互换性与技术测量知识点

互换性与技术测量知识点

第1章绪言

互换性是指在同一规格的一批零、部件中任取一件，在装配时不需经过任何选择、修配或调整，就能装配在整机上，并能满足使用性能要求的特性。

互换性应具备的条件：

①装配前不换②装配时不调整或修配③装配后满足使用要求

按互换性程度可分完全互换（绝对互换）与不完全互换（有限互换）。

按标准零部件和机构分外互换与内互换。

互换性在机械制造中的作用

1.从使用方面看：节省装配、维修时间，保证工作的连续性和持久性，提高了机器的使用寿命。

2.从制造方面看：便于实现自动化流水线生产。装配时，由于零部件具有互换性，不需辅助加工和修配，可以减轻装配工的劳动量，缩短装配周期。

3.从设计方面看：大大减轻设计人员的计算、绘图的工作量，简化设计程序和缩短设计周期。

标准与标准化是实现互换性的基础。

标准分类

（1）按一般分：技术标准、管理标准和工作标准。

（2）按作用范围分：国际标准、国家标准、专业标准、地方标准和

企业标准。

（3）按标准的法律属性分：强制性标准和推荐性标准。

国家强制性标准用代号“GB”表示。

国家推荐性标准用代号“GB/T”表示。

优先数系的种类

（1）基本系列R5、R10、R20、R40

（2）补充系列R80

（3）派生系列

选用优先数系的原则按“先疏后密”的顺序。

第2章测量技术基础

测量过程的四要素：测量对象、计量单位、测量方法和测量精度。测量仪器和测量工具统称为计量器具。

计量器具分类

按其原理、结构和用途分为:

（1）基准量具(2) 通用计量器具（3）极限量规类（4）检验夹具按测量值获得方式的的不同，测量方法可分为：

1.绝对测量和相对(比较)测量法

2.直接测量和间接测量法

测量误差：测得值与被测量真值之差。

基本尺寸相同用?评定

比较测量精度高低

基本尺寸不相同用ε评定

（1）绝对误差Δ——测得值与被测量真值之差。

0x x -=?

（2）相对误差ε——测量的绝对误差的绝对值与被测量真值之比。

%100||||||000??≈?=-=x

x x x x ε （3）极限误差——测量的绝对误差的变化范围。

lim 0lim ?+≤≤?-x x x

或 lim 0?±=x x

随机误差 ——不可消除，只能减小

按误差性质可分 系统误差 ——可消除

粗大误差——剔除

控制几何参数的技术规定就称“公差”，实际参数允许的最大变动量。

误差在加工过程中产生

区别

公差由设计人员确定

联系：公差是误差的最大允许值。

第3章 孔、轴结合尺寸精度设计与检测

标准规定，图样上的尺寸以毫米为单位时，不需标注单位的名称或符

号。

（1）公称尺寸—是指设计给定的尺寸(孔：D 、轴：d ) 。

（2）实际尺寸—是指零件加工后通过测量获得的某一尺寸（a D a d ）。

（3）极限尺寸—是指允许尺寸变化的两个极端值。

其中允许的最大尺寸为上极限尺寸（最大极限尺寸）（max D max d ）；

允许的最小尺寸为下极限尺寸（最小极限尺寸）（min D min d ）。

公称尺寸D,d 和极限尺寸max D ，min D ；max d ，min d ，是设计给定的。

实际尺寸a D ，a d ，是通过测量得到的。

实际尺寸合格条件为:

max min D D D a ≤≤

max min d d d a ≤≤

（4）尺寸偏差（简称偏差）—是指某一尺寸(极限尺寸、实际尺寸等)

减其公称尺寸所得的代数差。尺寸偏差分为极限偏差和实际偏差。（注

标时除“0”外必须带符号）

对极限尺寸减其公称尺寸所得的代数差为极限偏差。

上极限偏差（简称上偏差）（ES 、es ）

下极限偏差（简称下偏差）(EI 、ei)

