几何精度设计与检测全套
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几何精度设计与检测
中国矿业大学机电学院 冯雪君
E-mail :fengxuejun666@163.com
教材与参考书籍
教材
韩正铜主编，机械精度设计与检测 ，中国矿业大学出版社，2007
参考书籍
1.甘永立主编 ，几何量公差与检测 （第七版），上海科学技术出版社， 2006 2.阎荫棠主编，几何量精度设计与检测，机械工业出版社，1996 3.张玉等主编，几何量公差与测量技术，东北大学出版社，2001 4.章玉麟主编，互换性与测量技术，中国林业出版社，1992 5.甘永立主编 ，几何量公差与检测习题试题集 （第五版），上海科学技术 出版社， 2005
§1-2 互换性、标准化与优先数
• 优先数系 优先数系就是对各种技术参数的数值进行 协调、简化和统一的一种科学的数值制度 普遍采用优先数系为一种十进制（“十进 制 ” 是 指 数 列 的 项 值 中 包 括 1 ， 10 ， 100，…和1，0.1，0.01，…这些数）的近 似等比数列 • 数列中两相邻数相对差为常数 • 数列中各数经乘、除、乘方等运算后还 是数列中的数
§1-3 测量技术的基本概念
量块
• 量块又称块规，是由两个相互平行的测量面之间 的距离来确定其工作长度的高精度量具。 • 两个量块的测量面或一个量块的测量面与一个玻 璃(或石英)平面的测量面之间具有相互研合的能 力，称为量块测量面的研合性
§1-3 测量技术的基本概念
• 量块长度和偏差的有ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ术语 量块（测量面上任意点）的长度：自测量面上 任意点到与其相对的另一测量面间的垂直距离 量块的中心长度：量块一个测量面的中心点到 与其相对的另一测量面间的垂直距离
§1-3 测量技术的基本概念
• 量块的精度等级 量块的分级 • JJG146-94《量块检定规程》规定量块制造 精度为6级：00、0、K、1、2、3级。其中 00级精度最高，精度依次降低，3级精度最低。 • 量块分“级”的主要依据是量块长度极限偏 差（± D）和量块长度变动量的允许值Tv
§1-3 测量技术的基本概念
§1-2 互换性、标准化与优先数
• 标准化 GB/T3935.1—1996 的规定， “标准化”定义： 在一定范围内获得最佳秩序，对实际的或潜在 问题制定共同和重复使用的规则的活动（主要 包括制定、发布及实施标准）。
§1-2 互换性、标准化与优先数
标准化是组织现代化大生产重要手段，是实现 专业化协作生产的必要前提，是科学管理的重 要组成部分。 目前标准化显著特点是标准的国际化
§1-2 互换性、标准化与优先数
标准与标准化 • 标准
标准是指在经济、技术、科学和管理等社 会实践中，对重复性的事物和概念在一定范围 内通过科学简化、优选和协调，经一定程序审 批后所颁发的统一规定。
§1-2 互换性、标准化与优先数
• 标准分类 按一般习惯分：技术标推、管理标准和工作标准 按作用范围分：国际标准、区域标准、国家标准、 专业标准、地方标准和企业标准 按标准在标准系统中地位与作用分：基础标准、 一般标准 按标准法律属性分：强制性标准、推荐性标准 按对象的特性分：基础、产品、方法、安全、卫 生、环保标准
测量
• 几何量测量是指为确定被测几何量的量值而进 行的实验过程。 其实质是将被测几何量与作为计量单位的标准 量进行比较，从而确定两者比值的过程。
§1-3 测量技术的基本概念
