《公差配合与测量技术第六版》教学教案.docx

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《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。

1.1.2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。

2.标准分类

（1）按范围分类　基础标准、产品标准、方法标准、安全与环境保护标准。

（2）按级别分类　国际标准、区域标准、国家标准（ＧＢ）、部门标准（专业标准，如ＪＢ）及行业标准、地方标准、企业标准。

国家标准和行业标准又分为强制性标准和推荐性标准，８０％以上的标准属于推荐性标准。

我国的技术标准分为三级：

国家标准（ＧＢ）、行业标准、企业标准。

3.标准化标准化是指在经济、技术、科学及管理等社会实践中，对重复性事物和概念通过制定、发布和实施标准达到统一，以获得最佳秩序和社会效益的全部活动过程。

0.3优先数和优先数系

0.3.1优先数系

优先数系是一种十进制的几何级数。

我国标准（GB/T321-2005/ISO3:

1973）推荐系列符号R5、R10、R20、R40、R80系列，前四项为基本系列,R80为补充系列。

其公比为：

R5系列     q5≈1.6     R10系列   q10≈1.25

R20系列    q20≈1.12   R40系列   q40≈1.06

R80系列    q80≈1.03

0.3.2优先数系的特点

（1）任意相邻两项间的相对差近似不变（按理论值则相对差为恒定值）。

（2）任意两项理论值经计算后仍为一个优先数的理论值。

（3）优先数系具有相关性。

0.4本课程的任务

（1）掌握与标准化和互换性相关的基本概念、基本理论和原则。

（2）基本掌握本课程中几何量公差标准的主要内容、特点和应用原则。

（3）初步学会根据机器和零件的功能要求，选用几何量公差与配合。

（4）学会查阅工具书，如手册、标准等，能够熟练查、用本课程介绍的公差表格，并能正

确选用及标注。

（5）熟悉各种典型几何量的检测方法，初步学会常用计量器具的读数原理及使用方法。

（6）初步具有公差设计及精度检测的基本能力。

第1章极限与配合及检测

【学习及技能目标】

1.理解有关公差、极限偏差等术语的定义及有关计算，并会查表标注尺寸

的极限偏差值。

2.理解配合制的概念及公差等级的选用、配合类型的选择。

3.掌握零件检测（测量方法、测量误差、测量精度等）的基础知识。

4.能正确使用游标卡尺、外径千分尺等测量工具对典型零件进行测量。

第1讲

课题：

1.极限与配合的基本术语及定义

2.极限与配合标准的主要内容

授课形式：

讲授

教学目的：

1.掌握极限与配合的基本术语及定义

2.熟练计算极限尺寸、会绘制公差带图

3.掌握间隙、过渡、过盈配合的特点及极限盈、隙的计算。

教学重点：

有关极限尺寸、极限偏差、尺寸公差、基本偏差的概念

教学难点：

1.计算、绘制公差带图

2.间隙、过渡、过盈配合的特点及极限盈、隙的计算。

教具：

挂图、多媒体课件

教学方法：

精讲：

重点讲清有关极限尺寸、极限偏差、尺寸公差、基本偏差的概念

多练：

在讲授后，通过练习、讨论和分析归纳帮助学生自我消化、自我提高，从而培养学生的计算能力。

教学过程：

一、引入新课题

本章是本门课程的核心内容，是学习以后各章的基础。

要求对各公差配合的基本概念要明确，本次课开始学习有关内容。

二、教学内容

1.1极限与配合的基本知识

1.1.1极限与配合的基本术语及定义

1.孔

孔是指工件的圆柱形内表面，也包括非圆柱形内表面（由二平行平面或切面形成的包容面）。

孔的直径尺寸用D表示。

2.轴

轴是指工件的圆柱形外表面，也包括非圆柱形外表面（由二平行平面或切面形成的被包容面）。

轴的直径尺寸用d表示。

孔与轴的区别:

