互换性

互换性及标准化的基本含义
互换性的概念：
•概念：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，并能满足其使用功能要求的特性叫做互换性。

•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
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。

•公差：允许零件几何参数的变动量称为公差。

•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。

•GB，JB，DB，QB。

优先数和优先数系
•GB321—80中规定以十进制等比数列为优先数系，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。

精度设计原则
•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何参数方面能够彼此互相替换的性能。

•经济性原则：工艺性、合理的精度要求、合理选材、合理的调整环节、提高寿命。

•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。

•最优化原则：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。

二孔、轴极限与配合
有关尺寸的概念
•尺寸：用特定单位表示长度值的数字。

•基本尺寸：由设计给定的尺寸，一般要求符合标准的尺寸系列。

•实际尺寸：通过测量所得的尺寸。

包含测量误差，且同一表面不同部位的实际尺寸往往也不相同。

用Da、da表示。

•极限尺寸：允许尺寸变化的两个界限值。

两者中大的称为最大极限尺寸，小的称为最小极限尺寸。

孔和轴的最大、最小极限尺寸分别为Dmax、dmax和Dmin、 dmin表示。

•作用尺寸：孔的作用尺寸Dm：在配合的全长上，与实际孔内接的最大理想轴的尺寸；Dm=Da-t形
轴的作用尺寸dm ：在配合的全长上，与实际轴外接的最小理想孔的尺寸。

dm=da+t形
•最大实体尺寸（MMS）：对应于孔或轴的最大材料量（实体大小）的那个极限尺寸，
即：轴的最大极限尺寸dmax；孔的最小极限尺寸Dmin。

•最小实体尺寸（LMS）：对应于孔或轴的最小材料量（实体大小）的那个极限尺寸，
即：轴的最小极限尺寸dmin；孔的最大极限尺寸Dmax。

偏差与公差
•偏差：某一尺寸减去基本尺寸所得的代数差。

包括实际偏差和极限
偏差。

极限偏差又分上偏差（ES、es）和下偏差（EI、ei）。

ES=Dmax-D es=dmax-d
EI=Dmin-D ei=dmin-d
•公差：允许尺寸的变动量。

等于最大极限尺寸与最小极限尺寸之代
数差的绝对值。

孔、轴的公差分别用Th和Ts表示。

Th=︱ Dmax- Dmin ︱= ︱ ES-EI︱
Ts=︱ dmax- dmin ︱= ︱ es-ei︱
尺寸公差带图
•零线：表示基本尺寸的一条直线，以其为基准确定偏差和公差，零
线以上为正，以下为负。