• 测量过程4要素 被测对象：本课程主要指几何量，即长度、角度、表 面形状和位置、表面粗糙度以及螺纹、齿轮的各种几 何参数。 计量单位：长度计量基本单位为m，常用单位有mm、 μm；角度单位是rad或度、分、秒 测量方法：测量时所采用的测量原理、计量器具和测 量条件的综合 测量精度：测量结果与真值相一致的程度。
一般来说第一序列就是R5序列。 R5数系比R20数系优先。
§1-2 互换性、标准化与优先数
课程涉及到的尺寸分段、公差分级、表面粗糙轮 廓度参数系列等都是按优先数系制定的
实际优先数系选用规则(2条） • 先基本系列后派生系列 • 基本系列选用遵守“先疏后密”
§1-3 测量技术的基本概念
§1-2 互换性、标准化与优先数
§1-2 互换性、标准化与优先数
• 互换性分类 按互换性程度或范围 • 完全互换（绝对互换） 零件在装配或更换时， 不需任何选择、修配与辅助加工 • 不完全互换（有限互换） 可将零件的制造公 差适当放大后进行加工，而在零件完工后，经 测量后并按实际尺寸的大小分为若干组，按相 应组进行装配(即大孔与大轴相配，小孔与小轴 相配)，既可保证装配精度要求，又使加工难度 减小而降低制造成本。但这种互换仅在同组内 零件之间进行，为不完全互换。
§1-1 概 述
• 精度设计 确定机械各零件几何要素的允许误差，也称公 差设计 精度设计主要依据是机械的静态和动态精度要 求。在满足功能要求的前提下，公差应尽量规 定得大些，以获得最佳的技术经济效益。
§1-1 概
述
几何量检测定义 检测是检验与测量的统称。 测量的结果能够获得具体的数值；检验的 结果只能判断合格与否。 几何量检测是指对零部件和整机制造完工 后进行测量和验收过程。
派生系列 在 Rr 系列中，每逢 P 项选取一个优先数组 成新的系列。 派生系列用基本系列代号之后加一斜线 和表示项数的数字(2，3，4)来表示。例如： R5/2：1，2.5，6.3，16，40，100 … R10/3：1，2，4，8，16，31.5，63 …
为什么大螺丝从M36直接跳到M40？ 为什么齿轮的传动比有个6.3或者7.1？ 为什么外协厂打电话来说140的方管没有，而有120 和160的？
§1-1 概
述
机械设计过程常可以分为系统设计、参数设计和精 度设计三个阶段 • 系统设计
是确定机械的基本工作原理和总体布局，以 保证总体方案的合理性与先进性 机械系统设计主要是运动学设计，如传动系 统、位移、速度、加速度等，又称运动设计
§1-1 概 述
• 参数设计
确定机构各零件几何要素的公称值，故 又称结构设计 参数设计的主要依据是保证系统的能量 转换和工作寿命。
§1-2 互换性、标准化与优先数
• 互换性在现代化工业生产中的作用 产品设计 采用具有互换性标准零部件，大大简化绘图、 计算等设计工作量，也便于计算机辅助设计，缩 短设计周期 产品制造 同台设备的各个零部件可分散在多个工厂同 时加工。
§1-2 互换性、标准化与优先数
产品装配 零部件具有互换性，装配作业顺利，易于实 现流水作业或自动化装配，缩短装配周期，提高 装配作业质量 产品使用 容易保证其运转连续性和持久性，提高使用 价值。 产品管理 在技术和物资供应以及计划管理方面，便于 实现科学化管理
§1-2 互换性、标准化与优先数
数值分级制度与优先数系
• 数值分级制度 各种产品功能与几何参数都要用数值来表 述，而此数值具有扩散传播性。经过反复扩散 传播后，会造成相关产品规格参数繁多杂乱， 给组织生产、协作配套以及使用维修等带来很 大困难和浪费。必须从全局出发，对各种技术 参数加以协调、简化和统一——数值分级制度
量块的分等 • JJG146-94《量块检定规程》规定量块检定 精度为6等：1、2、3、4、5、6等，其中1等 的精度最高，精度依次降低，6等精度最低。 • 量块分“等”的主要依据是量块测量的不确 定度允许值和量块长度变动量的允许值Tv 。
