互換性與技術(shù)測量

前言

時光荏苒，從一個工科學(xué)生到走出大學(xué)校門，進(jìn)而走上教師的講臺一直到今天，我從事“互換性與技術(shù)測量”課程的教學(xué)工作已經(jīng)二十多年了。社會環(huán)境、學(xué)生的求知環(huán)境和工作環(huán)境變化萬千，因此很想將自己的教學(xué)體會總結(jié)出來，承蒙電子工業(yè)出版社的邀請，隨即團(tuán)結(jié)幾位也是長期從事該門課程教學(xué)的老師，經(jīng)過一年多的協(xié)作，完成了本書的編寫工作。“互換性與技術(shù)測量”是一門機(jī)械類各專業(yè)均需開設(shè)的技術(shù)基礎(chǔ)課，是工程技術(shù)人員在進(jìn)行機(jī)電產(chǎn)品設(shè)計時，必須要熟練掌握的基本理論和基本技能。從工科學(xué)生的培養(yǎng)體系來看，“高等數(shù)學(xué)”、“理論力學(xué)”、“機(jī)械制圖”等課程重點(diǎn)訓(xùn)練了學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)倪壿嬎季S和作為工程師一絲不茍的工作作風(fēng)。然而，在未來的工作中，所遇到的問題不可能都是可以準(zhǔn)確求解的問題。因此，“互換性與技術(shù)測量”起著從設(shè)計課程過渡到專業(yè)課程的橋梁和紐帶作用。也就是說，從這門課程開始，要逐步灌輸學(xué)生工程思維的方法：現(xiàn)實(shí)世界中的工程問題一般都沒有最優(yōu)解，而只是在誤差可以接受的范圍內(nèi)，用最經(jīng)濟(jì)和高效率的方法去尋求近似解，從而解決工程問題?！盎Q性與技術(shù)測量”課程以國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)為依據(jù)，但是決不能將這一課程僅僅理解為宣傳貫徹標(biāo)準(zhǔn)。一方面因?yàn)槊扛魩啄觌S著技術(shù)進(jìn)步，標(biāo)準(zhǔn)一定會不同程度地被修訂，甚至由新標(biāo)準(zhǔn)全面替代某些舊標(biāo)準(zhǔn)；另一方面由于地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和生產(chǎn)設(shè)備及工藝水平的巨大差異，國家標(biāo)準(zhǔn)在其制定、推薦使用、強(qiáng)制使用和由新的國家標(biāo)準(zhǔn)取代的過程中，其進(jìn)程在時序上有很大差異。學(xué)生在校學(xué)習(xí)和畢業(yè)后工作的幾年內(nèi)很可能遇到標(biāo)準(zhǔn)的更迭，如果不能學(xué)習(xí)標(biāo)準(zhǔn)制定的本質(zhì)思想，是很難適應(yīng)未來的實(shí)際工作的。所以，學(xué)習(xí)過程不能僅僅停留在對國家標(biāo)準(zhǔn)表格查用的水平，而是要理解制定該標(biāo)準(zhǔn)的本質(zhì)意圖和未來可能的發(fā)展趨勢。要幫助學(xué)生正確理解設(shè)計和標(biāo)準(zhǔn)的辯證關(guān)系，一方面標(biāo)準(zhǔn)源于優(yōu)秀設(shè)計師為了提高設(shè)計質(zhì)量和傳達(dá)設(shè)計意圖，所提出的對幾何特征的要求和檢驗(yàn)準(zhǔn)則，例如公差原則分為獨(dú)立原則和相關(guān)原則，而相關(guān)原則又發(fā)展出包容要求、最大實(shí)體要求、最小實(shí)體要求，進(jìn)一步又提出可逆性要求；另一方面標(biāo)準(zhǔn)引導(dǎo)設(shè)計，促進(jìn)互換性生產(chǎn)，提高社會生產(chǎn)率。在機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計過程中，一般要進(jìn)行三方面的計算：運(yùn)動分析與計算、強(qiáng)度和剛度的分析與計算、幾何精度的分析與計算，其中幾何精度的分析與計算就是機(jī)械系統(tǒng)的精度設(shè)計。精度設(shè)計的優(yōu)劣直接決定產(chǎn)品的功能、可靠性和產(chǎn)品整個生命周期的綜合效益。機(jī)械產(chǎn)品的精度設(shè)計是機(jī)械設(shè)計與制造中的重要環(huán)節(jié)，尺寸精度是機(jī)械零件基本幾何精度的主體，形狀和位置精度是基本幾何精度的重要組成部分。機(jī)器的幾何精度的分析與計算是多方面的，但歸結(jié)起來，設(shè)計人員總是要根據(jù)給定的整機(jī)精度，最終確定出各個組成零件的精度，如尺寸公差、形狀和位置公差，以及表面粗糙度等參數(shù)值。通常，精度影響產(chǎn)品性能的各個方面，諸如噪聲水平、運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)性、加工經(jīng)濟(jì)性、外觀宜人性等。精度設(shè)計的正確性與合理性，對產(chǎn)品的使用性能和制造成本，對企業(yè)生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益都有著重要的影響，有時甚至起著決定作用。精度提高必然帶來產(chǎn)品成本費(fèi)用的提高，現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)中是以滿足功能要求且考慮生產(chǎn)過程的經(jīng)濟(jì)性來控制精度的?？陀^上，精度設(shè)計分別在兩個領(lǐng)域中進(jìn)行，即產(chǎn)品設(shè)計過程中的精度設(shè)計和零件加工、裝配工藝設(shè)計過程中的精度設(shè)計。通常需要協(xié)調(diào)兩方面問題：一個是精度選擇相對較低，產(chǎn)品使用時其質(zhì)量不能達(dá)到最好，工廠潛力沒能充分挖掘；另一個是對于較低的用戶要求而選用了較高的精度等級，造成不必要的損失。

