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机械精度设计与检测基础(第2版普通高等学校机械类一流本科专业建设精品教材) 版权信息
- ISBN:9787030726650
- 条形码:9787030726650 ; 978-7-03-072665-0
- 装帧:一般胶版纸
- 册数:暂无
- 重量:暂无
- 所属分类:>
机械精度设计与检测基础(第2版普通高等学校机械类一流本科专业建设精品教材) 内容简介
“机械精度设计与检测基础”课程是高等院校机械类和仪器仪表类必修的主干技术基础课程,是联系设计课程与工艺课程的纽带。本书包括绪论、尺寸精度设计、几何精度设计与检测、测量技术与数据处理、光滑工件尺寸的检测、尺寸链基础、表面粗糙度精度设计及其检测、滚动轴承与孔轴结合的精度设计、键连接的精度设计与检测、螺纹结合的精度设计与检测、渐开线圆柱齿轮传动的精度设计与检测、机械精度设计实例等。 本书可作为高等院校相关专业的本科生教材,也可供各类工程技术人员参考。
机械精度设计与检测基础(第2版普通高等学校机械类一流本科专业建设精品教材) 目录
第1章 绪论 1
1.1 互换性原则 1
1.1.1 互换性的含义 1
1.1.2 互换性的作用 1
1.1.3 互换性的分类 2
1.1.4 互换性的实现 2
1.2 加工误差、公差与测量 2
1.3 标准与标准化 3
1.3.1 标准和标准化的含义 3
1.3.2 标准的分类和分级 4
1.4 优先数和优先数系 4
1.4.1 数值标准化的意义 4
1.4.2 优先数系——数值标准化 4
1.5 机械精度设计的主要方法 5
1.6 本课程的性质及任务 6
习题1 6
第2章 尺寸精度设计 7
2.1 基本概念 7
2.1.1 有关孔和轴的定义 7
2.1.2 有关尺寸的术语及定义 7
2.1.3 有关偏差和公差的术语及定义 8
2.1.4 有关配合的术语及定义 11
2.2 公差与配合国家标准 15
2.2.1 标准公差系列 15
2.2.2 基本偏差系列 16
2.2.3 公差带代号、配合代号及其在图样上的标注 24
2.2.4 国家标准规定的公差带与配合 26
2.3 尺寸精度设计方法与实例 28
2.3.1 基准制的选择 28
2.3.2 公差等级的选择 29
2.3.3 配合的选择 32
2.3.4 一般公差 35
2.3.5 尺寸精度设计实例 35
习题2 37
第3章 几何精度设计与检测 38
3.1 基本概念 38
3.1.1 几何公差的研究对象 38
3.1.2 几何要素的分类 39
3.2 几何公差 40
3.2.1 几何误差与几何公差的关系 40
3.2.2 几何公差带 40
3.2.3 几何公差的标注方法 40
3.2.4 几何公差的简化标注 46
3.3 几何公差与几何误差检测 47
3.3.1 几何误差的检测原则 47
3.3.2 形状公差与形状误差检测 48
3.3.3 形状、方向或位置公差 54
3.3.4 方向公差与方向误差检测 55
3.3.5 位置公差与位置误差检测 59
3.3.6 跳动公差与跳动误差检测 65
3.4 公差原则与公差要求 67
3.4.1 有关术语及定义 67
3.4.2 独立原则 70
3.4.3 包容要求 70
3.4.4 *大实体要求 71
3.4.5 *小实体要求 74
3.4.6 可逆要求 75
3.5 几何公差国家标准 76
3.5.1 平行度、垂直度、倾斜度公差 76
3.5.2 同轴度、对称度、圆跳动和全跳动公差 77
3.5.3 圆度和圆柱度公差 77
3.5.4 直线度、平面度公差 78
3.6 几何精度设计 79
3.6.1 几何公差项目的选择 79
3.6.2 基准要素的选择 80
3.6.3 几何公差值的选择 80
3.6.4 几何公差等级的应用 80
3.6.5 公差原则及公差要求的选择 81
3.6.6 几何精度设计实例 82
3.6.7 未注几何公差值的规定 84
习题3 85
第4章 测量技术与数据处理 88
4.1 测量技术基础 88
4.1.1 测量的基本概念 88
4.1.2 长度基准和量值的传递 88
