第一章互换性概论

•尺寸 •形状误差
含线性尺寸 角度尺寸(简称角度) 基本几 何参数
几何 •位置误差 参数 •表面粗糙度评定参数
•典型零件(齿轮、螺纹等)的精度评定参数 •尺寸公差
•形状公差
几何参 数公差 •位置公差 •表面粗糙度公差（允许值） •典型零件(齿轮、螺纹等)公差
基本几何 参数公差
其余
22
30
28 60
•内互换：部件或机构内部组成零件间的互换 •外互换：部件或机构与其相配件间的互换 （例如：滚动轴承）
三、互换性的作用
1) 在设计方面：能最大限度地使用标准件， 因此可以简化绘图和计算工作量，使设计周 期缩短，有利于机械产品更新换代和计算机 软件设计技术的应用。 2) 在制造方面：有利于组织专业化生产，使 用专用设备和CAM技术。 3) 在使用和维修方面：便于及时更换已经丧 失使用功能的零(部)件，对于某些易损件可 以提供备用件，这样既可以及时维修，缩短 停机时间，尽快修复，又减少维修成本。
三、互换性的作用
鉴于互换性在提高产品质量和可 靠性、提高经济效益等方面的重大意 义，互换性原则已成为现代制造业中 一个普遍遵守的原则，成为制造业可
持续发展的重要技术基础。
四、互换性的实现
如何实现互换性 ？ 如果将同一规格零件的几何量制 作得完全相同显然可以实现互换性，
但这不可能，也不必要。事实上只要
二、优先数和优先数系 例题
下面两列数据属于哪种系列？公比q为多少？ （1）电动机转速有（单位为r／min）：375， 750，1500，3000…。 （2）摇臂钻床的主参数：25，40，80，100， 125等。 (1)q = 2 (2)q =1.6, 2, 1.25 （混合系列）
二、优先数和优先数系
将同一规格零件的几何量控制在公差 允许的范围内，使同一规格零件的几 何量彼此充分近似，就可以实现互换 性
• 互换性由公差来保证。
公差的基本概念
公差的概念：允许零件尺寸和几何参数的变动 范围称为“公差”。 几何量公差包括：
尺寸公差； 形状和位置公差； 表面粗糙度要求； 典型表面(如：键、圆锥、螺纹、齿轮等)公差。
基本系列和补充系列Rr
派生系列Rr/p:每逢p项选一项
2.50 6.30 16.0 40.0 8.00 16.0 100 31.5 … 2.00 4.00
习题与练习
选择题 (1) 自IT6～IT18标准公差的计算公式为 10 i，16 i， 25 i，40 i，64 i，100 i，160 i，250 i，……。公差 单位i前的公差等级系数为( )系列的常用数值。 A. R5 B. R10 C. R20 D. R40 (2) 螺纹公差的等级自3级起，其公差等级系数为 0.50，0.63，1.00，1.25，1.60，2.00，它们属于( ) 优先数的系列。 A. R5 B. R10 C. R20 D. R40
第一节 互换性的概念、意义与作用
一、互换性的定义 二、互换性的分类 三、互换性的作用 四、互换性的实现 五、机械产品几何量的精度设计
第一节 互换性的概念、意义与作用
互换性的广义概念 互换性:一种产品、过程或服务替代另一种产品、 过程或服务能满足同样要求的性能. 例如：电灯泡坏了，买一只安上；自行车掉了一 个螺丝，按同样规格买一个装上.
装配后 满足使用功能要求
二、互换性的分类
1.按决定的参数或使用要求分为：
1)几何参数互换性 (主要保证装配) 尺寸 对几何要素的 形状 相互位置 提出互换性要求。
2)功能互换（保证使用,广义） 物理 机械
对
性能
提出互换性要求。
化学
二、互换性的分类
几何参数互换性 ——本课程讨论 互换性 机械性能互换性 理化性能互换性 ．．．．．．
④ 优先数系的应用原则
（1）先基本系列,后派生系列; （2）先大公比,后小公比
三、实现互换性的条件 ——公差标准化和技术测量
1.公差标准化 简单地说，公差标准化是指几何量的公差应在 一定范围内进行规范、统一，并要求相关制造 企业和管理机构遵照执行。
公差标准化应用实例 例如：在图1.1所示的减速器装配图中，配合代号 标注就是应用相关国家标准——《极限与配合》的 典型例子。
互换性与测量技术
机械专业 的学科基 础课
•机械原理 机械设 •机械设计 计基础 （机械零件） •本课程
(简称公差设计)
•公差与配合设计（精度 设计） •检测
机械制 造基础
•金属工艺学 •工程材料
本课程性质: 学科基础课 承上启下 是教学计划中联系设计课程与制造及 工艺课程的纽带,是从基础课学习过渡 到专业课学习的桥梁.
