互換性與技術測量

前言

時光荏苒，從一個工科學生到走出大學校門，進而走上教師的講臺一直到今天，我從事“互換性與技術測量”課程的教學工作已經二十多年了。社會環(huán)境、學生的求知環(huán)境和工作環(huán)境變化萬千，因此很想將自己的教學體會總結出來，承蒙電子工業(yè)出版社的邀請，隨即團結幾位也是長期從事該門課程教學的老師，經過一年多的協(xié)作，完成了本書的編寫工作?！盎Q性與技術測量”是一門機械類各專業(yè)均需開設的技術基礎課，是工程技術人員在進行機電產品設計時，必須要熟練掌握的基本理論和基本技能。從工科學生的培養(yǎng)體系來看，“高等數學”、“理論力學”、“機械制圖”等課程重點訓練了學生嚴謹的邏輯思維和作為工程師一絲不茍的工作作風。然而，在未來的工作中，所遇到的問題不可能都是可以準確求解的問題。因此，“互換性與技術測量”起著從設計課程過渡到專業(yè)課程的橋梁和紐帶作用。也就是說，從這門課程開始，要逐步灌輸學生工程思維的方法：現實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，用最經濟和高效率的方法去尋求近似解，從而解決工程問題?！盎Q性與技術測量”課程以國家相關標準為依據，但是決不能將這一課程僅僅理解為宣傳貫徹標準。一方面因為每隔幾年隨著技術進步，標準一定會不同程度地被修訂，甚至由新標準全面替代某些舊標準；另一方面由于地區(qū)經濟發(fā)展和生產設備及工藝水平的巨大差異，國家標準在其制定、推薦使用、強制使用和由新的國家標準取代的過程中，其進程在時序上有很大差異。學生在校學習和畢業(yè)后工作的幾年內很可能遇到標準的更迭，如果不能學習標準制定的本質思想，是很難適應未來的實際工作的。所以，學習過程不能僅僅停留在對國家標準表格查用的水平，而是要理解制定該標準的本質意圖和未來可能的發(fā)展趨勢。要幫助學生正確理解設計和標準的辯證關系，一方面標準源于優(yōu)秀設計師為了提高設計質量和傳達設計意圖，所提出的對幾何特征的要求和檢驗準則，例如公差原則分為獨立原則和相關原則，而相關原則又發(fā)展出包容要求、最大實體要求、最小實體要求，進一步又提出可逆性要求；另一方面標準引導設計，促進互換性生產，提高社會生產率。在機械產品的設計過程中，一般要進行三方面的計算：運動分析與計算、強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械系統(tǒng)的精度設計。精度設計的優(yōu)劣直接決定產品的功能、可靠性和產品整個生命周期的綜合效益。機械產品的精度設計是機械設計與制造中的重要環(huán)節(jié)，尺寸精度是機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。機器的幾何精度的分析與計算是多方面的，但歸結起來，設計人員總是要根據給定的整機精度，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值。通常，精度影響產品性能的各個方面，諸如噪聲水平、運轉平穩(wěn)性、加工經濟性、外觀宜人性等。精度設計的正確性與合理性，對產品的使用性能和制造成本，對企業(yè)生產的經濟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品成本費用的提高，現實生產中是以滿足功能要求且考慮生產過程的經濟性來控制精度的。客觀上，精度設計分別在兩個領域中進行，即產品設計過程中的精度設計和零件加工、裝配工藝設計過程中的精度設計。通常需要協(xié)調兩方面問題：一個是精度選擇相對較低，產品使用時其質量不能達到最好，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。

內容概要

本書根據“互換性與技術測量”課程學時壓縮的情況，編寫時盡量貫徹既完整全面又簡潔實用的思想。其主要內容包括：互換性與標準化概論、圓柱體結合尺寸精度的控制與評定、測量技術基礎、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計、圓柱齒輪傳動誤差的評定與齒輪的精度設計、機械系統(tǒng)的精度設計和機械精度設計與實例分析。附錄中還列出“常用詞匯中英文對照”和若干工程示意圖，書中所有工程實例可利用索引查找，并為任課教師免費提供電子課件。　　本書是機械工程及其自動化專業(yè)的教學用書，也可以作為近機類專業(yè)如輕工機械、化工機械等專業(yè)的教學用書，同時可供科研及生產單位從事產品設計和計量測試等工作的工程技術人員使用。