內(nèi)容概要

本書根據(jù)“互換性與技術(shù)測量”課程學(xué)時壓縮的情況，編寫時盡量貫徹既完整全面又簡潔實(shí)用的思想。其主要內(nèi)容包括：互換性與標(biāo)準(zhǔn)化概論、圓柱體結(jié)合尺寸精度的控制與評定、測量技術(shù)基礎(chǔ)、幾何公差及檢測、表面輪廓特征的控制與評定、典型零部件的幾何精度設(shè)計、圓柱齒輪傳動誤差的評定與齒輪的精度設(shè)計、機(jī)械系統(tǒng)的精度設(shè)計和機(jī)械精度設(shè)計與實(shí)例分析。附錄中還列出“常用詞匯中英文對照”和若干工程示意圖，書中所有工程實(shí)例可利用索引查找，并為任課教師免費(fèi)提供電子課件。　　本書是機(jī)械工程及其自動化專業(yè)的教學(xué)用書，也可以作為近機(jī)類專業(yè)如輕工機(jī)械、化工機(jī)械等專業(yè)的教學(xué)用書，同時可供科研及生產(chǎn)單位從事產(chǎn)品設(shè)計和計量測試等工作的工程技術(shù)人員使用。

書籍目錄

第1章 互換性與標(biāo)準(zhǔn)化概論  　1.1 互換性生產(chǎn)  　1.1.1 互換性含義  　1.1.2 互換性作用  　1.1.3 互換性生產(chǎn)的發(fā)展  　1.2 標(biāo)準(zhǔn)化及優(yōu)先數(shù)系  　1.2.1 標(biāo)準(zhǔn)和標(biāo)準(zhǔn)化  　1.2.2 標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展趨勢  　1.2.3 優(yōu)先數(shù)和優(yōu)先數(shù)系  　1.3 習(xí)題  第2章 圓柱體結(jié)合尺寸精度的控制與評定  　2.1 公差與配合的基本術(shù)語和定義  　2.1.1 尺寸的術(shù)語和定義  　2.1.2 有關(guān)偏差與公差的術(shù)語和定義  　2.1.3 有關(guān)配合的術(shù)語和定義  　2.2 公差與配合的國家標(biāo)準(zhǔn)  　2.2.1 標(biāo)準(zhǔn)公差  　2.2.2 基本偏差系列  　2.2.3 公差帶與配合  　2.3 尺寸精度設(shè)計的基本方法  　2.3.1 基準(zhǔn)制的選擇  　2.3.2 公差等級的選用  　2.3.3 配合的確定  　2.3.4 尺寸精度設(shè)計舉例  　2.4 習(xí)題  第3章 測量技術(shù)基礎(chǔ)  　3.1 測量技術(shù)的基本知識  　3.1.1　概述  　3.1.2 計量基準(zhǔn)與量值傳遞系統(tǒng)  　3.1.3 計量器具  　3.1.4 測量方法  　3.2 測量誤差和數(shù)據(jù)處理  　3.2.1 測量誤差及其來源  　3.2.2 測量誤差的分類與特性  　3.2.3 測量誤差的評定與處理  　3.2.4 等精度測量的數(shù)據(jù)處理  　3.3 光滑工件尺寸的檢測  　3.3.1 通用計量器具的選用  　3.3.2 光滑極限量規(guī)  　3.4 習(xí)題  第4章 幾何公差及檢測  　4.1 概述  　4.1.1 幾何要素  　4.1.2 幾何公差分類  　4.1.3 幾何公差的標(biāo)注  　4.2 幾何公差  　4.2.1 形狀公差  　4.2.2 方向公差  　4.2.3 位置公差  　4.2.4 跳動公差  　4.3 公差原則  　4.3.1 獨(dú)立原則  　4.3.2 相關(guān)要求  　4.4 幾何公差的選擇及未注幾何公差的規(guī)定  　4.4.1 幾何公差項(xiàng)目的選擇  　4.4.2 公差原則的選擇  　4.4.3 基準(zhǔn)的選擇  　4.4.4 幾何公差值的選擇  　4.4.5 未注幾何公差的規(guī)定  　4.5 幾何誤差的檢測  　4.5.1 幾何誤差的評定  　4.5.2 基準(zhǔn)與基準(zhǔn)體系的建立  　