互换性课件 第1章绪论
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（1）几何参数方面的互换性： 尺寸、几何形状、
形面间的相互位置等 （2）机械性能方面的互换性： 强度、硬度等 （3）理化性能方面的互换性： 化学成分、导电性等
如何实现几何参数的互换性？
——制定合理的几何量公差（公差）
3.公差的定义
公差：是允许零件几何参数的变动量，即加工误差的最 大值。
加工误差：由于各种因素的影响（如机床精度的限制、刀具刃 磨角度的误差、工艺系统刚性较差等），在加工过程中，同一 规格的零件的尺寸、形状、表面粗糙度以及相互位置等几何量 很难达到理想状态，总会存在或大或小的差异，这种差异就是 加工误差。 公差的内容：尺寸公差与配合、形位公差、表面粗糙度等
方面的分析计算： （1）运动分析与计算。根据机器或机构应实现的运动，由运
动学原理，确定机器或机构的合理的传动系统，选择合适的
机构或元件，以保证实现预定的动作，满足机器或机构的运 动方面的要求。 （2）强度的分析与计算。根据强度、刚度等方面的要求，决 定各个零件的合理的基本尺寸，进行合理的结构设计，使其 在工作时能承受规定的负荷，达到强度和刚度方面的要求。 （3）几何精度的分析与计算。零件基本尺寸确定后，还需要 进行精度计算，以决定产品各个部件的装配精度以及零件的 几何参数和公差。
4.互换性与公差的关系
（1）互换性要用公差来保证； （2）在满足互换性的前提下，公差尽量取大些。
二、互换性的作用
（1）从设计方面看：缩短设计周期
（2）从制造方面看：提高生产水平，降低生产成本。 （3）从使用方面看：修理时间与费用↓，寿命↑，使用价值↑ 总之，互换性原则是制造业中一个普遍遵守的原则。 但，互换性原则不是在任何情况都适用。有时，只有采取单 个配制才符合经济原则，这时零件就不能互换，尽管如此，也 存在公差与检测的要求。
互换性与测 量技术基础
主讲：冷岳峰
机Fra Baidu bibliotek工程学院 车辆工程系
第一章
绪 论
基本要求：了解互换性的意义、标准化的概念、机
械精度设计的基本原则、主要方法、本课程的研究对 象、任务及要求。
重点内容：掌握互换性和标准化的概念，本课程的
研究对象、任务及要求。
难点内容：机械精度设计的基本原则及主要方法。
零件：是制造单元。如滚动轴承的内圈、外圈、 滚动体、保持架等。 构件：是运动的单元。它是由一个或多个零件固 联而成，如滚动轴承。也可称为部件。 机构：是具有确定相对运动的构件组合体。机器， 在不研究做功或能量转换时，都可以称为机构。
[例] 列出1~10之间R5系列的理论值、计算值、常用值、化整值。 解： 理论值： 10
10 10 10 10
5 0
5
1
5
2
5
3
5
4
5
10
5
计算值：1.0000、1.5849、2.5119、3.9811、6.3096、10.000 常用值：1.00、 1.60、 2.50、 4.00、 6.30、 10.0 化整值：1.0、 1.6、 2.5、 4.0、 6.3、 10
小
结
1. 互换性的概述 互换性简单的说就是同一规格的零件或部件具有能够彼此互相替换的性能。 零、部件在装配前不挑，装配时不调整或修配，装配后能满足使用要求的 互换性称完全互换；零、部件在装配时要采用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。如装配时，还需要附加修配 的零件，则不具有互换性。 互换性原则是机械工业生产的基本技术经济原则，是我们在设计、制造中 必须遵循的。既便是采用修配法保证装配精度的单件或小批量生产的产品 （此时零、部件没有互换性）也必须遵循互换性原则。 2. 实现互换性的前提 标准化是实现互换性的前提。只有按一定的标准进行设计和制造，并按一 定的标准进行检验，互换性才能实现。 3. 优先数系 由一系列十进制等比数列构成，代号Rr。优先数系中的每个数都是一个优 先数。每个优先数系中，相隔 r项的末项与首项相差10倍；每个十进制区间 中各有r个优先数。
