互换性概述

,第一章极限与配合,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,Company Logo,*,Click to edit Master title style,为什么自行车的链条坏了，我们可以买个新的换上；灯泡坏了我们也可以买个新的换上，而有的则不可以，我们要到生产厂家制新的零部件换上才可以,?,规格相同的任何一个灯头和灯泡，无论它们出自哪个企业，只要产品合格，都可以相互装配， 电路开关合上，灯泡一定会发光。同理，自行车、电视机、 汽车等家用电器的零件损坏，也可以快速换一个同样规格的新零件，并且在更换后，自行车可以继续骑行、电视有画面并有伴音、汽车开动后就可上路。日常生活中之所以这样方便，是因为日常用品、 家用电器、交通工具的零配件都具有,互换性。,现代机器的生产应该是互换性生产，它符合现代化大工业的发展条件。以电视机和汽车的生产为例，它们各自都有成千上万个零件，由若干个省、几十家企业生产制造，而总装厂仅生产部分零部件。在自动生产线上将各企业的合格零件装配成部件，再由部件迅速总装成符合国家标准的电视机或汽车，从而使年产量几十万台甚至几百万台成为可能，而这种现代化大工业的生产使得产品质量更高，产品的价格更为低廉。消费者在现代化进程中得到了实惠，同时也注意到互换性的生产和维修给社会各个层面带来了极大的方便，推动了社会的发展。,1,、互换性的含义,互换性,(Interchangeability),有广义和狭义之分，广义的说是：“,一种产品、过程或服务，代替另一种产品、过程或服务能满足同样要求的能力。,”,在机械工业中，,互换性,是指：“,制成的同一规格的一批零件或部件，不需作任何挑选、调整或辅助加工，就能进行装配，并能满足机械产品的使用性能要求的一种特性”,1-1,互换性的概念,由定义可知，具有互换性的零部件在装配过程中，必须满足,三个,条件：,装配前不挑,装配时不调整或修配,装配后满足使用要求,缺一不可,二、互换性的基本形式（种类）,根据使用要求以及互换的,参数,、,程度,、,范围,的不同，互换性可分为不同的种类。,1.,按决定的参数或使用要求分为：,1),几何参数互换性,(,主要保证装配,),：狭义互换性，即通常所指的互换性，也是,本教材主要涉及的互换性。,尺寸,形状,相对位置,对几何要素的,提出互换性要求。,2),功能互换性,（保证使用）：,广义互换性,，指通过规定功能参数的极限范围所达到的互换性。,机械,物理,化学,对,性能,提出互换性要求。,二、互换性的基本形式（种类）,2,、按互换程度和范围的不同分为：,(1),完全互换：,零件在装配或更换时，不作任何选择、调整和修配就能满足预定的使用要求。对,互换性要求高、大批量生产。,如： 一般标准件有螺钉、 螺母、 滚动轴承、 齿轮等。,(2),不完全互换：,零件在装配和更换前，允许有附加的选择、调整，但不允许修配，装配后能满足预定的要求。对,互换性要求不高、单件小批量生产,，一般用于机器上某些部位装配精度要求很高的场合。,三、互换性的重要性,机械工程中互换性的作用体现在产品的,设计,、,加工,、,装配,和,使用,等方面。,（,1,）设计方面。,由于零部件具有互换性，就可以最大限度地,采用具有互换性的标准件、通用件，可使设计工作简化,，大大减少计算和绘图的工作量，,缩短设计周期,。也便于各种现代计算机辅助设计方法的应用。,（,2,）制造方面。,互换性是专业化协作组织生产的重要基础，整个生产过程可以,采用分散加工、集中装配的方式进行,。这样有利于实现加工过程和装配过程的机械化、自动化，从而,可以提高劳动生产率，提高产品质量，降低生产成本,。,（,3,）装配方面。,从装配看，互换性是提高生产水平和进行文明生产的有利手段。由于装配时不须附加加工和修配，减轻了工人的劳动强度，,缩短了劳动周期,，并且可以采用流水作业的装配方式，,大幅度地提高生产效率,。,（,4,）使用方面。