孔: 上偏差 D D ES -=max 轴: 上偏差 d d es -=max

下偏差 D D EI -=min 下偏差 d d ei -=min

孔、轴实际偏差

D D

E a a -= d d e a a -=

实际偏差合格条件为

ES E EI a ≤≤ es e ei a ≤≤

（5）尺寸公差（简称公差）—是指允许尺寸的变动量。

孔：T D = | D max –D min | = | (D max - D)–(D min - D|= | ES –EI |

轴：T d =| d max –d min |= |es –ei|

偏差与公差区别：

①偏差是代数值,有正负符号；而公差则是绝对值，不带符号（尺寸公差不能为零）。

②偏差有基准——公称尺寸为基，公差无基准。

③偏差影响配合松紧，公差影响配合精度。

④实际偏差是对单个零件的判断，公差是对一批零件的判断。

公差带图由零线和公差带两部分组成。

（6）标准公差是指国家标准所规定的任一公差值。

基本偏差是指国家标准所规定的上极限偏差或下极限偏差，它一般为靠近零线或位于零线的那个极限偏差。

配合是指公称尺寸相同的，相互结合的孔和轴公差带之间的关系。

间隙配合孔的公差带在轴的公差带之上的配合。

配合的分类过盈配合孔的公差带在轴的公差带之下的配合。

过渡配合可能具有间隙或过盈的配合，即公差带重叠。（7）配合公差是指允许间隙或过盈的变动量，它等于配合的孔与轴的公差之和。用符号

T表示。

f

配合制（基准制）是指同一极限制的孔和轴组成的一种配合制度。

配合制分基孔制和基轴制。

基孔制配合的孔为基准孔,其代号为H基准孔的基本偏差为EI = 0

基轴制配合的轴为基准轴，其代号为h基准轴的基本偏差为es = 0

必须掌握的六个计算公式

ES＝D max－D ； es＝d max－d （1）

EI＝D min－D ； ei＝d min－d （2）

T D=｜ES－EI｜； T d＝｜es－ei｜（3）

X max（Y min）＝ES－ei ；（4）

X min（Y max）＝EI－es （5）

T f =｜X max（Y min）－X min（Y max）|＝T D＋T d (6)

标准公差系列决定孔、轴公差带大小。

标准公差系列是由不同的公差等级和不同的孔、轴公称尺寸的标准公差值构成的。

公差等级共20个等级，等级依次降低，公差数值依次增大，精度越低。

基本偏差系列决定孔、轴公差带位置。

基本偏差是确定公差带相对零线位置的上偏差或下偏差，一般为靠近零线或位于零线的那个偏差。

孔和轴各有28种基本偏差。

各种基本偏差形成配合的特性

（1）A—H与h和a—h与H各形成11种间隙配合。

（2）JS、J—N与h和js、j—n与H 各形成5种过渡配合。

（3）P—ZC与h和p—zc与H各形成12种过盈配合。

公差带用基本偏差的字母和公差等级数字表示，如H7，f6等。配合

用相同公称尺寸与孔、轴公差带表示。孔、轴公差带写成分数形式，分子为孔的公差带，分母为轴的公差带。

（1）零件图上：在公称尺寸后注出公差带代号或注出上、下偏差值，或者同时注出公差带代号和上、下偏差值。

（2）装配图上：在公称尺寸后注出孔、轴配合代号，或者同时注出孔、轴配合代号和孔、轴的极限偏差。

（1）一般情况下应优先选用基孔制

（2）轴与公称尺寸相同的多孔配合，且配合性质要求不同的情况，此时采用基轴制

标准公差等级的选用原则：在充分满足使用条件下，考虑工艺的可能性，应尽量选用精度较低的公差等级。

孔的公差等级比轴的公差等级低一级。若孔选IT7，则轴选IT6。

配合种类的选用通常有计算法、试验法和类比法。

类比法是确定机械和仪器配合种类最常用的方法。

第4章几何精度设计与检测

几何误差是指零件加工后的实际形状、方向和相互位置与理想形状、方向和相互位置的差异。在形状上的差异称形状误差，在方向上的差异称方向误差，在相互位置上的差异称位置误差。

几何误差对零件使用性能的影响：

①影响零件的功能要求

②影响零件的配合性质

③影响零件的自由装配

几何误差的研究对象——几何要素

构成零件几何特征的点、线、面称为几何要素。

几何要素分类：

1.按结构特征分：（1）组成要素（轮廓要素）

（2）导出要素（中心要素）

2.按检测关系分：(1) 被测要素（①单一要素②关联要素）

（2）基准要素

基准－理想的基准要素。

1.几何公差的类型、几何特征及其符号如表4.1所示。

几何特征项目

几何公差分为形状公差(6项)、方向公差（5项）、位置公差（6项）和跳动公差（2项）共四类（19项）。

其中形状公差是对单一要素提出的几何特征，因此，无基准要求。

方向公差、位置公差和跳动公差是对关联要素提出的几何特征，因此，在大多数情况下都有基准要求。

2.几何公差的附加符号如表4.2所示

单一基准

基准种类公共基准（组合基准）

三基面体系

几何公差带有形状、大小、方向和位置四个要素。

几何公差带位置有浮动和固定两种形式。

1.形状公差带

形状公差带是控制被测要素为线或面。形状公差有直线度、平面度、圆度和圆柱度等主要几何特征项目。

形状公差带的特点：不涉及基准，它的方向和位置均是浮动的，只能控制被测要素形状误差大小。

2.方向公差带

方向公差带是控制被测要素为线或面。方向公差有平行度、垂直度和倾斜度等主要几何特征。方向公差是指实际关联要素相对基准要素的理想方向的允许变动量。因此，方向公差有基准。