优先数系的基本系列（优先数的常用值）见附表1-1
（3）同一系列中，每增r个数，数值增至10倍； （4）先疏后密：R5 ∈R10 ∈ R20 ∈ R40 ∈ R80； 这是优先数的应用原则
2. 应用举例
（1）一般机械产品的主要参数通常按R5系列或R10系列。 如：立式车床主轴直径采用R10系列：630，800，1000，1250， 2000mm。 （2）专用工具的主要尺寸按R10系列。 （3）通用型材、通用零件及工具的尺寸、铸件的壁厚等按R20 系列。
三、互换性的种类
1.按程度不同分
（1）完全互换性简称互换性，完全互换性以零部件装 配或更换时不需要挑选或修配为条件。 前：不需要挑选 中：不修配 后：满足预定性能要求
（2）不完全互换性也称为有限互换性，在零部件装 配时允许有附加的选择或调整。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。 前：需要挑选 中：不修配 后：满足预定性能要求
题外：现在主要的企业需要的是computer and English
好的专业型人才。
第一节 互换性的意义和作用
一、互换性与公差的定义 1. 互换性的定义
机械产品零部件的互换性：是指构成机器（或仪器）
的同一规格的零件和部件所具有的以不同的程度和不 同的方式可以互相替换使用的性能。
2. 互换性的内容
几何精度设计的主要方法
1）类比法 亦称经验法，是大多数零件要素精度设计采用的方法。 2）计算法 只适用于某些特定的场合。
3）试验法 设计周期较长且费用较高， 因此主要用于新产品设计中个别重要要素的精度设计。 发展方向：CAT 在计算机辅助设计（CAD）的领域中，计算机辅助公差设 计（CAT）的研究还刚刚开始。其中，不仅需要建立和完善 精度设计的理论与精确设计的方法，而且要建立具有实用价 值和先进水平的数据库以及相应的软件系统。
格品的原因，及时调整生产，监督工艺过程，预防废品产生。
检测是机械制造的“眼睛”。产品质量的提高，除设计和加 工精度的提高外，往往更有赖于检测精度的提高。所以，合
理地确定公差与正确进行检测，是保证产品质量、实现互换
性生产的两个必不可少的条件和手段。
机械精度设计概述
一般来说，在机械产品的设计过程中，需要进行以下三
本课程的性质－－技术基础课
纽带：设计课程 → 工艺课程 桥梁： 基础课程 → 专业课程
学习本课程的目的
（1）掌握有关基本概念、基本术语；
（2）掌握几何量公差的主要内容、特点、应用原则；
（3）初步学会选用几何量公差与配合；
（4）能查用公差表格、正确标注图样；
（5）熟悉典型几何量的检测方法，会使用常用的计量 器具。
一、标准、标准化的定义
标准：是指为了在一定的范围内获得最佳秩序，对活 动或其结果规定共同的可重复使用的规则、导则或特 性文件。它以科学、技术和实践经验的综合成果为基 础，以促进最佳社会效益为目的，经有关方面协商一 致，由公认机构批准，以特定形式发布。
标准化：是指为了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可重复使用的规则的 活动。
2. 对于部件和机构或标准件而言， 分为内互换和外互换。 （1）内互换：指部件或机构 内部组成零件间的互换性。
滚动轴承内部组成零件之 间的配合，使用中不再更换内 部零件，可采用不完全互换。
（2）外互换：指部件或机构与其外部配件之间的互换性。 滚动轴承中的内圈与轴，外圈与壳体孔之间的配合。常用 于厂际之间，部门之间的协作件配合，并在使用过程中需要 更换零件，故采用完全互换。
