几何量精度 第一章 绪论
精密测量技术1-绪论-几何测量
精密测量技术主讲人：蒋永刚jiangyg@现代制造的内涵微/纳机械系统E0512 机构学与机器人E0501 E0502传动机械学机械测试 理论与技术 E0511制造系统与自动化E0510 E0503机械动力学零件加工制造E0509 E0504机械结构强度学机械摩擦学与表面技术E0505E0508 零件成形制造 E0507 E0506机械仿生学机械设计学可观测性是制造的前提！测量的概念测量技术的发展•精密测量技术是机械工业发展的先决条件之一。
•从生产发展的历史来看，精密加工精度的提高总是与精密测量技术的发展水平相关的。
–由于有了千分尺类量具，使加工精度达到了0.01mm；–有了测微比较仪，使加工精度达到了1μm左右；–有了圆度仪等；测量仪器、使加工精度达到了0.1μm;–有了激光干涉仪，使加工精度达到了0.01μm。
•目前国际上机床的加工水平已能稳定地达到1μm的精度，正在向着稳定精度为纳米级的加工水平发展，表面粗糙度的测量则向亚纳米级的水平发展。
纳米技术正在形成新的技术热点。
•材料、精密加工、精密测量与控制是现代精密机械工程的三大支柱。
•目前在基础工业的某些领域，例如研究切削速度与进刀量对加工误差的影响、摩擦磨损等，精密测量已成为不可分割的重要组成部分。
• X射线干涉仪的工作台能在10 nm的分辨力下连续移动，而且在50 mm的位移行程上的角偏量为千分之几的秒级。
•在高纯度单晶硅的晶格参数测量中，以及对生物细胞、空气污染微粒、纳米材料等基础研究中，无不需要精密测量技术。
•激光直写 DWL2000•计量技术发展的趋向有以下几个方面：• 1、从实物基准到自然基准•米的定义的沿革：“米”作为长度计量单位起源于1790年，当时法国国民议会采纳了达特兰提出的“以经过巴黎的地球子午线自北极至赤道这段弧长的一千万分之一为一米”的建议。
• 1799年，巴黎科学院完成了从法国的敦科尔克经过巴黎到西班牙的巴尔雪隆纳这一段子午线的实测工作，并按照测量结果所得的1米的长度制作了一把米尺，作为长度计量基准。
几何精度设计与检测全套
§1-2 互换性、标准化与优先数
• 互换性在现代化工业生产中的作用 产品设计 采用具有互换性标准零部件，大大简化绘图、 计算等设计工作量，也便于计算机辅助设计，缩 短设计周期 产品制造 同台设备的各个零部件可分散在多个工厂同 时加工。
§1-2 互换性、标准化与优先数
产品装配 零部件具有互换性，装配作业顺利，易于实 现流水作业或自动化装配，缩短装配周期，提高 装配作业质量 产品使用 容易保证其运转连续性和持久性，提高使用 价值。 产品管理 在技术和物资供应以及计划管理方面，便于 实现科学化管理
测量
• 几何量测量是指为确定被测几何量的量值而进 行的实验过程。 其实质是将被测几何量与作为计量单位的标准 量进行比较，从而确定两者比值的过程。
§1-3 测量技术的基本概念
• 测量过程4要素 被测对象：本课程主要指几何量，即长度、角度、表 面形状和位置、表面粗糙度以及螺纹、齿轮的各种几 何参数。 计量单位：长度计量基本单位为m，常用单位有mm、 μm；角度单位是rad或度、分、秒 测量方法：测量时所采用的测量原理、计量器具和测 量条件的综合 测量精度：测量结果与真值相一致的程度。
通过规定几何参数的公差保证成品的几何参 数充分近似的互换，又称狭义互换。本课程主要 研究零件几何参数的互换性。
• 功能互换
要保证零件使用功能要求，不仅取决于几何 参数一致性，还取决于其物理、化学、力学性能 等参数的一致性。通过规定功能参数(如材料力 学性能、理化性能等参数)的公差所达到的互换 为功能互换，又称广义互换。
第一章 绪论
本章内容
概述 互换性、标准化与优先数系 测量技术的基本概念 计量器具与测量方法 测量误差与数据处理
§1-1 概
几何量测量
§1 绪论 §2 几何量测量 §3 孔轴公差 §4 形位公差 §5 表面粗糙度 §6 滚动轴承合 §7 孔轴的检测 §9 圆柱螺纹 §10圆柱齿轮 §11 键和花键 §12尺寸链
互换性在机器制造业中作用：
1、在设计方面， 缩短设计周期。 2、在制造方面，提高产品质量，提高劳
动生产率，降低生产成本。 3、在使用和维修方面，可以减少机器的
