互换性与测量技术(基础)

重点难点
第一章绪论
重点：
1）明确本课程的研究对象，特点，主要内容。

2）掌握互换性和标准化的基本概念。

3）了解本课程的学习方法。

第三章尺寸公差、圆柱结合的精度设计
重点：
1）掌握有关偏差、公差及配合的基本术语和定义。

　
2）公差与配合国家标准体系与构成，公差与配合标准的应用。

难点：
1）标准公差和基本偏差的应用。

2）圆柱结合的精度设计内容和基本方法。

第四章形状和位置精度设计
重点：
1）形位公差的征项目及在图样上的标注方法。

　
2）公差原则和公差要求的含义，独立原则、包容要求和最大实体要求的图样标注和应用范围。

难点：
1）形位公差的标注、形位公差项目及公差值的选择。

2）公差原则和公差要求。

第五章表面粗糙度
重点：
1）表面粗糙度评定参数的名称、代号及其在图样上的标注方法。

　
2）表面粗糙度的选用。

难点：
表面粗糙度评定参数及其在图样上的标注方法
第六章滚动轴承与孔、轴结合的精度设计
重点：
1）滚动轴承的公差等级及其应用范围。

　
2）滚动轴承的内、外径公差特点。

3）滚动轴承配合的选用、配合表面的形位公差和表面粗糙度以及在图样上的标注。

难点：
配合表面的形位公差和表面粗糙度以及在图样上的标注。

第八章键、花键结合的精度设计
重点：
1）平键和矩形花键结合的特点。

2) 平键和矩形花键结合的公差的选用及其图样标注；
难点：
平键和矩形花键结合的公差的选用及其图样标注
第九章螺纹结合的精度设计
重点：
1) 螺纹的主要几何参数及其对螺纹结合互换性的影响；
2) 螺纹公差(公差带的构成)和螺纹精度的概念
3) 螺纹在图样上的标注
难点：
螺纹几何参数误差对互换性的影响、作用中径的概念及螺纹的合格条件。

第十章圆柱齿轮精度设计
重点：
1）评定齿轮精度、侧隙的必检参数及其的概念
2）齿轮精度设计的内容及其基本方法
3）齿轮精度等级和侧隙在图样上的标注方法
难点：
1）评定齿轮精度、侧隙的必检参数
2）齿轮精度设计的基本方法及在图样上的标注方法
第十一章尺寸链的精度设计基础
重点：
1）尺寸链图的画法
2）尺寸链的组成以及封闭环和增减环的判别方法
3）极值法计算尺寸链—正计算和中间计算
难点：
1）尺寸链图的画法、尺寸链的封闭环和增减环的判别方法
2）极值法计算尺寸链—反计算
词汇表
2.完全互换：指对同一规格的零件，不加挑选和修配，就能满足使用要求的互换性。

适用：成批大量生产的标准零部件
3.不完全互换：指同一规格的零件，在装配时需要进行挑选或修配，才能满足使用要求。

适用：生产批量小和装配精度要求高的情况。

4.标准：是指对重复性事物和概念所做的统一规定。

标准分类：国家标准、部标准、地方标准、企业标准。

5.优先数系：是一种无量纲的分级数值，它是十进几何级数，适合于各种量值的分级。

6.基本尺寸：是指设计给定的尺寸(孔：D、轴：d )
7.实际尺寸：是指零件加工后通过测量获得的某一尺寸（Da、da）
8.极限尺寸：是指允许尺寸变化的两个界限值（Dmax、dmax 、Dmin、dmin）。