40
R40的公比：
q40 10 1.06
q80 10 1.03 ——
80
R80的公比：
补充系列
r （2）任意项值均为优先数，理论值为
10
Nr
①计算值：取五位有效数字，供精确计算用。 ②常用值：取三位有效数字，即通常所称的优先数， 常用。 ③化整值：对基本系列常用值进一步化整后所得的 值，一般取两位有效数字。
第二节
标准化与优先数
三流的企业卖劳力；二流的企业卖产品； 一流的企业卖专利；超一流的企业卖标准
第三代移动通信无线传输技术标准3G，它的 通信带宽是2M，可以上网和在线看电影。 第一代为模拟系统和第二代的GSM数字系统 都是进口产品，特别是标准 。 中国和德国西门子的第三代移动通信无线传输 技术标准是TD-SCDMA ，与美国WCDMA、日本 cdma2000等并列，成为国际第三代移动通信三大 主流技术之一。
分组装配法：装配精度要求很高时，例如孔与轴：可把尺 寸公差适当放大，以便于加工。加工后按实际尺寸的大小分组， 把对应组的孔和轴进行装配，从而达到装配精度要求。
采用分组装配时，对应组内的零件可以互换，而非对应组 之间则不能互换，因此零件的互换范围是有限的。
调整法：在机器装配或使用过程中，对某一特定零件按所 需要的尺寸进行调整，以达到装配精度要求。例如，减速器中 轴承盖上垫片的厚度在装配时作调整，使轴承的一端与轴承盖 的底端之间预留适当的轴向间隙，以补偿温度变化时轴的微量 伸长，避免轴在工作时弯曲。
1. 优先数系的定义 GB/T321—1980的规定十进等比数列为优先数系，并 规定了五个系列，成为Rr系列。
特点：
（1）公比为
R5的公比： R10的公比：
qr r 10
5
q5 10 1.60
q10 10 1.25
10
常用的基本系列
R20的公比：q20
20 10 1.12
机器：是具有确定相对运动，能代替人们劳动完成有 益功或进行机械能转换的构件或常用机构组合而成。
机械：是机器和机构的总称。
本课程应用于机械的各个领域：
（1）设计机器：运动分析、 结构设计、强度计算、
刚度计算、精度设计 （2）制造机器：看懂设计图、确定加工工序、 检验工件、装配机器 （3）维修机器：看懂设计图、装配图、技术要求
标准化工作包括制定标准、发布标准、组织实施标准和对标准 的实施进行监督的全部活动过程。标准化是个不断循环而又不 断提高其水平的过程。
二、标准化的分类
1. 按作用范围：国际、区域、国家（GB）、行业 （JB）、地方、企业标准（Q）； 2. 按标准化对象的特性，标准分为基础标准、产品标 准、方法标准、安全标准、卫生标准、环境保护标准 等。
基础标准是指在一定范围内作为其他标准的基础并普遍使用，具 有广泛指导意义的标准，如公差与配合标准、形状和位置公差标 准、渐开线圆柱齿轮精度标准等。
3. 按标准的法律属性：强制执行的、推荐性标准
三、优先数系
在机械设计中，常常需要确定很多参数，而这些参数往往不是孤立的， 一旦选定，这个数值就会按照一定规律，向一切有关的参数传播。例如， 螺栓的尺寸→螺母的尺寸→丝锥板牙的尺寸→螺栓孔的尺寸→加工螺 栓孔的钻头的尺寸等。由于数值如此不断关联、不断传播，所以，机械产 品中的各种技术参数不能随意确定。
作业： 思考题 1、2、3、4 （P19 ）
（4）本课程所涉及的有关标准里，诸如尺寸分段、公 差分级及表面粗糙度的参数系列等，基本上采用优先数 系。
几何量的检测
完工后的零件是否满足公差要求，要通过检测加以判断。 检测包含检验与测量。 检验是确定零件的几何参数是否在规定的极限范围内，并作 出合格性判断，而不必得出被测量的具体数值； 测量是将被测量与作为计量单位的标准量进行比较，以确定 被测量的具体数值的过程。 意义：检测不仅用来评定产品质量，而且用于分析产生不合