4.5.3 幾何誤差的檢測原則  　4.5.4 幾何誤差的檢測方法簡介  　4.6 習(xí)題  第5章 表面輪廓特征的控制與評定  　5.1 表面輪廓特征概述  　5.1.1 表面輪廓特征的形成與劃分  　5.1.2 表面輪廓特征對機(jī)械零件使用性能的影響  　5.2 表面結(jié)構(gòu)的術(shù)語及定義  　5.2.1 一般術(shù)語及定義  　5.2.2 幾何參數(shù)術(shù)語及定義  　5.2.3 表面輪廓參數(shù)術(shù)語及定義  　5.3 表面粗糙度的選擇與標(biāo)注  　5.3.1 表面粗糙度參數(shù)及參數(shù)值的選擇  　5.3.2 表面粗糙度的標(biāo)注  　5.4 表面粗糙度的測量  　5.5 習(xí)題  第6章 典型零部件的幾何精度設(shè)計  　6.1 滾動軸承結(jié)合的精度設(shè)計  　6.1.1 概述  　6.1.2 滾動軸承的精度等級  　6.1.3 滾動軸承及其與孔、軸結(jié)合的公差與配合  　6.1.4 滾動軸承與孔、軸結(jié)合的配合選用  　6.2 鍵與花鍵連接的精度設(shè)計  　6.2.1 概述  　6.2.2 單鍵連接的公差與配合  　6.2.3 矩形花鍵連接的公差與配合  　6.3 螺紋連接的精度設(shè)計  　6.3.1 概述  　6.3.2 螺紋幾何參數(shù)誤差對互換性的影響  　6.3.3 普通螺紋的公差與配合  　6.3.4 普通螺紋公差與配合的選用  　6.3.5 螺紋中徑的合格性判斷  　6.4 習(xí)題  第7章 圓柱齒輪傳動誤差的評定與齒輪的精度設(shè)計  　7.1 齒輪傳動的使用要求  　7.2 齒輪的加工誤差  　7.2.1 齒輪加工誤差的來源  　7.2.2 齒輪誤差的分類  　7.3 單個齒輪傳動誤差及其評定指標(biāo)  　7.3.1 影響傳動準(zhǔn)確性的誤差及其評定指標(biāo)  　7.3.2 影響傳動平穩(wěn)性的誤差及其評定指標(biāo)  　7.3.3 影響載荷分布均勻性的誤差及其評定指標(biāo)  　7.4 齒輪副誤差及其評定指標(biāo)  　7.5 漸開線圓柱齒輪的精度設(shè)計  　7.5.1 齒輪精度等級  　7.5.2 齒輪副側(cè)隙  　7.5.3 齒輪精度的標(biāo)注與設(shè)計  　7.6 習(xí)題  第8章 機(jī)械系統(tǒng)的精度設(shè)計  　8.1 概述  　8.1.1 精度設(shè)計在機(jī)械設(shè)計中的地位及其發(fā)展  　8.1.2 機(jī)械精度設(shè)計的分類、決定因素及主要內(nèi)容  　8.2 尺寸鏈的基本概念  　8.2.1 尺寸鏈的有關(guān)術(shù)語  　8.2.2 尺寸鏈的分類  　8.3 尺寸鏈的建立  　8.3.1 步驟1：確認(rèn)封閉環(huán)  　8.3.2 步驟2：查明組成環(huán)  　8.3.3 步驟3：繪制尺寸鏈圖  　8.4 尺寸鏈計算  　8.4.1 尺寸鏈的計算類型  　8.4.2 極值法求解尺寸鏈  　8.4.3 概率法計算  　8.4.4 其他計算方法  　8.5 習(xí)題  第9章 機(jī)械精度設(shè)計與實(shí)例分析  　9.1 工程實(shí)例介紹  　9.1.1 工況分析  　9.1.2 功能要求的精度指標(biāo)  　9.2 精度設(shè)計  　9.2.1 主要部件整體精度指標(biāo)  　9.2.2 典型功能對的精度設(shè)計  　9.2.3 封閉環(huán)及其精度設(shè)計舉例  　9.3 零件幾何特征的計算機(jī)輔助檢測  　9.4 機(jī)械精度設(shè)計小結(jié)  附錄A 常用詞匯中英文對照  附錄B 雙級齒輪傳動減速器相關(guān)工程示意圖  索引  參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