§1-3 测量技术的基本概念
• 说明：
量块按“级”使用时，应以量块长度的 标称值作为工作尺寸，该尺寸包含了量块的 制造误差。 量块按“等”使用时，应以经检定后所 给出的量块中心长度的实测值作为工作尺寸， 该尺寸排除了量块制造误差的影响，仅包含 检定时较小的测量误差。 量块按“等”使用的测量精度比量块按 “级”使用的测量精度高。
通过规定几何参数的公差保证成品的几何参 数充分近似的互换，又称狭义互换。本课程主要 研究零件几何参数的互换性。
• 功能互换
要保证零件使用功能要求，不仅取决于几何 参数一致性，还取决于其物理、化学、力学性能 等参数的一致性。通过规定功能参数(如材料力 学性能、理化性能等参数)的公差所达到的互换 为功能互换，又称广义互换。
§1-3 测量技术的基本概念
长度基准和尺寸传递
• 长度基准： 1 米是光在真空中于 1/299792458 秒的时间间 隔所经过的距离 • 长度量值传递系统 为了保证长度量值的准确、统一，必须把复现的长度基准 量值逐级准确地传递到生产中所应用的计量器具和工件上去 （图1-1）
图1－1 长度量值传递系统
第一章 绪论
本章内容
概述 互换性、标准化与优先数系 测量技术的基本概念 计量器具与测量方法 测量误差与数据处理
§1-1 概
公差
述
加工零件时，从零件的功能看，不必要求 零件几何量制造得绝对准确，只要求零件几何量 在某一规定范围内变动，保证同一规格零件彼此 充分近似。此允许变动的范围叫做公差
§1-2 互换性、标准化与优先数
按互换性应用场合 • 外互换 是指部件或机构与其相配件间的互换
性。如滚动轴承内圈内径与轴的配合，外圈外径 与机座孔的配合。
• 内互换
是指在厂家内部生产的部件或机构内 部组成零件间的互换，如滚动轴承内、外圈滚道 与滚动体之间的装配。 • 说明：为使用方便，一般内互换才采用不完全互 换，且局限在厂家内部进行，而外互换采用完全 互换，适用于生产厂家之外广泛的范围
§1-2 互换性、标准化与优先数
• 说明
使用要求、制造水平与经济效益无矛盾时， 可以采用完全互换，反之，使用要求较高， 制造水平受限，可采用不完全互换； 装配时需附加修配或辅助机加工的零件不 具有互换性； 实现不完全互换性方法有分组装配法与调 整法
§1-2 互换性、标准化与优先数
按互换性使用要求 • 几何参数互换
§1-2 互换性、标准化与优先数
为满足我国工业生产需要，国标规定5个系列 • 国标优先数系Rr（ R5 、 R10 、 R20 、 R40 、
R80 ） • 公比qr等于10的开r次方
• 优先数系的基本系列（常用值）见表1-1（优先数
系中每个数值称为优先数）
§1-2 互换性、标准化与优先数
成绩评定
笔试（闭卷）成绩占70％ 平时成绩（含实验、作业、出勤）占30％
课程章节结构及讲授内容
第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 第八章 第九章 第十章 第十一章 绪论 孔、轴尺寸精度设计与检测 形状和位置精度设计与检测 表面粗糙度轮廓及其检测 滚动轴承公差与配合 圆锥公差与检测 键联结的公差与检测 圆柱螺纹公差与检测 圆柱齿轮精度设计与检测 尺寸链 新技术在机械精度设计与检测中的应用
§1-2 互换性、标准化与优先数
你可知道粗糙度为什么是0.8, 1.6, 3.2, 6.3, 12.5? 你可知道油缸缸径为什么是63, 80, 100, 125? 你可知道油缸压力为什么是6.3, 16, 25, 31.5? 你可知道螺纹规格为什么是6, 8, 10, 12, 14, 16?
