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1、2023/4/151机械CAD技术基础课程简介课程简介 本课程是机械类和近机类专业必修的专业基础课，是联系机械设计类课程到机械制造类课程的纽带，是从基础课学习过渡到专业课学习的桥梁。本课程曾用名：互换性与技术测量、公差与协作、几何量公差与检测、几何量精度设计与检测机械精度设计、课程特点：即术语定义多、符号代号多、标准项目多、抽象概念多，涉及的学问面广(如机械制图、机械原理、机械设计、机械制造基础等)。本课程的任务是使学生获得机械工程师必需具备的本课程的任务是使学生获得机械工程师必需具备的几何量精度设计与检测的基本学问和技能。几何量精度设计与检测的基本学问和技能。通过本课程的学习，学生应达到下列
2、要求：通过本课程的学习，学生应达到下列要求：驾驭标准化和互换性的基本概念及有关的基本术语驾驭标准化和互换性的基本概念及有关的基本术语和定义；驾驭本课程中几何量公差标准的主要内容、特和定义；驾驭本课程中几何量公差标准的主要内容、特点和应用原则。点和应用原则。能够依据机器和零件的功能要求，初步选用几何量能够依据机器和零件的功能要求，初步选用几何量公差与协作；能够查用本课程介绍的相关标准表格，并公差与协作；能够查用本课程介绍的相关标准表格，并在图样上正确标注。在图样上正确标注。建立技术测量的基本概念，了解常用检测方法与测建立技术测量的基本概念，了解常用检测方法与测量器具的工作原理，初步驾驭测量操作技
3、能。量器具的工作原理，初步驾驭测量操作技能。课程任务课程任务课程内容课程内容 本课程的主要内容分为三大部分：本课程的主要内容分为三大部分：第一部分为几何量精度设计基础，包括绪论、尺第一部分为几何量精度设计基础，包括绪论、尺寸精度、几何精度、表面粗糙度轮廓；寸精度、几何精度、表面粗糙度轮廓；其次部分为典型件几何量精度设计，包括滚动轴其次部分为典型件几何量精度设计，包括滚动轴承、圆柱螺纹、键和花键、渐开线圆柱齿轮；承、圆柱螺纹、键和花键、渐开线圆柱齿轮；第三部分为几何量精度检测，包括几何量测量基第三部分为几何量精度检测，包括几何量测量基础和相关试验。础和相关试验。辽宁省辽宁省“十二五十二五”一般高
4、一般高等教化本科省级规划教材等教化本科省级规划教材几何量精度设计与检测几何量精度设计与检测（金嘉琦主编，（金嘉琦主编，机械工业出版社，机械工业出版社，2012年）年）选用教材选用教材第第1章章 绪绪 论论学习指导学习指导 驾驭互换性、标准化、优先数系的基本概念，理解互换性、标准化在现代化生产中的意义，明确互换性与公差、标准化、优先数系的关系，正确选用优先数系及优先数，为后续章节学习供应基础学问。重点为有关互换性的概念和意义，难点为互换性的条件及与标准化的关系、优先数与优先数系的正确选用。第第1章章 绪绪 论论l机械产品的几何量是指构成零件特征的点、线、面所组成的尺寸、形态与相互位置关系。l几何
5、量精度是指上述要素构成的零件的实际几何形体与设计要求的志向几何形体相接近的程度。n1.1 互换性与标准化互换性与标准化 几何量精度几何量精度 表面精度表面精度（表面粗糙度）（表面粗糙度）尺寸精度尺寸精度（尺寸公差与配合）（尺寸公差与配合）几何精度几何精度（形状、方向、位置和跳动公差）（形状、方向、位置和跳动公差）机械设计机械设计方案设计方案设计 结构设计结构设计精度设计精度设计 零件精度设计零件精度设计 产品精度设计产品精度设计第第1章章 绪绪 论论n1.1 互换性与标准化互换性与标准化第第1章章 绪绪 论论机械产品的精度设计是产品满足功能要求，即满足运用要求、保证质量的必要环节，也是产品设计
6、的一个重要环节。几何量精度设计的总体原则：在满足产品运用要求的前提下，选用合理的几何精度，以保证获得最佳的技术经济效益。n1.1 互换性与标准化互换性与标准化第1章 绪 论n1.1 互换性与标准化互换性与标准化物理物理硬度、弹性、质量等硬度、弹性、质量等机械机械强度、刚度、强度、刚度、可靠性、维修性、安全性等可靠性、维修性、安全性等化学化学稳稳定性、氧化性定性、氧化性等等尺寸尺寸形状形状方向、位置方向、位置微观轮廓微观轮廓广义的互换性广义的互换性几何参数互换性几何参数互换性功能互换性功能互换性 机械制造中的互换性，是指按规定的几何、物理和机机械制造中的互换性，是指按规定的几何、物理和机械性能等