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。
形面间的相互位置等 （2）机械性能方面的互换性： 强度、硬度等 （3）理化性能方面的互换性： 化学成分、导电性等
如何实现几何参数的互换性？
——制定合理的几何量公差（公差）
3.公差的定义
公差：是允许零件几何参数的变动量，即加工误差的最 大值。
加工误差：由于各种因素的影响（如机床精度的限制、刀具刃 磨角度的误差、工艺系统刚性较差等），在加工过程中，同一 规格的零件的尺寸、形状、表面粗糙度以及相互位置等几何量 很难达到理想状态，总会存在或大或小的差异，这种差异就是 加工误差。 公差的内容：尺寸公差与配合、形位公差、表面粗糙度等
方面的分析计算： （1）运动分析与计算。根据机器或机构应实现的运动，由运
动学原理，确定机器或机构的合理的传动系统，选择合适的
机构或元件，以保证实现预定的动作，满足机器或机构的运 动方面的要求。 （2）强度的分析与计算。根据强度、刚度等方面的要求，决 定各个零件的合理的基本尺寸，进行合理的结构设计，使其 在工作时能承受规定的负荷，达到强度和刚度方面的要求。 （3）几何精度的分析与计算。零件基本尺寸确定后，还需要 进行精度计算，以决定产品各个部件的装配精度以及零件的 几何参数和公差。
4.互换性与公差的关系
（1）互换性要用公差来保证； （2）在满足互换性的前提下，公差尽量取大些。
二、互换性的作用
（1）从设计方面看：缩短设计周期
（2）从制造方面看：提高生产水平，降低生产成本。 （3）从使用方面看：修理时间与费用↓，寿命↑，使用价值↑ 总之，互换性原则是制造业中一个普遍遵守的原则。 但，互换性原则不是在任何情况都适用。有时，只有采取单 个配制才符合经济原则，这时零件就不能互换，尽管如此，也 存在公差与检测的要求。
互换性与测 量技术基础
主讲：冷岳峰
机Fra Baidu bibliotek工程学院 车辆工程系
第一章
绪 论
基本要求：了解互换性的意义、标准化的概念、机
械精度设计的基本原则、主要方法、本课程的研究对 象、任务及要求。
重点内容：掌握互换性和标准化的概念，本课程的
研究对象、任务及要求。
难点内容：机械精度设计的基本原则及主要方法。
零件：是制造单元。如滚动轴承的内圈、外圈、 滚动体、保持架等。 构件：是运动的单元。它是由一个或多个零件固 联而成，如滚动轴承。也可称为部件。 机构：是具有确定相对运动的构件组合体。机器， 在不研究做功或能量转换时，都可以称为机构。
[例] 列出1~10之间R5系列的理论值、计算值、常用值、化整值。 解： 理论值： 10
10 10 10 10
5 0
5
1
5
2
5
3
5
4
5
10
5
计算值：1.0000、1.5849、2.5119、3.9811、6.3096、10.000 常用值：1.00、 1.60、 2.50、 4.00、 6.30、 10.0 化整值：1.0、 1.6、 2.5、 4.0、 6.3、 10
小
结
1. 互换性的概述 互换性简单的说就是同一规格的零件或部件具有能够彼此互相替换的性能。 零、部件在装配前不挑，装配时不调整或修配，装配后能满足使用要求的 互换性称完全互换；零、部件在装配时要采用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。如装配时，还需要附加修配 的零件，则不具有互换性。 互换性原则是机械工业生产的基本技术经济原则，是我们在设计、制造中 必须遵循的。既便是采用修配法保证装配精度的单件或小批量生产的产品 （此时零、部件没有互换性）也必须遵循互换性原则。 2. 实现互换性的前提 标准化是实现互换性的前提。只有按一定的标准进行设计和制造，并按一 定的标准进行检验，互换性才能实现。 3. 优先数系 由一系列十进制等比数列构成，代号Rr。优先数系中的每个数都是一个优 先数。每个优先数系中，相隔 r项的末项与首项相差10倍；每个十进制区间 中各有r个优先数。
