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第一章 緒論ffice ffice" /> ! O6 A" e1 E; q1 C, h
本章重點(diǎn)：互換性、標(biāo)準(zhǔn)化與優(yōu)先數(shù)系的概念 . t: u5 X% Y) Q T/ E
目的：掌握零件互換性的基本概念；
' e8 k- \9 {/ H! w1 F5 M6 j. a 了解機(jī)械精度設(shè)計(jì)的原則方法。
/ ]# }* D1 H3 p+ f# o4 e6 i重點(diǎn)：零件互換性的基本概念
2 W% ?/ J# J6 V$ r# d' p3 Z$ p難點(diǎn)：零件互換性的基本概念
. r, z. E7 U- H2 L2 C3 B D9 [參考資料：GB/T3935.1-1996 標(biāo)準(zhǔn)化和有關(guān)領(lǐng)域的通用術(shù)語(yǔ) 第一部分：基本術(shù)語(yǔ).北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社,1996
- F+ D/ q W [& q3 D- j) F! f* L# Q GB/T321-1980優(yōu)先數(shù)和優(yōu)先數(shù)系.北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社,1981 ( p$ F. E1 e2 d9 L
測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)及互換性概述:
; o( {% o6 Q* T8 K: c7 |" k, @ 任何一臺(tái)機(jī)器的設(shè)計(jì)，除了運(yùn)動(dòng)分析、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、強(qiáng)度、剛度計(jì)算外，還要進(jìn)行精度設(shè)計(jì)。研究機(jī)器的精度時(shí)，要處理好機(jī)器的使用要求與制造工藝的矛盾。解決的方法是規(guī)定合理的公差，并用檢測(cè)手段保證其貫徹實(shí)施。由此可見(jiàn)，“公差”在生產(chǎn)中是非常重要的。 4 g7 C. G) P9 p0 R
公差是一門專業(yè)基礎(chǔ)課，要求：
" R; d9 Y0 ?' U: v （1） 掌握有關(guān)公差、測(cè)量的基本概念、基本理論、術(shù)語(yǔ)、定義；
: w- p g* I0 {- @ （2） 培養(yǎng)公差設(shè)計(jì)及精度檢測(cè)的基本能力；
% C$ J) B. m5 T0 n- Q- U" ` （3） 學(xué)會(huì)查工具書(shū)，如手冊(cè)、標(biāo)準(zhǔn)等。
9 [$ e' m- D f7 ?一. 互換性概述
7 @5 T, f# M4 m" d% J* ^1、什么叫互換性 ' c0 i0 o7 n; J
舉例：組成現(xiàn)代技術(shù)裝置和日用機(jī)電產(chǎn)品的各種零件，如電燈泡、自行車、手表、縫紉機(jī)上的零件、一批規(guī)格為M10-6H的螺母與M10-69螺栓的自由旋合。在現(xiàn)代化生產(chǎn)中，一般應(yīng)遵守互換性原則。 : \! z( z* S* \% J
（1）定義：在制成的同一規(guī)格的一批零件中，不需任何挑選或附加加修配或再調(diào)整，就可裝上機(jī)器（或部件）上，而且達(dá)到規(guī)定的使用性能要求，具有上述要求的零部件稱為具有互換性的零部件。
5 {" V3 S8 n8 q# U9 ` （2）互換性包括：
0 T* S, ~" `& \9 _. _7 G. d2 A8 k, L 幾何參數(shù)、機(jī)械性能和理化性能方面的互換性。 - n5 ^7 d( E6 S5 f
幾何量誤差（尺寸、形狀、位置、表面微觀形狀誤差）。
3 j4 T* x# M. A" j) R( \ （3）互換性分類：
1 N# u6 v0 O% r9 C3 K) m A、完全互換性 ) T* b/ V. U* f! }) ]# B
特點(diǎn)：不限定互換范圍，以零部件裝配或更換時(shí)不需要挑選或修配為條件。如日常生活中所用電燈泡。
