造成相關(guān)零件的尺寸發(fā)生變化；或者相對(duì)運(yùn)動(dòng)的零件耦合后，其幾何精度在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中也能發(fā)生改變。為此，除分析計(jì)算機(jī)器靜態(tài)的精度問(wèn)題之外，還必須分析在運(yùn)動(dòng)情況下，零件及機(jī)器的精度問(wèn)題。而且由于現(xiàn)代機(jī)械產(chǎn)品正朝著機(jī)光電一體化的方向發(fā)展，這樣的產(chǎn)品，其精度問(wèn)題已不再是單純的尺寸誤差、形狀和位置誤差等幾何量精度問(wèn)題，而是還包括光學(xué)量、電學(xué)量等及其誤差在內(nèi)的多量綱精度問(wèn)題，其分析與計(jì)算與傳統(tǒng)的幾何量精度分析更為復(fù)雜和困難。

四、幾何精度設(shè)計(jì)的主要方法

      幾何精度設(shè)計(jì)的方法主要有：類比法、計(jì)算法和試驗(yàn)法三種。

     1）類比法

      類比法就是與經(jīng)過(guò)實(shí)際使用證明合理的類似產(chǎn)品上的相應(yīng)要素相比較，確定所設(shè)計(jì)零件幾何要素的精度。

      采用類比法進(jìn)行精度設(shè)計(jì)時(shí)，必須正確選擇類比產(chǎn)品，分析它與所設(shè)計(jì)產(chǎn)品在使用條件和功能要求等方面的異同，并考慮到實(shí)際生產(chǎn)條件、制造技術(shù)的發(fā)展、市場(chǎng)供求信息等多種因素。

      采用類比法進(jìn)行精度設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)是資料的收集、分析與整理。

      類比法是大多數(shù)零件要素精度設(shè)計(jì)采用的方法。類比法亦稱經(jīng)驗(yàn)法。

     2）計(jì)算法

      計(jì)算法就是根據(jù)由某種理論建立起來(lái)的功能要求與幾何要素公差之間的定量關(guān)系，計(jì)算確定零件要素的精度。

      例如：根據(jù)液體潤(rùn)滑理論計(jì)算確定滑動(dòng)軸承的最小間隙；根據(jù)彈性變形理論計(jì)算確定圓柱結(jié)合的過(guò)盈；根據(jù)機(jī)構(gòu)精度理論和概率設(shè)計(jì)方法計(jì)算確定傳動(dòng)系統(tǒng)中各傳動(dòng)件的精度等。

      目前，用計(jì)算法確定零件幾何要素的精度，只適用于某些特定的場(chǎng)合。而且，用計(jì)算法得到的公差，往往還需要根據(jù)多種因素進(jìn)行調(diào)整。

     3）試驗(yàn)法

      試驗(yàn)法就是先根據(jù)一定條件，初步確定零件要素的精度，并按此進(jìn)行試制。再將試制產(chǎn)品在規(guī)定的使用條件下運(yùn)轉(zhuǎn)，同時(shí)，對(duì)其各項(xiàng)技術(shù)性能指標(biāo)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并與預(yù)定的功能要求相比較，根據(jù)比較結(jié)果再對(duì)原設(shè)計(jì)進(jìn)行確認(rèn)或修改。經(jīng)過(guò)反復(fù)試驗(yàn)和修改，就可以最終確定滿足功能要求的合理設(shè)計(jì)。

      試驗(yàn)法的設(shè)計(jì)周期較長(zhǎng)且費(fèi)用較高，因此主要用于新產(chǎn)品設(shè)計(jì)中個(gè)別重要要素的精度設(shè)計(jì)。

      迄今為止，幾何精度設(shè)計(jì)仍處于以經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)為主的階段。大多數(shù)要素的幾何精度都是采用類比的方法憑實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)確定的。

      計(jì)算機(jī)科學(xué)的興起與發(fā)展為機(jī)械設(shè)計(jì)提供了先進(jìn)的手段和工具。但是，在計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）的領(lǐng)域中，計(jì)算機(jī)輔助公差設(shè)計(jì)（CAT）的研究還剛剛開(kāi)始。其中，不僅需要建立和完善精度設(shè)計(jì)的理論與精確設(shè)計(jì)的方法，而且要建立具有實(shí)用價(jià)值和先進(jìn)水平的數(shù)據(jù)庫(kù)以及相應(yīng)的軟件系統(tǒng)。只有這樣才可能使計(jì)算機(jī)輔助公差設(shè)計(jì)進(jìn)入實(shí)用化的階段。

第二章 幾何量測(cè)量基礎(chǔ)

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第八章　尺寸鏈

ＯＫ，全完！