优先数系的基本系列（优先数的常用值）见附表1-1
（3）同一系列中，每增r个数，数值增至10倍； （4）先疏后密：R5 ∈R10 ∈ R20 ∈ R40 ∈ R80； 这是优先数的应用原则
2. 应用举例
（1）一般机械产品的主要参数通常按R5系列或R10系列。 如：立式车床主轴直径采用R10系列：630，800，1000，1250， 2000mm。 （2）专用工具的主要尺寸按R10系列。 （3）通用型材、通用零件及工具的尺寸、铸件的壁厚等按R20 系列。
三、互换性的种类
1.按程度不同分
（1）完全互换性简称互换性，完全互换性以零部件装 配或更换时不需要挑选或修配为条件。 前：不需要挑选 中：不修配 后：满足预定性能要求
（2）不完全互换性也称为有限互换性，在零部件装 配时允许有附加的选择或调整。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。 前：需要挑选 中：不修配 后：满足预定性能要求
题外：现在主要的企业需要的是computer and English
好的专业型人才。
第一节 互换性的意义和作用
一、互换性与公差的定义 1. 互换性的定义
机械产品零部件的互换性：是指构成机器（或仪器）
的同一规格的零件和部件所具有的以不同的程度和不 同的方式可以互相替换使用的性能。
2. 互换性的内容
几何精度设计的主要方法
1）类比法 亦称经验法，是大多数零件要素精度设计采用的方法。 2）计算法 只适用于某些特定的场合。
3）试验法 设计周期较长且费用较高， 因此主要用于新产品设计中个别重要要素的精度设计。 发展方向：CAT 在计算机辅助设计（CAD）的领域中，计算机辅助公差设 计（CAT）的研究还刚刚开始。其中，不仅需要建立和完善 精度设计的理论与精确设计的方法，而且要建立具有实用价 值和先进水平的数据库以及相应的软件系统。
格品的原因，及时调整生产，监督工艺过程，预防废品产生。
检测是机械制造的“眼睛”。产品质量的提高，除设计和加 工精度的提高外，往往更有赖于检测精度的提高。所以，合
理地确定公差与正确进行检测，是保证产品质量、实现互换
性生产的两个必不可少的条件和手段。
机械精度设计概述
一般来说，在机械产品的设计过程中，需要进行以下三
本课程的性质－－技术基础课
纽带：设计课程 → 工艺课程 桥梁： 基础课程 → 专业课程
学习本课程的目的
（1）掌握有关基本概念、基本术语；
（2）掌握几何量公差的主要内容、特点、应用原则；
（3）初步学会选用几何量公差与配合；
（4）能查用公差表格、正确标注图样；
（5）熟悉典型几何量的检测方法，会使用常用的计量 器具。
一、标准、标准化的定义
标准：是指为了在一定的范围内获得最佳秩序，对活 动或其结果规定共同的可重复使用的规则、导则或特 性文件。它以科学、技术和实践经验的综合成果为基 础，以促进最佳社会效益为目的，经有关方面协商一 致，由公认机构批准，以特定形式发布。
标准化：是指为了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可重复使用的规则的 活动。
2. 对于部件和机构或标准件而言， 分为内互换和外互换。 （1）内互换：指部件或机构 内部组成零件间的互换性。
滚动轴承内部组成零件之 间的配合，使用中不再更换内 部零件，可采用不完全互换。
（2）外互换：指部件或机构与其外部配件之间的互换性。 滚动轴承中的内圈与轴，外圈与壳体孔之间的配合。常用 于厂际之间，部门之间的协作件配合，并在使用过程中需要 更换零件，故采用完全互换。
40
R40的公比：
q40 10 1.06