9 T3 |0 g' J1 q B、不完全互換性（也稱有限互換）
( K1 j; m# M! r: i, c 特點(diǎn)：因特殊原因，只允許零件在一定范圍內(nèi)互換。如機(jī)器上某部位精度愈高，相配零件精度要求就愈高，加工困難，制造成本高，為此，生產(chǎn)中往往把零件的精度適當(dāng)降低，以便于制造，然后再根據(jù)實(shí)測(cè)尺寸的大小，將制成的相配零件分成若干組，使每組內(nèi)的尺寸差別比較小，最后，再把相應(yīng)的零件進(jìn)行裝配。除此分組互換法外，還有修配法、調(diào)整法。主要適用于小批量和單件生產(chǎn)。
E. y8 Z6 j; K) o/ n( v2、怎樣才能使零件具有互換性 $ e8 g, h0 O1 D4 O. w) F
若制成的一批零件實(shí)際尺寸數(shù)值=理論值。即這些零件完全相同，雖具有互換性，但在生產(chǎn)上不可能，且沒(méi)有必要。而只要求制成零件的實(shí)際參數(shù)值變動(dòng)不大，保證零件充分近似即可。 4 b! r- }4 M/ M, j/ [! ~# j* _
要使零件具有互換性，就應(yīng)按“公差”制造。
( `( F) S8 {1 M5 i0 j 公差：實(shí)際參數(shù)允許的最大變動(dòng)量。
_. J" o* r: T# Z3、互換性在機(jī)械制造中有什么作用
& T, s/ ^2 F7 x9 r$ {* Y/ ?+ e （1）在設(shè)計(jì)方面，有利于最大限度采用標(biāo)準(zhǔn)件、通用件和標(biāo)準(zhǔn)件，大大簡(jiǎn)化繪圖和計(jì)算工作，縮短設(shè)計(jì)周期。便于計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)CAD。
8 h& U9 c+ R0 ?5 J! e. T* @ （2）在制造方面，有利于組織專業(yè)化生產(chǎn)，采用先進(jìn)工藝和高效率的專用設(shè)備，提高生產(chǎn)效率。
5 h0 F& {9 W7 S: C% n1 g: z( d （3）在使用、維修方面，可以減少機(jī)器的維修時(shí)間和費(fèi)用，保證機(jī)器能連續(xù)持久的運(yùn)轉(zhuǎn)。提高了機(jī)器的使用壽命。 5 h. R" @7 p' H( ]
總之，互換性在提高產(chǎn)品質(zhì)量和可靠性、提高經(jīng)濟(jì)效益等方面均具有重大意義。互換性生產(chǎn)對(duì)我國(guó)社會(huì)主義現(xiàn)代化建設(shè)具有十分重要的意義。 " W4 e, w; L0 b
應(yīng)當(dāng)指出，互換性原則不是在任何情況下都適用。有時(shí)，只有采取單個(gè)配置才符合經(jīng)濟(jì)原則，這時(shí)零件雖不能互換，但也存在公差與檢測(cè)要求。
& l. n6 Z7 {8 M. P) C+ J% P二. 標(biāo)準(zhǔn)化與優(yōu)先數(shù)系
# H" J; V; q5 P2 u' \ 現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)的特點(diǎn)是規(guī)模大，協(xié)作單位多，互換性要求高，為了正確協(xié)調(diào)各生產(chǎn)部門和準(zhǔn)確銜接各生產(chǎn)環(huán)節(jié)，必須有一種協(xié)調(diào)手段，使分散的局部的生產(chǎn)部門和生產(chǎn)環(huán)節(jié)保持必要的技術(shù)統(tǒng)一。成為一個(gè)有機(jī)的整體，以實(shí)現(xiàn)互換性生產(chǎn)。（標(biāo)準(zhǔn)制定的必要性 ）
% H4 ?$ [/ |" ?% A1 Q3 i 標(biāo)準(zhǔn)與標(biāo)準(zhǔn)化正是聯(lián)系這種關(guān)系的主要途徑和手段，是實(shí)現(xiàn)互換性的基礎(chǔ)。
! d& v# A9 n" ]( m1、標(biāo)準(zhǔn)化
' ^* n+ |" k V, f: ~ A、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)：對(duì)產(chǎn)品和工程建設(shè)質(zhì)量、規(guī)格及檢驗(yàn)方面所作的技術(shù)規(guī)定。