,由于零部件具有互换性，生产中各种设备的零部件损坏后，在最短时间内用备件加以替换，能很快地恢复其使用功能，,减少了修理时间及费用，从而提高设备的利用率，延长,它们的,使用寿命,.,1),军用,军工产品易损件：子弹、炮弹都具有互换性。,2),民用,给日常生活带来极大方便,(,举例：备胎、电子元件等等,),三、互换性的重要性（续）,综上所述，遵循互换性原则进行设计、制造和使用，可大大降低产品成本，提高生产率，降低劳动强度。也为标准化、系列化、通用化奠定了基础。,所以，互换性原则是,机械工业中,的重要原则，是我们设计、制造中必须遵循的。,即使是单件、小批生产，零件不具有互换性，此原则也必须遵循。,如何使工件具有互换性？,设加工一批零件的实际参数（尺寸、 形状、 位置等几何参数及硬度、 塑性、 强度等其它物理参数,),的数值都为理想的理论值， 即这批零件完全相同。 装配时， 任取其中一件， 配合的效果都是相同的。 但是，要获得这种绝对准确和完全相同的产品在实际生产中是根本不可能的。零件加工时不可能做得绝对精确，总是存在几何参数误差。零件的几何参数误差分为尺寸误差、形状误差、位置误差和表面粗糙度。,几何参数误差对零件的使用性能和互换性会有一定影响。实践证明，,只要把零件的几何参数误差控制在一定的范围之内，零件的使用性能和互换性就能得到保证。,为满足机械制造中零件所具有的互换性，要求加工零件的误差应在允许的公差范围之内。零件几何参数允许的变动量称为几何参数公差，简称公差。它包括尺寸公差、几何公差（形状公差、位置公差、方向公差、跳动公差,),、表面粗糙度等。公差是限制误差的，是误差的最大允许值，用以保证互换性的实现。因此，,建立,各种几何参数的,公差标准,，是实现对零件误差的控制和实现零部件互换性的基础。,四、实现互换性的基本条件,实现互换性的基本条件是对同一规格的零、部件按统一的技术,标准,制造。,补充：标准与标准化,所谓,标准,，就是指为了取得国民经济的最佳效果，对需要协调统一的具有重复特征的,物品,（如产品、零部件等）和,概念,（如术语、规则、方法、代号、量值等），在总结科学实验和生产实践的基础上，由有关方面协调制订，经主管部门批准后，在一定范围内作为活动的共同准则和依据。,所谓,标准化,，就是指标准的制订、发布和贯彻实施的全部活动过程，包括从调查标准化对象开始，经试验、分析和综合归纳，进而制订和贯彻标准，以后还要修订标准等。,标准化是一个,不断循环,、,不断提高,的过程。,标准化领域很广泛，为了保证基层标准与上级标准的统一、协调，我国,标准,分为,国家标准、部颁标准和企业标准,。,国家标准由国家质量技术监督局委托有关部门起草，审批后由中国质量技术监督局发布，它对全国经济、技术发展意义重大，必须在全国范围内执行。部颁标准对一个部的经济和技术发展意义重大，必须在部属范围内执行，由主管部门或有关部门联合主持并指定发布。企业标准指公司企业、行业机构制定的在本企业、本行业内实施的标准，包括地方标准、行业标准。,标准化水平的高低体现了一个国家现代化的程度。在现代化生产中，标准化是一项重要的技术措施，因为一种机械产品的制造过程往往涉及许多部门和企业，甚至还要进行国际间协作。为了适应生产上各部门与企业在技术上相互协调的要求，必须有一个共同的技术标准。公差的标准化有利于机器的设计、制造、使用和维修，有利于保证产品的互换性和质量，有利于刀具、量具、夹具、机床等工艺装备的标准化。,我国自,1959,年起，陆续制订了各种国家标准。,1978,年我国正式参加国际标准化组织，旧国标已不能适应现代大工业互换性生产的要求。,1979,年原国家标准局统一布署，有计划、有步骤地对旧的基础标准进行了两次修订。于,1998,年,将标准,公差与配合,改为,极限与配合,，在术语上、内容上尽量与国际标准一一对应，,2009,年,国家又颁布了新标准，以尽快适应国际贸易、技术和经济的交流。