9.孔：通常指工件的圆柱形内表面，也包括非圆柱形内表面。

10.轴：通常指工件的圆柱形外表面，也包括非圆柱形外表面。

轴是指由单一尺寸确定的被包容面。

11.偏差：指某一尺寸减去其基本尺寸的代数差。

12.尺寸公差：指允许尺寸的变动量
13.配合：基本尺寸相同的，相互结合的孔和轴公差关系。

14.间隙配合：孔的尺寸减去相配合的轴的尺寸之差为正。

孔的公差带在轴的公差带之上。

用X表示间隙。

15.过渡配合：过渡配合是指可能形成间隙，也可能形成过盈的配合。

16.基孔制：以孔的公差带位置为基准固定不变，改变轴公差带的位置，得不同性质的配合的一种制度。

17.基轴制：以轴的公差带位置为基准固定不变，改变孔公差带的位置，得不同性质配合的一种制度。

18.基本偏差：确定公差带相对零线位置的上偏差或下偏差，一般为靠近零线的那个偏差。

19.理想要素：具有几何学意义的要素，即几何的点、线、面，它们不存在任何误差。

20.实际要素：零件上实际存在的要素,通常用测得的要素来代替。

21.轮廓要素：构成零件外廓,直接为人们所感觉到的点、线、面各要素。

22.中心要素：轮廓要素对称中心所表示的点、线、面各要素
23.被测要素：在图样上给出形状或（和）位置公差要求即形成了检测对象的要素。

24.基准要素：用来确定被测要素方向或位置要素。

理想基准要素简称基准。

25.单一要素：仅对被测要素本身给出形状公差要求的要素。

26.关联要素：相对于基准要素有功能要求而给出位置公差的要素。

27.形状公差：单一实际要素的形状所允许的变动全量。

28.位置公差：关联实际要素的位置对基准所允许的变动量。

29.理论正确尺寸：确定要素的理论正确位置、轮廓或角度的尺寸。

30.跳动公差：关联实际要素绕基准轴线转一周或若干次旋转时所允许的最大跳动量。

31.局部实际尺寸：指在实际要素的任意正截面上，两测量点之间的距离。

32.作用尺寸：是实际尺寸和形位误差综合作用的结果。

33.最大实体状态：是指实际要素在给定长度上处处位于尺寸公差带内，并具有实体最大（即材料最多，重量最重）的状态。

34.最小实体状态：是指实际要素在给定长度上处处位于尺寸公差带内，并具有实体最小（即材料最少，重量最轻）的状态。

35.表面粗糙度：加工后零件表面的微小峰谷高低程度和间距状况,它是一种微观几何形状误差。

36.取样长度l r：测量或评定时规定的一段基准线长度它至少包括5个以上轮廓峰和谷。

37.评定长度：指在评定轮廓表面所必须的一段长度。

（即评定表面粗糙度参数值的一段长度）它可包括一个或几个取样长度。

38.中线：具有几何轮廓形状并划分轮廓的基准线。

39.轮廓的算术平均偏差Ra：在l r内，纵坐标值Z(x)的绝对值的算术平均值。

40.轮廓的支承长度率Rmr(C)：在给定的水平位置C上轮廓的实体材料长度Ml(C)与l n的比率。

41.螺纹单一中径(D2a、d2a)：单一中径是指一个假想的圆柱的直径，该圆柱的母线通过牙型上沟槽宽度等于螺距基本尺寸一半的地方
42.螺纹作用中径D2m、d2m：在规定的旋合长度内，正好包容实际螺纹的一个假想螺纹的中径。

43.螺纹精度等级：是指由螺纹公差带与旋合长度组成的衡量螺纹
质量的综合指标。

螺纹精度等级分为精密、中等和粗糙三级。

44.传递运动的准确性：要求齿轮在一转过程中，转角误差的最大值限制在一定的范围内，使齿轮付传动比变动量小，以保证传递运动准确性。

45.传动的平稳性：对高速运转要求齿轮一转过程中，一齿距范围内的转角误差的最大值限制在一定范围内，使齿轮付瞬时传动比变化小，以保证传动的平稳性。

46.载荷分布的均匀性：:对于重载荷要求传动中的工作齿面接触良好，接触痕迹尽可能的大，保证载荷分布均匀
47.齿距累积总偏差ΔF P (总公差F P ) ：齿轮同侧齿面任意弧段（k=1～z）内的最大齿距累积偏差 ΔF P 。

