基-础-篇--第一章--绪论

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基础篇第1章绪论1.1“极限配合与测量技术”课程的特点与任务1.1.1“极限配合与测量技术”课程的特点“极限配合与测量技术”课程是中等职业学校机械类和仪器仪表类相关专业的一门重要技术基础课，它与机械设计、机械制造等专业课有着密切的联系。任何机械产品的设计，总是包括运动链的设计、强度链的设计和精度链的设计。运动链的设计，主要是确定适当的机构和运动副，以便实现预定的动作，完成该产品要完成的工作，这方面的知识属于“机械原理”课程的内容；

1强度链的设计，主要是确定零件的材料和尺寸，使之在完成它所承担的工作时，不致遭到破坏和严重变形，保证工作的稳定性和一定的使用寿命，这方面的知识属于“机械零件”课程的内容；精度链的设计，主要是根据装配组件中零件与零件（或组件与组件）之间的相互位置关系和零件的功能要求，恰如其分地给出零件的尺寸公差、形状公差、位置公差和表面粗糙度数值，以便将零件的制造误差限制在一定的范围之内，使机械产品装配后能保证正常的工作，这正是本课程要研究的问题。机器或仪器仪表的精度是决定整台机器或仪器仪表质量的重要因素。实践证明，相同结构、相同材料的机器或仪器仪表，倘若精度不同，它们的质量会相差很大。

2另外，机械零件加工后是否符合精度要求，只有通过检测才能知道，所以检测是精度要求的技术保证，也是本课程所要研究的另一个重要问题。测试能力是在校学生应具备的基本技能之一，测试技能也是每个工程技术人员从事生产和科研工作的基本能力之一。零件的精度确定以后，就必须有相应的工艺措施来保证，所以本课程又是学习“机械制造工艺学”等专业课的必备基础。

31.2.1互换性的含义1．互换性的含义在制造业中，互换性是指制成的同一规格的一批零件或部件，不需做任何挑选、调整或修配（如钳工修理），就能进行装配，并能满足机械产品使用性能要求的一种特性，即同规格零部件可以相互替换的性能。2．互换性的作用（1）从设计看，按照互换性要求设计产品，最适合选用具有互换性的标准零部件、通用件，使设计、计算和制图等工作大为简化，且便于计算机辅助设计，缩短设计周期，加速产品更新换代。

4（2）从制造看，按互换性原则组织生产，各个工件可同时分别加工，实现专业化协调生产，便于用计算机辅助制造，以提高产品质量和生产率，降低制造成本。（3）从装配看，由于零部件具有互换性，可提高装配质量，缩短装配周期，便于实现装配自动化，提高装配效率。（4）从使用看，由于具有互换性，若零部件坏了，可方便地用备件替换，既缩短维修时间，又能保证维修质量，从而可提高机器的利用率，延长机器的使用寿命。

53．具有互换性的条件显然，互换性应同时具备两个条件：第一，不需挑选、不经修理就能进行装配；第二，装配以后能满足使用要求。但是，零件在加工过程中不可避免地要产生误差，而且这些误差可能会影响到零件的使用性能。如何解决这个问题呢？实践证明，只要将这些误差控制在一定范围内，即按“公差”来制造，仍能满足零件使用功能的要求，也就是说仍可以保证零件的互换性要求。所以要使零件具有互换性，就必须保证零件几何参数的准确性。

61.2.2互换性的种类（1）在机械制造中的互换性，可分为广义互换性和狭义互换性。①广义互换性。②狭义互换性。狭义互换性是指机器的零部件只满足几何参数方面的要求，如尺寸、形状、位置和表面粗糙度的要求。根据本课程的内容要求，本书只研究几何参数方面的互换性。广义互换性是指机器的零件在各种性能方面都达到了使用要求。如几何参数的精度、强度、刚度、硬度、使用寿命、抗腐蚀性、热变形和电导性等都能满足机械的功能要求。

7（2）互换性按其程度又可分为完全互换性（绝对互换性）和不完全互换性（有限互换性）。①完全互换性。②不完全互换性。不完全互换性也称有限互换性，是指当零（部）件在装配前，允许有附加的选择；装配时允许有附加的调整但不允许修配；装配后能满足预定使用要求。完全互换性也称绝对互换性，是指当零（部）件在装配或更换前，不做任何选择；装配或更换时，不做调整或修配；装配或更换后，能满足预定使用要求。例如，螺栓、圆柱销等标准件的装配。