从装配关系讲，孔是包容面，轴是被包容面。

从加工过程看，随着余量的切除，孔的尺寸由小变大，轴的尺寸由大变小，如图所示。

1.1.2有关要素的术语定义

1.要素　　

即构成零件几何特征的点、线、面。

2.尺寸要素　　

是指由一定大小的线性尺寸或角度尺寸确定的几何形状。

3.尺寸

是指用特定单位表示线性尺寸值的数值。

4.公称尺寸（原称基本尺寸）

是由设计给定的，通过强度、刚度等方面的计算或结构需要，并考虑工艺方面要求后确定的，孔用D表示，轴用d表示。

5.实际（组成）要素（原称实际尺寸）

由接近实际（组成）要素所限定的工件实际表面的组成要素部分。

6.极限尺寸

指尺寸要素允许的两个极端尺寸。

提取组成要素的局部尺寸应位于其中，也可达到极限尺寸。

尺寸要素允许的最大尺寸称为上极限尺寸；尺寸要素允许的最小尺寸称为下极限尺寸。

分别用Dmax，dmax和Dmin，dmin表示，如图1-2所示。

1.1.3有关尺寸偏差、公差的术语及定义

1.尺寸偏差

某一尺寸减去其公称尺寸所得的代数差称为尺寸偏差（简称偏差）。

偏差可能为正或负，也可为零。

2.实际偏差

实际尺寸减去其公称尺寸所得的代数差称为实际偏差。

3.极限偏差

极限尺寸减去其公称尺寸所得的代数差，称为极限偏差。

（1）上偏差:

上极限尺寸减去其公称尺寸所得的代数差称为上偏差。

孔的上

偏差用ES表示;轴的上偏差用es表示。

（2）下偏差:

最小极限尺寸减去其公称尺寸所得的代数差称为下偏差。

孔的

下偏差用EI表示;轴的下偏差用ei表示。

极限偏差计算公式:

ES=Dmax-Des=dmax-d

EI=Dmin–Dei=dmin-d

4.尺寸公差（Th，Ts）

允许尺寸的变动量称为公差。

孔公差用Th表示;轴公差用Ts表示。

公差计算公式:

孔公差Th=Dmax-Dmin=ES-EI

轴公差Ts=dmax-dmin=es-ei

5.尺寸公差带

（1）公差带:

由代表上偏差和下偏差或上极限尺寸和下极限尺寸的两条直线所限定的一个区域，称为尺寸公差带。

（2）为确定极限偏差的一条基准线，是偏差的起始线，零线上方表示正偏差;零线下方表示负偏差。

6.标准公差

国家标准规定的公差数值表中所列的，用以确定公差带大小的任一公差称为标准公差。

7.基本偏差

用以确定公差带相对于零线位置的上偏差或下偏差称为基本偏差。

1.1.4有关配合的术语定义

1.配合

配合是指基本尺寸相同的，相互结合的孔和轴公差带之间的关系。

2.间隙（X）或过盈（Y）

在轴与孔的配合中，孔的尺寸减去轴的尺寸所得的代数差，当差值为正时

称为间隙，用X表示;当差值为负时称为过盈，用Y表示。

标准规定:

配合分为间隙配合、过盈配合和过渡配合。

3.间隙配合

具有间隙（包括最小间隙等于零）的配合称为间隙配合。

在间隙配合中，孔的公差带在轴的公差带之上，如图所示。

计算公式:

最大间隙Xmax=Dmax-dmin=ES-ei

最小间隙Xmin=Dmin-dmax=EI-es

平均间隙Xav=1/2（Xmax+Xmin）

4.过盈配合

具有过盈（包括最小过盈等于零）的配合称为过盈配合。

在过盈配合中，孔的公差带在轴的公差带之下，如图所示。

计算公式:

最大过盈Ymax=Dmin-dmax=EI-es

最小过盈Ymin=Dmax-dmin=ES-ei

平均过盈Yav=1/2（Ymax+Ymin）

5.过渡配合

可能具有间隙或过盈的配合，此时孔的公差带与轴的公差带相互交叠，如图所示。

计算公式:

最大间隙Xmax=Dmax-dmin=ES-ei

最大过盈Ymax=Dmin-dmax=EI-es

Xav（Yav）=1/2（Xmax+Ymax）+（-）

在过渡配合中，平均间隙或平均过盈为最大间隙与最大过盈的平均值，所得值为正，则为平均间隙；为负则为平均过盈。

6.配合公差

允许间隙或过盈的变动量称为配合公差。

它表明配合松紧程度的变化范围。

配合公差用Tf表示，是一个没有符号的绝对值。

计算公式:

对间隙配合Tf=Xmax-Xmin

对过盈配合Tf=Ymin-Ymax

对过渡配合Tf=Xmax-Ymax

三种配合的配合公差也可为:

