互换性与标准化
《公差配合与测量技术(第六版)》—教学教案
《公差配合与测量技术(第六版)》教学教案绪论【学习目标】1.掌握互换性概念、分类及互换性在设计、制造、使用和维修等方面的重要作用。
2.掌握互换性与公差、检测的关系。
3.理解标准化与标准的概念及重要性。
4.了解优先数系和优先数的概念及其特点。
0.1 概述0.1.1 互换性及其意义1.互换性(1)定义：是指在制成的同一规格的一批零部件中任取其一，无须进行任何挑选和修配就能装在机器（或部件）上，并能满足其使用性能要求的特性。
举例：组成现代技术装置和日用机电产品的各种零件，如一批规格为M20×2-5H6H的螺母与M20×2-5g69螺栓的能自由旋合。
在现代化生产中，一般应遵守互换性原则。
2.意义（表现在以下三个方面）(1)在设计方面(2)在制造方面(3)在使用和维修方面总之，互换性对保证产品品质和可靠性，提高生产率和增加经济效益具有重要意义。
0.1.2互换性的分类1.互换性的分类(1)完全互换性（绝对互换）若一批零部件在装配时，不需要挑选、调整或修配，装配后即能满足产品的使用要求，则这些零部件属于完全互换。
(2)不完全互换性（也称有限互换）仅同一组内零件有互换性、组与组之间不能互换，以满足其使用要求的互换性，称为不完全互换。
简言之，不完全互换就是因特殊原因，只允许零件在一定范围内互换。
2.标准部件或机构的互换性分类(1)内互换是指部件或机构内部组成零件间的互换性，例如，滚动轴承的外圈内滚道、内圈外滚道与滚动体的装配。
(2)外互换是指部件或机构与其装配件间的互换性，例如，滚动轴承内圈内径与轴的配合、外圈外径与轴承孔的配合。
0.1.3 机械零件的加工误差、公差及其检测1.公差允许零件尺寸和几何参数的变动范围称为“公差”。
2. 测量是指将被测量与作为计量单位的标准量比较，确定被测量的大小的过程。
3.检验是指验证零件几何参数是否合格，而不必得出具体数值的过程。
0.2 标准化0.2.1 标准化与国家标准1.标准标准一般是指技术标准，它是指对产品和工程的技术品质、规格及检验方法等方面·所作的技术规定，是从事生产、建设工作的共同技术依据。
互换性——精选推荐
1.互换性的特点：互换性表现在对产品的零部件在生产，使用，维修三个阶段不同要求。
装配前不需要选择，装配中不需要调整和修配，装配后能满足原设计要求。
例举：电灯泡，手表，汽车上零件。
2.互换性的作用：1）在设计方面，最大限度地采用具有互换性的标准化零部件，可大大简化绘图和计算工作，缩短设计周期，同时便于实现计算机辅助设计。
2）在制造和装配方面，零件具有互换性，可以采用分散加工，集中装配，有利于厂际合作，也有利于组织专业化生产，采用先进工艺和高效率的专用设备，提高生产效率。
3）在使用和维修方面，可以减少机器的维修时间和费用，保证机器能连续持久的运转，提高了机器的使用寿命。
3.互换性的分类：1）按互换参数的范围，可分为几何参数互换性和功能互换性；2）按方法及程度分，可分为完全互换性和不完全互换性（概率互换，修配互换，分组互换）；3）按部位或范围分，可分为内互换与外互换。
4.判断一批零件是否具有互换性，必须满足2个条件：1）满足不需要挑选，不经修配或调整便可进行装配；2）满足装配后能达到预定使用要求。
5.互换性对产品设计，制造，使用和维修等各个方面都带来极大的方便，所以它不仅适用于大批量生产，也适用于单件小批量生产。
6.表面粗糙度对零件机械性能的影响：1）对配合性质的影响；2）对耐磨性的影响；3）对疲劳强的影响；4）对接触刚度的影响；5）对腐蚀性的影响；6）对冲击强度的影响；7）对其他性能的影响。
