《几何精度规范学》几何精度设计概论 ppt课件

行业（专业）标准：由行业标准化主管机构批准发 布，在全国某行业内统一的标准；如JB（机械部标准）、 MT（煤炭部标准）；
地方标准或企业标准：由省、自治区或企业主管部 门批准发布的标准。代号为DB（地方标准）、QB（企业 标准） 。
注意下级标准不能与上级标准相违背
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1.3 几何精度规范
国际标准：在国际上，为了促进世界各
塞和曲轴维持各自的运
动，它们的几何误差会
直接影响其运动副的配
凸轮
合性能。
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1.1 几何误差基础知识
1.1.4 几何误差与 成本的关系
几何误差与制造成本、 检测成本和维修成本之 间存在密切的关系。பைடு நூலகம்
制造时，为获得较小的 几何误差，必然需要采 用相对复杂的工艺过程， 使用相对精密的工艺设 备，由技术水平较高的 操作人员操作，所以相 对生产成本较高。
机床用以保证刀具与工件间的相对运动。刀具与工件间不准 确的相对运动使工件产生形状误差。
夹具的作用是确定工件在机床上的位置。夹具的制造和安装 误差将直接影响工件的正确定位，造成工件方向和位置误差。
工艺因素主要有切削用量、切削力及热处理。它们将产生受 力变形和温度变形，直接影响加工表面质量。
即采用 分组互 换法。
测量分组 1 φ 4000.01
2
φ
400.01 0.02
φ
400.04 0.03
φ
400.03 0.02
3
φ
400.02 0.03
φ
400.02 0.01
φ 40 4
0.03
0p.0pt4课件
φ 4000.01 19
1.2 几何精度基础知识
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工细和协作多。为使社会生产有序地进行，必 须通过标准化使产品规格品种简化，使分散的、 局部的生产环节相互协调和统一。
例如：为使两个生产厂家生产的产品能够 实现自由装配 ，这些产品必须按相同的标准制 造。自行车的损坏零件能及时更换，是因为它 们是按相同的标准制造的。
标准是大家共同遵守的技术依据或技术规范。 标准化是实现互换性的基础。
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1.2 几何精度基础知识
◆互换性的种类：
1．完全互换：一批零件可以进行任意的替 换使用，装配时不需挑选和修配。
2．不完全互换：装配时允许挑选、调整和 修配。
区别在于：完全互换适合于精度要求不高，
生产批量较大，或与外厂协作生产的情况；不 完全互换适合于精度要求很高，生产批量较大， 通常是制造厂内部装配的机构或构件。
1.3 几何精度规范
4．标准的种类
标准化涉及到国民经济的各个部门，因此标准种类 繁多，主要有：
基础标准：是一种最具有一般共性、通用性的标准， 应用广泛，如优先数系、表面粗糙度、机械制图等。也 是本课程主要涉及的内容。
产品标准：对产品的品种、规格、技术性能，质量 检验及包装运输等要求所制订的标准。
此外还有工程建设标准、方法标准、安全标准、环 境保护标准、服务标准及管理标准等。
第1章 几何精度设计概论
本章主要内容
一．几何误差的基础知识 二．几何精度的基础知识 三．几何精度规范 四．课程的性质、任务及要求
重点要求
互换性与公差的定义及作用
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1.1 几何误差基础知识
1.1.1 几何误差
本课程研究机械产品的精度设计问题，机 械产品是固态产品，主要是由具有一定几何形 状的零、部件安装组成。
测得轮廓要素是按规定的方法测量实际轮廓要素上有 限个点而得到的要素。它是实际轮廓要素的近似替代 要素。
由一个或几个测得轮廓要素经过一定的处理方法导出 的中心点、中心线或中心面，称为测得中心要素，亦 称提取导出要素。
按规定的方法由测得轮廓要素形成的具有理想形状的 要素称为拟合轮廓要素。
由拟合轮廓要素导出的中心要素称为拟合中心要素，
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1.3 几何精度规范
2．标准化的基本含义
标准化是在经济、技术、科学及管理等社 会实践中，对重复性事物和概念通过制定、发 布和实施标准，达到统一，以获得最佳秩序和 效益。（这是国家标准《标准化基本术语》对标准化 所做的解释。它的最终目的是提高社会经济效益。）
标准化的主要任务是 制定标准、组织实 施标准和对标准的实施进行监督。
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1.1
进气阀（气门）
活塞 顶杆 连杆 曲轴
齿轮
几何误差基础知识
凸轮轴控制进气阀和排
气阀的开闭，凸轮形状
