第一章 緒論fficeffice" />
, l- [ F9 D& }9 v/ b' P" X/ O: P本章重點:互換性、標(biāo)準(zhǔn)化與優(yōu)先數(shù)系的概念
. C7 k! J; |: z4 p1 z# I7 i目的:掌握零件互換性的基本概念; - O! I9 I2 x$ a$ C" p
了解機(jī)械精度設(shè)計的原則方法。
+ J7 G, y) u. F5 B% e% N( h9 M重點:零件互換性的基本概念
% ^' r! Y- D4 ]難點:零件互換性的基本概念
1 f( ^3 g5 O9 B( A7 D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 第一部分:基本術(shù)語.北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社,1996 5 o* U4 w7 X3 ]' I/ Q. r0 f
GB/T321-1980優(yōu)先數(shù)和優(yōu)先數(shù)系.北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社,1981 5 x7 {8 I. L5 h& _+ S N3 G% x' H% q" K
測量標(biāo)準(zhǔn)及互換性概述: ! u7 E6 ?: v7 W" J/ I& e
任何一臺機(jī)器的設(shè)計,除了運動分析、結(jié)構(gòu)設(shè)計、強(qiáng)度、剛度計算外,還要進(jìn)行精度設(shè)計。研究機(jī)器的精度時,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,并用檢測手段保證其貫徹實施。由此可見,“公差”在生產(chǎn)中是非常重要的。
! U# s& E5 Y8 L! K1 c' q1 D 公差是一門專業(yè)基礎(chǔ)課,要求: 0 F; C& C' A8 y9 ^! z
(1) 掌握有關(guān)公差、測量的基本概念、基本理論、術(shù)語、定義; " ~+ r3 X) y# X) u- ?- p( Y% W/ |
(2) 培養(yǎng)公差設(shè)計及精度檢測的基本能力; ! Y# M% D# Y+ O6 s; k
(3) 學(xué)會查工具書,如手冊、標(biāo)準(zhǔn)等。
( X2 Q0 t* J! s. f一. 互換性概述
# U( u f- h7 O; o/ K; T1、什么叫互換性 ' T" o8 u/ \( M2 z7 `( _
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。 , W/ c7 O- |$ _, r2 ]9 ]9 h
(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。
7 n9 m2 f& J9 Y+ `: h (2)互換性包括:
b- @, p& n) J$ U* Y/ N 幾何參數(shù)、機(jī)械性能和理化性能方面的互換性。 % ]' j6 E& g7 I6 O
幾何量誤差(尺寸、形狀、位置、表面微觀形狀誤差)。
; a2 V9 T2 {, g- J/ X. A (3)互換性分類:
/ \: G; J$ F% l A、完全互換性
5 E" w7 ~8 N2 \7 X% W 特點:不限定互換范圍,以零部件裝配或更換時不需要挑選或修配為條件。如日常生活中所用電燈泡。 6 e( t k; j& N" B' m6 e
B、不完全互換性(也稱有限互換)
$ A: ^- e/ h; ^; i 特點: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)實測尺寸的大小,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)。 v3 m* z5 d1 P% I# S; s
2、怎樣才能使零件具有互換性 " O8 G1 j0 T' m* D% E- g
若制成的一批零件實際尺寸數(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,且沒有必要。而只要求制成零件的實際參數(shù)值變動不大,保證零件充分近似即可。
4 I$ P$ X1 s1 F5 i4 B 要使零件具有互換性,就應(yīng)按“公差”制造。
: ?5 i+ X1 j1 z$ Q A, k 公差:實際參數(shù)允許的最大變動量。
6 f0 ^7 N; P: o- H' v+ s# H* u3、互換性在機(jī)械制造中有什么作用
_% _6 ~' @3 a M: K (1)在設(shè)計方面,有利于最大限度采用標(biāo)準(zhǔn)件、通用件和標(biāo)準(zhǔn)件,大大簡化繪圖和計算工作,縮短設(shè)計周期。便于計算機(jī)輔助設(shè)計CAD。
+ n" c% }. p) i9 s (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 V4 v# f: v2 A1 d) h7 t (3)在使用、維修方面,可以減少機(jī)器的維修時間和費用,保證機(jī)器能連續(xù)持久的運轉(zhuǎn)。提高了機(jī)器的使用壽命。 9 ^0 M* t: H) z% m+ }! L
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;Q性生產(chǎn)對我國社會主義現(xiàn)代化建設(shè)具有十分重要的意義。