对于5）：粗糙的表面，易使腐蚀性物质存积在表面的微观峰谷处，并渗入到金属内部，致使腐蚀加剧。
因此，提高零件表面粗糙度的质量，可以增强其抗腐蚀的能力。
对于6）：对于钢制零件，其冲击强度值因表面粗糙度要求的降低而减小，当配合件在低温状态工作时，这种影响更为明显。
7.基本尺寸的特点：1）设计者根据零件的强度，刚度，结构工艺性确定尺寸；2）设计出尺寸虽然精确，但不标准，还需向标准靠拢，使设计出尺寸符合国家标准；3）零件加工到它基本尺寸不一定是合格尺寸。
互换性及其意义
绪论0.1 互换性及其意义1.互换性的含义在机械制造业中，零件的互换性是指在同一规格的一批零部件中，可以不经选择、修配或调整，任取一件都能装配在机器上，并能达到规定的使用性能要求。
零部件具有的能够彼此互相替换的性能称为“互换性”。
能够保证产品具有互换性的生产，称为遵守互换性原则的生产。
互换性是广泛用于机械制造、军品生产、机电一体化产品的设计和制造过程中的重要原则，并且能取得巨大的经济和社会效益。
汽车行业就是运用互换性原理，形成规模经济，取得最佳技术经济效益的。
2.互换性的分类互换性按其互换程度可分为完全互换与不完全互换。
（1）完全互换性完全互换是指一批零、部件装配前不经选择，装配时也不需修配和调整，装配后即可满足预定的使用要求。
如螺栓、圆柱销等标准件的装配大都属此类情况。
（2）不完全互换性当装配精度要求很高时，若采用完全互换将使零件的尺寸公差很小，加工困难，成本很高，甚至无法加工，则可采用不完全互换法进行生产。
将其制造公差适当放大，以便于加工。
在完工后，再用量仪将零件按实际尺寸大小分组，按组进行装配。
如此，既保证装配精度与使用要求，又降低成本。
此时，仅是组内零件可以互换，组与组之间不可互换，因此，叫分组互换法。
在装配时允许用补充机械加工或钳工修刮办法来获得所需的精度，称为修配法。
用移动或更换某些零件以改变其位置和尺寸的办法来达到所需的精度，称为调整法。
不完全互换只限于部件或机构在制造厂内装配时使用。
对厂外协作，则往往要求完全互换。
究竟采用哪种方式为宜，要由产品精度、产品复杂程度、生产规模、设备条件及技术水平等一系列因素决定。
一般大量生产和成批生产，如汽车、拖拉机厂大都采用完全互换法生产。
精度要求很高，如轴承工业，常采用分组装配，即不完全互换法生产。
而小批和单件生产，如矿山、冶金等重型机器业，则常采用修配法或调整法生产。
3.互换性的技术经济意义互换性原则被广泛采用，因为它不仅仅对生产过程发生影响，而且还涉及产品的设计、使用、维修等各个方面。
互换性
比较粗糙的表面，易使腐蚀性气体或液体通过微观峰谷渗入金属内层造成表面锈蚀。同时，微观凹谷处容易藏污纳垢，容易产生化学腐蚀和电化学腐蚀。
（5）影响零件的密封性:
静力密封时，粗糙的零件表面之间无法严密地贴合，容易使气体或液体通过接触面间的微小缝隙发生渗漏。
（6）影响机器或仪器的工作精度。
选择形位公差项目
1.考虑几何特征
零件要素的几何特征是选择形位公差项目的主要依据。
2.减少检测项目
在十四个形位公差项目中，圆度、直线度、平面度等是属于单项控制的公差项目，圆柱度、位置度等是属于综合控制的公差项目。
3．避免重复标注
4.考虑检测方便
5.参考专业标准
圆形或圆柱形：φ球形：Sφ
E、I、J、M、P、L、R、T等字母不用，不至于引起误解
（5）某些重要场合线轮廓度、面轮廓度
体外作用尺寸（Dfe，dfe）
Dfe=Da-t
Dfe=da-tt为形位公差值
形状公差、位置公差和尺寸公差的关系。一般情况下，形状公差、位置公差和尺寸公差的关系应满足
最大实体要求（MMR）：最大实体要求适用于中心要素，是控制被测要素的实际轮廓处于最大实体实效边界之内的一种公差要求。