①被测要素为面对基准面

面②被测要素为线对基准面

基准

线③被测要素为面对基准线

④被测要素为线对基准线

3.位置公差带

位置公差带是控制被测要素为点、线或面。位置公差主要有同心度、同轴度、对称度和位置度等几何特征。位置公差是指实际关联要素相对基准要素或基准和理论正确尺寸所确定的理想位置的允许变动量。位置公差带的位置是固定的。

4.轮廓度公差带

轮廓度公差带是控制被测要素为曲线或曲面。轮廓度公差分线轮廓度和面轮廓度公差两种几何特征。无基准要求的轮廓度公差为形状公差，有基准要求的轮廓度公差为方向公差或位置公差。

5.跳动公差带

跳动公差是按特定测量方法定义的综合的几何公差。

跳动公差带是控制被测要素为圆柱体的圆柱面、圆柱端面，圆锥体的圆锥面和曲面等组成要素。

跳动公差的基准为圆柱体或圆锥体的轴线。

跳动公差分圆跳动和全跳动。

圆跳动分为径向圆跳动公差带、轴向圆跳动公差带和斜向圆跳动公差带。

全跳动公差分为径向全跳动和轴向全跳动公差带。

跳动公差带能综合控制同一被测要素的形状误差、方向误差和位置误差。例如径向圆跳动公差带可以同时控制同轴度误差和圆度误差；径向全跳动公差带可以同时控制同轴度误差和圆柱度误差；轴向全跳动公差带可以同时控制端面对基准轴线的垂直度误差和平面度误差。

对某一被测要素给出跳动公差后，若不能满足功能要素时，则另行给出形状、方向和位置公差，其公差值应遵守形状公差小于方向公差，方向公差小于位置公差，位置公差小于跳动公差的原则。

公差原则是指处理几何公差和尺寸公差之间关系应遵循的原则。

公差原则分为独立原则和相关原则。

无：独立原则

包容要求

t 几何和T 尺之间的关系 最大实体要求

有： 最小实体要求

可逆要求

1.体外作用尺寸（EFS ）

孔的体外作用尺寸用符号D fe 表示

几何f D D a fe -= 几何f d d a fe +=

2.体内作用尺寸(IFS)

孔的体外作用尺寸用符号D fi 表示

几何f D D a fe += 几何f d d a fe -=

3.最大实体状态（MMC ）和最大实体尺寸（MMS ）

（1）最大实体状态（MMC ）—是指实际要素在给定长度上处处位于

尺寸公差带内，并具有实体最大（即材料最多，重量最重）的状态。

（2）最大实体尺寸（MMS ）是指在MMC 状态下的极限尺寸。

内、外表面（孔、轴）的最大实体尺寸为

min D D M = max d d M =

4. 最小实体状态（LMC ）和最小实体尺寸（LMS ）

(1) 最小实体尺寸（LMC ）—是指实际要素在给定长度上处处位于尺

寸公差带内，并具有实体最小（即材料最少，重量最轻）的状态。

(2) 最小实体尺寸（LMS ）是指在LMC 状态下的极限尺寸。

max D D L = min d d L =

5. 最大实体实效状态(MMVC)和最大实体实效尺寸(MMVS)

（1）MMVC 是指实际要素在给定长度上处于最大实体状态MMC ，

且其中心要素的 f 几何= t 几何时综合极限状态。

（2）MMVS 是指在最大实体实效状态（MMVC ）下的体外作用尺寸。

内、外表面（孔、轴）的最大实体实效尺寸为

几何t D D M MV -= 几何t d d M MV +=

6.最小实体实效状态(LMVC)和最小实体实效尺寸(LMVS)