48.单个齿距偏差Δf P t(±f P t) ：在齿轮端平面上，接近齿高中部的一个与齿轮同心的圆上，实际齿距与公称齿距的代数差。

即Δf Pt=P ta–P t
49.螺旋线总偏差ΔFβ(Fβ)：在计值范围内，端面基圆切线方向上的实际螺旋线对设计螺旋线的偏离量。

50.尺寸链：在机器装配或零件加工过程中，由相互连接的尺寸形成的尺寸组称为尺寸链。

51.封闭环：尺寸链中，装配或加工过程中最后形成的一环。

52.组成环：尺寸链中对封闭环有影响的每个环称为组成环。

答疑库
问题1：本门课程的研究对象是什么？
解答：本门课程的研究对象是什么？
问题2：对机械零件要规定哪四项精度要求？
解答：对机械零件要规定尺寸精度、形状和位置精度以及表面精度
问题3：本课程的任务是什么？
解答：⑴掌握本课程中有关国家标准的内容和原则；⑵初步学会和掌握零件的精度设计内容和方法；⑶能够查用公差表格，并能正确标注图样；⑷了解各种典型的测量方法，学会常用计量器具的使用。

问题4：本课程的要求与学习方法
解答：⑴在学习中注意及时总结、归纳，找出各要领、各规定之间的区别和联系，并多做习题。

⑵注意实践环节的训练，尽可
能独立操作、独立思考，做到理论与实践相结合。

⑶尽可能与相关课程的知识联系，使学到的公差配合理论得以举一反三，能达到实际应用的目的
问题5：在机械制造中按互换性组织生产有什么优越性？
解答：使用方面：提供备件，维修方便（保证了机器工作的连续性和持久性，延长了机器的使用寿命，提高了机器的使用价值） 制造方面：提高生产水平，进行文明生产（1.为生产的专业化、协作化、自动化创造了条件（2.装配方便，组织装配流水线） 设计方面：缩短了机器设计周期（采用公差标准，标准零、部件，CAD）
问题6：什么是标准化？它和互换性有何关系？
解答：为在一定的范围内获得最佳秩序，对实际的或潜在的问题制定共同的和重复使用的规则的活动。

标准化是互换性生产的基础，没有标准化就没有互换性。

问题7：为什么要制定《优先数和优先数系》国家标准？
解答：制定《优先数和优先数系》国家标准可使人们对各部门和领域中遇到的各种技术参数进行分级，用理想的、统一的数系来协调个部门的生产，达到既满足工业生产的需要，又科学、经济的目的，促进国民经济更快更稳发展。

问题8：完全互换和不完全互换有哪些相同点和不同点？
解答：不同点：（1）加工和制造程度不同，完全互换性是零件在装配或更换时，不需选择、不需调整与修配，就能满足零件的使用性能要求，而不完全互换性是在装配前允许有附加的选择，装配时允许有附加的调整但不允许修配，装配后能满足预期的使用要求；（2）应用范围不同，完全互换性广泛应用于实际生产，而不完全互换只用于部件或机构的制造厂内部的装配，至于厂外协作，即使产量不大，也通常采用完全互换。

相同点：都能在一批标准件中选择到合适的零件；零件损坏后，更换方便
问题9：基本尺寸、极限尺寸和实际尺寸有何区别和联系？ 解答：基本尺寸、极限尺寸是设计尺寸，属于定值。

实际尺寸是从加工完零件上测量得到的尺寸，是随机值。

极限尺寸和基本尺寸、极限偏差有关，极限尺寸用于控制实际尺寸。

问题10：尺寸偏差和尺寸公差有何区别？
解答：尺寸偏差是指某一尺寸(实际尺寸、极限尺寸等)减其基本尺寸所得的代数差；而尺寸公差是指最大极限尺寸减最小极限尺寸之差，或上偏差减下偏差之差。

问题11：配合分哪几类？
解答：配合分为三类：一是间隙配合，是指具有间隙(包括最小间隙等于零)的配合；二是过盈配合，是指具有过盈(包括最小过盈等于零)的配合；三是过渡配合，是指可能具有间隙或过盈的配合。

问题12：尺寸公差、极限偏差和实际偏差有何区别和联系？ 解答：尺寸公差的大小表示对一批零件尺寸允许的差异范围，反映尺寸制造精度，即零件加工的难易程度；极限偏差的大小表示每个零件实际偏差大小允许变动的界限。