按互换性要求进行生产既能提高劳动生产率，又可保证产品质量和降低成本。所以说，互换性原则是机械制造业中一项重要的生产原则。
按照互换程度的不同，互换性可以分为完全互换和不完全互换两种。
区别
完全互换指零部件在装配时不需要选择、修配和任何辅助加工，就可以达到预定的装配精度要求。标准件、大批量。
不完全互换又称为有限互换，它是指在装配前需要将零部件预先分组或在装配时需要进行少量修配调整才能达到装配精度的要求。精度高、单件小批量。
互换性与测量技术基础复习题A剖析
互换性与测量技术基础期末考试复习题第一章互换性及标准化的概念目的：掌握零件互换性的基本概念；了解机械精度设计的原则方法。
重点：零件互换性的基本概念难点：零件互换性的基本概念习题：1、什么叫互换性？它在机械制造中有何重要意义？是否只适用于大批量生产？2、完全互换与不完全互换有何区别？各用于何种场合？3、公差、检测、标准化与互换性有什么关系？4、按标准颁发的级别分，我国标准有哪几种？5、下面两列数据属于哪种系列？公比q为多少？（1）电动机转速有（单位为r／min）：375，750，1500，3000…。
（2）摇臂钻床的主参）：25，40，6数（最大钻孔直径，单位为mm3，80，100，125等。
6、判断题（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。
（）第二章光滑圆柱体结合的极限与配合目的：从基本尺寸的精度项目入手，了解几何量线性尺寸的基本概念及有关国标的基本内容。
重点：掌握尺寸精度及配合的选用。
难点：尺寸精度及配合的选用。
习题：1. 判断题（1）公差是零件尺寸允许的最大偏差。
（）（2）公差通常为正，在个别情况下也可以为负或零。
（）（3）孔和轴的加工精度越高，则其配合精度也越高。
（）（4）配合公差总是大于孔或轴的尺寸公差。
（）（5）过渡配合可能有间隙，也可能有过盈。
互换性原则PPT课件
优先数和优先数系
1、优先数和优先数系的概念
优先数和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。
GB/T321-1980《优先数和优先数系》就是其中的一个重要 标准。在确定机械产品的技术参数时，应尽可能地选用该标 准中的数值。
2、优先数系
优先数系是一种十进制的几何级数。我国标准GB321-80与国 际标准ISO推荐R5、R10、R20、R40、R80系列，前四项为基 本系列（见表1-1）,R80为补充系列。
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本讲小结
• 机械零件必须同时满足两个条件才具有互换性：①装配时，不需要经过挑选、修配 和调整。②装配后能满足使用要求。
• 互换性在产品的设计、制造、使用维修等方面都具有积极作用。实际生产中，可根 据产品的复杂程度、精度要求、生产规模的大小以及生产设备和技术水平等的不同， 采用完全互换、不完全互换；内互换、外互换。
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一、互换性的概念
互换性的概念
互换性(interchangeability) 同一规格工 件，不需要作任何挑选和附加加工，就可以装 配到所需的部位上，装配后并能满足使用要求。
装配前——不必挑选 装配中——不必调整修配 装配后——满足规定的性能要求
问题：如何使工件具有互换性？
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(1)基本系列 优先数系中的R5、R10、R20、R40四个系列是 常用系 列，称为基本系列。