Tf=Th+Ts

第2讲

课题：

1.配合制

2.标准公差系列

3.基本偏差系列

4.极限与配合在图样上的标注

5.常用和优先的公差带与配合

6.一般公差---线性尺寸的未注公差

授课形式：

讲授

教学目的：

1.掌握基孔制和基轴制的特点

2.熟悉标准公差系列和基本偏差系列的构成

3.掌握标准公差数值表和孔与轴的基本偏差数值表的查用，并会在图样上正确标注公差配合。

4.掌握一般公差的表示方法。

教学重点：

标准公差数值表和孔与轴的基本偏差数值表的查用

教学难点：

会在图样上正确标注公差配合。

教具：

挂图、多媒体课件

教学方法：

本节主要讲述极限与配合标准，在此基础上引导学生查用标准公差数值表和孔与轴的基本偏差数值表，会在图样上正确标注公差配合。

从而培养学生的应用能力。

教学过程：

一、引入新课题

复习有关极限尺寸、极限偏差、尺寸公差、基本偏差的概念，。

要求对基孔制和基轴制的特点明确，本次课开始学习有关极限与配合标准的主要内容。

二、教学内容

1.2极限与配合标准的主要内容

1.2.1配合制及标准公差等级

配合制是以两个相配合的零件中的一个零件为基准件，并对其选定标准公差带，将其公差带位置固定，而改变另一个零件的公差带位置，从而形成各种配合的一种制度。

1.基孔制

基本偏差为一定的孔的公差带，与不同基本偏差的轴的公差带形成各种配合的一种制度。

基孔制配合中的孔为基准孔，是配合的基准件。

如图（a）所示。

标准规定:

基准孔的基本偏差为下偏差EI，数值为零，即EI=0，上偏差为正值，其公差带偏置在零线上侧。

基准孔的代号为H。

2.基轴制

基本偏差为一定的轴的公差带，与不同基本偏差的孔的公差带形成各种配合的一种制度。

基轴制配合中的轴为基准轴，是配合的基准件。

如图（b）所示。

标准规定:

基准轴的基本偏差为上偏差es，数值为零，即es=0，下偏差为负值，其公差带偏置在零线下侧。

基准轴的代号为h。

3.公差等级

确定尺寸精确程度的等级称为公差等级。

国家标准设置了20个公差等级，各级标准公差的代号为IT01、IT0、IT1、IT2、…、IT18。

IT01精度最高，其余依次降低，标准公差值依次增大。

1.2.2基本偏差系列

基本偏差系列：

是对公差带位置的标准化。

国家标准对孔和轴分别规定了28个公差带位置，分别由28个基本偏差来确定。

如图１-７所示。

1.代号

基本偏差代号用拉丁字母表示，孔用大写字母表示，轴用小写字母表示。

2.基本偏差系列图及其特征

如图所示

3．基本偏差数值

（1）轴的基本偏差数值：

A:

轴的基本偏差计算公式见书中表1-3。

B:

为了方便使用，国家标准按上述轴的基本偏差计算公式计算列出了轴的基本偏差数值表，见书中表1-4。

C:

轴的基本偏差可查表确定，另一个极限偏差可根据轴的基本偏差数值和标准公差值按下列关系式计算:

ei=es-IT（公差带在零线之下）

es=ei+IT（公差带在零线之上）

（2）孔的基本偏差数值：

孔的基本偏差数值是由同名的轴的基本偏差换算得到的。

换算原则为:

同名配合的配合性质不变，即基孔制的配合（如30H9.f9、40H7.g6）变成同名基轴制的配合（如30F9.h9、40G7.h6）时，其配合性质（极限间隙或极限过盈）不变。