R5 系列 R10系列 R20系列 R40系列 R80系列
2.50 2.50 1.60 5.60
=√10
r=5 r=10 r=20 r=40 r=80
r
的十进制等比数列
q=1.60 q=1.25 q=1.12 q=1.06 q=1.03
基本系列 补充系列
（见表1.1)
R5 … 1.00 R10 … 1.00 10.00 … R20 … 1.00 3.55 R40 …… 1.25 1.12 4.00 1.60 1.60 1.25 4.50
28
140
技术要求
1…………………….. 2…………………….. 3…………………….
.
轴 设计
图号02 比例1:1 材料 45 制图 审核wenku.baidu.com.
日期
公差技术
综上所述:
设计者给出标准公差
↓ 完工零件不超过公差 ↓
零件的精度要求、互换性要求、配合要求 均可得到满足.
公差技术
但公差大小不同，效果则不同：
公差设计应遵守标准化原则 ----- 选择标准公差与配合。
标准公差与 配合的选择．
例：尺寸公差与配合选择、形位 公差选择、表面粗糙度选择等。
二、优先数和优先数系
优先数系—— 数值标准
数值标准化的意义 优先数系及优先数
优先数系的派生系列
优先数系的应用原则
二、优先数和优先数系
①数值标准化的意义
当选定一个数值作为某产品参数指标时，该数值会按 一定的规律，向一切有关制品和材料中传播，例如：
减速器装配图、输出轴和箱座及输入轴的零件图如图1.1 、2.1、2.2、2.24所示。
第二节 标准化与优先数系
一、标准与标准化 二、优先数和优先数系 三、实现互换性的条件
一、标准和标准化
标准 标准化 标准的分类：
国家标准(GB); 行业标准: 机械标准(JB),邮电标准(YD)等 地方标准 企业标准(QB)
优先数系
R5/2： 1.00 R10/3: 1.00
（见表1.1)
R5 R10 R20 … 1.00 … 1.00 … 1.00 3.55 1.60 1.25 1.60 1.12 1.25 4.00 4.50 2.50 2.00 2.50 1.40 1.60 5.00 5.60 4.00 3.15 4.00 1.80 2.00 6.30 7.10 6.30 5.00 6.30 2.24 2.50 8.00 9.00 10.00 … 8.00 10.00 … 2.80 3.15 10.00 …
五、机械产品的几何量精度设计实例
工作原理
电机-输入 轴的轴端 键5-输入 轴2-输出 轴9-齿轮 11-键12带 动输出轴 转动-轴端 键16。
五、机械产品的几何量精度设计实例
减速器的几何量精度设计的主要内容 (1) 在减速器的装配图中，确定其各零件之间配合 部位的配合代号或其他技术要求，并进行图样标注 ，注出相关的技术要求。 (2) 经过尺寸链计算，确定输入轴和输出轴上各零 件的轴向尺寸及其公差，以保证它们在轴向上的定 位要求。 (3) 在减速器的各零件图中，确定各处尺寸公差、 形状和位置公差、表面粗糙度要求、键与键槽的公 差以及齿轮齿面公差要求等，并进行图样标注，注 出相关的技术要求。
国际标准
ISO/IEC
一、标准和标准化
国际标准 基础标准
国家标准 行业标准
地方标准 企业标准 标 准
技术 标准
产品标准
方法标准
安全标准、卫生 标准、环保标准 生产组织标准
按标准的级别分类
管理 标准
经济管理标准 服务标准
按标准的 法律属性
•强制性标准 •推荐性标准
按标准化对象的特性分类
标准化
• 标准化是互换性生产的基础。
三、实现互换性的条件 ——公差标准化和技术测量
2. 技术测量 技术测量实施步骤：
（1）机械产品的几何量精度设计； （2）工人按照零件图上的各项要求进行 加工。 （3）质检人员采用适当的计量器具、正 确的测量方法和数据处理方法进行检测， 从而判断零件是否达到零件图纸上各公差 标准的要求。
其余
22
30
28 60
28
140
技术要求
1…………………….. 2…………………….. 3…………………….