4 Q' W: K% w, V, M 我國(guó)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)分三級(jí)：國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)（GB）、部門標(biāo)準(zhǔn)（專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，如JB）、企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。
# G$ {) ^: E/ L" A B、公差標(biāo)準(zhǔn)：對(duì)零件的公差和相互配合所制訂的標(biāo)準(zhǔn)。 * A G0 t! n- w% e6 T n( n
2、加工誤差和公差 + `+ o& L- t% `) e0 i
（1）加工誤差：加工過(guò)程中產(chǎn)生的尺寸、幾何形狀和相互位置誤差。 ) U3 r( U" A' y e
（2）公差：由設(shè)計(jì)人員給定的允許零件的最大誤差。 . |; S# O! k F: Z) B: f; ^9 [
3、優(yōu)先數(shù)和優(yōu)先數(shù)系 ( ~1 }/ g+ v/ q; V
（1）數(shù)值標(biāo)準(zhǔn)化 (數(shù)值標(biāo)準(zhǔn)化的必要性)
9 t8 n9 y; p# L( p 制定公差標(biāo)準(zhǔn)以及設(shè)計(jì)零件的結(jié)構(gòu)參數(shù)時(shí)，都需要通過(guò)數(shù)值表示。任何產(chǎn)品的參數(shù)值不僅與自身的技術(shù)特性有關(guān)，還直接、間接地影響與其配套系列產(chǎn)品的參數(shù)值。如：螺母直徑數(shù)值，影響并決定螺釘直徑數(shù)值以及絲錐、螺紋塞規(guī)、鉆頭等系列產(chǎn)品的直徑數(shù)值。由于參數(shù)值間的關(guān)聯(lián)產(chǎn)生的擴(kuò)散稱為“數(shù)值擴(kuò)散”。
+ F( n) d( c0 a. ~- [ 為滿足不同的需求，產(chǎn)品必然出現(xiàn)不同的規(guī)格，形成系列產(chǎn)品。產(chǎn)品數(shù)值的雜亂無(wú)章會(huì)給組織生產(chǎn)、協(xié)作配套、使用維修帶來(lái)困難。故需對(duì)數(shù)值進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化。 * Q/ J6 X2 v6 v) ] `
（2）優(yōu)先數(shù)系
4 ]( i* n$ n5 G, b7 m 優(yōu)先數(shù)系是一種十進(jìn)制的幾何級(jí)數(shù)。我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)GB/T 321-1980與國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO推薦系列符號(hào)R5、R10、R20、R40、R80系列，前四項(xiàng)為基本系列, R80為補(bǔ)充系列。其公比為：
, z7 l" N* U/ fR5系列 q5≈1.6 R10系列 q10≈1.25
5 ~0 M' s% }8 U' b) J e$ \R20系列 q20≈1.12 R40系列 q40≈1.06 0 f; l/ i) }, ~7 k c* U
R80系列 q80≈1.03
: S* O w9 m) @8 Z& f4、幾何量的測(cè)量 0 n" z! ?3 V0 c6 |2 n7 t7 N1 r
有了先進(jìn)的公差標(biāo)準(zhǔn)，還必須有相應(yīng)的技術(shù)測(cè)量措施。技術(shù)測(cè)量研究的問(wèn)題： ; A& _& e5 b. @0 A
（1）統(tǒng)一計(jì)量單位：用什么單位計(jì)量；量值的傳遞。 * e; X# |2 M8 i( g- L
