互換性與測量技術(shù)第一章緒論

第一章緒論第一節(jié)

互換性第二節(jié)

公差與檢測第三節(jié)

標(biāo)準(zhǔn)化第一節(jié)互換性

互換性與測量技術(shù)基礎(chǔ)是本專業(yè)主干技術(shù)基礎(chǔ)課程，有很強(qiáng)的綜合性和適用性，是從基礎(chǔ)課學(xué)習(xí)過渡到專業(yè)課學(xué)習(xí)的橋梁。它將互換性原理、標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)原理、幾何量計(jì)量測試等相關(guān)知識結(jié)合在一起，涉及機(jī)械及其零件的設(shè)計(jì)、制造、維修、質(zhì)量控制和生產(chǎn)管理等多方面技術(shù)問題。

一、

互換性及其意義

互換性在日常生活中隨處可見。

舉例：機(jī)器上的螺釘、燈泡，自行車、縫紉機(jī)、鐘表上的零部件，損壞后可以更換。機(jī)械示例機(jī)器人

空中客車A380鐘表縫紉機(jī)制造業(yè)生產(chǎn)中，經(jīng)常要求產(chǎn)品的零部件具有互換性零件與裝配一、互換性及其意義

廣義上說，互換性是指一種產(chǎn)品、過程或服務(wù)能夠代替另一種產(chǎn)品、過程或服務(wù)，且能滿足同樣要求的能力?；Q性是機(jī)器和儀器制造行業(yè)中產(chǎn)品設(shè)計(jì)和制造的重要原則。在現(xiàn)代化生產(chǎn)中，一般應(yīng)遵守互換性原則。

1.定義：同一規(guī)格的一批零部件，任取其一，不需任何挑選或修理就能裝在機(jī)器上，并能滿足其使用功能要求。

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。本課程僅討論幾何參數(shù)的互換。包括尺寸大小、幾何形狀以及相互位置的關(guān)系；幾何量誤差（尺寸、形狀、位置、表面微觀形狀誤差）。二、

互換性的分類

按互換程度分

——

完全互換性簡稱互換性，廠際協(xié)作時(shí)采用

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。

——不完全互換性有限互換性，同廠制造和裝配時(shí)采用。特點(diǎn)：因特殊原因，只允許零件在一定范圍內(nèi)互換。

對標(biāo)準(zhǔn)部件或機(jī)構(gòu)互換性又可分為

——內(nèi)互換性部件或機(jī)構(gòu)內(nèi)部組成零件間的互換性

——外互換性部件或機(jī)構(gòu)與其相配合件間的互換性例：滾動(dòng)軸承（標(biāo)準(zhǔn)件）內(nèi)互換性外互換性第二節(jié)公差與檢測

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，并用檢測手段保證其貫徹實(shí)施。用公差來控制誤差，保證零件的互換性。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：控制幾何參數(shù)的技術(shù)規(guī)定就稱“公差”，實(shí)際參數(shù)允許的最大變動(dòng)量。設(shè)計(jì)者要正確地確定公差，并在圖樣上標(biāo)注。在滿足功能要求的條件下，公差盡量規(guī)定得大些，以提高技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益。

加工誤差與公差

尺寸誤差宏觀幾何形狀誤差相互位置誤差表面粗糙度加工誤差問題：加工誤差與公差的區(qū)別與聯(lián)系區(qū)別：誤差在加工過程中產(chǎn)生，公差由設(shè)計(jì)人員確定聯(lián)系：公差是誤差的最大允許值第二節(jié)公差與檢測

幾何量的測量

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

（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。幾何量的檢測

完工后的零件是否滿足公差要求，要通過檢測加以判斷。檢測包含檢驗(yàn)與測量。

檢驗(yàn)是確定零件的幾何參數(shù)是否在規(guī)定的極限范圍內(nèi)，并作出合格性判斷，而不必得出被測量的具體數(shù)值；

測量是將被測量與作為計(jì)量單位的標(biāo)準(zhǔn)量進(jìn)行比較，以確定被測量的具體數(shù)值的過程。

意義：檢測不僅用來評定產(chǎn)品質(zhì)量，而且用于分析產(chǎn)生不合格品的原因，及時(shí)調(diào)整生產(chǎn)，監(jiān)督工藝過程，預(yù)防廢品產(chǎn)生。檢測是機(jī)械制造的“眼睛”。產(chǎn)品質(zhì)量的提高，除設(shè)計(jì)和加工精度的提高外，往往更有賴于檢測精度的提高。