排气阀 误差会导致进气阀和排 （气门） 气阀的开闭时机出现偏
气缸体 差，直接影响发动机的 功率。进、出阀门的几
何误差影响其与缸体之
间的密封状况。连杆连
接活塞和曲轴，使得活
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1.2 几何精度基础知识
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1.2 几何精度基础知识
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1.2 几何精度基础知识
2．几何量公差 公差是指允许几何量的变动范围。包
括尺寸公差、形位公差和表面粗糙度等。
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1.3 几何精度规范
1.3.1 标准化
1．标准化概念的提出
现代化生产的特点是品种多、规模大、分
国在技术上的统一，成立了国际标准化组织 （简称ISO）和国际电工委员会（简称IEC） 由这两个组织负责制定和颁发国际标准。我 国于1978年恢复参加ISO组织后。陆续修订了 自己的标准。修订的原则是，在立足我国生 产实际的基础上向ISO靠拢，以利于加强我国 在国际上的技术交流和产品互换。
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固态产品的特点是具有特定的几何外形， 而且几何外形的特性对其使用功能具有直接的 影响。
几何误差就是指制成产品的实际几何参数 （表面结构、几何尺寸、几何形状和相互位置） 与设计给定的理想几何参数之间偏离的程度。
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1.1 几何误差基础知识
1.1.2 几何误差产生的原因
几何误差是由于加工和装配过程的实际状 态偏离其理想状态所形成的。造成几何误差 的原因主要有：加工原理误差 、工艺系统的 几何误差、工艺系统受力变形引起的误差、 工艺系统受热变形引起的误差、工件内应力 引起的加工误差和测量误差等。
环境因素主要是切削热导致的工件与刀具的变形和温度变动 产生的加工系统的变形。它们主要影响大尺寸工件的尺寸误 差和形状误差。
材料特性:由于材料的内应力、材料的腐蚀、弹性和塑性变
形等因素，直接导致产品几何特性产生变化。原材料和毛坯
的内应力和尺寸稳定性，将影响完工工件的几何精度及其持
久性。
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工艺系统的几何误差：主轴和尾座的顶尖连线与机床导轨不平行
薄壁件在三爪卡盘夹紧下变形 ppt课件
夹紧方式不当，导致 加工后两孔不平行
4
悬臂装卡使工件在切削力作用下变形
细长轴在切削力作用下变形
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1.1 几何误差基础知识
产生几何误差的主要因素有机床、刀具、夹具、工艺、 环境、材料和人员等。
标准化是组织现代化生产的重要手段，是实现互换
性的必要前提，它对人类进步和科学技术发展起着巨大
的推动作用。
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1.3 几何精度规范
1.3.2 几何要素
几何要素是指构成零件实体的几何特
征，包括点、线、面等，简称为要素。
1、轮廓要素（组成要素，由一个 或多个表面形成，看得见，摸得着， 例如球面、圆锥面以及二者的交线 等）；中心要素（导出要素，由一个 或多个表面轮廓要素导出的中心点、 中心线或中心面等）
数设计和精度设计。
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1.2 几何精度基础知识
系统设计是根据使用功能要求确定机械产品的 基本工作原理和总体布局，以保证总体方案的 合理和先进。
参数设计是根据产品的使用功能要求确定机构 各零件的结构和尺寸，即产品几何形体各要素 的标称值。参数设计主要是结构设计，须按照 力学、摩擦学、可靠性等原理，采用优化、有 限元等方法进行设计计算，选择合适的形状、 尺寸、材料等。
精度设计是根据产品的使用功能要求和制造条 件确定机械零部件几何要素允许的加工和装配 误差。
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1.2 几何精度基础知识
1.2.2 几何精度设计的基本原则
一般说来，产品几何精度设计的基本原 则是最经济地满足功能要求。
精度设计时，应该考虑产品的使用功能、 精度储备、经济性、互换性、协调匹配 等主要因素。
标准化的主题是标准，标准就是对重复性 事物和概念所做的统一规定。
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1.3 几何精度规范