（1）LMVC 是指实际要素在给定长度上处于最小实体状态LMC 且

其中心要素的 f 几何= t 几何时综合极限状态。

（2）LMVS —是指在最小实体实效状态LMVC 下体内作用尺寸。

内、外表面（孔、轴）的最小实体实效尺寸为

几何t D D L LV += 几何t d d L LV -=

单一要素的边界没有方向和位置的约束。

关联要素的边界应与基准保持图样上给定的方向或位置关系。

边界尺寸（BS ）—是指理想形状的极限包容面的直径或宽度。

按边界尺寸可分:最大实体边界（MMB ）、最大实体实效边界

（MMVB ）、最小实体边界（ LMB ）和最小实体实效边界（ LMVB ）

四种。

独立原则是确定尺寸公差和几何公差相互关系应遵循的基本原则。图

样上给定的尺寸公差与几何公差要求均是独立的，应分别满足要求。

包容要求（ER ）

包容要求用于单一要素的一种相关要求。图样上 应在其极限偏差或

尺寸公差带代号后加注符号 。

包容要求的实际要素应遵守最大实体边界（MMB ），即其作用尺寸

应不超出最大实体尺寸（MMS ）,其实际尺寸不超出最小实体尺寸

（LMS ）

对轴、孔有包容要求时，其合格条件由以下公式给出：

最大实体要求（MMR ）

最大实体要求适用于中心要素有几何公差要求的情况。它是控制实际

被测要素处于其最大实体实效边界之内的一种相关公差要求。当实际

尺寸偏离最大实体尺寸时，允许其中心要素的的几何误差值超出给定

几何公差值，即只允许尺寸公差尺寸公差补偿给几何公差。

(4.13) min L max M fe ???=≥=≤d d d d d d a 对轴：(4.15)

max

L min M fe ???=≤=≥D D D D D D a 对孔：(4.14) d d d d d f d d 即min

L a max M 几何a fe ???=≥=≤+=(4.16)

D D D D D f -D D 即ma x L a min M 几何a fe ???=≤=≥=(4.18) max M min L

max M V f ???=≤≤=+=≤+=d d d d d t d d f d d a a e 几何对轴：几何(4.20)

--max L min M min M V f ???=≤≤==≥=D D D D D t D D f D D a a e 几何对孔：

几何

可逆要求（RR）用于最大实体要求（MMR）可逆要求不能单独使用，只能与最大实体要求和最小实体要求一起使用，也没有自己的边界。最小实体要求（LMR）

最小实体要求适用于中心要素有几何公差要求的情况。它是控制实际被测要素处于其最小实体实效边界之内的一种相关公差要求。当实际尺寸偏离最小实体尺寸时，允许其中心要素的的几何误差值超出给定几何公差值，即只允许尺寸公差尺寸公差补偿给几何公差。

特征项目分为三大类，14个项目，（一）形状公差4项：直线度平面度圆度圆柱度（二）形状或位置公差2项：线轮廓度面轮廓度（三）位置公差8项：平行度垂直度倾斜度位置度同轴度对称度圆跳动全跳动