•尺寸公差带：由代表上、下偏差的两条直线所限定的一个区域。

公
差带有两个基本参数，即公差带大小与位置。

大小由标准公差确定，位置由基本偏差确定。

•基本偏差：标准中表列的，用以确定公差带相对于零线位置的上偏
差或下偏差。

一般为靠近零线的那个极限偏差。

•标准公差：标准中表列的，用以确定公差带大小的任一公差。

合格性判定原则——极限尺寸判断原则
•工件除线性尺寸误差外，还存在形状误差，为正确地判断工件尺寸
的合格性，规定了极限尺寸判断原则，即泰勒原则。

其内容为：
•孔或轴的作用尺寸不超过最大实体尺寸，任何位置的实际尺寸不允许超过最小实体尺寸。

Dm≥Dmin ， Da≤Dmax
dm≤dmax ， da≥dmin
标准公差的特点
•IT6可读作：标准公差6级或简称6级公差。

•同一基本尺寸的孔与轴，其标准公差数值大小应随公差等级的高低
而不同。

•公差等级↑，公差值↓。

•同一公差等级的孔与轴，随着基本尺寸大小的不同应规定不同的标
准公差值。

•公差是加工误差的允许值，同一等级的公差具有相同的加工难易程度。

•总之，标准公差的数值，一与公差等级有关，二为基本尺寸的函数。

公差带代号及标注
•公差带的代号由基本偏差代号与公差等级代号组成，如H7、h6、M8、d9等等。

在图样上标注尺寸公差时，可以标注极限偏差。

配合代号
•标准规定，配合代号由相互配合的孔和轴的公差带以分数的形式组
成，孔的公差带为分子，轴的公差带为分母。

例如：Φ40H8/f7，Φ80K7/h6。

•国家标准在尺寸≤500mm的范围内，规定了基孔制和基轴制的优先
（基孔制、基轴制各13种）和常用配合（基孔制59种，基轴制47种）。

线性尺寸的一般公差的国标规定
线性尺寸的一般公差规定了四个公差等级：精密级(f)、中等级(m)、和粗糙级(c)和最粗级(v)。

配合的概念
•基本尺寸相同，相互结合的孔、轴公差带之间的关系，称为配合。

配合的类别
根据其公带位置不同，可分为三种类型：间隙配合、过盈配合和过渡配合.
配合制
•标准对配合规定了两种配合制：基孔制和基轴制。

•基孔制：基本偏差为一定的孔的公差带与不同基本偏差轴的公差带
形成各种配合的一种制度。

基孔制中的孔为基准孔，其下偏差为零。

•基轴制：基本偏差为一定的轴的公差带与不同基本偏差孔的公差带
形成各种配合的一种制度。

基轴制中的轴为基准轴，其上偏差为零。

第三章形状和位置
公差及检测
形位公差的要素
定义：构成零件几何特征的点、线、面。

•分类：
（一）按结构特征分：
轮廓要素、中心要素；
（二）按存在状态分：
实际要素、理想要素；
（三）按所处地位分：
被测要素、基准要素；
（四）按功能关系分：
单一要素、关联要素。

形位公差的标注
•以公差框格的形式标注（两格或多格）
0.05 A
公差特征符号公差值基准指引线
(从表4-1中选) (以mm为单位) (由基准字母表示) (指向被测要素)
注意:
①公差值如果公差带为圆形或圆柱形，公差值前加注Ø，如果是球形，加注ＳØ。

②基准单一基准用大写表示；公共基准由横线隔开的两个大写字母表示；如果是多基准，则按基准的优先次序从左到右分别置于各格。

③指引线用细实线表示。

从框格的左端或右端垂直引出，指向被测要素。

指引线的方向必须是公差带的宽度方向。

形状公差
•单一要素对其理想要素允许的变动量。

其公差带只有大小和形状，无方向和位置的限制。

•直线度
•平面度
•圆度
•圆柱度
位置公差
定向公差
1、平行度
2、垂直度
3、倾斜度
定位公差
1、同轴度
2、对称度
3、位置度
跳动公差
1、圆跳动公差
2、全跳动公差
公差原则的定义
•定义：处理尺寸公差和形位公差关系的规定。

形位误差的检测原则
•与理想要素比较原则将被测要素与理想要素相比较，量值由直接法或间接法获得。

• ）和测量精度等四个要素
检测的一般步骤(七个)
• 确定被检测项目 认真审阅被测件图纸及有关的技术资料，了解被测件
的用途，熟悉各项技术要求，明确需要检测的项目。

• 设计检测方案 根据检测项目的性质、具体要求、结构特点、批量大小、
检测设备状况、检测环境及检测人员的能力等多种因素，设计一个能满足
检测精度要求，且具有低成本测量坐标值原则 测量被测实际要素的坐
标值，经数据处理获得形位误差值。