7、参数的要求，分别制造零部件，在装配成机器或械性能等参数的要求，分别制造零部件，在装配成机器或更换零部件时，不经选择、调整或修配，就能装到机器上更换零部件时，不经选择、调整或修配，就能装到机器上去并能满足运用要求的性能。去并能满足运用要求的性能。互换性简洁的说就是同一规格的零件或部件具有能够互换性简洁的说就是同一规格的零件或部件具有能够彼此相互替换的性能。彼此相互替换的性能。第1章 绪 论n1.1 互换性与标准化互换性与标准化产品参数值的关联和传播：螺栓、丝锥、板牙、量块、量规、垫圈、扳手产品参数值的关联和传播：螺栓、丝锥、板牙、量块、量规、垫圈、扳手第1章 绪 论 本本课课程程探探讨讨的的就就
8、是是在在满满足足产产品品运运用用要要求求的的基基础础上实现零部件的几何参数互换性。上实现零部件的几何参数互换性。要要使使零零部部件件具具有有互互换换性性，须须要要将将零零部部件件的的几几何何参参数误差限制在确定的范围之内。数误差限制在确定的范围之内。零部件几何参数的允许变动范围称为几何量公差。零部件几何参数的允许变动范围称为几何量公差。尺尺寸寸 形形态态 方方向向、位位置置 微观轮廓微观轮廓n1.1 互换性与标准化互换性与标准化第第1章章 绪绪 论论 按互换性程度，可将互换性分为完全互换(确定互换)性和不完全互换(有限互换)性。完全互换性：是指按同一规格标准制造的零部件，在装配或更换时，不需任
9、何的选择、调整或附加修配，就能装到机器上去，且能满足机器的预定运用要求，这样的零部件具有完全互换性。完全互换性简称互换性，以零部件装配时不须要选择或修配为条件。例如圆柱齿轮减速器中的齿轮、齿轮轴、输出轴、螺钉、螺母等具有完全互换性。n1.1 互换性与标准化互换性与标准化第第1章章 绪绪 论论 按互换程度，可将互换性分为完全互换(确定互换)性和不完全互换(有限互换)性。不完全互换性：是指按同一规格标准制造的零部件，在装配时，须要适当的选择、调整或分组，装配以后分别满足机器的运用要求，这样的零部件具有不完全互换性。不完全互换性可以用分组装配法、调整法或其他方法来实现。n1.1 互换性与标准化互换性
10、与标准化分组装配法：例如发动机连杆小头孔分组装配法：例如发动机连杆小头孔与活塞在装配前按实际尺寸的大小各与活塞在装配前按实际尺寸的大小各分成几组，装配时大孔配大销，小孔分成几组，装配时大孔配大销，小孔配小销，来满足间隙协作要求。配小销，来满足间隙协作要求。第1章 绪 论 调整法：例如减速器中运用几种不同厚度尺寸的垫片调整调整法：例如减速器中运用几种不同厚度尺寸的垫片调整轴承的一端与对应端盖的底端之间的间隙的大小。轴承的一端与对应端盖的底端之间的间隙的大小。互换性的分类互换性的分类:完全互换完全互换不完全互换不完全互换外互换外互换内互换内互换 原委是接受完全互换、还是接受不完原委是接受完全互换、
11、还是接受不完全互换，要由产品精度要求与其困难程度、全互换，要由产品精度要求与其困难程度、产量大小、生产设备、技术水同等因素确产量大小、生产设备、技术水同等因素确定。定。第第1章章 绪绪 论论互换程度互换程度对标准件或机构来说对标准件或机构来说1.1 互换性与标准化互换性与标准化第1章 绪 论n1.1 互换性与标准化互换性与标准化互换性在现代工业生产中的作用互换性在现代工业生产中的作用1.从运用方面看：节约装配、修理时间，保证工作的从运用方面看：节约装配、修理时间，保证工作的连续性和长久性，提高了机器的运用寿命。连续性和长久性，提高了机器的运用寿命。2.2.从制造方面看：便于实现专业化和自动化生
12、产、从制造方面看：便于实现专业化和自动化生产、装配，减轻劳动量，降低生产成本。装配，减轻劳动量，降低生产成本。3.3.从设计方面看：大大减轻设计人员的计算、绘从设计方面看：大大减轻设计人员的计算、绘图的工作量，简化设计程序和缩短设计周期。图的工作量，简化设计程序和缩短设计周期。第1章 绪 论 实现互换性生产，须要有一种手段使分散的、局部的实现互换性生产，须要有一种手段使分散的、局部的生产部门和生产环节保持协调及必要的技术统一，成为生产部门和生产环节保持协调及必要的技术统一，成为一个有机的整体。一个有机的整体。标准与标准化正是解决这种关系的主要手段和途径。标准与标准化正是解决这种关系的主要手段和