4.1.3 量块的基本知识 90
4.1.4 计量器具 92
4.1.5 测量方法 94
4.2 测量误差及数据处理 95
4.2.1 测量误差的基本概念 95
4.2.2 测量误差的分类 95
4.2.3 随机误差的处理 97
4.2.4 系统误差的处理 101
4.2.5 粗大误差的处理 101
4.2.6 测量误差的数据处理实例 102
习题4 104
第5章 光滑工件尺寸的检测 106
5.1 尺寸检测与验收原则 106
5.1.1 尺寸检测概述 106
5.1.2 验收原则 106
5.2 光滑极限量规 109
5.2.1 量规的作用与种类 109
5.2.2 量规设计原则及其结构 110
5.2.3 量规公差带 111
5.2.4 量规的技术要求 113
5.2.5 量规工作尺寸的计算 113
习题5 115
第6章 尺寸链基础 116
6.1 基本概念 116
6.1.1 相关术语定义 116
6.1.2 尺寸链的类型 118
6.2 完全互换法计算直线尺寸链 119
6.2.1 完全互换法解尺寸链的基本公式 119
6.2.2 精度设计校核计算 120
6.2.3 公差分配设计计算 121
6.3 大数互换法解尺寸链 124
6.3.1 大数互换法解尺寸链的基本公式 125
6.3.2 用大数互换法解尺寸链的实例 126
6.4 其他互换法 127
6.4.1 分组装配法 127
6.4.2 修配补偿法 127
6.4.3 调整补偿法 128
习题6 128
第7章 表面粗糙度精度设计及其检测 131
7.1 表面形貌及影响 131
7.1.1 零件表面形貌的分类 131
7.1.2 表面粗糙度对零件使用性能的影响 132
7.2 表面粗糙度的评定 132
7.2.1 主要术语及定义 132
7.2.2 表面粗糙度的评定参数 134
7.2.3 表面粗糙度的国家标准 136
7.3 表面粗糙度的标注 137
7.3.1 表面粗糙度的符号 137
7.3.2 表面粗糙度参数标注 138
7.4 表面粗糙度的选用及检测 141
7.4.1 表面粗糙度的选用 141
7.4.2 表面粗糙度的检测 142
习题7 143
第8章 滚动轴承与孔轴结合的精度设计 144
8.1 滚动轴承的互换性和公差等级 144
8.1.1 滚动轴承的互换性 144
8.1.2 滚动轴承的公差等级及其应用 145
8.2 滚动轴承内、外径及相配轴颈、外壳孔的公差带 145
8.2.1 滚动轴承内、外径公差带 145
8.2.2 与滚动轴承配合的轴颈和外壳孔的常用公差带 146
8.3 滚动轴承与孔、轴结合的精度设计 147
8.3.1 滚动轴承公差等级的选择 147
8.3.2 与轴颈、外壳孔配合的 选择 147
8.3.3 轴颈、外壳孔的公差等级、几何公差、表面粗糙度的选择 150
8.3.4 滚动轴承与孔、轴结合的精度设计实例 151
习题8 152
第9章 键连接的精度设计与检测 153
9.1 普通平键连接的公差与配合 153
9.1.1 普通平键连接 153
9.1.2 平键连接的尺寸公差与配合 153
9.1.3 平键连接的几何公差和表面粗糙度 155
9.1.4 键槽的图样标注 155
9.1.5 普通平键键槽的检测 155
9.2 矩形花键连接的公差与配合 156
9.2.1 花键连接 156
9.2.2 矩形花键的主要参数和定心方式 157
9.2.3 矩形花键连接的尺寸公差与配合 158
9.2.4 矩形花键连接的几何公差和表面粗糙度 159
9.2.5 矩形花键的标注 160
9.2.6 矩形花键的检测 161
习题9 161
第10章 螺纹结合的精度设计与检测 162
10.1 螺纹的分类及使用要求 162
10.2 普通螺纹的基本几何参数 162
10.3 螺纹几何参数误差对互换性的影响 164
10.4 螺纹作用中径和中径合格性判断原则 166
10.5 普通螺纹的公差与配合 167
10.5.1 普通螺纹的公差带 167
10.5.2 螺纹的精度设计 170
10.5.3 螺纹公差带与配合的选用 170
10.5.4 螺纹在图样上的标注 171
10.6 普通螺纹的测量 172