• 测量特征参数原则 测量被测实际要素具有代表性的参数表示形位误
差值。

• 测量跳动原则 被测实际要素绕基准轴线回转过程中，沿给定方向或
线的变动量。

• 控制实效边界原则 检验被测实际要素是否超过实效边界，以判断被
测实际要素合格与否。

第四章 表面粗糙度
• 零件表面的形貌可分为三种情况：
(1)表面粗糙度：零件表面所具有的微小峰谷的不平程度，其波长和波高之比一
般小于 50。

属于微观几何形状误差。

(2)表面波纹度：零件表面中峰谷的波长和波高之比等于50～1000的不平程度
称为波纹度。

(3)形状误差 ：零件表面中峰谷的波长和波高之比大于1000的不平程度属于形
状误差。

表面粗糙度的基本术语（一）
• 取样长度l ：一般在一个取样长度内应包含５个以上的波峰和波谷。

• 评定长度 ln ：
• 评定长度一般按5个取样长度来确定。

表面粗糙度的基本术语
• 评定表面粗糙度的基准线：评定表面粗糙度的一段参考线。

有以下两种：
• 轮廓的最小二乘中线m ：在取样长度内，使轮廓上各点至一条该线的距离
平方和为最小。

即： • 轮廓算术平均中线m ：在取样长度内，将实际轮廓划分上下两部分，且
使上下面积相等的直线 。

即：F1+F3+…+F2n-1= F2+F4+…+F2n
表面粗糙度的符号
• 在图样上表示表面粗糙度的符号有三种：
• a 为基本符号，表示表面可以用任何方法获得；b 表示表面是用去除材料
的方法获得的；c 表示表面是用不去除材料的方法获得的。

a b c
第五章 测量技术基础
检测的意义
• “检测”就是确定产品是否满足设计要求的过程，即判断产品合格性的
过程。

检测的方法可以分为两类：定性检验和定量测试。

min 12=∑=n i i y
测量的基本概念
•“测量”是以确定量值为目的的全部操作。

测量过程实际上就是一个比较过程，也就是将被测量与标准的单位量进行比较，确定其比值的过程。

若被测量为L，计量单位为E，确定的比值为q，则测量可表示为
L=q• E
•一个完整的测量过程应包含测量对象、计量单位、测量方法（含测量器具、高效率的检测预案。

•选择检测器具按照规范要求选择适当的检测器具，设计、制作专用的检测器具和辅助工具，并进行必要的误差分析。

检测的一般步骤
•检测前准备清理检测环境并检查是否满足检测要求，清洗标准器、被测件及辅助工具，对检测器具进行调整使之处于正常的工作状态。

•采集数据安装被测件，按照设计预案采集测量数据并规范地作好原始记录。

•数据处理对检测数据进行计算和处理，获得检测结果。

•填报检测结果将检测结果填写在检测报告单及有关的原始记录中，并根据技术要求作出合格性的判定。

量块的“级”与“等”
•量块的“级”和“等”是从成批制造和单个检定两种不同的角度出发，对其精度进行划分的两种形式。

•按“级”使用时，以标记在量块上的标称尺寸作为工作尺寸，该尺寸包含其制造误差。

•按“等”使用时，必须以检定后的实际尺寸作为工作尺寸，该尺寸不包含制造误差，但包含了检定时的测量误差。

•就同一量块而言，检定时的测量误差要比制造误差小得多。

所以，量块按“等”使用时其精度比按“级”使用要高，且能在保持量块原有使用精度的基础上延长其使用寿命。

测量器具的分类
•按用途的不同量具可分为以下几类：
•⑴单值量具只能体现一个单一量值的量具。

可来校对和调整其它测量器具或作为标准量与被测量直接进行比较。

如量块、角度量块等。

•⑵多值量具可体现一组同类量值的量具。

同样能校对和调整其它测量器具或作为标准量与被测量直接进行比较。

如线纹尺、90°角尺等。

•⑶专用量具专门用来检验某种特定参数的量具。

常见的有：检验光滑圆柱孔或轴的光滑极限量规，判断内螺纹或外螺纹合格性的螺纹量规，判断复杂形状的表面轮廓合格性的检验样板，用模拟装配通过性来检验装配精度的功能量规等等。

•⑷通用量具我国习惯上将结构比较简单的测量仪器称为通用量具。

如游标卡尺、外径千分尺、百分表等。

检测中应遵循的重要原则
为了获得正确可靠的测量结果，在测量过程中，要注意应用并遵守有关测量原则，而阿贝原则、基准统一原则、最短测量链原则、最小变形原则和封闭原则
是其中比较重要的原则。

（1）阿贝原则要求在测量过程中被测长度与基准长度应安置在同一直线上的原则
（2）基准统一原则
（3）最短测量链原则
（4）最小变形原则
测量误差与数据处理
测量误差产生的原因：测量器具的误差；方法误差；人员误差等。