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(2)补充系列 R80系列仅在参数分级很细或不能满足需 要时才采用，称为补充系列。其代号表示方法与基本系
列相同。
(3)派生系列 派生系列是从R5、R10、R20、R40、R80 五个系列中，每隔P项取值导出的系列。其公比为：
互换性
1、互换性概述①零、部件的互换性是指在同一规格的一批零件或部件中，任取其一，不需任何挑选或附加修配，就能装在机器上，达到规定的功能要求。
互换性，通常包括几何参数（如尺寸）和机械性能（如硬度、强度）的互换。
2.所谓几何参数，一般包括尺寸大小，几何形状（宏观、微观），以及相互的位置。
允许零件尺寸和几何参数的变动量就称为“公差”。
3.公差标准为机械的标准化，系列化，通用化提供了技术条件。
4.零部件的互换性分为完全互换和不完全互换。
不完全互换是指机器中某个零件尺寸进行配作或修配，调整。
5.米是光在真空中于1／299792458秒时间间隔内的行程长度。
第一章孔轴配合第一节1.尺寸要素：线性＋角度2.公称尺寸：由图样规范确定的理想形状要素的尺寸3、实际尺寸：是通过测量获得的尺寸。
（由于存在测量误差，所以实际尺寸并非尺寸的真值）。
4、极限尺寸极限尺寸是指允许尺寸变化的两个极限值。
最小极限尺寸和最大极限尺寸。
5、最大实体状态和最大实体尺寸最大实体状态系指孔或轴在尺寸公差范围内，具有材料量最多时的状态。
在此状态下的尺寸，称为最大实体尺寸，它是孔的最小极限尺寸和轴的最大极限尺寸的统称。
最小实体状态和最小实体尺寸定义相反。
7、作用尺寸在配合面的全长上，与实际孔内接的最大理想轴的尺寸，称为孔的作用尺寸与实际轴外接的最小理想孔的尺寸，称为轴的作用尺寸。
第二节1、尺寸偏差尺寸偏差是指某一个尺寸（实际尺寸或极限尺寸）减其公称尺寸所得的代数差。
最大极限尺寸减其基本尺寸的代数差称为上偏差（孔ES 轴es）；最小极限尺寸减其基本尺寸的代数差称为下偏差（孔EI 轴ei）；实际尺寸减其公称尺寸的代数差称为实际偏差。
极限尺寸减其公称尺寸的代数差称为极限偏差。
含极限上偏差和极限下偏差。
偏差可以为正值、负值或零值。
合格零件的实际偏差应在规定的极限偏差范围内。
2、尺寸公差尺寸公差是指允许尺寸的变动量。
公差等于最大极限尺寸与最小极限尺寸之代数差的绝对值；也等于上偏差与下偏差的代数差的绝对值。
互换性
机械学院质量工程与测控系绪论本章重点：互换性、标准化与优先数系的概念目的：掌握零件互换性的基本概念；了解机械精度设计的原则方法。
重点：零件互换性的基本概念难点：零件互换性的基本概念学时数：2学时要求：掌握互换性概念，有关标准化、优先数、技术测量的术语及定义；了解机械精度设计的基本理论及方法。
作业：见本章书后习题互换性概述任何一台机器的设计，除了运动分析、结构设计、强度、刚度计算外，还要进行精度设计。
研究机器的精度时，要处理好机器的使用要求与制造工艺的矛盾。
解决的方法是规定合理的公差，并用检测手段保证其贯彻实施。
由此可见，“公差”在生产中是非常重要的。
公差是一门专业基础课，要求：（1）掌握有关公差、测量的基本概念、基本理论、术语、定义；（2）培养公差设计及精度检测的基本能力；（3）学会查工具书，如手册、标准等。
一. 互换性概述1、什么叫互换性举例：组成现代技术装置和日用机电产品的各种零件，如电灯泡、自行车、手表、缝纫机上的零件、一批规格为M10-6H的螺母与M10-69螺栓的自由旋合。
在现代化生产中，一般应遵守互换性原则。