量块长度的标称值：指刻印在量块上用以标明 其与主单位（m）之间比值的量值
§1-3 测量技术的基本概念
量块长度的实测值：指用一定的方法，对量块 长度进行测量所得到的量值
量块的长度变动量：指量块任意点长度中的最 大长度与最小长度之差的绝对值 量块的长度偏差：指量块长度的实测值与标称 值之差
§1-1 概
述
几何量检测目的 • 对加工后零件作出合格性判断 • 通过检测，寻找产生不合格产品根源， 以便调整加工工艺系统，或采取有效措 施，防止产生不合格品，减少以致消除 废品
§1-2 互换性、标准化与优先数
互换性及其种类 • 定义
指某一产品与另一产品在尺寸、功能上 能够彼此互相替换的性能。也就是说，按同 一规格产品图样要求，在不同时空条件下制 造出来的一批零部件，在总装时，任取一个 合格品，就能完好地装在机器上，并能达到 预期的使用功能要求。这样的零部件，就称 为具有互换性的零部件。
中国矿业大学机电学院 冯雪君
E-mail :fengxuejun666@163.com
教材与参考书籍
教材
韩正铜主编，机械精度设计与检测 ，中国矿业大学出版社，2007
参考书籍
1.甘永立主编 ，几何量公差与检测 （第七版），上海科学技术出版社， 2006 2.阎荫棠主编，几何量精度设计与检测，机械工业出版社，1996 3.张玉等主编，几何量公差与测量技术，东北大学出版社，2001 4.章玉麟主编，互换性与测量技术，中国林业出版社，1992 5.甘永立主编 ，几何量公差与检测习题试题集 （第五版），上海科学技术 出版社， 2005
§1-2 互换性、标准化与优先数
• 优先数系 优先数系就是对各种技术参数的数值进行 协调、简化和统一的一种科学的数值制度 普遍采用优先数系为一种十进制（“十进 制 ” 是 指 数 列 的 项 值 中 包 括 1 ， 10 ， 100，…和1，0.1，0.01，…这些数）的近 似等比数列 • 数列中两相邻数相对差为常数 • 数列中各数经乘、除、乘方等运算后还 是数列中的数
§1-3 测量技术的基本概念
量块
• 量块又称块规，是由两个相互平行的测量面之间 的距离来确定其工作长度的高精度量具。 • 两个量块的测量面或一个量块的测量面与一个玻 璃(或石英)平面的测量面之间具有相互研合的能 力，称为量块测量面的研合性
§1-3 测量技术的基本概念
• 量块长度和偏差的有ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ术语 量块（测量面上任意点）的长度：自测量面上 任意点到与其相对的另一测量面间的垂直距离 量块的中心长度：量块一个测量面的中心点到 与其相对的另一测量面间的垂直距离
§1-3 测量技术的基本概念
• 量块的精度等级 量块的分级 • JJG146-94《量块检定规程》规定量块制造 精度为6级：00、0、K、1、2、3级。其中 00级精度最高，精度依次降低，3级精度最低。 • 量块分“级”的主要依据是量块长度极限偏 差（± D）和量块长度变动量的允许值Tv
§1-3 测量技术的基本概念
§1-2 互换性、标准化与优先数
• 标准化 GB/T3935.1—1996 的规定， “标准化”定义： 在一定范围内获得最佳秩序，对实际的或潜在 问题制定共同和重复使用的规则的活动（主要 包括制定、发布及实施标准）。
§1-2 互换性、标准化与优先数
标准化是组织现代化大生产重要手段，是实现 专业化协作生产的必要前提，是科学管理的重 要组成部分。 目前标准化显著特点是标准的国际化
§1-2 互换性、标准化与优先数
标准与标准化 • 标准
标准是指在经济、技术、科学和管理等社 会实践中，对重复性的事物和概念在一定范围 内通过科学简化、优选和协调，经一定程序审 批后所颁发的统一规定。
§1-2 互换性、标准化与优先数
• 标准分类 按一般习惯分：技术标推、管理标准和工作标准 按作用范围分：国际标准、区域标准、国家标准、 专业标准、地方标准和企业标准 按标准在标准系统中地位与作用分：基础标准、 一般标准 按标准法律属性分：强制性标准、推荐性标准 按对象的特性分：基础、产品、方法、安全、卫 生、环保标准
测量
• 几何量测量是指为确定被测几何量的量值而进 行的实验过程。 其实质是将被测几何量与作为计量单位的标准 量进行比较，从而确定两者比值的过程。