8例如，当装配精度要求很高时，若采用完全互换将使相配零件的尺寸公差很小，这将导致加工困难，成本提高，甚至无法加工。为此，生产中往往把零件的尺寸公差适当放大，以便加工。分组装配法即属不完全互换性。为此，上述两种互换性的使用场合不同，一般来说，不完全互换性常用于部件或机械制造厂内部的装配。至于厂际协作，往往要求完全互换性。例如，滚动轴承内、外圈滚道直径与滚珠直径的配合，由于精度要求高，加工困难，采用分组装配，所以是不完全互换性；滚动轴承内圈内径与轴的配合，外圈外径与轴承座孔的配合，为完全互换性。中往往把零件的尺寸公差适当放大，以便加工。然后，按对应组进行装配，这样既保证了装配精度的要求，又解决了零件的加工困难。而在加工后再根据实测尺寸的大小，将制成的相配零件各分成若干组，使同组的尺寸差别比较小。此时，仅组内零件可以互换，组与组之间不可互换，故称不完全互换性。

91.3精度要求与加工误差的评定机械产品除具有互换性要求外，还有精度要求，这项要求同样是机械产品的基本要求之一。1.3.1精度及精度要求在机械产品中，几何精度通常简称为精度，它是指零部件的实际几何形体与理想几何形体相接近的程度，包括尺寸、形状及相互位置的精度。零件的几何形体是通过加工后得到的。在实际生产中，任何加工方法都无法将零件制造得绝对准确，总是存在加工误差。精度要求得越高，则加工误差应越小。

10各类机械产品对精度的要求是不同的。例如，车间用的精度最低的630mm×400mm的划线平台，工作面的平面度误差要求不大于0.07mm；而0级千分尺测砧平面的平面度误差则要求不大于0.6μm；直径为100mm的轴，按中等精度要求，尺寸误差不大于0.035mm，高精度要求时，尺寸误差不大于0.015mm。随着科学技术的发展和生产水平的提高，对产品几何精度的要求也越来越高。例如，用于精密配合的100mm的轴，尺寸误差不大于0.006mm；而10mm的00级量块的尺寸误差则不大于0.00012mm；大规模集成电路，要在1mm2的硅片上集成数以万计的元件，其上的线条宽度约为1μm，允许的几何误差仅为0.05μm。

11由此可见，要保证零部件及产品的精度要求，必须将加工误差限制在一定的范围，并应在零件加工后给予正确的评定。1.3.2加工误差的限制与评定机械加工的零件总是存在各种误差，由于产品的精度要求不同，允许其误差的大小也不同。同时，为了满足互换性的要求，也应使同一规格零部件的几何参数接近一致，即必须限制加工误差的大小。对于加工误差的限制与评定，主要从以下两方面进行。

121．公差公差是限定零件加工误差范围的几何量，是保证互换性生产的一项基本的技术措施。因此，对有互换性和精度要求的零件，就可以用公差来控制其加工误差，以满足互换性和精度的要求。另外，零件的尺寸大小一定时，给定的公差值越小，精度就越高，但随之而来的是加工越困难。所以设计者不能任意规定公差值，必须按国家标准选取公差数值。2．检测检测即检验和测量，是将被测几何参数与单位量值进行比较或判断的过程，由此确定被测几何参数是否在给定的极限范围之内。

13零件在加工中或加工后是否达到了要求，其误差是否在给定的公差范围内，这些都需要按一定的标准进行正确的检验和测量，因此检测是保证互换性生产的又一基本措施。所以应从保证产品质量和考虑经济性这两方面综合加以解决，并制订和贯彻统一的检测标准。1.4标准化与优先数系标准化是指制订标准和贯彻标准以促进经济全面发展的全部活动过程。要实现互换性生产，就要求广泛的标准化。一切标准都是标准化活动的结果，而标准化的目的，又是通过制订标准来体现的，所以制订标准和修订标准是标准化的基本任务。

141.4.1标准1．标准的含义标准是指对重复性事物和概念所做的统一规定。它以科学、技术和实践经验的综合成果为基础，经有关部门协调一致，由主管部门批准，以特定的形式发布，作为共同遵守的准则和依据。我国现已颁布实施的《标准化法》规定，作为强制性的各级标准，一经发布必须遵守，否则就是违法。2．标准的分类根据不同的适用范围，我国的标准分为国家标准、行业标准、地方标准和企业标准4个层次。

15（1）国家标准（代号GB）是由国务院标准化行政主管部门制订，在全国范围内统一的技术要求。主要包括：有关通用的名词术语、公差配合等基础标准；基本原料、材料标准；通用的零部件、元器件、构件、配件和工具、量具标准；通用的试验方法和检验方法的标准；有关安全、卫生和环境保护的标准等几方面。

16（2）行业标准（代号ZB）是对那些没有国家标准而又需要在全国某个行业范围内统一的技术要求所制订的标准。如机械标准（JB）、冶金标准（YB）、石油标准（SY）、轻工标准（QB）和邮电标准（YD）等。在公布国家标准之后，该行业标准即行废止。（3）地方标准（代号DB）是对没有国家标准和行业标准而又需要在省、自治区、直辖市范围内统一的工业产品的安全、卫生要求等所制定的标准。在公布了相应的国家标准或行业标准之后，该项地方标准即行废止。