极限偏差用于控制实际偏差，影响配合松紧；而公差则影响配合精度。

问题13：什么叫标准公差和基本偏差？它们与公差带有何关系？
解答：标准公差是由国家标准规定的公差值，基本偏差一般是指绝对值较小的极限偏差。

标准公差代表了公差带的大小；而基本偏差则代表公差带的位置。

问题14：为什么优先采用基孔制？
解答：从工艺上看，加工中、小尺寸的孔通常需要采用价格昂贵的钻头、铰刀、拉刀等定值刀具，检验也多采用塞规等定尺寸的量具。

对于同一基本尺寸的孔，如改变其公差带位置，其极限尺寸也相应改变，这样就相应地要改换定尺寸的孔用刀具和量具。

而加工轴则不然，一把车刀或砂轮可加工不同尺寸的轴，改变其公差带不存在刀具的此类问题。

基孔制是孔公差带位置固定不变，通过改变轴的公差带位置而得到不同性质的配合。

所以采用基孔制配合可大大减少孔备用定值刀具和量具的品种规格和数量，减少加工与测量孔的调整工作量，降低生产成本，提高加工的经济效益。

问题15：什么是配合公差？
解答：配合公差是指间隙或过盈的允许变动量，对间隙配合，配合公差等于最大间隙与最小间隙之代数差的绝对值，即T f=|X max －X min|；对过盈配合，配合公差等于最小过盈与最大过盈之代数差的绝对值，即T f=|Y min－Y max|；对过渡配合，配合公差等于最大间隙与最大过盈之代数差的绝对值，即T f=|X max－Y max|。

配合公差也可用下式计算，即T f= T h+T s。

问题16：标注尺寸公差时可采用哪几种形式？举例说明。

解答：标准规定标注尺寸公差时可采用以下三种形式：一是在基本尺寸后注上公差带代号，如φ75H8，φ25g6，φ30j s6；二是在基本尺寸后注出上、下偏差数值，如φ75+0.046mm，φ25
mm，φ30
mm；三是在基本尺寸后注上公差带代号，并在其后括号内注出上、下偏差数值，如φ75H8（
）mm，φ25g6（
）mm，φ30j s6（
）mm。

问题17：采用线性尺寸一般公差有什么好处？
解答：采用线性尺寸一般公差（未注公差）可简化制图，使图面清晰易读，并突出了标有公差要求的部位，以便在加工和检验时引起重视，还可简化零件上某些部位的检验。

在图样上注明了一般公差后，便于供需双方达成加工和销售合同，交货时以此作为依据而避免不必要的争议。

问题18：公差等级的选用原则是什么？主要的选用方法是什么？
解答：在充分满足使用条件下，应尽量选用精度较低的公差等级。

公差等级的选用目前主要采用类比的方法，即参考经过实践证明是合理的典型产品的公差等级，联系待定零件的配合、工艺和结构等特点，经分析对比后确定公差等级。

问题19：在什么情况下采用基轴制配合?
解答：（1）采用冷拉钢材直接作轴。

常常应用在农业、纺织机械中。

（2）直径小的光轧钢丝作轴。

常常应用在仪器仪表中。

（3）结构上的需要。

常常应用于一轴与多孔配合，且配合性质不同的情况。

（4）与某些标准件的配合。

问题20：GB/T1182—1996规定的形位公差项目有哪些？分别用什么符号表示？
解答：直线度— 平面度
圆度○ 圆柱度
线轮廓度∩ 面轮廓度
平行度∥垂直度
倾斜度∠位置度
同轴度◎对称度
圆跳动↑ 全跳动
问题21：尺寸公差带和形位公差带有何异同？
解答：相同点：都是限制零件变动的区域。

不同点：一是限制的对象不同，尺寸公差带是限制尺寸大小变动的，而形位公差带是限制几何要素（点、线、面）的形状或位置变动的；二是公差带的形状不同，尺寸公差带是由代表上、下偏差的平行线构成的区域，是平面内的，而形位公差带的形状主要有9种，它可以是平面内的，也可以是空间的；三是确定公差带的因素不同，确定尺寸公差带的因素有两个，即大小和位置，而形位公差带则是由形状、大小、方向和位置四个因素共同确定的。