①通用规则用同一字母表示的孔、轴的基本偏差的绝对值相等，符号相反。

孔的基本偏差是轴的基本偏差相对于零线的倒影。

即EI=-es（适用于A～H）

ES=-ei（适用于同级配合的K～ZC）

②特殊规则用同一字母表示的孔、轴的基本偏差的符号相反，而绝对值相差一个Δ值。

即ES=-ei+Δ

Δ=ITn-ITn-1=ITh-ITs

孔的另一个极限偏差可根据孔的基本偏差数值和标准公差值按下列关系式计算

EI=ES-IT（公差带在零线之下）

ES=EI+IT（公差带在零线之上）

1.2.3极限与配合在图样上的标注

1.公差带代号与配合代号

A.公差代号：

孔、轴的公差带代号由基本偏差代号和公差等级数字组成，举例：

孔的公差带代号-----H7、F7、K7、P6

轴的公差带代号------h7、g6、m6、r7

B.配合代号：

当孔和轴组成配合时，写成分数形式，分子为孔的公差带代号，分母为轴的公差带代号。

举例：

H7/g6

如指某公称尺寸的配合，则公称尺寸标在配合代号之前，如30H7/g6。

2.图样中尺寸公差的标注形式

A.零件图标注：

尺寸公差的两种标注形式如图所示，孔、轴公差在零件图上主要标注基本尺寸和极限偏差数值，也可标注基本尺寸、公差带代号和极限偏差值。

B.在装配图标注：

主要标注配合代号，即标注孔、轴的基本偏差代号及公差等级，如图所示。

1.2.4常用和优先的公差带与配合

1.常用和优先公差带

A.轴用公差带：

国标规定了一般、常用和优先轴用公差带共116种。

B.孔用公差带：

国标规定了一般、常用和优先孔用公差带共105种。

2.选用原则

应按优先、常用、一般公差带的顺序选取。

若一般公差带中也没有满足要求的公差带，则按国标规定的标准公差和基本偏差组成的公差带来选取，还可考虑用延伸和插入的方法来确定新的公差带。

3.配合

国标规定基孔制常用配合59种，优先配合13种。

基轴制常用配合47种，优先配合13种。

1.2.5一般公差—线性尺寸的未注公差（GB/T1804—2000）

1.未注公差

在车间普通工艺条件下，机床设备一般加工能力可保证的公差称为一般公差。

在正常维护和操作情况下，它代表车间的一般的经济加工精度。

2.未注公差级别

国家标准GB/T1804—2000对线性尺寸的一般公差规定了4个公差等级，它们分别是精密级f、中等级m、粗糙级c、最粗级v。

对适用尺寸也采用了较大的分段。

f、m、c、v四个等级分别相当于IT12、IT14、IT16、IT17。

3.举例

采用GB.T1804—2000规定的一般公差，在图样、技术文件或标准中用该标准号和公差等级符号表示。

例如，当选用中等级m时，表示为GB/T1804—2000—m。

一般公差的线性尺寸是在车间加工精度保证的情况下加工出来的，一般可以不用检验。

第3讲

课题：

1.测量技术的概念

2.长度基准与尺寸传递

3.量块的基本知识

4.计量器具的基本度量指标

5.测量方法的分类

授课形式：

讲授

教学目的：

1.了解测量技术的基本概念及尺寸传递

2.了解计量器具及其基本度量指标

3.重点掌握量块的使用方法。

4.重点掌握测量方法的分类

教学重点：

1.量块的使用方法。

2.计量器具及其基本度量指标

3.测量方法的分类

教学方法：

精讲量块的用法，多练：

在讲授后，通过练习、讨论和分析归纳帮助学生掌握本节课内容。

教学过程：

一、引入新课题

由提问学生长度单位的意义引入新课.

二、教学内容

1.3测量技术基础

1.3.1技术测量与检测的基本知识

1.测量

是指为确定被测量值而进行的一组操作过程。

其实质是将被测的量L与具有计量单位的标准量E进行比较，从而确定比值q的过程，即q=L/E

测量过程包括以下四个要素:

（1）测量对象主要指几何量，包括长度、角度、表面形状和位置误差、表面粗糙度以及螺纹、齿轮的各种参数等。

（2）计量单位长度单位为米（m），在机械制造中常用单位为毫米（mm）、微米（μm）;角度单位是弧度（rad），实用中常以度（°）、分（′）、秒（″）为单位。

（3）测量方法是指在进行测量时所采用的测量器具、测量原理和测量条件的总和。

（4）测量精度是指测量结果与真值的一致程度。

2.检验

是指为确定被测量是否达到预期要求所进行的测量，从而判断是否合格，不一定得出具体的量值。

3.长度尺寸基准和传递系统

　　世界各国所使用的长度单位有米制和英制两种，长度的量值传递是指“将国家计量基准所复现的计量值，通过检定（或其他方法）传递给下一等级的计量标准（器）并依次逐级传递到工作计量器具上，以保证被测量对象的量值准确一致的方式”。

　　1m是在1/299792458s时间间隔内光在真空中所行程的长度。

这是经1983年第17届国际计量大会审议并批准的“米”的新定义

４.角度的量值传递

　使用高精度的测角仪和多面棱体

1.3.2量块

1.量块及其特点

量块是指用耐磨材料制造，横截面为矩形，并具有一对相互平行测量面的量具，量块的测量面可以和另一个量块的测量面相研合而组合使用，也可以和具有类似表面品质的辅助表面相研合而用于量块长度的测量。