习题10 173
第11章 渐开线圆柱齿轮传动的精度设计与检测 174
11.1 渐开线圆柱齿轮传动的使用要求 174
11.2 影响渐开线圆柱齿轮精度的主要误差来源 175
11.3 渐开线圆柱齿轮精度的评定参数 176
11.3.1 渐开线圆柱齿轮轮齿同侧齿面偏差 177
11.3.2 渐开线圆柱齿轮径向综合偏差与径向跳动 181
11.4 齿轮副和齿轮坯的精度 182
11.5 渐开线圆柱齿轮精度等级及其应用 183
11.6 渐开线圆柱齿轮精度设计 184
11.6.1 齿轮精度等级的确定 184
11.6.2 *小法向侧隙和齿厚极限偏差的确定 185
11.6.3 轮齿检验项目的确定 188
11.6.4 齿轮齿面表面粗糙度、轮齿接触斑点 188
11.6.5 齿轮精度等级在图样上的标注 189
11.6.6 齿轮精度设计实例 190
习题11 192
第12章 机械精度设计实例 193
12.1 零件图中的精度设计 193
12.1.1 零件图中精度确定的方法及原则 193
12.1.2 零件图精度设计实例 194
12.2 装配图中的精度设计 199
12.2.1 装配图中公差与配合确定的方法及原则 199
12.2.2 精度设计中的误差影响因素 200
12.2.3 装配图精度设计实例 202
参考文献 208
机械精度设计与检测基础(第2版普通高等学校机械类一流本科专业建设精品教材) 节选
第1章 绪论 在机械产品的设计过程中,一般需要进行三方面的分析计算。 (1)运动分析与计算:根据机器或机构应实现的运动,由运动学原理,确定机器或机构合理的传动系统,选择合适的机构或元件,以保证实现预定的动作,满足机器或机构运动方面的要求。 (2)强度分析与计算:根据强度、刚度等方面的要求,确定各个零件合理的公称尺寸,进行合理的结构设计,使其在工作时能承受规定的负荷,达到强度和刚度方面的要求。 (3)精度分析与计算:零件公称尺寸确定后,还需要进行精度分析与计算,以确定产品各个部件的装配精度以及零件的几何参数和公差。 本书主要讨论机械精度的分析与计算。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。机械精度设计涉及机械设计、机械制造工艺、机械制造计量测试、质量管理与质量控制等多种学科,是与机械工业发展密切相关的一门综合性应用技术基础学科。 机械精度设计的任务就是根据使用要求对经过参数设计阶段确定的机械零件的几何参数合理地给出尺寸公差、几何公差和表面粗糙度,以此控制加工误差,从而保证产品的各项性能要求。 1.1互换性原则 1.1.1互换性的含义 自行车的螺母损坏了或丢失了,汽车、缝纫机、金属切削机床的零部件坏了,怎么办呢?买一个相同规格的合格品换上,便能很快使它们恢复原有的使用功能。为什么呢?因为它们都是按互换性要求生产的,即这些零部件具有相互替换的性质。 在机械制造业中,互换性是指按照规定技术要求制造的同一规格的零部件,在装配和更换时,不做任何选择、附加调整或修配就能达到预定使用性能要求的特性。零部件的互换性包括几何参数的互换性(尺寸、形状、位置、表面微观形状误差等)和功能互换性(力学性能、物理化学性能等)’本课程只讨论几何参数的互换性。 1.1.2互换性的作用 互换性对现代化机械制造业具有重要的意义。只有机械零部件具有互换性,才有可能将一台复杂的机器中成千上万的零部件分散到不同的车间、工厂进行高效率的专业化生产,然后再集中到总装车间或总装厂进行装配。 (1)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设备和高效率的专用设备,有利于进行计算机辅助制造,有利于实现加工和装配过程的机械化、自动 机械精度设计与检测基础 化,从而减轻劳动强度、提高生产效率、保证产品质量、降低生产成本。 (2)在设计方面,按互换性进行设计,可以*大限度地采用标准件、通用件,如滚动轴承、螺钉、销钉、键等,从而大大减少计算、绘图等工作量,使设计简便,缩短设计周期,并有利于产品品种的多样化和计算机辅助设计,有利于开发系列产品,不断地改善产品结构、提高产品性能。 (3)在使用维修方面,零部件具有互换性,可以及时更换那些已经磨损或损坏的零部件,因此,减少了机器的维修时间和费用,增加了机器的平均无故障工作时间,保证机器能够连续而持久地运转,提高了设备的利用率。在航天、航空、核工业、能源、国防等特殊领域或行业,零部件的互换性所起的作用是难以用金钱来衡量的,其意义更为重大。 1.1.3互换性的分类 (1)互换性按互换程度可分为完全互换性和不完全互换性。 完全互换性简称互换性,是指零部件在装配或更换时,不做任何选择,不需调整或修配,装配后满足预定的性能要求,如日常生活中所用电灯泡的互换性。概率互换(大数互换性)属于完全互换性,这种互换性是以一定置信水平为依据,如置信水平为95%99%等,使加工好的规格相同的大多数零部件不需要任何挑选、调整、修配等辅助处理,在几何参数上就具有彼此互相替换的性能。 不完全互换性也称有限互换性,是指零部件在装配或更换前,允许有附加选择;装配时允许有附加的调整或辅助加工;装配后能满足使用要求。不完全互换性可以采用分组互换法、调整法、修配法等不同方法来实现。 通常情况下,使用要求与制造水平、经济效益没有矛盾时,可采用完全互换;反之采用不完全互换。厂际协作往往要求完全互换。部件或构件在同一厂制造和装配时,可采用不完全互换。 (2)对于标准部件或机构来说,互换性又可分为内互换与外互换。 内互换是指标准部件内部各零件间几何参数的互换性。外互换是指标准部件与其相配件间的互换性。如滚动轴承,其外圈外径与机座孔、内圈内径与轴颈的配合为外互换;外圈、内圈滚道与滚动体间的配合为内互换。 1.1.4互换性的实现 若将同一规格零件的几何量制作得完全相同显然可以实现互换,但这在生产上不可能(总会存在加工误差),且没有必要。在零部件实际制造过程中,由于加工设备、工具不可避免地存在误差,要使同一规格的一批零件或部件几何参数的实际值完全相同是不可能的,它们之间或多或少会存在差异。因此,要保证其具有互换性,只能使其几何参数的实际值充分接近,其接近程度取决于产品的质量要求。 1.2加工误差、公差与测量 1.加工误差 加工误差是指加工过程中产生的尺寸、几何形状和相互位置误差以及表面精度误差。随着制造技术水平的提高,可以减小加工误差,但永远不可能消除加工误差。加工误差可分为以下几种。 (1)尺寸误差:指加工后零件的实际尺寸和理想尺寸之差,如直径误差、?L距误差等。 (2)形状误差:指加工后零件的实际表面形状相对其理想形状的差异或偏离程度,如直线度、圆柱度等。 (3)位置误差:指加工后零件的表面、轴线或对称平面之间的相互位置相对其理想位置的差异或偏离程度,如垂直度、位置度等。 (4)表面粗糙度:指零件加工表面上具有的较小间距和峰谷所形成的微观几何形状误差。 2.公差 若加工制成的一批零件的实际尺寸等于理论值,即这些零件完全相同,虽具有互换性,但这在生产上不可能,且没有必要。而实际上只要求零件的实际参数值变动不大,保证零件充分近似即可。 公差是指允许尺寸、形状和位置误差变动的范围,即由设计人员给定的允许零件的*大误差,用以限制加工误差。公差越小,加工越困难,生产成本就越高。建立各种几何参数的公差标准是实现零件误差控制和保证互换性的基础。 3.测量 完工后的零件是否满足公差要求,要通过检测加以判断。检测包含检验与测量。检验是指确定零件的几何参数是否在规定的极限范围内,并判断其是否合格。测量是将被测量与作为计量单位的标准量进行比较,以确定被测量的具体数值的过程。技术测量的研究内容包括统一计量单位和测试理论。统一计量单位是要确定出计量单位以及传递量值;测试理论包括制定计量标准、设计计量器具、培训计量人员等。 因此,合理确定公差与正确进行检测,是保证产品质量、实现互换性生产的两个必不可少的条件和手段。 1.3标准与标准化 1.3.1标准和标准化的含义 现代化工业生产的特点是规模大,协作单位多,互换性要求高。为了正确协调各生产部门和准确衔接各生产环节,需要有一种协调手段来使分散的、局部的生产部门和生产环节保持必要的技术统一而成为一个有机的整体,以实现互换性生产。标准与标准化正是联系这种关系的主要途径和手段,是实现互换性的基础。 1.标准的含义 标准是对重复性事物(产品、零件、部件)和概念(术语、规则、代号和量值)所做的统一规定。