合理地確定公差與正確進(jìn)行檢測，是保證產(chǎn)品質(zhì)量、實(shí)現(xiàn)互換性生產(chǎn)的兩個(gè)必不可少的條件和手段。第三節(jié)

標(biāo)準(zhǔn)化

標(biāo)準(zhǔn)化的發(fā)展史是與制造業(yè)的發(fā)展史相對應(yīng)的，它是社會(huì)生產(chǎn)勞動(dòng)的產(chǎn)物。

萌芽期：公元前200年－青銅弩機(jī)。

初期：開始于兵器制造業(yè)，前蘇聯(lián)1760年至1770年的土里斯基兵工廠；1902英國紐瓦爾公司（極限表）；英國標(biāo)準(zhǔn)B.S.27(1906)；1931年的沈陽兵工廠和1937年的金陵兵工廠。

現(xiàn)代期：

ISA標(biāo)準(zhǔn)(1926)，ISO標(biāo)準(zhǔn)(1947)，超出了機(jī)械工業(yè)的范疇，擴(kuò)大到了其他行業(yè)（如微電子行業(yè)）。青銅弩機(jī)

弩機(jī)主要由弩弓和弩臂兩部分組成的。弓上裝弦，臂上裝弩機(jī)，兩者配合而發(fā)矢。一般弩機(jī)是裝置在木弩的后部，四周有“郭”，“郭”中有“牙”，可以鉤住弓弦；“郭”上有“望山”作為瞄準(zhǔn)器，“牙”下連結(jié)有“懸刀”，作為扳機(jī)；發(fā)射時(shí)把“懸刀”一扳，“牙”就縮下，“牙”所鉤住的弦就彈擊，有力地把矢射出。在當(dāng)時(shí)社會(huì)條件較差的情況下，能制造這種弩機(jī)，是中國古代科技史上的一個(gè)偉大發(fā)明創(chuàng)造。遠(yuǎn)程射擊武器國際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）

在國際上，為了促進(jìn)世界各國在技術(shù)上的統(tǒng)一，成立了國際標(biāo)準(zhǔn)化組織（簡稱ISO）和國際電工委員會(huì)（簡稱IEC），由這兩個(gè)組織負(fù)責(zé)制定和頒發(fā)國際標(biāo)準(zhǔn)。

ISO9000系列標(biāo)準(zhǔn)的頒發(fā)，使世界各國的質(zhì)量管理和質(zhì)量保證的原則、方法和程序，都統(tǒng)一在國際標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)之上。我國于1978年恢復(fù)參加ISO組織后。陸續(xù)修訂了自己的標(biāo)準(zhǔn)。修訂的原則是，在立足我國生產(chǎn)實(shí)際的基礎(chǔ)上向ISO靠攏，以利于加強(qiáng)我國在國際上的技術(shù)交流和產(chǎn)品互換。一、標(biāo)準(zhǔn)

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)與標(biāo)準(zhǔn)化正是聯(lián)系這種關(guān)系的主要途徑和手段，對零件的加工誤差及其控制范圍所制訂的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)稱“極限與配合”標(biāo)準(zhǔn)，它是實(shí)現(xiàn)互換性的基礎(chǔ)。

一、標(biāo)準(zhǔn)

標(biāo)準(zhǔn)定義：標(biāo)準(zhǔn)是對重復(fù)性事物和概念所做的統(tǒng)一規(guī)定，也就是一種規(guī)矩。它以科學(xué)、技術(shù)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的綜合成果為基礎(chǔ)，經(jīng)有關(guān)方面協(xié)商一致，由主管機(jī)構(gòu)批準(zhǔn)，以特定形式發(fā)布，作為共同遵守的準(zhǔn)則和依據(jù)(GB3935.1—83)