问题22：形位公差带分为几种情况？
解答：形位公差带的位置分为浮动和固定两种情况。

浮动是指形位公差带的位置在尺寸公差带内随实际尺寸的不同而变动，其实际位置与实际尺寸有关。

固定是指形位公差带的位置固定不变，其位置是由图样上给定的基准和理论正确尺寸确定。

问题23：未注形位公差值应如何规定?
解答：未注形位公差值的标注：1）若采用GB／T1184所规定的未注公差值，应在其标题栏附近或在技术要求、技术文件中注出标准号及公差等级，如采用高公差等级时，应标注“GB／T1184—H”。

2）如企业已制定了采用GB/T1184的本企业标准，并统一规定了所采用的等级则不必注写标准号及精度等级。

3）在同一张图样中，其未注公差值应采用同一等级。

问题24：比较圆度公差带与径向跳动公差带的异同。

解答：公差带的形状均为两同心圆之间的区域，不同之处是圆度公差带的方位是浮动的，由最小条件决定的；径向跳动公差带的方位是固定的，由基准决定。

问题25：轮廓度公差带分为无基准要求和有基准要求两种，它们分别有什么特点？
解答：无基准要求的轮廓度公差带方位可以浮动，有基准要求
的轮廓度公差带方位是固定的。

问题26：无基准要求的轮廓度公差带方位可以浮动，有基准要求的轮廓度公差带方位是固定的。

解答：实际要素在最大实体状态下的极限尺寸叫最大实体尺寸。

实际要素在最小实体状态下的极限尺寸叫最小实体尺寸。

对于内表面，最大实体尺寸为孔的最小极限尺寸，最小实体尺寸为孔的最大极限尺寸；对于外表面，最大实体尺寸为轴的最大极限尺寸，最小实体尺寸为轴的最小极限尺寸
问题27：什么是独立性原则？独立性原则应用在什么场合？ 解答：独立原则是指图样上给定的每一个尺寸公差和形、位公差要求均是独立的，应分别满足要求的一种公差原则。

独立原则一般用于非配合要求的零件，或对尺寸公差无严格要求，而对形位公差有较高要求的场合，或是为了保证运动精度要求的场合。

问题28：什么是包容要求？为什么包容要求多用于配合性质要求较严的场合？
解答：包容要求是一种使实际要素处处位于理想形状的包容面之内的公差要求，它表示实际要素应遵守最大实体边界，其局部实际尺寸不得超出最小实体尺寸。