（1）定义：机械和仪器制造中，零、部件的互换性是指在同一规格的一批零件或部件中，任取其一，不需任何挑选或附加修配（如钳工修理）就能装在机器上，达到规定的功能要求，这样的一批零件或部件就称为具有互换性的零、部件。
（2）互换性包括：几何参数（如尺寸）、机械性能（如硬度、强度）和理化性能方面的互换性。
几何量误差（尺寸、形状、位置、表面微观形状误差）。
（3）互换性分类：A、完全互换性特点：不限定互换范围，以零部件装配或更换时不需要挑选或修配为条件。
如日常生活中所用电灯泡。
B、不完全互换性（也称有限互换）特点：因特殊原因，只允许零件在一定范围内互换。
如机器上某部位精度愈高，相配零件精度要求就愈高，加工困难，制造成本高，为此，生产中往往把零件的精度适当降低，以便于制造，然后再根据实测尺寸的大小，将制成的相配零件分成若干组，使每组内的尺寸差别比较小，最后，再把相应的零件进行装配。
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定，它以科学、技术和实践经验的综合成果为 基础，经有关方面协商一致，由主管机构批准， 以特定形式发布，作为共同遵守的准则和依据。
国家标准和行业标准分为强制性标准和推 荐性标准两大类。
互换性与测量技术基础
第一章 互换性与标准化
标准的级别 国家标准、行业标准、地方标准和企业标准
2.公差：零件几何参数误差的允许范围叫作公 差。它包括尺寸公差、几何公差和角度公差等。
互换性与测量技术基础
第一章 互换性与标准化
二、检测与质量
检测包含检验与测量。
几何量的检验是指确定零件的几何参数是否 在规定的上下极限值范围内，并做出合格性判断， 而不必得出被测量的具体数值；
测量是“用数据说话”，是将被测量与标准 计量单位的量进行比较，以确定被测量的具体数 值的过程。
互换性与测量技术基础
第一章 互换性与标准化
互换性的意义
2. 在制造方面：互换性有利于组织大规模专业化生 产，有利于采用先进工艺和高效率的专用设备，并 使用计算机辅助制造，有利于实现加工和装配过程 的机械化、自动化，从而减轻工人的劳动强度，提 高生产率，保证产品质量，降低生产成本。
如：国内很多汽车厂不生产发动机，而采用品牌 发动机进行配套，进行适当的调校即可。
全球经济一体化，可以实现全球化零部件采购， 在满足互换性的前提条件下，成本越低、质量越好 的产品，越受欢迎。
互换性与测量技术基础
第一章 互换性与标准化
互换性的意义
3. 在使用方面：零部件具有互换性，可以及时更换 那些已经磨损或损坏了的零部件，减少机器的维修 时间和费用，减少停线、停产时间，提高设备的利 用率。
互换性与测量技术基础
第一章 互换性与标准化
本章主要内容
第一节 第二节 第三节
互换性 公差与检测 标准与标准化
互换性与测量技术基础
第一章 互换性与标准化
第一节 互换性（interchangeability）
一、互换性的定义 在同一规格的零件或部件中，任取其一，不需任
何挑选或附加修配（如钳工修理）或再调整就能装在 机器（或部件）上，并且符合使用性能要求。 特点： 装配前：不需挑选
第一章 互换性与标准化
INTERCHANGEABILITY & TECHNICAL MEASUREMENT
互换性与测量技术基础
第一章 互换性与标准化
课程简介
互换性与技术测量课程的要求： 课程性质：专业基础课，将标准化与计量学的有关部分有机
地结合在一起，而且涉及机械设计、机械制造、质量控 制、生产组织等多方面。 特点：概念多，涉及标准多。 学习要求： （1）掌握基本概念、基本理论、术语、定义； （2）培养公差设计及精度检测的基本能力； （3）学会查工具书，如手册、标准等。
互换性与测量技术基础
第一章 互换性与标准化
三、实现互换的条件