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。 2.标准化的含义 标准化包括制定、发布、贯彻实施以及不断修订标准的全部活动过程,其核心是贯彻实施标准。标准化是以标准的形式体现的,是一个不断循环、不断提高的过程。 1.3.2标准的分类和分级 1.标准的分类 按标准的不同性质可分为技术标准、生产组织标准和经济管理标准三类,技术标准是对产品和工程建设质量、规格及检验方面所做的技术规定,包括基础标准、产品标准、方法标准、安全卫生标准与环境保护标准等。按标准的法律属性可分为强制性标准和推荐性标准。按标准使用程度不同可分为基础标准和一般标准。基础标准是指在一定范围内作为其他标准的基础、被普遍使用并具有广泛指导意义的标准,如机械制图、公差与配合、计量单位、优先数系等标准。一般标准是指在一定范围内普遍使用’具有广泛指导意义的标准。 2.标准的分级 标准制定的范围不同,其级别也不一样。我国标准分为国家标准(GB)、地方标准、行业标准和企业标准(QB)四个级别,如机械标准(JB)属行业标准。从世界范围看,还有国际标准(如ISO)和国际区域性标准(如IEC)。 3.标准化的意义 标准化是组织现代化大生产的重要手段,是实现专业化协作生产的必要前提,是科学管理的重要组成部分。标准化同时是联系科研、设计、生产、流通和使用等方面的纽带,是使整个社会经济合理化的技术基础。标准化也是发展贸易、提高产品国际市场竞争能力的技术保证。 1.4优先数和优先数系 1.4.1数值标准化的意义 制定公差标准以及设计零件的结构参数时,都需要通过数值表示。任何产品的参数值不仅与自身的技术特性有关,还直接、间接地影响与其配套系列产品的参数值。在机械设计中,常常需要确定很多参数,而这些参数往往不是孤立的,一旦选定,这个数值就会按照一定规律,向一切有关的参数传播,称为“数值扩散”。例如,螺栓的尺寸一旦确定,将会影响螺母的尺寸、丝锥板牙的尺寸、螺栓孔的尺寸以及加工螺栓孔的钻头的尺寸等。由于数值如此不断关联、不断传播,所以,机械产品中的各种技术参数都不能随意确定。为满足不同的需求,产品必然出现不同的规格,形成系列产品。产品数值杂乱无章会给组织生产、协作配套、使用维修带来困难,所以技术参数应在一个理想的、统一的数系(优先数系)中选取。 1.4.2优先数系——数值标准化 优先数系是一种十进制的几何级数。国家标准《优先数和优先数系》(GB/T321—2005)规定了5个不同公比的十进制近似等比数列作为优先数系,分别用系列代号R5、R10、R20、R40、R80表示,依次称为R5系列、R10系列、R20系列、R40系列、R80系列。前四项为基本系列,也是常用的系列;R80为补充系列,仅用于参数分级很细或基本系列中的优先数不能满足需要的场合。各系列的公比分别为 其中,优先数系中的每一个数(项值)即为优先数。 优先数系的应用原则为先基本系列再补充系列,先大公比后小公比。实际应用时均采用理论公比经圆整后的近似值。根据圆整的精确程度可分为计算值和常用值。计算值是对理论值取5位有效数字的近似值,在做参数系列的精确计算时可以代替理论值。常用值是通常使用的,即通常所称的优先数,取3位有效数字。优先数系的基本系列(常用值)见表1.1。 1.5机械精度设计的主要方法 机械精度设计的方法主要有类比法、计算法和试验法三种。 1.类比法 类比法就是与经过实际使用证明合理的类似产品上的相应要素相比较,确定所设计零件几何要素精度的方法。 采用类比法进行精度设计时,必须正确选择类比产品,分析它与所设计产品在使用条件和功能要求等方面的异同,并考虑实际生产条件、制造技术的发展、市场供求信息等多种因素。采用类比法进行精度设计的基础是资料的收集、分析与整理。类比法是大多数零件几何要素精度设计采用的方法。类比法也称经验法。 2.计算法 计算法就是根据由某种理论建立起来的功能要求与几何要素公差之间的定量关系,计算确定零件几何要素的精度。 例如,根据液体润滑理论计算确定滑动轴承的*小间隙;根据弹性变形理论计算确定圆柱结合的过盈;根据机构精度理论和
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