2.量块规格

（1）量块长度

　　是指量块一个测量面上的任意点到与相对的另一测量面相研合的辅助体表面之间的垂直距离，且辅助体的材料和表面品质与量块相同。

（2）量块中心长度

　　是指对应于量块未研合测量中心点的量块长度。

（3）量块标称长度

是指标记在量块上，用以表明其与主单位（ｍ）之间关系的量值，也称为量块长度的示值。

3.量块的精度

（1）量块的制造精度分为00,0,1,2,（3）级五个级别，其中00级的精度最高，各级精度依次降低，（3）级的精度最低。

此外，还有一个校准级—K级。

（2）量块的检定精度（根据量块中心长度的极限偏差和测量面的平面度公差等精度指标）分为1、2、3、4、5、6六个等别，其中1等的精度最高，各等别精度依次降低，6等的精度最低。

4.量块的使用

为了能用较少的块数组合成所需要的尺寸，量块应按一定的尺寸系列成套生产供应。

5.量块的研合以致及研合方法

（1）研合性　

　　量块的研合性是指量块的一个测量面与另一量块的测量面或另一经精加工的类似量块的测量面的表面，通过分子力作用而相互研合的性能。

（2）量块的研合

　　研合量块组时，首先用优质汽油将选用的各量块清洗干净，用洁布擦干，然后以大尺寸量块为基础，顺次将小尺寸量块研合上去。

1.3.3计量器具的基本度量指标

度量指标是用来说明计量器具的性能和功用的。

基本度量指标如下:

1.刻度间距

指刻度尺或分度盘上相邻两刻线中心之间的距离。

一般刻度间距为1～2.5mm。

2.分度值（刻度值）

是指标尺或分度盘上相邻两刻线间所代表被测量的量值。

3.示值范围

是指计量器具所显示的最低值到最高值的范围。

4.测量范围

指在允许的误差限内，计量器具所能测量的下限值（最小值）到上限值（最大值）的范围。

5.灵敏度

是指计量器具对被测量变化的反应能力。

6.测量力

是指计量器具的测头与被测表面之间的接触压力。

7.示值误差

是指计量器具上的示值与被测量真值的代数差。

8.示值变动

是指在测量条件不变的情况下，用计量器具对同一被测量进行多次测量（一般5～10次）所得示值中的最大差值。

9.回程误差（滞后误差）

是指在相同条件下，对同一被测量进行往返两个方向测量时，计量器具示

值的最大变动量。

10.不确定度

是指由于测量误差的存在而对被测量值不能肯定的程度。

1.3.4测量方法的分类

1.按所获得被测结果的方法不同，分为：

A:

直接测量：

是指直接从计量器具上获得被测量的量值的测量方法。

B:

间接测量：

是指测量与被测量有一定函数关系的量，然后通过函数关系算出被测量的测量方法。

2.按读数值是否为被测量的整个量值,分为：

A:

绝对测量：

是指被测量的全值从计量器具的读数装置直接读出。

B:

相对测量：

是指从计量器具上仅读出被测量对已知标准量的偏差值，而被测量的量值为计量器具的示值与标准量的代数和。

3.按被测表面与计量器具的测量头是否有机械接触,分为：

A:

接触测量：

是指计量器具在测量时，其测头与被测表面直接接触的测量。

B:

非接触测量：

是指计量器具的测头与被测表面不接触的测量。

4.按同时测量参数的多少,分为：

A:

单项测量：

是指分别测量工件的各个参数的测量。

B:

综合测量：

是指同时测量工件上某些相关的几何量的综合结果，以判断综合结果是否合格。

5.按测量在加工过程中所起的作用,分为：

A:

主动测量:

是指在加工过程中对零件的测量，其测量结果用来控制零件的加工过程，从而及时防止废品的产生。

B:

被动测量:

是指在加工后对零件进行的测量。

其测量结果只能判断是否合格，仅限于发现并剔除废品。

6.按被测量在测量过程中所处状态,分为：

静态测量:

是指在测量时被测表面与计量器具的测量头处于静止状态。

动态测量：

是指测量时被测表面与计量器具的测量头之间处于相对运动状态的测量方法。

第4讲

课题：

1.测量误差的概念

2.测量误差的来源

3.测量误差的种类和特性

4.关于测量精度的几个概念

授课形式：

讲授

教学目的：

1.了解测量误差的概念和产生测量误差的因素

2.掌握测量误差的种类特性以及测量结果的数据处理方法

教学重点：

测量误差的种类特性

教学难点：

测量误差测量结果的数据处理方法

教具：

多媒体课件

教学方法：

精选例题和习题目帮助学生掌握测量误差的种类和特性。

教学过程：

一、引入新课题