標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)涵：（1）是一種為大家共同遵守的“技術(shù)依據(jù)”或“技術(shù)規(guī)范”、“規(guī)定”。（2）也可以是一種實(shí)物標(biāo)準(zhǔn)、計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)、標(biāo)準(zhǔn)樣品。（3）研究對象必須是具有可重復(fù)性特征的事物及概念。（4）是協(xié)商的產(chǎn)物，涉及到不同部門不同階層的利益。

標(biāo)準(zhǔn)分類

按標(biāo)準(zhǔn)的使用范圍分：國家標(biāo)準(zhǔn)GB、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)HB（如JB）、地方DB標(biāo)準(zhǔn)和企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)QB。

按標(biāo)準(zhǔn)的作用范圍分：國際標(biāo)準(zhǔn)、區(qū)域標(biāo)準(zhǔn)、國家標(biāo)準(zhǔn)、地方標(biāo)準(zhǔn)和試行標(biāo)準(zhǔn)。

按標(biāo)準(zhǔn)化對象的特征分：基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)、產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)、方法標(biāo)準(zhǔn)和安全與環(huán)境保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)、衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)。

按標(biāo)準(zhǔn)的性質(zhì)分：技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、工作標(biāo)準(zhǔn)和管理標(biāo)準(zhǔn)。

一、標(biāo)準(zhǔn)

對需要在全國范圍內(nèi)統(tǒng)一的技術(shù)要求，應(yīng)當(dāng)制定國家標(biāo)準(zhǔn)；對沒有國家標(biāo)準(zhǔn)而又需要在全國某個(gè)行業(yè)范圍內(nèi)統(tǒng)一的技術(shù)要求，可制定行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)；對沒有國家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)而又需要在某個(gè)范圍內(nèi)統(tǒng)一的技術(shù)要求，可制定地方標(biāo)準(zhǔn)或企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。一、標(biāo)準(zhǔn)

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(yàn)方面所作的技術(shù)規(guī)定。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)。

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)。

加工誤差和公差

（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。

（2）公差：由設(shè)計(jì)人員給定的允許零件的最大誤差，并標(biāo)注在零件圖上作為技術(shù)要求。一、標(biāo)準(zhǔn)完整產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)術(shù)語試驗(yàn)和檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)性能標(biāo)準(zhǔn)減少規(guī)格尺寸標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)范圍一、標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)的分級國際標(biāo)準(zhǔn)區(qū)域標(biāo)準(zhǔn)國家標(biāo)準(zhǔn)專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)地方標(biāo)準(zhǔn)企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)一、標(biāo)準(zhǔn)二、標(biāo)準(zhǔn)化

標(biāo)準(zhǔn)化：是指標(biāo)準(zhǔn)的制定、發(fā)布貫徹實(shí)施的全部過程。標(biāo)準(zhǔn)化是以標(biāo)準(zhǔn)的形式體現(xiàn)的，也是一個(gè)不斷循環(huán)、不斷提高的過程。標(biāo)準(zhǔn)化是社會(huì)化生產(chǎn)的重要手段，是聯(lián)系設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和使用方面的紐帶，是科學(xué)管理的重要組成部分。標(biāo)準(zhǔn)化對于改進(jìn)產(chǎn)品、過程和使用的適用性，防止貿(mào)易壁壘，促進(jìn)技術(shù)合作方面具有特別重要的意義。三、優(yōu)先數(shù)和優(yōu)先數(shù)系標(biāo)準(zhǔn)

1.數(shù)值標(biāo)準(zhǔn)化

工程上各種技術(shù)參數(shù)的簡化、協(xié)調(diào)和統(tǒng)一是標(biāo)準(zhǔn)化的一項(xiàng)重要內(nèi)容。

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。

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(huì)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。優(yōu)先數(shù)和優(yōu)先數(shù)系的引入