零件设计时：给定合理的精度（尺寸公差、 几何公差、表面粗糙度等）； 制造时：严格按照设计精度制造； 质量检测时：进行科学检测。
互换性与测量技术基础
第一章 互换性与标准化
第三节 标准与标准化
（standard and standardization）
装配中：不需加工或调整 装配后：满足要求 GB/T 20000.1-2014:某一产品、过程或服务代替另 一产品、过程或服务并满足同样要求的能力。互换性与测量技源自基础第一章 互换性与标准化
设备上的螺栓坏了，怎么办？
互换性与测量技术基础
第一章 互换性与标准化
轴承坏了，怎么办？
互换性与测量技术基础
1.为什么任何一种品牌，不同厂家生产的 USB数据线、存储U盘可以直接插在任何一个 USB接口上使用？
互换性与测量技术基础
第一章 互换性与标准化
质量的定义：一组固有特性满足要求的 程度。（GB/T 19000—2016 ISO9000）
质量问题不仅仅是质量管理部门和质检 人员的责任，也不是设计、制造哪一个部门 的问题，而是需要全面的质量管理，它控制 产品设计、制造、销售等各个环节，各个阶 段；是全过程、全员、全社会参与的质量管 理。
刚度、强度、硬度、 传热性、导电性、热
稳定性
本课程只讨论几
何参数的互换。
互换性与测量技术基础
第一章 互换性与标准化 二、互换性的分类
2. 互换程度，可分为完全互换与不完全互换。
分组互换法：同一组内零件具有完全互换性，组 与组之间不能互换的零部件，属于不完全互换。
调整与修配互换：指装配时需要挑选、调整或修 配零部件，才能达到装配的精度要求，属于不完全 互换。 3. 按部位或者范围，可分为内互换和外互换。
代号：GB(国家标准)， JB(机械标准)， DB(地方标准)， QB(企业标准)， ISO(国际标准化组织，1978年)
国家标准、行业标准分为强制性标准和推荐性标准。 GB/T(推荐性标准) GB/Z(指导性标准)
互换性与测量技术基础
第一章 互换性与标准化
标准的法律效力 1.法律规定国家鼓励企业自愿采用。按照《中华人民共和国 标准化法》第六条规定：对于某一技术要求，没有国家标准 （GB）方可制定行业标准，如机械标准（代号为JB)等，没 有国家标准和行业标准方可制定地方标准（代号为DB)。关 于该技术要求的国家标准公布之后原行业标准即行废止，关 于该技术要求的国家标准或者行业标准公布之后原地方标准 即行废止。
互换性与测量技术基础
第一章 互换性与标准化
第二节 公差与检测
(tolerance and measurement)
一、误差与公差
1.误差：由于设备精度有限，在测量工具、测 量方法、加工与检测环境、检测人员等多方面的 因素影响下，零件在制造完毕后，最终的检测结 果与真实值之间总会存在一定的差异，这种不可 避免的差异就是误差。
如：毕昇发明的活字印刷术，以胶泥活字代替 整个雕版，一个字为一个印，字印的互换性大大提 高，从而提高了印刷效率。
互换性与测量技术基础
第一章 互换性与标准化
二、互换性的分类--- 1.按决定的参数不同，可分为几何参
数互换和功能互换
机械和仪器制造业 机械性能（功能） 的互换性
几何参数的互换性
给出变动范围（公差） 体现——公差标准化
2.直接使用，需要满足哪些条件？
3.为什么苹果数据线接口不一样？但苹果产 品非常流行，而且有许多配件生产厂家？
互换性与测量技术基础
第一章 互换性与标准化 互换性的意义
1. 在设计方面：按互换性进行设计，就可以最大限 度地采用标准件、通用件、同一结构要素件，大大 减少计算、绘图等工作量，还可以采用模块化设计、 计算机辅助设计，直接调用图库或模块图纸，从而 缩短设计周期，并有利于产品品种的多样化。