,小 结,本节讲述了互换性在现代工业制造中的重要意义；零件互换性的分类包括完全互换和不完全互换；要实现互换性生产，国家制定了公差标准；,合理使用公差,和,正确进行检测,是保证产品质量、,实现互换性生产的必备的条件和手段,；互换性要通过标准化来实现，标准化是现代化生产的重要手段之一；,1,2,极限与配合基本术语、定义,术语和定义是技术标准的基础，也是工程技术人员使用的技术语言。,一、尺寸,二、偏差与公差,三、配合,孔和轴,孔,与,轴,的结合是机械装置中最典型的装配关系，装配后，孔以其内表面包容轴的外表面。,包容与被包容,孔,通常指工件各种形状的内表面，包括圆柱形内表面和其它由单一尺寸形成的非圆柱形包容面。,轴,通常指工件各种形状的外表面，包括圆柱形外表面和其它由单一尺寸形成的非圆柱形被包容面。,孔、轴的区分,轴,孔,加工过程,：,余量切除，孔 ，轴 ；,装配关系,：,孔,包容面，轴,被包容面；,测量方法,：,孔,内卡尺，轴,外卡尺；,表面关系,：,孔,内无材料，轴,内有材料；,一、有关,“,尺寸,”,的术语和定义,1、,尺寸用,特定单位,表示,长度尺寸值,的数值称为尺寸,。,如（直径、半径、宽度、厚度、深度、高度、中心距等） 。默认单位为,mm。,2,6,20,36,45,8,10,16,尺寸又分为,基本尺寸,、,实际尺寸,和,极限尺寸,基本尺寸,极限尺寸,两极限尺寸可能,同时大于或同时小于,基本尺寸，因此,基本尺寸并不是零件在制造时一定要获得的尺寸。,零件加工后的实际尺寸未超出两极限尺寸所限定的范围时，零件尺寸为合格；否则为不合格,。即,零件的合格条件：,最小极限尺寸, 实际尺寸 最大极限尺寸,孔、轴的基本尺寸,：,10,孔的最大极限尺寸,：,Dmax,10.030,孔的最小极限尺寸,：,Dmin,10,轴的最大极限尺寸,：,dmax,10,轴的最小极限尺寸,：,dmin,9.97,例一 ，已知孔、轴的尺寸，求基本尺寸、极限尺寸值。,二、,“,偏差与公差,”,的术语及定义,1.,偏差,某一尺寸减其基本尺寸所得的代数差称为偏差。其中某一尺寸可以是实际尺寸，也可以是极限尺寸；,所以，偏差有,实际偏差,和,极限偏差,之分 。,实际偏差和极限偏差,注意,：,上偏差和下偏统称为极限偏差，它是设计时确定的允许实际偏差变动的界限。,零件加工后，只要实际偏差未超出上、下偏差所限定的范围，零件的尺寸就为合格。用极限偏差表示孔、轴尺寸合格条件的表达式分别为,ES,E,a,EI,和,es,e,a,ei,。,实际偏差和上、下偏差分别可能为正值、负值或零值，在应用中，其值前必须带,“,”,或,“,”,号,(,零值除外,),。,极限偏差的标注形式,1、,某孔直径的基本尺寸为,50mm,，最大极限尺寸为,50.048mm,，最小极限尺寸为,50.009mm,，求孔的上、下偏差。,课堂练习,小 结,1.,理解并掌握广义孔和轴的概念，,2.,理解并掌握有关尺寸的概念，,3.,理解并掌握有关偏差的概念。,2.,公差、公差带和公差带图,请你归纳下公差与偏差的不同。,1,、公差没有正、负符号,2,、公差不能为零。,3,、从加工角度看，基本尺寸相同的零件，公差值越大，加工越容易，反之困难。,零线,下偏差,上偏差,轴,孔,最大极限尺寸,最小极限尺寸,基本尺寸,公差,最大极限尺寸,基本尺寸,最小极限尺寸,公差,下偏差,上偏差,极限与配合示意图,画法：,a,、作零线，标出“,0,”“”“”号，画单向尺寸线并标上基本尺寸,b,、选合适比例放大画出公差带并标出偏差值。一般比例为,500,：,1,或为,1000,：,1,（值较小）,c,、偏差值用,mm,为单位（图上可不标）。若用其他单位须注明。,公差带沿零线方向可适当选取，即其宽度可任意尺寸。,提示：,由公差带图可以看出，从图中可以看出：确定公差带的要素有两个,公差带大小和公差带位置,。其大小即为图中公差带垂直零线方向的宽度，由公差值大小确定。有关标准已经将公差值标准化，称为,标准公差,。其定义为：,标准极限与配合制中，所规定的任一公差。