13、途径。n1.1 互换性与标准化互换性与标准化标准化是互换性生产的基础，没有标准化就没有互换性。标准化是互换性生产的基础，没有标准化就没有互换性。第1章 绪 论l标准是指对重复性事物标准是指对重复性事物(如产品、零部件等如产品、零部件等)和概念和概念(术语、定义、方法、代号、量值等术语、定义、方法、代号、量值等)所做的统一规定所做的统一规定的一种规范性文件。的一种规范性文件。l 标准以科学、技术和实践阅历的综合成果为基础，标准以科学、技术和实践阅历的综合成果为基础，以促进最佳社会效益为目的，经有关部门协调一样，以促进最佳社会效益为目的，经有关部门协调一样，由主管部门批准，以特定的形式发布，作为共
14、同遵守由主管部门批准，以特定的形式发布，作为共同遵守的准则与依据的准则与依据，在确定范围内具有约束力的法规。，在确定范围内具有约束力的法规。1.1 互换性与标准化互换性与标准化标准标准分类分类:按应用按应用范围范围分分国际标准国际标准国家标准国家标准GB，GB/T 省市部标准省市部标准（专业标准）（专业标准）IEC：电工委员会：电工委员会ITU：国际：国际电信联盟电信联盟ISO:标准化组织标准化组织企业标准企业标准GB/Z第第1章章 绪绪 论论国家标准代号及其含义国家标准代号及其含义代代号号GB含含义义中华人民共和国中华人民共和国强制性强制性国家标准国家标准GB/T中华人民共和国中华人民共和国
15、推荐性推荐性国家标准国家标准GB/Z中华人民共和国国家标准化中华人民共和国国家标准化指导性指导性技技术性文件术性文件第1章 绪 论第1章 绪 论l标准化是包括制定、发布、贯彻实施以及不断修订标准的全标准化是包括制定、发布、贯彻实施以及不断修订标准的全部活动过程，其中，贯彻实施标准是核心内容。部活动过程，其中，贯彻实施标准是核心内容。l 标准化为在确定范围内获得最佳秩序，对实际或潜在的问标准化为在确定范围内获得最佳秩序，对实际或潜在的问题制定共同的和重复运用的规则的活动。题制定共同的和重复运用的规则的活动。n1.1 互换性与标准化互换性与标准化国家标准定期更新，在实际应用中应以最新修定并颁布的为
16、准。第1章 绪 论 标准化要求运用统一的数系来协调各个部门的生产，标准化要求运用统一的数系来协调各个部门的生产，优先数系就是这样一种科学的数值制度。优先数系就是这样一种科学的数值制度。优先数系与优先数是标准化的理论基础。优先数系与优先数是标准化的理论基础。优先数系是技术经济工作中统一、简化和协调产品技术优先数系是技术经济工作中统一、简化和协调产品技术参数的基础。参数的基础。优先数系中的任一项值均称优先数。优先数系中的任一项值均称优先数。n1.2 优先数系与优先数优先数系与优先数螺栓、丝锥、板牙、量块、量规、垫圈、扳手螺栓、丝锥、板牙、量块、量规、垫圈、扳手第1章 绪 论 国家标准规定优先数系接
17、受包含项值国家标准规定优先数系接受包含项值1的十进等比数的十进等比数列，并规定了四个基本系列列，并规定了四个基本系列 R5、R10、R20、R40和一和一个补充系列个补充系列R80，统称为，统称为 Rr 系列。系列。优先数系的五个系列的公比如下：优先数系的五个系列的公比如下：n1.2 优先数系与优先数第1章 绪 论 按公比按公比q计算得到的优先数的理论值，除计算得到的优先数的理论值，除10的整数的整数幂外，都是无理数，在工程技术上不能干脆应用。因幂外，都是无理数，在工程技术上不能干脆应用。因此，实际应用的优先数的数值分为：此，实际应用的优先数的数值分为：计算值计算值 取五位有效数字；取五位有效
18、数字；常用值常用值 取三位有效数字，常常运用；取三位有效数字，常常运用；化整值化整值 取两位有效数字。取两位有效数字。n1.2 优先数系与优先数第1章 绪 论n1.2 优先数系与优先数留意：圆整并非严格依据四舍五入进行留意：圆整并非严格依据四舍五入进行理论值理论值 计算值计算值 常用值常用值 化整值化整值1.5894 1.60 1.6 1.5894 1.60 1.6 1.1220 1.12 1.1 1.1220 1.12 1.1 计算值：计算值：1.0000 1.0593 1.1220 1.1885 1.2589 1.3335 1.4125 1.4962 常用值：常用值：1.00 1.06 1
19、.12 1.18 1.25 1.32 1.40 1.50例如R40系列：第1章 绪 论n1.2 优先数系与优先数优先数系优先数系优优 先先 数数R5R10R20R401.00 1.60 2.50 4.00 6.301.00 1.25 1.60 2.00 2.50 3.15 4.00 5.00 6.30 8.001.00 1.12 1.25 1.40 1.60 1.80 2.00 2.24 2.50 2.803.15 3.55 4.00 4.50 5.00 5.60 6.30 7.10 8.00 9.001.00 1.06 1.12 1.18 1.25 1.32 1.40 1.50 1.60 1