§1-3 测量技术的基本概念
• 测量过程4要素 被测对象：本课程主要指几何量，即长度、角度、表 面形状和位置、表面粗糙度以及螺纹、齿轮的各种几 何参数。 计量单位：长度计量基本单位为m，常用单位有mm、 μm；角度单位是rad或度、分、秒 测量方法：测量时所采用的测量原理、计量器具和测 量条件的综合 测量精度：测量结果与真值相一致的程度。
一般来说第一序列就是R5序列。 R5数系比R20数系优先。
§1-2 互换性、标准化与优先数
课程涉及到的尺寸分段、公差分级、表面粗糙轮 廓度参数系列等都是按优先数系制定的
实际优先数系选用规则(2条） • 先基本系列后派生系列 • 基本系列选用遵守“先疏后密”
§1-3 测量技术的基本概念
§1-2 互换性、标准化与优先数
§1-2 互换性、标准化与优先数
• 互换性分类 按互换性程度或范围 • 完全互换（绝对互换） 零件在装配或更换时， 不需任何选择、修配与辅助加工 • 不完全互换（有限互换） 可将零件的制造公 差适当放大后进行加工，而在零件完工后，经 测量后并按实际尺寸的大小分为若干组，按相 应组进行装配(即大孔与大轴相配，小孔与小轴 相配)，既可保证装配精度要求，又使加工难度 减小而降低制造成本。但这种互换仅在同组内 零件之间进行，为不完全互换。
§1-1 概 述
• 精度设计 确定机械各零件几何要素的允许误差，也称公 差设计 精度设计主要依据是机械的静态和动态精度要 求。在满足功能要求的前提下，公差应尽量规 定得大些，以获得最佳的技术经济效益。
§1-1 概
述
几何量检测定义 检测是检验与测量的统称。 测量的结果能够获得具体的数值；检验的 结果只能判断合格与否。 几何量检测是指对零部件和整机制造完工 后进行测量和验收过程。
派生系列 在 Rr 系列中，每逢 P 项选取一个优先数组 成新的系列。 派生系列用基本系列代号之后加一斜线 和表示项数的数字(2，3，4)来表示。例如： R5/2：1，2.5，6.3，16，40，100 … R10/3：1，2，4，8，16，31.5，63 …
为什么大螺丝从M36直接跳到M40？ 为什么齿轮的传动比有个6.3或者7.1？ 为什么外协厂打电话来说140的方管没有，而有120 和160的？
§1-1 概
述
机械设计过程常可以分为系统设计、参数设计和精 度设计三个阶段 • 系统设计
是确定机械的基本工作原理和总体布局，以 保证总体方案的合理性与先进性 机械系统设计主要是运动学设计，如传动系 统、位移、速度、加速度等，又称运动设计
§1-1 概 述
• 参数设计
确定机构各零件几何要素的公称值，故 又称结构设计 参数设计的主要依据是保证系统的能量 转换和工作寿命。
§1-2 互换性、标准化与优先数
• 互换性在现代化工业生产中的作用 产品设计 采用具有互换性标准零部件，大大简化绘图、 计算等设计工作量，也便于计算机辅助设计，缩 短设计周期 产品制造 同台设备的各个零部件可分散在多个工厂同 时加工。
§1-2 互换性、标准化与优先数
产品装配 零部件具有互换性，装配作业顺利，易于实 现流水作业或自动化装配，缩短装配周期，提高 装配作业质量 产品使用 容易保证其运转连续性和持久性，提高使用 价值。 产品管理 在技术和物资供应以及计划管理方面，便于 实现科学化管理
§1-2 互换性、标准化与优先数
数值分级制度与优先数系
• 数值分级制度 各种产品功能与几何参数都要用数值来表 述，而此数值具有扩散传播性。经过反复扩散 传播后，会造成相关产品规格参数繁多杂乱， 给组织生产、协作配套以及使用维修等带来很 大困难和浪费。必须从全局出发，对各种技术 参数加以协调、简化和统一——数值分级制度
量块的分等 • JJG146-94《量块检定规程》规定量块检定 精度为6等：1、2、3、4、5、6等，其中1等 的精度最高，精度依次降低，6等精度最低。 • 量块分“等”的主要依据是量块测量的不确 定度允许值和量块长度变动量的允许值Tv 。
§1-3 测量技术的基本概念
• 说明：
量块按“级”使用时，应以量块长度的 标称值作为工作尺寸，该尺寸包含了量块的 制造误差。 量块按“等”使用时，应以经检定后所 给出的量块中心长度的实测值作为工作尺寸， 该尺寸排除了量块制造误差的影响，仅包含 检定时较小的测量误差。 量块按“等”使用的测量精度比量块按 “级”使用的测量精度高。