（2）研究測(cè)試?yán)碚摚褐贫ㄓ?jì)量標(biāo)準(zhǔn)、設(shè)計(jì)計(jì)量器具、培訓(xùn)計(jì)量人員。
, l$ ?" D% v# ~" ?( z+ b三、機(jī)械精度設(shè)計(jì)概述
; ? H2 o$ A }4 W 一般地,在機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計(jì)過(guò)程中，需要進(jìn)行以下三方面的分析計(jì)算： ' j# l- G w5 T8 p9 t" m3 ]
（1）運(yùn)動(dòng)分析與計(jì)算。根據(jù)機(jī)器或機(jī)構(gòu)應(yīng)實(shí)現(xiàn)的運(yùn)動(dòng)，由運(yùn)動(dòng)學(xué)原理，確定機(jī)器或機(jī)構(gòu)的合理的傳動(dòng)系統(tǒng)，選擇合適的機(jī)構(gòu)或元件，以保證實(shí)現(xiàn)預(yù)定的動(dòng)作，滿足機(jī)器或機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)方面的要求。 & A3 p6 P9 r0 ^; o: N/ G
（2）強(qiáng)度的分析與計(jì)算。根據(jù)強(qiáng)度、剛度等方面的要求，決定各個(gè)零件的合理的基本尺寸，進(jìn)行合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，使其在工作時(shí)能承受規(guī)定的負(fù)荷，達(dá)到強(qiáng)度和剛度方面的要求。 & ]8 Z$ g2 c1 d$ Z. c2 D& P6 A
（3）幾何精度的分析與計(jì)算。零件基本尺寸確定后，還需要進(jìn)行精度計(jì)算，以決定產(chǎn)品各個(gè)部件的裝配精度以及零件的幾何參數(shù)和公差。
; R" X% }+ @1 \' v) }. Z0 x0 E 需要指出的是，以上三個(gè)方面，在設(shè)計(jì)過(guò)程中，是缺一不可的。本書(shū)主要討論的是機(jī)械精度的分析與計(jì)算。 . c6 y, ~- \. f s8 U- H
機(jī)器精度的分析與計(jì)算是多方面的，但歸結(jié)起來(lái)，設(shè)計(jì)人員總是要根據(jù)給定的整機(jī)精度，最終確定出各個(gè)組成零件的精度，如尺寸公差，形狀和位置公差，以及表面粗糙度參數(shù)值。但是，根據(jù)上述設(shè)計(jì)精度制造出的零件，裝配成機(jī)器或機(jī)構(gòu)后，還不一定能達(dá)到給定的精度要求。因?yàn)闄C(jī)器在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，其所處的環(huán)境條件（如電壓、氣溫、濕度、振動(dòng)等等）及所受的負(fù)荷都可能發(fā)生變化，造成相關(guān)零件的尺寸發(fā)生變化；或者相對(duì)運(yùn)動(dòng)的零件耦合后，其幾何精度在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中也能發(fā)生改變。為此，除分析計(jì)算機(jī)器靜態(tài)的精度問(wèn)題之外，還必須分析在運(yùn)動(dòng)情況下，零件及機(jī)器的精度問(wèn)題。而且由于現(xiàn)代機(jī)械產(chǎn)品正朝著機(jī)光電一體化的方向發(fā)展，這樣的產(chǎn)品，其精度問(wèn)題已不再是單純的尺寸誤差、形狀和位置誤差等幾何量精度問(wèn)題，而是還包括光學(xué)量、電學(xué)量等及其誤差在內(nèi)的多量綱精度問(wèn)題，其分析與計(jì)算與傳統(tǒng)的幾何量精度分析更為復(fù)雜和困難。
4 W! C+ ?2 M6 _ c四、幾何精度設(shè)計(jì)的主要方法
5 x$ u5 i0 l) n0 _2 h& ]) r 幾何精度設(shè)計(jì)的方法主要有：類比法、計(jì)算法和試驗(yàn)法三種。 " b8 {8 \% L8 a8 \
1）類比法 0 h! K! l; Y/ V/ t
類比法就是與經(jīng)過(guò)實(shí)際使用證明合理的類似產(chǎn)品上的相應(yīng)要素相比較，確定所設(shè)計(jì)零件幾何要素的精度。