§1 绪论 §2 几何量测量 §3 孔轴公差 §4 形位公差 §5 表面粗糙度 §6 滚动轴承合 §7 孔轴的检测 §9 圆柱螺纹 §10圆柱齿轮 §11 键和花键 §12尺寸链
规定m值为5、10、20、40和80等5种，分 别用R5、R10、R20、R40和R80表示， 其中R5为不包括倍数系列的数列。R5、 R10、R20、R40、R80等5种优先数系 的公比q5、q10、q20、q40、q80分别为：
4 .优先数系的主要特性 • 各系列之间依次相含。 • 当有特殊需要时还可采用派生系列。
• 在基本系列和补充系列中的项值，可按 十进法向两端延伸。
§1 绪论 §2 几何量测量 §3 孔轴公差 §4 形位公差 §5 表面粗糙度 §6 滚动轴承合 §7 孔轴的检测 §9 圆柱螺纹 §10圆柱齿轮 §11 键和花键 §12尺寸链
§1 绪论 §2 几何量测量 §3 孔轴公差 §4 形位公差 §5 表面粗糙度 §6 滚动轴承合 §7 孔轴的检测 §9 圆柱螺纹 §10圆柱齿轮 §11 键和花键 §12尺寸链
二、优先数系
1、定义：优先数系就是对各种技术参 数的数值进行协调、简化和统一的一 种科学的数值标准。
2 优先数系 是一种十进几何数列，以此作为
§1 绪论 §2 几何量测量 §3 孔轴公差 §4 形位公差 §5 表面粗糙度 §6 滚动轴承合 §7 孔轴的检测 §9 圆柱螺纹 §10圆柱齿轮 §11 键和花键 §12尺寸链
机械精度设计与检测习题集(含答案)
第一章绪论参考答案一、判断题（正确的打√，错误的打×）1.不经挑选，调整和修配就能相互替换，装配的零件，装配后能满足使用性能要求，就是具有互换性的零件。
（√）2.互换性原则中适用于大批量生产。
（╳）3.为了实现互换性，零件的公差应规定得越小越好。
（╳）4.国家标准中，强制性标准是一定要执行的，而推荐性标准执行与否无所谓。
（╳）5.企业标准比国家标准层次低，在标准要求上可稍低于国家标准。
（╳）6.厂外协作件要求不完全互生产。
（╳）7.装配时需要调整的零、部件属于不完全互换。
（√）8.优先数系包含基本系列和补充系列，而派生系列一定是倍数系列。
（╳）9.产品的经济性是由生产成本唯一决定的。
（╳）10.保证互换的基本原则是经济地满足使用要求。
（√）11.直接测量必为绝对测量。
( ×) （绝对、相对测量：是否与标准器具比较）12.为减少测量误差，一般不采用间接测量。
( √)13.为提高测量的准确性，应尽量选用高等级量块作为基准进行测量。
( ×)14.使用的量块数越多，组合出的尺寸越准确。
(×)15.0~25mm千分尺的示值范围和测量范围是一样的。
( √)16.用多次测量的算术平均值表示测量结果，可以减少示值误差数值。
( ×)17.某仪器单项测量的标准偏差为σ=0.006mm，若以9次重复测量的平均值作为测量结果，其测量误差不应超过0.002mm。
( ×误差＝X－X0)18.测量过程中产生随机误差的原因可以一一找出，而系统误差是测量过程中所不能避免的。
( ×)19.选择较大的测量力，有利于提高测量的精确度和灵敏度。
( ×)20.对一被测值进行大量重复测量时其产生的随机误差完全服从正态分布规律。
( √)四问答题1什么叫互换性？为什么说互换性已成为现代机械制造业中一个普遍遵守原则？列举互换性应用实例。
（至少三个）。
答：（1）互换性是指机器零件（或部件）相互之间可以代换且能保证使用要求的一种特性。
公差(1)
完全一致不可能 要实现互换性，并不要求相同规格的零、部件几何参数绝对 相同，而是允许保持在一定的范围内变动
公差 允许零件尺寸和几何参数的变动量
设计者不能任意规定公差值，否则仍然无法实现互换性。所以必须 将公差值标准化。
检测 · 加工后的零件是否满足公差要求，还要通过技 术测量（检测）来判断。 · 测量结果的精确与否直接影响零件的互换性。 · 检测也必须标准化 所以，实现互换性是靠正确的公差设计和检测来保证的。
本身的零部件 加工和检验用的刀、夹、量具及机床等 使用性能
防止数值传播的紊乱 把产品品种的发展一开始就引向科学的标准化轨道
目前我国数值分级的国家标准 GB321--80
优先数系由一些十进制等比数列构成，代号为 Rr
基本系列
R5 R10 R20 R40 R80