通过规定几何参数的公差保证成品的几何参 数充分近似的互换，又称狭义互换。本课程主要 研究零件几何参数的互换性。
• 功能互换
要保证零件使用功能要求，不仅取决于几何 参数一致性，还取决于其物理、化学、力学性能 等参数的一致性。通过规定功能参数(如材料力 学性能、理化性能等参数)的公差所达到的互换 为功能互换，又称广义互换。
§1-3 测量技术的基本概念
长度基准和尺寸传递
• 长度基准： 1 米是光在真空中于 1/299792458 秒的时间间 隔所经过的距离 • 长度量值传递系统 为了保证长度量值的准确、统一，必须把复现的长度基准 量值逐级准确地传递到生产中所应用的计量器具和工件上去 （图1-1）
图1－1 长度量值传递系统
第一章 绪论
本章内容
概述 互换性、标准化与优先数系 测量技术的基本概念 计量器具与测量方法 测量误差与数据处理
§1-1 概
公差
述
加工零件时，从零件的功能看，不必要求 零件几何量制造得绝对准确，只要求零件几何量 在某一规定范围内变动，保证同一规格零件彼此 充分近似。此允许变动的范围叫做公差
§1-2 互换性、标准化与优先数
按互换性应用场合 • 外互换 是指部件或机构与其相配件间的互换
性。如滚动轴承内圈内径与轴的配合，外圈外径 与机座孔的配合。
• 内互换
是指在厂家内部生产的部件或机构内 部组成零件间的互换，如滚动轴承内、外圈滚道 与滚动体之间的装配。 • 说明：为使用方便，一般内互换才采用不完全互 换，且局限在厂家内部进行，而外互换采用完全 互换，适用于生产厂家之外广泛的范围
§1-2 互换性、标准化与优先数
• 说明
使用要求、制造水平与经济效益无矛盾时， 可以采用完全互换，反之，使用要求较高， 制造水平受限，可采用不完全互换； 装配时需附加修配或辅助机加工的零件不 具有互换性； 实现不完全互换性方法有分组装配法与调 整法
§1-2 互换性、标准化与优先数
按互换性使用要求 • 几何参数互换
§1-2 互换性、标准化与优先数
为满足我国工业生产需要，国标规定5个系列 • 国标优先数系Rr（ R5 、 R10 、 R20 、 R40 、
R80 ） • 公比qr等于10的开r次方
• 优先数系的基本系列（常用值）见表1-1（优先数
系中每个数值称为优先数）
§1-2 互换性、标准化与优先数
成绩评定
笔试（闭卷）成绩占70％ 平时成绩（含实验、作业、出勤）占30％
课程章节结构及讲授内容
第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 第八章 第九章 第十章 第十一章 绪论 孔、轴尺寸精度设计与检测 形状和位置精度设计与检测 表面粗糙度轮廓及其检测 滚动轴承公差与配合 圆锥公差与检测 键联结的公差与检测 圆柱螺纹公差与检测 圆柱齿轮精度设计与检测 尺寸链 新技术在机械精度设计与检测中的应用
§1-2 互换性、标准化与优先数
你可知道粗糙度为什么是0.8, 1.6, 3.2, 6.3, 12.5? 你可知道油缸缸径为什么是63, 80, 100, 125? 你可知道油缸压力为什么是6.3, 16, 25, 31.5? 你可知道螺纹规格为什么是6, 8, 10, 12, 14, 16?
量块长度的标称值：指刻印在量块上用以标明 其与主单位（m）之间比值的量值
§1-3 测量技术的基本概念
量块长度的实测值：指用一定的方法，对量块 长度进行测量所得到的量值
量块的长度变动量：指量块任意点长度中的最 大长度与最小长度之差的绝对值 量块的长度偏差：指量块长度的实测值与标称 值之差
§1-1 概
述
几何量检测目的 • 对加工后零件作出合格性判断 • 通过检测，寻找产生不合格产品根源， 以便调整加工工艺系统，或采取有效措 施，防止产生不合格品，减少以致消除 废品
§1-2 互换性、标准化与优先数
互换性及其种类 • 定义
指某一产品与另一产品在尺寸、功能上 能够彼此互相替换的性能。也就是说，按同 一规格产品图样要求，在不同时空条件下制 造出来的一批零部件，在总装时，任取一个 合格品，就能完好地装在机器上，并能达到 预期的使用功能要求。这样的零部件，就称 为具有互换性的零部件。