测量方法分类：随机误差、系统误差、粗大误差。

第六章滚动轴承的互换性
滚动轴承的安装形式：
•外圈与箱体上的轴承座配合，内圈与旋转的轴颈配合。

•通常外圈固定不动——因而外圈与轴承座为过盈配合；内圈随轴一起旋转——内圈与轴也为过盈配合。

滚动轴承的结构特点：
•滚动轴承是一种标准件。

•有内外两种互换性。

•滚动轴承的精度要求很高。

滚动轴承的精度等级
公差等级：
•滚动轴承按其内外圈基本尺寸的公差和旋转精度分为五级：其名称和代号由低到高分别为普通级/P0、高级/P6、/P6x、精密级/P5、超精密级/P4及最精密级/P2（GB/T272-1993）。

滚动轴承内径与外径的公差带及其特点
轴承内、外径公差带的特点是：所有公差带都单向偏置在零线下方，即上偏差为0，下偏差为负值。

滚动轴承配合制：
•就滚动轴承而言，由于是标准件，与外圈相配合的部分采用基轴制；与内圈相配合的轴采用基孔制。

负载类型：
•局部负载：作用于轴承上的合成径向负载与套圈相对静止，即负载方向始终不变地作用在套圈滚道的局部区域上。

通常采用小间隙配合或过渡配合。

•循环负载：作用于轴承上的合成径向负载与套圈相对旋转，即合成径向负载顺次作用在套圈的整个圆周上。

通常采用过盈或较紧的过渡配合。

•摆动负载：作用于轴承上的合成径向负载与所承载的套圈在一定区域内相对摆动，即合成径向负载经常变动地作用在套圈滚道的小于180°的部分圆周上。

负载的大小：
•轴承在负载的作用下，套圈会发生变形，使配合面受力不均匀，引起松动。

因此，受重负载时配合应紧些，受轻负载时配合应松些。

一般地，负载如
下分类：
–轻负载： P≤0.07C
–正常负载：0.07C＜P≤0.15C
–重负载： P＞0.15C
其中：P为轴承的当量径向负载，C为轴承的额定负载，数据可以从有关手册中查找。

6.4．滚动轴承配合
选用示例及图样标注
第七章键和花键结合的互换性
机器中键和花键的结合主要用来联结轴和轴上的齿轮、皮带轮等以传递扭矩，当轴与传动件之间有轴向相对运动要求时，键还能起导向作用。

单键联接优点：对中性好；制造简单；便于装拆
花键联结优点：
1）.键与轴或孔为一整体,强度高,负荷分布均匀,可传递较大扭矩;
2).联结可靠,导向精度高,定心性好,易达到较高的同轴度要求;
花键联结
矩形花键结合的特点与要求
键数通常为偶数，按传递扭矩的大小，可分为轻系列、中系列和重系列。

矩形花键的图样标注
用数字与符号依次表示：键数N、小径d、大径D和键宽B，中间均用乘号相连，即N×d×D×B。

第八章螺纹结合的互换性
螺纹联接和传动根据其用途可分为三类:普通螺纹、传动螺纹和紧密螺纹•基本牙型：其基本牙型是将原始三角形(等边三角形)的顶部截去H/8和底部截去H/4所形成的内、外螺纹共有的理论牙型。

该牙型具有螺纹的基本尺寸。

• 影响螺纹互换性的主要几何参数有五个:大径、小径、中径、螺距和牙型
半角。

• 因此对螺纹互换性影响较大的参数是中径、螺距和牙型半角。

作用中径：
• 作用中径：在旋合时，在旋合长度内实际起作用的中径。

• 作用中径的度量：在规定的旋合长度内，恰好包容实际外（内）螺纹的
一个理想内（外）螺纹的中径称为外（内）螺纹作用中径d2m （D2m ），它
可以表达为：
– 外螺纹：
– – 内螺纹：
：
螺纹中径合格性判断原则：
• 由于作用中径的存在以及螺纹中径公差的综合性，因此中径合格与否是
衡量螺纹互换性的主要依据。