. c T) K: p' M2 |# b* p& ` 應(yīng)當(dāng)指出,互換性原則不是在任何情況下都適用。有時,只有采取單個配置才符合經(jīng)濟(jì)原則,這時零件雖不能互換,但也存在公差與檢測要求。
2 L3 F! ?4 R& e5 O$ L: N0 [二. 標(biāo)準(zhǔn)化與優(yōu)先數(shù)系
5 z5 Q9 P* j8 e" r, _4 v 現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)的特點是規(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。成為一個有機(jī)的整體,以實現(xiàn)互換性生產(chǎn)。(標(biāo)準(zhǔn)制定的必要性 ) 2 y" f E1 V2 C5 k. L9 v
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,是實現(xiàn)互換性的基礎(chǔ)。 8 A$ r1 j. t" [, T4 i" a
1、標(biāo)準(zhǔn)化 3 `& ]8 C' c4 _0 B8 v
A、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn):對產(chǎn)品和工程建設(shè)質(zhì)量、規(guī)格及檢驗方面所作的技術(shù)規(guī)定。 . ?* x1 s% O: A6 f
我國的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)分三級:國家標(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)。
! t0 }4 l, o, ` [( O1 P, G B、公差標(biāo)準(zhǔn):對零件的公差和相互配合所制訂的標(biāo)準(zhǔn)。 3 h' c: V4 A; {* ]
2、加工誤差和公差
2 ~1 J6 [4 A' m; N" x* Q (1)加工誤差:加工過程中產(chǎn)生的尺寸、幾何形狀和相互位置誤差。 , a. |* r1 I; H
(2)公差:由設(shè)計人員給定的允許零件的最大誤差。
5 w! y, V# V9 x3、優(yōu)先數(shù)和優(yōu)先數(shù)系
' h* t, j1 U" q/ P9 |# j! q' \ (1)數(shù)值標(biāo)準(zhǔn)化 (數(shù)值標(biāo)準(zhǔn)化的必要性) $ B* p. p( \# U S
制定公差標(biāo)準(zhǔn)以及設(shè)計零件的結(jié)構(gòu)參數(shù)時,都需要通過數(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”。
1 d" x9 L$ m! N% N- Q 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)值的雜亂無章會給組織生產(chǎn)、協(xié)作配套、使用維修帶來困難。故需對數(shù)值進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化。
) r; @+ j6 a- R6 ^ (2)優(yōu)先數(shù)系 % o8 }# m, p3 y) B. M
優(yōu)先數(shù)系是一種十進(jìn)制的幾何級數(shù)。我國標(biāo)準(zhǔn)GB/T 321-1980與國際標(biāo)準(zhǔn)ISO推薦系列符號R5、R10、R20、R40、R80系列,前四項為基本系列, R80為補(bǔ)充系列。其公比為:
# N' ~* [, Q5 @1 v) LR5系列 q5≈1.6 R10系列 q10≈1.25
3 X8 g- |0 H* {* L( m2 vR20系列 q20≈1.12 R40系列 q40≈1.06 5 i4 t5 S7 f8 p
R80系列 q80≈1.03 6 x5 S% o& H. s
4、幾何量的測量 ( v1 {% y, ?% ~3 Y. m& y% @: O
有了先進(jìn)的公差標(biāo)準(zhǔn),還必須有相應(yīng)的技術(shù)測量措施。技術(shù)測量研究的問題:
, I6 K/ v! p8 y: _& w (1)統(tǒng)一計量單位:用什么單位計量;量值的傳遞。
5 d( Z0 M5 k$ {8 W( E5 { (2)研究測試?yán)碚摚褐贫ㄓ嬃繕?biāo)準(zhǔn)、設(shè)計計量器具、培訓(xùn)計量人員。 $ C) N% i( P+ F% W" _
三、機(jī)械精度設(shè)計概述
* t5 e! l) l/ @% r( G" z 一般地,在機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計過程中,需要進(jìn)行以下三方面的分析計算: 7 R+ Y+ U3 ]/ s; }
(1)運動分析與計算。根據(jù)機(jī)器或機(jī)構(gòu)應(yīng)實現(xiàn)的運動,由運動學(xué)原理,確定機(jī)器或機(jī)構(gòu)的合理的傳動系統(tǒng),選擇合適的機(jī)構(gòu)或元件,以保證實現(xiàn)預(yù)定的動作,滿足機(jī)器或機(jī)構(gòu)運動方面的要求。 5 b% n; q7 h& M3 o6 g. t