20、.701.80 1.90 2.00 2.12 2.24 2.36 2.50 2.65 2.80 3.003.15 3.35 3.55 3.75 4.00 4.25 4.50 4.75 5.00 5.30 5.60 6.00 6.30 6.70 7.10 7.50 8.00 8.50 9.00 9.50优先数系基本系列的常用值常用值(摘自GB/T 3212005)R10的的2以后三项优先数的常用值为：以后三项优先数的常用值为：2.50 3.15 4.00R5:1.00 1.60 2.50R10:1.00 1.25 1.60 2.00 2.50R20:1.00 1.12 1.25 1.40 1.6
21、0 1.80 2.00 2.24 2.50 R40:1.00 1.06 1.12 1.18 1.25 1.32 1.40 1.50 1.60 1.70 1.80 1.90 2.00 2.12 2.24 2.36 2.50第1章 绪 论n1.2 优先数系与优先数优先数系之间的关系第1章 绪 论n1.2 优先数系与优先数 依据须要，还可以接受派生系列，即在依据须要，还可以接受派生系列，即在Rr系列中每隔系列中每隔p项选项选取一个优先数，组成新的系列取一个优先数，组成新的系列 Rr/p。其公比为：。其公比为：例例如如：自自1起起先先的的派派生生系系列列R10/3，就就是是从从基基本本系系列列R10中
22、中，自自1起先，每逢三项取一个优先数组成的，即：起先，每逢三项取一个优先数组成的，即：R10：1.00 1.25 1.60 2.00 2.50 3.15 4.00 5.00 6.30 8.00 R10/3：1.00，2.00，4.00，8.00，16.0，32.0，第第1章章 绪绪 论论 派生系列派生系列R10/3，公比为，公比为q10/3=103/102。R101.001.251.602.002.503.154.005.006.308.0010.0R10/3(1.00)1.002.004.008.00R10/3(1.25)1.252.505.0010.0R10/3(1.60)1.603.15
23、6.30n1.2 优先数系与优先数第第1章章 绪绪 论论n1.2 优先数系与优先数优先数系的选用接受优先数系的选用接受“先疏后密先疏后密”的原则，依次的原则，依次为：为：R5R10R20R40R80Rr Rr/p 优先数系有很广泛的应用，它适用于各种尺寸、参数的系列化和质量指标的分级，对保证各种工业产品品种、规格的合理简化分档和协调配套具有重大的意义。第第1章章 绪绪 论论1.2 优先数系与优先数优先数系与优先数应用实例：摇臂钻床的主参数（最大钻孔直径，mm）：25、40、63、80、100、125等我国规定的标准模数系列表（我国规定的标准模数系列表（GB/T 1357-1987）第一第一系列
24、系列0.10.120.150.20.250.30.40.50.60.811.251.522.5345681012162025324050第二系列0.350.70.91.752.252.75(3.25)3.5(3.75)4.55.5(6.5)79(11)14182228(30)3645应用实例：应用实例：1.2 优先数系与优先数优先数系与优先数小小 结结 互换性互换性 标准化是互换性生产的基础，没有标准化就没有互换性。标准化是互换性生产的基础，没有标准化就没有互换性。我国的国家标准有我国的国家标准有GB、GB/T、GJB，国家标准定期更新。，国家标准定期更新。互换性简洁的说就是同一规格的零件或部件具有能够彼此相互替换的性能。零、部件在装配前不挑，装配时不调整或修配，装配后能满足运用要求的互换性称完全互换；零、部件在装配时要接受分组装配或调整等工艺措施，才能满足装配精度要求的互换性称不完全互换。互换性原则是机械工业生产的基本技术经济原则，是在设计、制造中必需遵循的。标准化标准化 优先数系是等比数列，项值中含有10的整数幂，包括基本系列(R5、R10、R20、R40)、补充系列(R80)和派生系列；优先数系项值都是优先数；优先数有理论值、计算值、常用值、化整值之分；在一切标准化领域中应尽可能接受优先数系。优先数系优先数系