判断中径的合格性应遵循泰勒原则:
• 实际螺纹的作用中径不允许超出最大实体牙型的中径，任何部位的单一
中径不允许超出最小实体牙型的中径。

用表达式即为：
– 外螺纹：
– 内螺纹：
螺纹公差等级与旋合长度：
• 国标中规定了不同直径和螺距所对应的旋合长度，分为短（S ）、中（N ）、
长（L ）三种旋合长度。

见教材P191表8-5。

• 国标按螺纹公差等级和旋合长度规定了三种类型的公差带，分别是精密
级、中等级和粗糙级，代表着不同的加工难度。

普通螺纹的标记：
• 完整的螺纹标记由螺纹代号（含螺纹公称直径、螺距、）、螺纹公差等级
代号（按中径、顶径顺序）和螺纹旋合长度组成，中间用“——”隔开。

• 举例：
外螺纹：M20—5g6g —S
内螺纹：M20×1.5左—6H
内外螺纹配合时：M20×2—6H/5g6g —S
第九章 ()2/22αf f d d p s m ++=()2
/22αf f d d p s m ++=()2/22αf f D D p s m +-=max 222d d d MMS m =≤min 222d d d LMS s =≥min 222D
D D MMS m =≥max 222D D D LMS s =≤
圆锥结合的互换性
第一节概述
圆锥结合的特点:
（1）间隙或过盈可以调整。

通过内、外圆锥面的轴向位移，可以调整间隙或过盈来满足不同的工作要求；能补偿磨损，延长使用寿命；
（2）对中性好，即易保证配合的同轴度要求。

由于间隙可以调整，因而可以消除间隙，实现内外圆锥轴线的对中。

容易拆卸，且经多次拆装不降低同轴度。

（3）圆锥结合具有较好的自锁性和密封性。

（4）结构复杂，影响互换性的参数比较多，加工和检验都比较困难，不适合于孔轴轴向相对位置要求较高的场合。

圆锥公差项目
（1）圆锥直径公差TD及圆锥直径公差区
定义T D是圆锥直径的允许变动量。

它等于两个极限圆锥直径之差，并适用于圆锥的全长。

可表示为
T D= D max－D min = d max－d min
其公差区是由两个极限圆锥所限定的区域，如图7-4所示
公差值及有关规定
T D的公差等级和数值及以公差带的代号以公称圆锥直径（一般取最大圆锥直径D）为公称尺寸按GB/T1800.3—1998《极限与配合》标准规定选取
对于有配合要求的圆锥，其内、外圆锥直径公差带位置，按GB12360—1990《圆锥配合》中有关规定选取
对于无配合要求的圆锥，其内外圆锥直径公差带位置，建议选用基本偏差JS、js确定内、外圆锥的公差带位置
（2）圆锥角公差AT及其公差区
定义
圆锥角的允许变动量称为圆锥角公差其数值为上极限与下极限圆锥角之差，可表示为
AT = α max －α min
圆锥角公差的公差区是两个极限圆锥角所限定的区域，如图7-5所示
公差值及有关规定
AT按加工精度的高低分为12个等级，其中AT1级精度最高，AT12级精度最低，AT4～AT9级圆锥角公差数值见表7-4。

圆锥角公差AT，可用角度值ATα或线性值ATD给定。

ATα与ATD的换算关系为：
ATD= ATα×L×10
式中AT D的单位为µm；ATα的单位为微弧度（μrad）；L的单位为mm
L在6～630ｍｍ范围内，划分10个尺寸分段。

如需要更高或更低等级的圆锥角公差时，按公比1.6向两端延伸得到。

更高等级用AT0、AT01、…表示。

更低等级用AT13、AT14、…表示
圆锥角极限偏差可按单向(α+AT或α－AT)或双向取值。

双向取时可以对称(α±AT/2)的，也可以是不对称的。

如图7-7所示。

为保证内外圆锥的接触均匀，多采用双向对称取值。

（3）圆锥的形状公差T F
定义
包括圆锥素线直线度公差和截面圆度公差，如图7-4所示
公差值及有关规定
T F在一般情况下，不单独给出，而是由对应的两极限圆锥公差带限制；当对形状精度有更高要求时，应单独给出相应的形状公差。