1, 1.6, 2.5, 4, 6.3,10 q10 10 10 1.25 1, 1.25, 1.6, 2.0, 2.5, 3.15, 4.0, 5.0, 6.3, 8.0, 10
在机械产品的设计过程中，一般需要进行以下 三方面的分析计算： （1）运动分析与结构设计。 （2）强度和刚度的分析计算。 （3）几何精度的分析与计算。零件基本尺寸确定 后，还需要进行精度设计，以决定产品各个部件的 装配精度以及零件的几何参数和公差。
为什么要精度设计
由于机床—夹具—刀具间几何误差 + 受力变形 + 热变形 + 振动 + 磨损等原因，零件在加工过程中必然要产生的误 差，误差包括：尺寸误差 、形状误差 、位置误差
第四节 本课程的性质、内容各基本要要求
性质
础课。
本课程是机械类各专业的重要的技术基
公差第一章绪论(1)
学习方法： 理 论 内容核心线索：
实验
互换性 公差原则 形位公差 表面粗糙度 检 测
第一章 绪
言
• 主要内容: • 1. 互换性概述 • 2. 公差与配合标准发展简介 • 3. 计量技术发展简介 • 4. 优先数和优先数系
本章要求了解精度设计的原则方法，掌握互换性 的基本概念。
要求一般理解与掌握的内容有： 机械精度设计概述，机械精度设计原则，几何精 度设计的主要方法，标准化。 要求深刻理解与熟练掌握的重点内容有： 互换性的基本概念。 难点：机械精度设计的原则。
公差：零件几何量在某一规定范围内变动，保证同一 规格零件彼此充分近似，这个变动的范围叫做公差。
(公差即允许零件尺寸和几何参数的变动量)
• 设计方面：可以最大限度地采用标准件、通用件和标准 部件，大大简化了绘图和计算工作，缩短了设计周期， 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，有利于计算机辅助制造，及实现 加工过程和装配过程机械化、自动化。
标准化的意义：改进产品、过程和服务的实用性防
止 贸易壁垒，促进技术合作。
根据我国《标准化法》的规定，按标准的使范
围将其分为国家标准、行业标准、地方标准和
企业标 准。按标准的作用范围分为国际标准、
区域标准、国家标准、地方标准和试行标准。
按标准化对象的特性，标准分为基础标准、产 品标准、安全标准、卫生标准、环境保护标准 等。 1926年成立了国际标准化协会（简称ISA） 1947年国际标准化协会改名为国际标准化组织（简 称ISO）
计量技术发展简介
• 长度计量在我国具有悠久的历史 • 长度基准的发展 • 档案米尺，国际米原器，铂铱合金，Kr8，6 激光 • 米是光在真空中于1/299 792 458秒时间间隔内的行程长度 • 计量器具不断改进 • 隧道显微镜 分辨率0.01钠米，可测原子或分子的尺寸或形
《互换性与技术测量》教学大纲及教案
《互换性与技术测量》课程教学大纲课程名称：互换性与技术测量课程代码：14627 学时：42学时适用专业：机械设计制造及其自动化，车辆工程，热能工程，农业机械，材料成型及控制工程，机械电子工程，测控技术及仪器等专业。
参考教材：《互换性与技术测量》，韩进宏编著，机械工业出版社。
一、课程性质、目标本课程是一门机械通用工种具有实践的技术基础课，属工程技术基础课的性质，应用性极强，以理论课或设计课为基础，应用几何量公差设计知识和检测知识，为专业课或工艺课进行设计，特别是保证零件（或部件）的工作功能进行几何方面的精度设计，给出合理的公差范围，使误差被较好地控制在合理的区间内，是机械零部件功能实现和工作寿命的保障和措施的体现。
课程目标就是：为在培养应用型高级工程技术人才的过程中，提供机械零部件几何精度设计理论和方法，并让学生熟悉相关国家标准及典型几何量测量技术。
二、课程的重点、难点及解决办法1．几何量测量基础一章是测量技术方面的重点内容，难点是涉及计量学范畴宽广，学生不易理解，解决办法是对常用仪器或量具规范分类，明确测量方法属性和常用计量技术指标的含义。
2．形位公差与尺寸公差之间关系（公差原则）为基础部分的重点与难点并存的内容，教师不易讲清，学生更难学懂，也是本课程中间时段的关键环节，处理不好的话，会影响学生对后面特殊用途零件精度问题的理解，特别是量规、齿轮等类型的精度问题，解决方法是，采取分析过程条理化（将大难点化为若干小难点）、应用特征明显化（不同公差原则有显著不同地方，但相互之间又有联系）、讲解概念准确清楚化（各个小难点被击破），实质要点就被抓住了。