(2)強(qiáng)度的分析與計算。根據(jù)強(qiáng)度、剛度等方面的要求,決定各個零件的合理的基本尺寸,進(jìn)行合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計,使其在工作時能承受規(guī)定的負(fù)荷,達(dá)到強(qiáng)度和剛度方面的要求。 , [+ R+ U4 _# Y. ]0 \: r- |, ]. S
(3)幾何精度的分析與計算。零件基本尺寸確定后,還需要進(jìn)行精度計算,以決定產(chǎn)品各個部件的裝配精度以及零件的幾何參數(shù)和公差。 + u; N3 ^9 C5 {% [) U
需要指出的是,以上三個方面,在設(shè)計過程中,是缺一不可的。本書主要討論的是機(jī)械精度的分析與計算。
/ |# _9 M* [" g. D" V& A 機(jī)器精度的分析與計算是多方面的,但歸結(jié)起來,設(shè)計人員總是要根據(jù)給定的整機(jī)精度,最終確定出各個組成零件的精度,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。因為機(jī)器在運動過程中,其所處的環(huán)境條件(如電壓、氣溫、濕度、振動等等)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;或者相對運動的零件耦合后,其幾何精度在運動過程中也能發(fā)生改變。為此,除分析計算機(jī)器靜態(tài)的精度問題之外,還必須分析在運動情況下,零件及機(jī)器的精度問題。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)的多量綱精度問題,其分析與計算與傳統(tǒng)的幾何量精度分析更為復(fù)雜和困難。 ' h9 ]- B' `+ c; D4 C- I$ B
四、幾何精度設(shè)計的主要方法 3 _" E- l7 O/ Y9 L6 |& C
幾何精度設(shè)計的方法主要有:類比法、計算法和試驗法三種。 % {6 `% z+ E5 u' ]
1)類比法
. }8 S$ ]5 B: @) Z 類比法就是與經(jīng)過實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)計零件幾何要素的精度。 ( j. D( ? |# l8 j# N# \ V3 N+ B5 f, k
采用類比法進(jìn)行精度設(shè)計時,必須正確選擇類比產(chǎn)品,分析它與所設(shè)計產(chǎn)品在使用條件和功能要求等方面的異同,并考慮到實際生產(chǎn)條件、制造技術(shù)的發(fā)展、市場供求信息等多種因素。
5 ~5 W6 `# @8 g3 T. N" \3 \ 采用類比法進(jìn)行精度設(shè)計的基礎(chǔ)是資料的收集、分析與整理。
' L1 y" q8 }+ H& ~0 r$ k 類比法是大多數(shù)零件要素精度設(shè)計采用的方法。類比法亦稱經(jīng)驗法。 1 \. \( o4 d8 D6 t- _3 A
2)計算法 0 }0 g7 ]3 b3 n% O3 K2 M
計算法就是根據(jù)由某種理論建立起來的功能要求與幾何要素公差之間的定量關(guān)系,計算確定零件要素的精度。
2 O0 f0 R: |% d; ?- ^8 X. \6 d) E 例如:根據(jù)液體潤滑理論計算確定滑動軸承的最小間隙;根據(jù)彈性變形理論計算確定圓柱結(jié)合的過盈;根據(jù)機(jī)構(gòu)精度理論和概率設(shè)計方法計算確定傳動系統(tǒng)中各傳動件的精度等。
: U8 y5 d- x2 M( C; e3 e( y4 R0 T5 N6 ? 目前,用計算法確定零件幾何要素的精度,只適用于某些特定的場合。而且,用計算法得到的公差,往往還需要根據(jù)多種因素進(jìn)行調(diào)整。 ' P7 F# T% \& B9 O& }) ~9 G
3)試驗法
+ r. y& n) Y/ m2 }' e 試驗法就是先根據(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)定的使用條件下運轉(zhuǎn),同時,對其各項技術(shù)性能指標(biāo)進(jìn)行監(jiān)測,并與預(yù)定的功能要求相比較,根據(jù)比較結(jié)果再對原設(shè)計進(jìn)行確認(rèn)或修改。經(jīng)過反復(fù)試驗和修改,就可以最終確定滿足功能要求的合理設(shè)計。
6 j" E( Z: [8 j8 V' J1 d 試驗法的設(shè)計周期較長且費用較高,因此主要用于新產(chǎn)品設(shè)計中個別重要要素的精度設(shè)計。 ; ~0 v% R5 s5 y# _
迄今為止,幾何精度設(shè)計仍處于以經(jīng)驗設(shè)計為主的階段。大多數(shù)要素的幾何精度都是采用類比的方法憑實際工作經(jīng)驗確定的。 ( c9 u; K; r$ h' ?3 O
計算機(jī)科學(xué)的興起與發(fā)展為機(jī)械設(shè)計提供了先進(jìn)的手段和工具。但是,在計算機(jī)輔助設(shè)計(CAD)的領(lǐng)域中,計算機(jī)輔助公差設(shè)計(CAT)的研究還剛剛開始。其中,不僅需要建立和完善精度設(shè)計的理論與精確設(shè)計的方法,而且要建立具有實用價值和先進(jìn)水平的數(shù)據(jù)庫以及相應(yīng)的軟件系統(tǒng)。只有這樣才可能使計算機(jī)輔助公差設(shè)計進(jìn)入實用化的階段。 |