其数值可从GB/T1184—1996《形状和位置公差未注公差》附录中选取，但应不大于圆锥直径公差值的一半
（4）给定截面圆锥直径公差T DS及其公差区
定义
T DS指在垂直圆锥轴线的给定截面内，圆锥直径的允许变动量；给定截面圆锥直径公差区是在给定圆锥截面内，由直径等于两极限圆锥直径的同心圆所限定的区域，如图7-6所示
公差值及有关规定
T DS = d xmax － d xmin
TDS它是以给定截面圆锥直径d x为公称尺寸，按GB/T1800.3—1998《极限与配合》中规定的标准公差选取。

要注意T DS与圆锥直径公差T D的区别，T D对整个圆锥上任意截面的直径都起作用，其公差区限定的是空间区域，而T DS只对给定的截面起作用，其公差区限定的是平面区域
圆锥公差的给定方法（两种）
•方法一给出圆锥的理论正确圆锥角α（或锥度C）和圆锥直径公差TD，由TD确定两个极限圆锥，所给出的圆锥直径公差具有综合性。

αmin
T
D
/
2
图9-11 用圆锥直径误差T D控制圆锥误差
方法二同时给出给定截面圆锥直径公TDS和圆锥角公差AT。

9-13 圆锥公差给定方法方法二标注
第三节 圆锥配
合
第三节 圆锥配合 圆锥配合方式
1．结构型圆锥配合
图9-15 由轴肩接触确定最终位置
AT α/2
给定截面
图9-14 给定截面圆锥直径公差T DS 与
轴肩
外圆锥
内圆锥
2．移位型圆锥配合
2．移位型圆锥配合
基准平面
图9-16
由结构尺寸确定最终位
图9-13作一定轴向位移确定轴向位置
图9-14施加一定装配力确定轴向位置
圆锥的检测方法
量规检验法
大批量生产条件下，圆锥的检验多用圆锥量规。

圆锥量规用来检验实际内、外圆锥工件的锥度和直径偏差。

检验内圆锥用圆锥塞规，检验外圆锥用圆锥环规，如图9-20所示。

图9-20圆锥量规
间接测量法
通过平板、量块、正弦规、指示计和滚柱（或钢球）等常用计量器具组合，测量锥度或角度有关的尺寸，按几何关系换算出被测的锥度或角度。

图9-21用正弦规测量锥度。

图9-21所示是用正弦规测量外圆锥锥度。

测量前先按公式h = Lsin α（式中α为公称圆锥角；L 为正弦规两圆柱中心距）计算并组合量块组，然后按图9-21进行测量。

工件锥度偏差△C = (h a －h b )。

式中h a 、h b 分别为指示表在a 、b 两点的读数，为a 、b 两点间距离。

Z
9-21用正弦规
测量锥度 第十章
圆柱齿轮的互换性
一、齿轮传动的使用要求(四个特点) 1．传递运动的准确性
2．传动的平稳性 即保证齿轮传动的每个瞬间传动比变化小，以减小振动,降低噪声（主要控制齿轮以一齿为周期的短周期转角误差）。

3．载荷分布的均匀性 即要求齿轮啮合时齿面接触良好，以免引起应力集中，造成齿面局部磨损加剧，影响齿轮的使用寿命。

4．传动侧隙的合理性 即保证齿轮啮合时，非工作齿面间应留有一定的间隙。

它对贮藏润滑油、补偿齿轮传动受力后的弹性变形、热膨胀以及齿轮传动装置制造误差和装配误差等都是必需的。

否则，齿轮在传动过程中可能卡死或烧伤 二．齿轮加工误差产生的原因 1.几何偏心
几何偏心
的影响
2. 运动偏心
3. 机床传动链的高频误差
4.滚刀的安装误差(e 刀)和制造误差
(1)当主动轮基节大。