6 h: p: v6 r" s8 f. p 采用類比法進(jìn)行精度設(shè)計(jì)時(shí)，必須正確選擇類比產(chǎn)品，分析它與所設(shè)計(jì)產(chǎn)品在使用條件和功能要求等方面的異同，并考慮到實(shí)際生產(chǎn)條件、制造技術(shù)的發(fā)展、市場(chǎng)供求信息等多種因素。 . c3 d5 d- x/ M% Q
采用類比法進(jìn)行精度設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)是資料的收集、分析與整理。 ) t5 ?1 E. j( @% B1 [+ e
類比法是大多數(shù)零件要素精度設(shè)計(jì)采用的方法。類比法亦稱經(jīng)驗(yàn)法。
% Y, @& p$ |! I 2）計(jì)算法 Y1 x: {$ N0 e8 X( `
計(jì)算法就是根據(jù)由某種理論建立起來(lái)的功能要求與幾何要素公差之間的定量關(guān)系，計(jì)算確定零件要素的精度。 . c9 Y/ w! }0 r+ w% q3 b# S( i
例如：根據(jù)液體潤(rùn)滑理論計(jì)算確定滑動(dòng)軸承的最小間隙；根據(jù)彈性變形理論計(jì)算確定圓柱結(jié)合的過(guò)盈；根據(jù)機(jī)構(gòu)精度理論和概率設(shè)計(jì)方法計(jì)算確定傳動(dòng)系統(tǒng)中各傳動(dòng)件的精度等。 0 Z. [: D- G# L9 V# r& v, o
目前，用計(jì)算法確定零件幾何要素的精度，只適用于某些特定的場(chǎng)合。而且，用計(jì)算法得到的公差，往往還需要根據(jù)多種因素進(jìn)行調(diào)整。 ! T8 T [8 s. u% L
3）試驗(yàn)法
: _! N* d* R3 D, ?1 i3 Y 試驗(yàn)法就是先根據(jù)一定條件，初步確定零件要素的精度，并按此進(jìn)行試制。再將試制產(chǎn)品在規(guī)定的使用條件下運(yùn)轉(zhuǎn)，同時(shí)，對(duì)其各項(xiàng)技術(shù)性能指標(biāo)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并與預(yù)定的功能要求相比較，根據(jù)比較結(jié)果再對(duì)原設(shè)計(jì)進(jìn)行確認(rèn)或修改。經(jīng)過(guò)反復(fù)試驗(yàn)和修改，就可以最終確定滿足功能要求的合理設(shè)計(jì)。 , l+ r' C% b! y- H
試驗(yàn)法的設(shè)計(jì)周期較長(zhǎng)且費(fèi)用較高，因此主要用于新產(chǎn)品設(shè)計(jì)中個(gè)別重要要素的精度設(shè)計(jì)。
' d% K& z9 k+ N( I 迄今為止，幾何精度設(shè)計(jì)仍處于以經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)為主的階段。大多數(shù)要素的幾何精度都是采用類比的方法憑實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)確定的。 1 N: M) [* [/ g8 r9 }$ g
計(jì)算機(jī)科學(xué)的興起與發(fā)展為機(jī)械設(shè)計(jì)提供了先進(jìn)的手段和工具。但是，在計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）的領(lǐng)域中，計(jì)算機(jī)輔助公差設(shè)計(jì)（CAT）的研究還剛剛開(kāi)始。其中，不僅需要建立和完善精度設(shè)計(jì)的理論與精確設(shè)計(jì)的方法，而且要建立具有實(shí)用價(jià)值和先進(jìn)水平的數(shù)據(jù)庫(kù)以及相應(yīng)的軟件系統(tǒng)。只有這樣才可能使計(jì)算機(jī)輔助公差設(shè)計(jì)進(jìn)入實(shí)用化的階段。 | 
發(fā)表于 2006-9-25 21:47:06
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