書籍目錄

第1章 互換性與標準化概論  　1.1 互換性生產  　1.1.1 互換性含義  　1.1.2 互換性作用  　1.1.3 互換性生產的發(fā)展  　1.2 標準化及優(yōu)先數系  　1.2.1 標準和標準化  　1.2.2 標準的發(fā)展趨勢  　1.2.3 優(yōu)先數和優(yōu)先數系  　1.3 習題  第2章 圓柱體結合尺寸精度的控制與評定  　2.1 公差與配合的基本術語和定義  　2.1.1 尺寸的術語和定義  　2.1.2 有關偏差與公差的術語和定義  　2.1.3 有關配合的術語和定義  　2.2 公差與配合的國家標準  　2.2.1 標準公差  　2.2.2 基本偏差系列  　2.2.3 公差帶與配合  　2.3 尺寸精度設計的基本方法  　2.3.1 基準制的選擇  　2.3.2 公差等級的選用  　2.3.3 配合的確定  　2.3.4 尺寸精度設計舉例  　2.4 習題  第3章 測量技術基礎  　3.1 測量技術的基本知識  　3.1.1　概述  　3.1.2 計量基準與量值傳遞系統(tǒng)  　3.1.3 計量器具  　3.1.4 測量方法  　3.2 測量誤差和數據處理  　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 等精度測量的數據處理  　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 獨立原則  　4.3.2 相關要求  　4.4 幾何公差的選擇及未注幾何公差的規(guī)定  　4.4.1 幾何公差項目的選擇  　4.4.2 公差原則的選擇  　4.4.3 基準的選擇  　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 基準與基準體系的建立  　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 表面輪廓特征對機械零件使用性能的影響  　5.2 表面結構的術語及定義  　5.2.1 一般術語及定義  　5.2.2 幾何參數術語及定義  　5.2.3 表面輪廓參數術語及定義  　5.3 表面粗糙度的選擇與標注  　5.3.1 表面粗糙度參數及參數值的選擇  　5.3.2 表面粗糙度的標注  　5.4 表面粗糙度的測量  　5.5 習題  第6章 典型零部件的幾何精度設計  　6.1 滾動軸承結合的精度設計  　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、軸結合的公差與配合  　6.1.4 滾動軸承與孔、軸結合的配合選用  　6.2 鍵與花鍵連接的精度設計  　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 螺紋連接的精度設計  　6.3.1 概述  　6.3.2 螺紋幾何參數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 習題  第7章 圓柱齒輪傳動誤差的評定與齒輪的精度設計  　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  　7.3.1 影響傳動準確性的誤差及其評定指標  　7.3.2 影響傳動平穩(wěn)性的誤差及其評定指標  　7.3.3 影響載荷分布均勻性的誤差及其評定指標  　7.4 齒輪副誤差及其評定指標  　7.5 漸開線圓柱齒輪的精度設計  　7.5.1 齒輪精度等級  　7.5.2 齒輪副側隙  　7.5.3 齒輪精度的標注與設計  　7.6 習題  第8章 機械系統(tǒng)的精度設計  　8.1 概述  　8.1.1 精度設計在機械設計中的地位及其發(fā)展  　8.1.2 機械精度設計的分類、決定因素及主要內容  　8.2 尺寸鏈的基本概念  　8.2.1 尺寸鏈的有關術語  　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 習題  第9章 機械精度設計與實例分析  　9.1 工程實例介紹  　9.1.1 工況分析  　9.1.2 功能要求的精度指標  　9.2 精度設計  　9.2.1 主要部件整體精度指標  　9.2.2 典型功能對的精度設計  　9.2.3 封閉環(huán)及其精度設計舉例  　9.3 零件幾何特征的計算機輔助檢測  　9.4 機械精度設計小結  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工程示意圖  索引  參考文獻

章節(jié)摘錄

插圖：制造業(yè)是國民經濟的基礎，是完成設計產品的物化過程。凡有尺寸大小和形狀的產品都是幾何產品，包括機械電子、儀器儀表、交通運輸、家用電器、機器人、半導體和生物工程等產品?；Q性與測量技術是與機械、電子、儀器等制造工業(yè)發(fā)展緊密聯系的基礎學科，源于生產實際，隨著互換性生產而不斷完善，又反饋指導產品的設計和生產過程。加工零件的過程中，由于各種因素（機床、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確，只需達到零件幾何量在某一規(guī)定的范圍內變動的要求，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。互換性這門應用技術與基礎科學的產生和發(fā)展一開始就是由生產決定的，并與社會的需求及科學技術的進步密切相關。早期生產力落后，人們對相互結合的孔、軸采用配對的制作方式，生產效率低下，且有關零件完全沒有互換性。隨著社會發(fā)展對產品生產批量的追求，對同一批產品相同部位的孔、軸結合，人們希望得到一致的，而且是最好的結合效果。為此，人們開始把具有滿意結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合要求的其他孔和軸。這里的樣板孔和軸即是標準量規(guī)。有了標準量規(guī)以后，相互結合且有相同結合要求的零件可分開單獨制造，這樣不僅生產效率顯著提高，結合效果一致性好，而且更主要的是這樣制造的零件具有互換性。后來，標準量規(guī)進一步演變發(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，使被加工零件不再像標準量規(guī)那樣按一個確定的尺寸加工，而是按兩個極限尺寸構成的公差范圍加工，有利于提高生產率，從而促使互換性生產更加蓬勃地發(fā)展。當今，無論從廣度還是從深度來講，互換性生產的發(fā)展都已進入了一個新的階段。不僅由裝配互換性發(fā)展到功能互換性，由幾何參數的互換性發(fā)展到其他質量參數的互換性，由成批、大量生產的互換性發(fā)展到單件、小批量生產的互換性，而且超出了機械工業(yè)的范疇，擴大到了其他行業(yè)?？梢哉f，作為一門基礎技術科學，互換性原則為當今信息社會的發(fā)展已經并將繼續(xù)發(fā)揮巨大的作用。

編輯推薦

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

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