.
轴 设计
图号02 比例1:1 材料 45 制图 审核 .
日期
互换性与测量技术
理论课(26):
互换性概论(2~3) 轴、孔结合的极限与配合(4~5) 测量技术基础(2) 光滑极限量规(2) 形状与位置公差(7~8) 表面粗糙度(2) 圆柱螺纹的公差与配合(4) 复习/习题课（1）
•优先数:优先数系中的任一个项值.
2.00 1.40 5.00 4.00 3.15 4.00 1.80 6.30 2.00 7.10 6.30 5.00 6.30 2.24 8.00 2.50 9.00 10.00 … 8.00 2.80 10.00 3.15 …
二、优先数和优先数系
③ 优先数系的派生系列
五、机械产品的几何量精度设计
1. 几何量精度设计的基本概念和主要任务 机械产品的几何量精度设计是指按照机械产 品的使用功能要求和机械加工及检测的经济 合理的原则：
确定配合性质；（标注在装配图样上） 确定各个零件上各处的尺寸精度、形状和位置精 度、表面质量及精度；（标注在零件图上） 确定定位精度(涉及尺寸链计算)等（标注在零件 图和装配图上）。
对同一批零件而言，当 其原材料相同时，其互 换性主要在几何量方面.
二、互换性的分类
2.按方法及程度分：
1)完全互换 2)不完全互换: 装配或更换时，不挑、不调、不修的互换性。
•分组互换:装配前分组,组内零件互换.（按实际尺寸分组）
•调整互换:装配时更换零件. •修配互换:去掉多余材料的修配.
3. 按部位或范围分：
螺孔：M16-6H
形成牵一发而 动全身的现象
优先数系
故:技术参量应在一个理想的统一的数系中选取
二、优先数和优先数系
②优先数和优先数系（GB/T321—1980 ）
优先数就是一种对各种技术参数进行简化、协 调和统一的一种科学的数值制度。
二、优先数和优先数系
② 优先数系及优先数
优先数系Rr:公比为 q
﹡标准化是发展贸易、提高产品在国际 市场的竞争能力的技术保证 掌握标准 → 市场 标准化是实现现代化的重要手段，是反
映现代化水平的重要标志.
∵
标准化是互换性生产的基础。
公差标准（例）：GB/T1800《极限与配合》；GB/T1182 《形状和位 置公差》；GB/T3505《表面粗 糙度》；GB/T10095 《渐开线园柱齿轮精 度》等
公差 大 公差 小
允许几何 量的变动 大 允许几何 量的变动 小
加工难度 小加工成 本低 加工难度 大加工成 本高
完工的合格零 件精度低、质 量差 完工的合格零 件精度高、质 量好
公差实质：反映使用要求与加工工艺及成本 的矛盾。
五、机械产品的几何量精度设计
机械产品的一般设计过程：总体设计、方案 设计、运动设计、结构设计、强度和刚度设 计计算以外，还必须进行机械产品的精度设 计。 几何量精度设计是否正确、合理，对机械产 品的使用性能和制造成本，对企业生产的经 济效益都有着重要的影响。
实验(6)
互换性与测量技术
参考教材：
刑闽芳 主编《互换性与技术测量》，清华大学 出版社
其它参考书：
王益祥 主编《互换性与测量技术》，兵器工业 出版社 机械设计手册(第1卷)
成绩评定：
期末闭卷考试（70%）+平时成绩（30%）
第一章 互换性概论
第一节：互换性的概念、意义与作用 第二节：标准化与优先数系 第三节：公差与配合中的几个基本概念
第一节 互换性的概念、意义与作用
一、 互换性的定义
互换性：在同一规格的一批零件或部件中，任取其一，
不需要任何挑选、调整或修配(如钳工修配)就能装在机器上， 达到规定的使用功能要求。这样的一批零件或部件就称为具 有互换性的零、部件。 由定义可知，具有互换性的零部件在装配过程中，必 须满足三个条件：
装配前 不挑选 装配时 不调整或修配