,公差带的位置由极限偏差相对零线的位置确定，国标规定：,在标准极限与配合中，确定公差带相对零线位置的那个极限偏差就叫基本偏差。,基本偏差可以是上偏差，也可以是下偏差，,一般为靠近零线的那个偏差,。,解题过程,【,例,1,3】,求孔,20,的尺寸公差。,【,例,1,4】,一轴基本尺寸为,40mm,，最大极限尺寸为,39.991mm,，尺寸公差为,0.025mm,。求其最小极限尺寸、上偏差和下偏差。,解题过程,【,例,1,5】,绘出孔,25,和轴,25,的公差带图。,解题过程,三、配合,基本尺寸相同的，相互结合的孔和轴公差带之间的关系称为配合。,配合必须：, 基本尺寸相同 相互结合 （,3,）配合后的松紧程度取决于孔和轴公差带之间的关系。,1,、间隙和过盈,（个性：指一个孔与一个轴相配合的关系）,松：则意味着有间隙；,紧：意味着过盈。,国家标准规定：孔的尺寸减去轴的尺寸所得值为正值时是间隙，用,X,表示，其数值前应标“”号；孔的尺寸减去轴的尺寸所得值为负值时是过盈，用,Y,表示，其数值前标“”号。,2,、间隙配合、过盈配合和过渡配合,按孔、轴公差带之间相互位置关系的不同，配合分为,间隙配合,、,过盈配合,和,过渡配合,三类。,间隙配合,在一批间隙配合的孔和轴中任意各取其一，孔尺寸总是大于或等于轴尺寸，装配后都会有间隙。,当相配合的孔、轴之间要求有相对转动、摆动或滑动时，应采用间隙配合。,最大间隙,：孔为最大极限尺寸而与其相配的轴为最小极限尺寸时，配合处于最松状态。,X,max,=,D,max,d,min,=ES,ei,最小间隙,：孔为最小极限尺寸而与其相配的轴为最大极限尺寸，配合处于最紧状态。,X,min,=,D,min,d,max,=EI,es,【,例,1,6】,25,孔与,25,轴相配合，试判断配合类型，若为间隙配合，试计算其极限间隙。,解题过程,过盈配合,对于过盈配合的孔与轴，不论它们的实际尺寸在各自公差带内如何变动，孔尺寸总是小于或等于轴尺寸，配合后都会形成过盈。,当相配合的孔、轴之间要求装配后相对固定，尤其是需传递一定的转矩或轴向力时，应采用过盈配合。,最大过盈,：孔为最小极限尺寸而与其相配的轴为最大极限尺寸，配合处于最紧状态。,Y,max,=,D,min,d,max,=EI,es,最小过盈,：孔为最大极限尺寸而与其相配的轴为最小极限尺寸，配合处于最松状态。,Y,min,=,D,max,d,min,=ES,ei,【,例,1,7】,孔,32,和轴,32,相配合，试判断配合类型，并计算其极限间隙或极限过盈。,解题过程,过渡配合是介于间隙配合与过盈配合之间的一种配合。,在过渡配合中，孔的实际尺寸可能大于、小于或等于相配合轴的实际尺寸，以致实际间隙或过盈都可能出现。,过渡配合一般用于要求能够拆卸的定位配合，加键或紧固件后可传递一定的载荷。,过渡配合,最大间隙,：孔的尺寸大于轴的尺寸时，具有间隙。当孔为最大极限尺寸，而轴为最小极限尺寸时，配合处于最松状态。,X,max,=,D,max,d,min,=ES,ei,最大过盈：,孔的尺寸小于轴的尺寸时，具有过盈。当孔为最小极限尺寸，而轴为最大极限尺寸时，配合处于最紧状态。,Y,max,=,D,min,d,max,=EI,es,【,例,1,8】,孔,50,和轴,50,相配合，试判断配合类型，并计算其极限间隙或极限过盈。,解题过程,判断配合性质的三种方法,:,？,1,、根据孔与轴公差带图之间关系判断,（,1,）,间隙配合,：孔公差带在上，轴公差带在下。,（,2,）,过盈配合,：轴公差带在上，孔公差带在下。,（,3,）,过渡配合,：孔、轴公差带交叠。,2,、根据极限偏差判断：,（,1,）间隙配合：,EI es,。,（,2,）过盈配合：,ES ei,。,（,3,）过渡配合：以上两条均不符，即,EI,es ES,ei,。,3,、根据计算结果判断：,（,1,）间隙配合： 均为正值,（,2,）过盈配合： 均为负值,（,3,）过渡配合：,