q80 10 1.03 ——
80
R80的公比：
补充系列
r （2）任意项值均为优先数，理论值为
10
Nr
①计算值：取五位有效数字，供精确计算用。 ②常用值：取三位有效数字，即通常所称的优先数， 常用。 ③化整值：对基本系列常用值进一步化整后所得的 值，一般取两位有效数字。
第二节
标准化与优先数
三流的企业卖劳力；二流的企业卖产品； 一流的企业卖专利；超一流的企业卖标准
第三代移动通信无线传输技术标准3G，它的 通信带宽是2M，可以上网和在线看电影。 第一代为模拟系统和第二代的GSM数字系统 都是进口产品，特别是标准 。 中国和德国西门子的第三代移动通信无线传输 技术标准是TD-SCDMA ，与美国WCDMA、日本 cdma2000等并列，成为国际第三代移动通信三大 主流技术之一。
分组装配法：装配精度要求很高时，例如孔与轴：可把尺 寸公差适当放大，以便于加工。加工后按实际尺寸的大小分组， 把对应组的孔和轴进行装配，从而达到装配精度要求。
采用分组装配时，对应组内的零件可以互换，而非对应组 之间则不能互换，因此零件的互换范围是有限的。
调整法：在机器装配或使用过程中，对某一特定零件按所 需要的尺寸进行调整，以达到装配精度要求。例如，减速器中 轴承盖上垫片的厚度在装配时作调整，使轴承的一端与轴承盖 的底端之间预留适当的轴向间隙，以补偿温度变化时轴的微量 伸长，避免轴在工作时弯曲。
1. 优先数系的定义 GB/T321—1980的规定十进等比数列为优先数系，并 规定了五个系列，成为Rr系列。
特点：
（1）公比为
R5的公比： R10的公比：
qr r 10
5
q5 10 1.60
q10 10 1.25
10
常用的基本系列
R20的公比：q20
20 10 1.12
机器：是具有确定相对运动，能代替人们劳动完成有 益功或进行机械能转换的构件或常用机构组合而成。
机械：是机器和机构的总称。
本课程应用于机械的各个领域：
（1）设计机器：运动分析、 结构设计、强度计算、
刚度计算、精度设计 （2）制造机器：看懂设计图、确定加工工序、 检验工件、装配机器 （3）维修机器：看懂设计图、装配图、技术要求
标准化工作包括制定标准、发布标准、组织实施标准和对标准 的实施进行监督的全部活动过程。标准化是个不断循环而又不 断提高其水平的过程。
二、标准化的分类
1. 按作用范围：国际、区域、国家（GB）、行业 （JB）、地方、企业标准（Q）； 2. 按标准化对象的特性，标准分为基础标准、产品标 准、方法标准、安全标准、卫生标准、环境保护标准 等。
基础标准是指在一定范围内作为其他标准的基础并普遍使用，具 有广泛指导意义的标准，如公差与配合标准、形状和位置公差标 准、渐开线圆柱齿轮精度标准等。
3. 按标准的法律属性：强制执行的、推荐性标准
三、优先数系
在机械设计中，常常需要确定很多参数，而这些参数往往不是孤立的， 一旦选定，这个数值就会按照一定规律，向一切有关的参数传播。例如， 螺栓的尺寸→螺母的尺寸→丝锥板牙的尺寸→螺栓孔的尺寸→加工螺 栓孔的钻头的尺寸等。由于数值如此不断关联、不断传播，所以，机械产 品中的各种技术参数不能随意确定。
作业： 思考题 1、2、3、4 （P19 ）
（4）本课程所涉及的有关标准里，诸如尺寸分段、公 差分级及表面粗糙度的参数系列等，基本上采用优先数 系。
几何量的检测
完工后的零件是否满足公差要求，要通过检测加以判断。 检测包含检验与测量。 检验是确定零件的几何参数是否在规定的极限范围内，并作 出合格性判断，而不必得出被测量的具体数值； 测量是将被测量与作为计量单位的标准量进行比较，以确定 被测量的具体数值的过程。 意义：检测不仅用来评定产品质量，而且用于分析产生不合
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。