1.对于有特殊功能要求的要素，一般采用独立原则；

2.有配合性质要求的要素，一般采用包容要求（ER）；

3.对于保证可装配性、无配合性质要求的要素，一般采用最大实体要求（MMR）；

4.对于保证临界值的设计，以控制最小壁厚,保证最低强度要求的要素，一般采用最小实体要求（LMR）。

在确定被测要素的方向、位置和跳动公差时，同时要确定基准要素。基准的选用应遵循设计、工艺、测量和工作等基准统一的原则。

直线度、平面度、垂直度、对称度和圆跳动的未注公差，标准规定：①H、K、L 三级，其中H级最高，L级最低。②未注几何公差的

公差数值

第5章 表面粗糙度设计与检测

表面粗糙度轮廓是指加工后零件表面的微小峰谷高低（Z ）程度和间距（S ）状况（微观形状）。

一般按S 分：

S ＜1mm 为表面粗糙度轮廓；

1≤S ≤10mm 为表面 波纹度轮廓；

S ＞10mm 为 f 形状.（宏观形状）。

表面粗糙度轮廓的产生原因：

(1) 切削后遗留的刀痕；

(2) 切削过程中切屑分离时的塑性变形；

(3) 以及机床等工装系统的振动等。

表面粗糙度轮廓对零件使用性能的影响

1. 对摩擦和磨损的影响

零件越粗糙，阻力越大，磨损也越快，但表面不是越光滑越好。

2. 对配合性质的影响

3. 对抗疲劳强度的影响

4. 对抗腐蚀性的影响

提高表面粗糙的质量，可以增强其抗腐蚀能力。

表面粗糙度轮廓的评定

1. 取样长度 lr —测量或评定表面粗糙度轮廓时规定的一段基准线长全跳动

圆跳动位置方向形状t t t t t 即≤≤≤≤

度。

规定取样长度的目的：

① 为了限制或减弱表面波纹度轮廓的影响。

② 排除形状误差等对表面粗糙度轮廓测量的影响。

一般表面越粗糙，取样长度 lr 就越大。

2. 评定长度 ln —测量或评定表面粗糙度轮廓时规定的一段最小的测量长度。

规定评定长度的目的：

因为表面的峰谷和间距的不均匀性，为了可靠地反映表面粗糙度轮廓的特性。

3. 中线—中线是指具有几何轮廓形状并划分轮廓的基准线

（1）轮廓最小二乘中线(m)—在l r 内，使轮廓上各点至该线的距离Zi 平方和为最小。

（2）轮廓算术平均中线—在取样长度l r 内，划分实际轮廓为上、下两部分，且使上、下两部分面积相等的线。

从幅度、间距和 形状三个方面规定了相应的评定参数。

1. 幅度参数（高度参数）

（1）轮廓的算术平均偏差—Ra

（2）轮廓的最大高度 Rz

轮廓最大高度Rz 是指在取样长度lr 内,最大轮廓峰高Zp 和最大轮廓谷深Zv 之和。

Z Z Rz 即Vmin ma x P +=

2.间距参数

3.混合参数（形状参数）

表面粗糙度轮廓评定参数共4个：

基本参数Ra —轮廓算术平均偏差

2 个Rz —轮廓最大高度

附加参数Rsm —轮廓单元平均宽度

(辅助参数) Rmr(c) —轮廓支承长度率

2 个

表面粗糙度轮廓参数的选用

1.评定参数的选用

（1）幅度参数（高度参数）的选用—即基本参数的选用

一般情况下从幅度参数的轮廓算术平均偏差Ra 和轮廓最大高度Rz 中任选一个。但一般优先选用轮廓算术平均偏差Ra，因为它反映表面粗糙度特性的信息量大和用轮廓仪测量容易。

Rz 用于极光滑表面或粗糙表面（Ra<0.025μm或Ra>6.3μm），一般用双管显微镜测量。它用于处理部位小，峰谷小或有疲劳强度要求的的零件表面的评定

（2）间距参数和混合参数的选用—即附加参数的选用

2.参数值的选用

（1）同一零件上，工作表面的幅度参数（高度参数）轮廓算术平均偏差Ra(或轮廓最大高度Rz)值小于非工作表面；

（2）摩擦表面的轮廓算术平均偏差Ra(或轮廓最大高度Rz)值小于非

摩擦表面；

（3）一般情况过盈配合表面的轮廓算术平均偏差Ra （或轮廓最大高度Rz ）值小于间隙配合的表面；

（4）配合性质要求高的配合表面（如间隙小的配合表面）、受重载荷作用的过盈配合表面轮廓算术平均偏差Ra(或轮廓最大高度Rz)值都应较小；

（5）运动速度高、单位面积压力大，以及受交变应力作用的重要零件的圆角沟槽表面的轮廓算术平均偏差Ra(或轮廓最大高度Rz)值都应较小；

（6）在确定Ra(或Rz)值时，应注意与尺寸公差（T ）和几何公差（t ）的协调。

表面粗糙度轮廓技术要求在图形中标注的内容注写的位置

a —表面粗糙度轮廓的单一要求，即幅度参数Ra 、Rz （μm ）；

b — 第二个表面粗糙度轮廓要求,即附加参数如Rsm (mm)； 图5.10 粗糙度要求注写的位置

c —加工方法；

d—表面纹理和纹理方向；

e—加工余量（mm）。

2.表面粗糙度轮廓要求在图形中注法

图5.11表面粗糙度轮廓单一要求标注示例

位置a处—注写表面粗糙度的单一要求，即幅度参数及极限值该要求不能省略

①上限或下限的标注：表示双向极限时应标注上限符号“U”和下限符号“L”。如果同一参数具有双向极限要求，在不引起歧义时，可省略“U”和“L”的标注。若为单向下限值，则必需加注“L”。

②传输带和取样长度的标注：传输带是指两个滤波器的截止波长值之间的波长范围。长波滤波器的截止波长值就是取样长度lr。

传输带的标注时，短波在前，长波在后，并用连字号“—”隔开。

在某些情况下，传输带的标注中，只标一个滤波器，也应保留连字号“—”，来区别是短波还是长波。

③参数代号的标注：参数代号标注在传输带或取样长度后，它们之