3．齿轮精度标准是本课程最难理解的难点问题，又是课程近尾声处的重点内容，机械中用齿轮的地方实在太多了，不懂怎么行呢？解决办法是追溯齿轮渐开线的形成原理，齿轮加工过程的影响因素，然后针对标准规定项目深入浅出地讲解，引领学生学会对复杂问题进行分解处理，以不屈不挠的精神认真地对待每项指标的含义，概念清楚为最好是学习这一部分内容的根本所在，再配以多媒体图片的讲解方法，使问题清晰明了。
几何量公差与检测复习题2012.4
2012年4月自学考试《几何量公差与检测》复习题第一章绪论一、选择题1、在10—100的十进段中，优先数系R5系列中的第三项是（）。
A、63B、25C、20D、162、优先数系中R10/2系列是（）。
A、补充系列B、派生系列C、等差系列D、基本系列3、优先数系中R40系列是（）。
A、补充系列B、等差系列C、派生系列D、基本系列4、优先数系中R20/3系列是（）。
A、补充系列B、派生系列C、等差系列D、基本系列5、优先数系中R10系列是（）。
A、补充系列B、等差系列C、派生系列D、基本系列二、填空题1. 不完全互换性是指零部件装配时允许有附加的________ ____ 。
2. GB321/T-2005中优先数系采用的数列是。
3、选用优先数系的基本系列时，应遵守的规则。
4、互换性生产的基础是。
5、按照互换性的程度可分为完全互换和互换。
第二章几何量测量基础一、选择题1、欲测量板类零件上两孔的中心距，应采用的测量方法为（）。
A、相对测量法B、直接测量法C、间接测量法D、综合测量法2、采用弓高弦长法测量圆弧半径，这种测量方法属于（）。
A、直接测量法B、间接测量法C、相对测量法D、绝对测量法3、测量过程中误差的大小与符号保持不变，这种测量误差属于（）。
A、方法误差B、系统误差C、粗大误差D、随机误差4、测量过程中由于不确定因素引起的测量误差属于（）。
A、方法误差B、系统误差C、粗大误差D、随机误差5、用螺纹量规检验螺纹单一中径、螺距和牙侧角实际值的综合结果是否合格属于（）。
A、综合测量B、直接测量C、非接触测量D、单项测量二、填空题1. 在测量误差中，超出在规定条件下预计的测量误差称为_____________。
2、在相同的测量测量条件下，多次测取同一被测几何量的量值时，绝对值和符号按某一规律变化的测量误差，称为。
3、测量过程应包括被测对象、计量单位、测量方法和等四个要素。
4、根据测量误差的性质和特点，可分为系统误差、和粗大误差。
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2011-3-9
3
保证产品质量
几何量精度设计
保证加工精度
控制误差在允许范围内 是否在允许范围内 检测
• 加工误差：零件加工后
的实际值与理想值的差值。 的实际值与理想值的差值。
2011-3-9 4
优先数系是由十进等比数 列构成，其代号为R 列构成，其代号为 r
• 相应的公比代号为qr
•r的含义是在一个等比数列中， 的含义是在一个等比数列中， 相隔r项的末项与首项之比等于
10。 。
2011-3-9 5
综上所述
• 互换性是精度设计的目的； 互换性是精度设计的目的； • 标准化是精度设计的基础； 标准化是精度设计的基础； • 优化原则是精度设计的手段； 优化原则是精度设计的手段； • 检测是实现互换性的必要条件。
2011-3-9
6
参考书目
1.《机械精度设计与检测基础》 1.《机械精度设计与检测基础》 刘品等编 哈尔滨工业大学出版社 2004 2.《互换性与技术测量》 谢铁邦、 2.《互换性与技术测量》 谢铁邦、李柱等编 华中理工大学出版社 1998 3.《几何量精度设计与检测》 3.《几何量精度设计与检测》 阎荫棠编 机械工业出版社 1998 4.《互换性与测量技术基础》 4.《互换性与测量技术基础》 张 玉编 东北工业大学出版社 2001
2011-3-9 1
机械产品的设计过程
1．总体设计 ． 2． 2．结构设计 3．几何量精度设计 ．2011-3-9 Nhomakorabea2
产品质量
精度
形体的尺寸、 形体的尺寸、形状 和位置精度及表面 粗糙度。 粗糙度。即加工后 它们的实际值与设 计要求的理论值相 一致的程度。 一致的程度。
几何量精度：是指构成零件几何