在機(jī)械設(shè)計(jì)中，常常需要確定很多參數(shù)，而這些參數(shù)往往不是孤立的，一旦選定，這個(gè)數(shù)值就會(huì)按照一定規(guī)律，向一切有關(guān)的參數(shù)傳播。例如，螺栓的尺寸一旦確定，將會(huì)影響螺母的尺寸、絲錐板牙的尺寸、螺栓孔的尺寸以及加工螺栓孔的鉆頭的尺寸等。由于數(shù)值如此不斷關(guān)聯(lián)、不斷傳播，所以，機(jī)械產(chǎn)品中的各種技術(shù)參數(shù)不能隨意確定。為使產(chǎn)品的參數(shù)選擇能遵守統(tǒng)一的規(guī)律，使參數(shù)選擇一開始就納入標(biāo)準(zhǔn)化軌道，必須對各種技術(shù)參數(shù)的數(shù)值作出統(tǒng)一規(guī)定?！秲?yōu)先數(shù)和優(yōu)先數(shù)系》國家標(biāo)準(zhǔn)（GB321—80）就是其中最重要的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，要求工業(yè)產(chǎn)品技術(shù)參數(shù)盡可能采用它。

三、優(yōu)先數(shù)和優(yōu)先數(shù)系標(biāo)準(zhǔn)2.優(yōu)先數(shù)系

工程技術(shù)上通常采用的優(yōu)先數(shù)系是一種十進(jìn)制的幾何級數(shù)。優(yōu)先數(shù)系列是一種科學(xué)的數(shù)值分級制度，適用于尺寸、參數(shù)和各種質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的分級。三、優(yōu)先數(shù)和優(yōu)先數(shù)系標(biāo)準(zhǔn)

凡是在數(shù)系項(xiàng)值上含有10的整數(shù)冪，并且有公比為如下值的等比級數(shù)，稱之為優(yōu)先數(shù)系，用字母Rr表示。

R5系列

R10系列

R20系列

R40系列

R80包含R40的項(xiàng)值；R40包含R20的項(xiàng)值；

R20包含R10的項(xiàng)值；R10包含R5的項(xiàng)值；

R80系列僅用于分級很細(xì)的特殊場合三、優(yōu)先數(shù)和優(yōu)先數(shù)系標(biāo)準(zhǔn)2.優(yōu)先數(shù)系

我國標(biāo)準(zhǔn)GBT321-80與國際標(biāo)準(zhǔn)ISO推薦R5、R10、R20、R40、R80系列，前四項(xiàng)為基本系列（見表1-1），R80為補(bǔ)充系列。1.00

1.061.121.181.251.321.401.501.601.701.801.00

1.121.251.401.601.802.002.242.502.803.15

1.00

1.251.602.002.503.154.005.006.308.0010.001.00

1.60

2.50

4.00

6.30

10.0016.00R40R20R10R5派生系列

派生系列(Rr/p)：從基本系列中每隔幾項(xiàng)選取一個(gè)優(yōu)先數(shù)，組成一個(gè)新的系列。使優(yōu)先數(shù)系具有更寬廣的適應(yīng)性。還可分段選用最合適的系列，以復(fù)合系列的形式來組成最佳系列。

選用原則：先疏后密；優(yōu)先選用公比較大的基本系列；優(yōu)先選用公比較大和延伸項(xiàng)含有項(xiàng)值1的派生系列。

派生系列

R10/3系列0.801.001.251.602.002.503.154.005.006.308.0010.0012.5優(yōu)先數(shù)和優(yōu)先數(shù)系的特點(diǎn)

優(yōu)先數(shù)系的五個(gè)系列中任一個(gè)項(xiàng)值均為優(yōu)先數(shù)。按公比計(jì)算得到的優(yōu)先數(shù)的理論值，除10的整數(shù)冪外，都是無理數(shù)，工程技術(shù)上不能直接應(yīng)用。實(shí)際應(yīng)用的都是經(jīng)過圓整后的近似值。根據(jù)圓整的精確程度，可分為：（1）計(jì)算值：取五位有效數(shù)字，供精確計(jì)算用。（2）