3．标准的级别
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。
国家标准：由国家标准化主管机构批准发布，在全 国范围内统一的标准，代号为GB（国标，又分为强制性 和推荐性两种。 GB强制性国标，GB/T推荐性国标） ；
例如：自行车几何的参零数件互换坏：了规，定几买何一参个数的更公换差（极限） 即可。在工厂的以保装证配成线品的上几，何工参数人充在分一近似批。零 件中顺手拿一个，装上即可。
机械制造业中的互换性通常包括几何
参数和物理参数的互换，本课程仅讨论几
何参数的互换性。
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1.2 几何精度基础知识
◆互换性的作用：
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1.2 几何精度基础知识
不完全互换常用的有分组互换法（配合精度要求较高，采 用完全互换时零件尺寸公差小，加工困难，成本高）和修配调 整法（调整配合零件的相对位置或修正配合零件的尺寸，如特 大型机械和特高精度仪器等）。
发动机
活塞
气缸
的汽缸 和活塞
加工尺寸
φ 4000.04
φ 4000.04
孔Φ30.006。4级？5级？6级？7级？8级？
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1.1 几何误差基础知识
几何误差的大小体现了国家和企业的工业水平。 机械工业的能力关键体现在其高精度制造能力上， 也就是体现在几何精度的设计、生产和检测等方 面的水平上。
各种不同几何特性的误差对产品的使用功能的影 响有所不同。表面误差主要影响外观、摩擦磨损、 腐蚀、噪音等使用功能；尺寸和形位误差主要影 响零、部件的空间相互位置，直接影响运动传递、 载荷传递等性能。
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1.2 几何精度基础知识
1.2.1 几何精度的概念
几何精度就是零、部件允许的几何误差，也称为 几何公差，简称公差。几何精度设计的主要依据 是产品功能对零部件的静态与动态精度要求，以 及产品生产和使用维护的经济性。
根据市场需求在进行产品的概念设计之后，转入 产品的工程设计阶段，进行产品的系统设计、参
2. 理 想 要 素 （ 几 何 要 素 ， 具 有 几
何意义，没有任何误差，例如设计出
的表面轮廓等,分为理想轮廓要素和理
想中心要素）；实际要素（零件上真
实存在的要素，包括实际轮廓要素）
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1.3 几何精度规范
3.测得要素（轮廓、中心）和拟合要素（轮廓、中心）
实际轮廓要素需要通过测量才能被认识。所以在实际 工作中必须用测得轮廓要素来代替实际轮廓要素，测 得轮廓要素亦称提取组成要素。
设计方面：可以最大限度地采用标准件、
通用件，简化设计绘图和计算工作，从而缩短 设计周期，并有利于计算机辅助设计和产品的 多样化。
制造方面：有利于组织专业化生产，便于
采用先进工艺和高效率的专用设备，从而降低 加工成本，并能够实现流水线装配甚至在自动 线上进行装配。
使用维修方面：及时更换损坏的零部件，
减少了机器维修的时间和费用，提高了机器的 使用效率，保持生产的连续性。
精度设计的方法主要有：类比法、计算法和试 验法三种。
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1.2 几何精度基础知识
1.2.4 互换性与公差
1．互换性：一批相同规格的零部件， 物任理参取数其互换一：，规不定材经料任的何机械挑性选能和、化修学配、就能装在 电机学等器参上数，的极并限能以满达到足互其换性使。用要求的特性 。
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1.2 几何精度基础知识
1.2.3 几何精度设计的主要方法
几何精度设计的原始依据是产品的技术要求。 因此，首先应调查、分析、提出产品的技术要 求。在明确产品的使用功能、使用环境、批量 等因素后，然后才可以开始几何精度设计。
精度设计时，首先需要确定产品整机的精度， 随后确定部件的精度，最后确定零件的精度。
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1.1 几何误差基础知识
1.1.3 几何误差对使用功能的影响
在相同型号的一批产品中，零部件的几何特性 设计是相同的，但是其成品质量差异很大，部 分原因是由于产品零部件在制造、装配过程中 存在的几何误差所造成的。
测绘仿制产品无法具备原型产品的性能和使用 寿命，其关键原因也是在测绘仿制过程中，虽 然能够得到原型产品的原理、结构等信息，但 是无法得到原型产品的精度设计信息（几何误 差允许范围）。