17（4）企业标准是对没有国家标准、行业标准和地方标准的产品，可制定企业标准，作为组织生产的依据。对已有国家标准或行业标准的，国家鼓励企业制订严于国家标准或行业标准的企业标准，在企业内部适用，有利于提高产品的质量。1.4.2标准化标准化是指在经济、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，以获得最佳秩序和社会效益的有组织的活动过程。

18标准与标准化虽然是两个不同的概念，但又有着不可分割的联系。没有标准，也就没有标准化；反之没有标准化，标准也就失去了存在的意义。目前标准化已渗透到社会的各个方面，通过制订、发布和实施的手段，使标准达到统一，可以获得最佳秩序（如最佳的生产秩序、工作秩序等）和最佳社会效益（如最大限度地减少不必要的劳动消耗，增加社会生产力）。显然，标准化的意义在于积极地推动社会的进步和生产的发展，其作用是很重要的。

191.4.3优先数和优先数系在生产中，为了满足用户不同的需求，产品必然出现不同的规格，有时，同一产品的同一参数也要从小到大取不同的数值。这些数值的选取，直接影响到加工过程中的刀具、夹具、量具等规格数量。例如，键的尺寸确定后，键槽的尺寸也就随之确定，继而加工键槽的刀具和量具的尺寸也应当与之对应。可见产品的参数值不能无级变化，否则会使产品、刀具、量具和夹具的规格品种繁多，导致标准化的实施、生产管理、设备维修以及部门间的协作等多方面的困难。

20为了便于组织互换性生产和协作、配套及维修，合理解决要求产品多样化的用户同只生产单一品种的生产者之间的矛盾，就需要对各种技术参数的数值进行简化和优选，最后统一为合理的标准数系，以便使设计者优先选用数系中的数值，使设计工作从一开始就纳入标准化的轨道。这个标准的数系就是优先数系，它可以使工程上采用的各项参数指标分档合理，并能使生产部门以较少的品种和规格，经济合理地满足用户对各种规格产品的需求。优先数系是国际上统一的数值分级制度，是一个重要的基础标准。我国也采用这种制度。优先数系是一种十进制的等比数列。所谓十进，是要求在数系中包括1，10，100，…，和0.1，0.01，…，(n为正整数）。

21所谓等比，是按一定的公比形成的数列。每后一项的数值相对于前一项数值的增长率（后项减前项的差值与前项之比的百分比）是相等的，它符合分级均匀的需要。即优先数系是由公比为、、、、，例如，数列中1^10，10^100，100^1 000等称为十进段。每个十进段中的项数都是相等的，相邻段对应项值只是扩大到10倍或缩小到1/10。这种性质有利于简化工程设计。各数列分别用符号R5、R10、R20、R40、R80表示，分别称为R5系列、R10系列、R20系列、R40系列和R80系列，即且项值中含有10的整数幂的理论等比数列导出的一组近似等比的数列。

22R5系列是以≈1.60为公比形成的数系；R10系列是以≈1.25为公比形成的数系；R20系列是以≈1.12为公比形成的数系；R40系列是以≈1.06为公比形成的数系；R80系列是以≈1.03为公比形成的数系。前4个系列在优先数系中为基本系列，R80为补充系列。当参数要求分级很细，基本系列不能满足需要时才采用补充系列。在标准中所列的每个数系的数值都已进行了圆整，在选择数值系列时应优先按标准确定。

23R5R10R20R40R5R10R20R40R5R10R20R401.001.001.001.002.242.245.005.005.001.062.365.301.121.122.502.502.502.505.605.601.182.656.001.251.251.252.802.806.306.306.306.301.323.006.701.401.403.153.153.157.107.101.503.357.501.601.601.601.603.553.558.008.008.001.703.158.501.801.804.004.004.004.009.009.001.904.2510.0010.0010.0010.002.002.002.004.504.502.124.75优先数系的基本系列如表1.1所示。表1.1优先数基本系列

24表1.1中只给出了（1，10）区间的优先数，对大于10和小于1的优先数，均可用10的整数幂（10、100、1 000…或0.1、0.01、0.001…）乘以表1.1中的优先数求得。为了满足生产的需要，有时需要采用派生系列，以Rr/p表示，r代表5、10、20、40、80。例如，R10/3系列中，r为10，p为3，其含意为从R10系列中的某一项开始，每隔3项取一数值，若从1开始，就可得到1、2、4、8…数系，若从1.25开始，就可得到1.25、2.5、5、10…数系。