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1、第二章第二章 机械零件的几何机械零件的几何精度精度2-1互换性及标准化的基本含义本节内容基本要求：了解互换性的意义、标准化的概念、了解互换性的意义、标准化的概念、机械精度设计的基本原则、主要方法。机械精度设计的基本原则、主要方法。重点内容：掌握互换性和标准化的概念。掌握互换性和标准化的概念。难点内容：机械精度设计的基本原则及主要方法。机械精度设计的基本原则及主要方法。互换性的概念概念：概念：同一规格的一批零部件，任取其一，不经任同一规格的一批零部件，任取其一，不经任何挑选和修配就能装在机器上，并能满足其使用功何挑选和修配就能装在机器上，并能满足其使用功能要求的特性叫做互换性。能要求的特性叫做互
2、换性。举例：举例：机器上的螺钉、灯泡，自行车、缝纫机、钟机器上的螺钉、灯泡，自行车、缝纫机、钟表上的零部件。表上的零部件。机械制造业中的互换性通常包括几何参数和力学性机械制造业中的互换性通常包括几何参数和力学性能的互换性的互换，能的互换性的互换，本课程仅讨论几何参数的互换本课程仅讨论几何参数的互换性。性。互换性的分类分类：互换性按其互换程度分为完全互换和不完全互换。定义：完全互换装配时不需挑选和修配。不完全互换装配时允许挑选、调整和修配。应用：零部件厂际协作应采用完全互换，部件或构件在同一厂制造和装配时，可采用不完全互换。互换性的意义设计方面：设计方面：可以最大限度地采用标准件、通用件和可以最
3、大限度地采用标准件、通用件和标准部件，大大简化了绘图和计算工作，缩短了设标准部件，大大简化了绘图和计算工作，缩短了设计周期，并有利于计算机辅助设计和产品的多样化。计周期，并有利于计算机辅助设计和产品的多样化。制造方面：制造方面：有利于组织专业化生产，便于采用先进有利于组织专业化生产，便于采用先进工艺和高效率的专用设备，有利于计算机辅助制造，工艺和高效率的专用设备，有利于计算机辅助制造，及实现加工过程和装配过程机械化、自动化。及实现加工过程和装配过程机械化、自动化。使用维修方面：使用维修方面：减少了机器的使用和维修的时间和减少了机器的使用和维修的时间和费用，提高了机器的使用价值。费用，提高了机器
4、的使用价值。标准和标准化的引入要使具有互换性的产品几何参数完全一致，是不可能也是不必要的。在此情况下，要使同种产品具有互换性，只能使其几何参数、功能参数充分近似。其近似程度可按产品质量要求的不同而不同。允许零件几何参数的近似程度（变动量）称为公差。现代化生产的特点是品种多、规模大、分工细和协作多。为使社会生产有序地进行，必须通过标准化使产品规格品种质量进行统一规定，使分散的、局部的生产环节相互协调和统一。标准的概念 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。标准的范围极广，种类
5、繁多，涉及到人类生活的各个方面。标准的分类标准按不同的级别颁发。我国标准分为国家标准、行业标准、地方标准和企业标准。对需要在全国范围内统一的技术要求，由国家制定国家标准，代号为GB，对没有国家标准而又需要在全国某个行业范围内统一的技术要求，可制定行业标准，如机械标准（JB）等；对没有国家标准和行业标准而又需要在某个范围内统一的技术要求，可制定地方标准或企业标准，它们的代号分别用DB、QB表示。基本特征：基本特征：统一、简化。统一、简化。意义：意义：1)制造上可以实现专业化大批量生产，既可提高产品制造上可以实现专业化大批量生产，既可提高产品质量，又能降低成本；质量，又能降低成本；2)设计方面可减
6、少设计工作量；设计方面可减少设计工作量；3)管理维修方面可减少库存量，便于更换损坏的零件。管理维修方面可减少库存量，便于更换损坏的零件。标准化是组织社会化大生产的重要手段，是实施科学管理的基础，也是对产品设计的基本要求之一。通过标准化的实施，以获得最佳的社会经济成效。标准层次：标准层次：国家标准（国家标准（GB）、国际标准（）、国际标准（ISO）、行业）、行业标准（如标准（如JB）、地方标准（）、地方标准（DB）、企业标准（）、企业标准（QB）、）、推荐性标准（推荐性标准（GB/T）-鼓励企业自愿采用。鼓励企业自愿采用。标准标准性质性质强制标准（强制标准（GB）-必须强制执行；必须强制执行；作
7、为设计人员，要求必须熟悉现行的相关标准，学会查询和使用标准资料。无论设计何种产品，必须遵循相关标准。国际标准化组织国际标准化组织（ISO）在国际上，为了促进世界各国在技术上的统一，成立了国际标准化组织（简称ISO）和国际电工委员会（简称IEC），由这两个组织负责制定和颁发国际标准。我国于1978年恢复参加ISO组织后。陆续修订了自己的标准。修订的原则是，在立足我国生产实际的基础上向ISO靠拢，以利于加强我国在国际上的技术交流和产品互换。标准化 定义：标准化是指标准的制订、发布和贯彻实施的全部活动过程，包括从调查标准化对象开始，经试验、分析和综合归纳，进而制订和贯彻标准，以后还要修订标准等等。标
8、准化是以标准的形式体现的，也是一个不断循环、不断提高的过程。意义：标准化是组织现代化生产的重要手段，是实现互换性的必要前提，是国家现代化水平的重要标志之一。它对人类进步和科学技术发展起着巨大的推动作用。二、二、标准化标准化内容：内容：1)1)产品品种规格的系列化产品品种规格的系列化将同一类产品的主要参数、型式、尺寸、基本结构等将同一类产品的主要参数、型式、尺寸、基本结构等依次分档，制成系列化产品，以较少的规格品种满足依次分档，制成系列化产品，以较少的规格品种满足用户的广泛要求。用户的广泛要求。2)零部件的通用化零部件的通用化将用途、结构相近的零部件（如轴承、螺栓等），经将用途、结构相近的零部件