插圖：制造業(yè)是國民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)，是完成設(shè)計產(chǎn)品的物化過程。凡有尺寸大小和形狀的產(chǎn)品都是幾何產(chǎn)品，包括機(jī)械電子、儀器儀表、交通運(yùn)輸、家用電器、機(jī)器人、半導(dǎo)體和生物工程等產(chǎn)品?；Q性與測量技術(shù)是與機(jī)械、電子、儀器等制造工業(yè)發(fā)展緊密聯(lián)系的基礎(chǔ)學(xué)科，源于生產(chǎn)實(shí)際，隨著互換性生產(chǎn)而不斷完善，又反饋指導(dǎo)產(chǎn)品的設(shè)計和生產(chǎn)過程。加工零件的過程中，由于各種因素（機(jī)床、刀具、溫度等）的影響，零件的尺寸、形狀和表面粗糙度等幾何量難以達(dá)到理想狀態(tài)，總是有或大或小的誤差。而從零件的使用功能角度看，也不必要求零件幾何量做得絕對準(zhǔn)確，只需達(dá)到零件幾何量在某一規(guī)定的范圍內(nèi)變動的要求，即保證同一規(guī)格零部件彼此接近。這個允許幾何量變動的范圍稱為幾何量公差，這也是本課程所講公差的范疇?；Q性這門應(yīng)用技術(shù)與基礎(chǔ)科學(xué)的產(chǎn)生和發(fā)展一開始就是由生產(chǎn)決定的，并與社會的需求及科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步密切相關(guān)。早期生產(chǎn)力落后，人們對相互結(jié)合的孔、軸采用配對的制作方式，生產(chǎn)效率低下，且有關(guān)零件完全沒有互換性。隨著社會發(fā)展對產(chǎn)品生產(chǎn)批量的追求，對同一批產(chǎn)品相同部位的孔、軸結(jié)合，人們希望得到一致的，而且是最好的結(jié)合效果。為此，人們開始把具有滿意結(jié)合效果的孔和軸分別作為樣板，按樣板的尺寸來制造具有同樣結(jié)合要求的其他孔和軸。這里的樣板孔和軸即是標(biāo)準(zhǔn)量規(guī)。有了標(biāo)準(zhǔn)量規(guī)以后，相互結(jié)合且有相同結(jié)合要求的零件可分開單獨(dú)制造，這樣不僅生產(chǎn)效率顯著提高，結(jié)合效果一致性好，而且更主要的是這樣制造的零件具有互換性。后來，標(biāo)準(zhǔn)量規(guī)進(jìn)一步演變發(fā)展為極限量規(guī)，分別用于控制被加工零件的最大、最小兩個極限尺寸，從而引出了公差的概念。公差和極限量規(guī)的出現(xiàn)，使被加工零件不再像標(biāo)準(zhǔn)量規(guī)那樣按一個確定的尺寸加工，而是按兩個極限尺寸構(gòu)成的公差范圍加工，有利于提高生產(chǎn)率，從而促使互換性生產(chǎn)更加蓬勃地發(fā)展。當(dāng)今，無論從廣度還是從深度來講，互換性生產(chǎn)的發(fā)展都已進(jìn)入了一個新的階段。不僅由裝配互換性發(fā)展到功能互換性，由幾何參數(shù)的互換性發(fā)展到其他質(zhì)量參數(shù)的互換性，由成批、大量生產(chǎn)的互換性發(fā)展到單件、小批量生產(chǎn)的互換性，而且超出了機(jī)械工業(yè)的范疇，擴(kuò)大到了其他行業(yè)?？梢哉f，作為一門基礎(chǔ)技術(shù)科學(xué)，互換性原則為當(dāng)今信息社會的發(fā)展已經(jīng)并將繼續(xù)發(fā)揮巨大的作用。

編輯推薦

《高等院校機(jī)電類工程教育系列規(guī)劃教材·互換性與技術(shù)測量》由電子工業(yè)出版社出版。

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