机器零件上配合性质要求较严格的配合表面，必须保证其配合时的间隙或过盈不超出规定的范围。

在配合中真正起作用的是零件表面的体外作用尺寸，而体外作用尺寸是零件的实际尺寸与形位误差的综合，它比实际尺寸更接近最大实体尺寸。

包容要求要遵守最大实体边界，就是利用最大实体尺寸控制体外作用尺寸，这样可保证配合时由体外作用尺寸形成的最小间隙或最大过盈不超出规定的数值。

用最小实体尺寸控制局部实际尺寸，可保证由局部实际尺寸形成的最大间隙或最小过盈不超出规定的数值。

综合上述就能保证配合时的间隙或过盈不超出规定的范围。

问题29：什么是最大实体要求？采用最大实体要求的好处是什么？
解答：最大实体要求是控制被测要素的实际轮廓处于其最大实体实效边界之内的一种公差要求。

当被测要素的实际尺寸偏离最大实体尺寸时，允许其形位误差超出其给出的公差值。

最大实体要求只要求遵守最大实体实效边界，因而当被测要素的实际尺寸偏离最大实体尺寸时可扩大形位公差，提高了零件的合格率，有良好的经济性。

问题30：表面粗糙度的含义是什么？对零件的工作性能有哪
些影响？
解答：表面粗糙度是指加工表面上具有的较小间距和峰谷所组成的微观几何形状特性。

表面粗糙度对零件的使用性能的影响有以下几方面：
（1）表面粗糙度值过大，会降低间隙配合的稳定性或减小过盈配合的联接强度。

（2）一般情况下表面越粗糙，摩擦阻力越大，越易磨损。

（3）金属材料表面越粗糙，越易形成表面锈蚀。

（4）表面粗糙度过大会严重降低零件的强度和接触刚度，影响机器的工作精度和抗振性能。

（5）零件的表面粗糙度会影响密封性能。

问题31：什么是评定长度？试说明评定长度的作用及评定长度与取样长度在数值上的关系。

解答：评定长度是指评定轮廓所必须的一段长度，它可以包括一个或几个取样长度。

由于被测表面上表面粗糙度的不均匀性，在表面不同地方上的每个取样长度上所测得到表面粗糙度数值可能不相同。

为了较充分和客观地反映被测表面的表面粗糙度，须连续取几个取样长度，测量后取其平均值作为测量结果。

连续的几个取样长度就形成评定长度。

一般情况下评定长度等于取样长度的5倍。

如表面粗糙度均匀性较好，评定长度可小于取样长度的5倍，如均匀性较差，评定长度可大于取样长度的5倍。

问题32：什么是表面粗糙度代号？简要说明标准规定的个参数在代号上的标注位置。

解答：在表面粗糙度符号的基础上，注出表面粗糙度数值及其有关的规定项目就组成了表面粗糙度代号。

各参数如右所示：
其中a1，a2处标注表面粗糙度高度参数代号及其数值；b处标注加工要求、镀覆、涂覆、表面处理和其它说明等；c处标注取样长度或波度；d处标注加工纹理方向符号；e处标注加工余量；f处标注粗糙度间距参数值或轮廓支承长度率。

问题33：试说明最大值、最小值与上限值、下限值在意义和标注上的区别。

解答：在标注表面粗糙度参数数值时，如采用最大值、最小值，则表示此参数中所有的实测值均不得超过规定值，并在参数值的后面注写上max或min。

如采用上限值、下限值，则表示此参数的实测值中允许少于总数的16%的实测值超过规定值，参数值的后面不注写max或min。

问题34：表面粗糙度的选用一般采取什么方法？遵循的总的原则是什么？
解答：表面粗糙度的选用一般采用类比法，即根据经验统计资料初步选定表面粗糙参数值，然后再对比工作条件作适当调整。

总的原则是：在满足表面功能要求的前提下，尽量选取较大的表面粗糙度数值，以降低成本。

问题35：滚动轴承的几何精度是由轴承本身的哪两项精度指标决定的？
解答：由滚动轴承的外圈外径、内圈内径和宽度尺寸精度和轴承的旋转精度决定的。

问题36：滚动轴承的内圈与轴颈的配合和外圈与外壳的配合分别采用那种基准制？为什么？
解答：内圈与轴颈的配合采用基孔制，外圈与外壳的配合采用基轴制。

原因是滚动轴承是标准件。

问题37：滚动轴承的内圈内径公差带相对于以公称直径为零线的分布有何特点？其基本偏差是怎样规定的？
解答：特点是公差带分别在零线以下。

基本偏差为上偏差，且为零。

问题38：选择滚动轴承与轴颈、外壳孔的配合时，应考虑的主要因素有哪些?
解答：应考虑的主要因素有轴承套圈相对于负荷方向的运转状态、负荷的大小、径向游隙和轴承的工作条件等。

问题39：平键结合的配合尺寸是什么？采用何种配合制？
解答：平键是以侧面相互接触传递转矩，故宽度b为配合尺寸。

由于使用的平键为标准件，且键又为外表面，因而，键与轴槽、键与轮毂槽的配合均采用基轴制。

国家标准对键宽只规定了一种公差带h9。

问题40：平键联结的配合表面有哪些形位公差要求?形位公差和表面粗糙度的数值如何确定？
解答：为保证键与键槽的配合要求，需规定键槽两侧面的中心平面对其轴线的对称度公差，其公差值按GB/T 1184－1996取7～9级。

配合表面的表面粗糙度Ra的上限值一般取1.6～3.2μm，非配合表面取6.3μm 。

问题41：矩形花键联结的结合面有哪些？标准规定的定心表面是哪个？为什么？
解答：结合面有小径d、大径D、键槽宽B。

GB/T1144－2001。