9、（如轴承、螺栓等），经过统一后实现互换；过统一后实现互换；3)产品质量标准化产品质量标准化要保证产品质量合格和稳定，就必须做好设计、加工要保证产品质量合格和稳定，就必须做好设计、加工工艺、装配检验、包装储运等环节的标准化。工艺、装配检验、包装储运等环节的标准化。优先数和优先数系的引入在机械设计中，常常需要确定很多参数，而这些参数往往不是孤立的，一旦选定，这个数值就会按照一定规律，向一切有关的参数传播。例如，螺栓的尺寸一旦确定，将会影响螺母的尺寸、丝锥板牙的尺寸、螺栓孔的尺寸以及加工螺栓孔的钻头的尺寸等。由于数值如此不断关联、不断传播，所以，机械产品中的各种技术参数不能随意确定。为使产品的参数选
10、择能遵守统一的规律，使参数选择一开始就纳入标准化轨道，必须对各种技术参数的数值作出统一规定。优先数和优先数系国家标准（GB32180）就是其中最重要的一个标准，要求工业产品技术参数尽可能采用它。优先数和优先数系优先数系是一个以公比为 的十进等比级数。GB32180中规定以此为优先数系，并规定了五个系列，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：R10的公比：R20的公比：R40的公比：R80的公比：R5:q5=10 1.6 5R10:q10=10 1.25 10R20:q20=
11、10 1.12 20R40:q40=10 1.06 40R80:q80=10 1.03 80优先数系的基本系列优先数系的基本系列 R5 1.00 1.60 2.50 4.00 6.30 10.00 R10 1.00 1.25 1.60 2.00 2.50 3.15 4.00 5.00 6.30 8.00 10.00 1.00 1.12 1.25 1.40 1.60 1.80 2.00 2.24 2.50 2.80 3.15 3.55 4.00 4.50 5.00 5.60 6.30 7.10 8.00 9.00 10.00 1.00 1.06 1.12 1.18 1.25 1.32 1.40
12、1.50 1.60 1.70 1.801.90 2.00 2.12 2.24 2.36 2.50 2.65 2.80 3.00 3.15 3.353.55 3.75 4.00 4.25 4.50 4.75 5.00 5.30 5.60 6.00 6.306.70 7.10 7.50 8.00 8.50 9.00 9.50 10.00R40 R20 优先数优先数-表中任意一个数值。表中任意一个数值。大于大于10的优先数，可将表数值分别乘以的优先数，可将表数值分别乘以10、100、1000。优先数系是国际上统一的数值分级制度，是优先数系是国际上统一的数值分级制度，是一种无量纲的分级系数，适用于各种
13、量值的一种无量纲的分级系数，适用于各种量值的分级。在确定产品的参数或参数系列时，应分级。在确定产品的参数或参数系列时，应该最大限度采用。该最大限度采用。如产品的主要参数：型号、直径、转速、承如产品的主要参数：型号、直径、转速、承载量和功率等按优先数系形成系列，便于组载量和功率等按优先数系形成系列，便于组织生产和降低成本，以实现产品的标准化和织生产和降低成本，以实现产品的标准化和系列化。系列化。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
14、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。所以，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。机械精度设计概述一一般般来来说说，在在机机械械产产品品的的设设计计过过程程中中，需需要要进进行行以以下下三三方方面面的分析计算：的分析计算：（1 1）运运动动分分析析与与计计算算。根根据据机机器器或或机机构构应应实实现现的的运运动动，由由运运动动学学原原
15、理理，确确定定机机器器或或机机构构的的合合理理的的传传动动系系统统，选选择择合合适适的的机机构构或或元元件件，以以保保证证实实现现预预定定的的动动作作，满满足足机机器器或或机机构构的的运动方面的要求。运动方面的要求。（2 2）强强度度的的分分析析与与计计算算。根根据据强强度度、刚刚度度等等方方面面的的要要求求，决决定定各各个个零零件件的的合合理理的的基基本本尺尺寸寸，进进行行合合理理的的结结构构设设计计，使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。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 3）几几何何精精度度的的分分析析与与计计算算。零零件件基基本本尺尺寸寸确确
16、定定后后，还还需需要要进进行行精精度度计计算算，以以决决定定产产品品各各个个部部件件的的装装配配精精度度以以及及零零件件的几何参数和公差。的几何参数和公差。本书主要讨论的是几何精度的分析与计算。本书主要讨论的是几何精度的分析与计算。精度设计原则互换性原则：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。何参数方面能够彼此互相替换的性能。经济性原则：经济性原则：工艺性工艺性 、合理的精度要求、合理选材、合理的合理的精度要求、合理选材、合理的调整环节、提高寿命。调整环节、提高寿命。匹配性原则：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。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：最优化原则：探求并确定各组成零、部件精度处于最佳协调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。时的集合体。例如探求并确定先进工艺，优质材料等。