《汽车机械基础》习题参考答案
第一章思考与练习
1．什么叫互换性？互换性在机械制造中的作用是什么？
从一批相同规格的零件（或部件）中任意拿出一个，不需任何修配就能装到所属的部件（或机器）中去，达到预定的配合要求，并能满足技术要求及保证良好的使用性能，这就是互换性。
零、部件的互换性为生产的专业化创造了条件，促进了自动化生产的发展，有利于降低产品成本，缩短设计和生产周期，从而提高生产率，提高产品质量，保证机器工作的连续性和持久性，同时给机器的维修带来极大的方便。
2．加工误差、公差、互换性三者的关系是什么?
零件几何参数允许的变动量称为公差。它包括尺寸公差、形状公差、位置公差等。公差用来控制加工中的误差，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保证互换性的基础。
3．公称尺寸，提取组成要素的局部尺寸，极限尺寸之间有何区别。
公称尺寸是指设计给定的尺寸。提取组成要素的局部尺寸是指通过测量得到的尺寸。极限尺寸是指允许尺寸变化的两个界限值。
4．公差、偏差有何区别？
尺寸公差是指尺寸允许的变动量。公差等于上极限尺寸与下极限尺寸之代数差的绝对值，也等于上极限偏差与下极限偏差之代数差的绝对值。偏差是指某一尺寸减其公称尺寸所得的代数差。偏差分为极限偏差和实际偏差，而极限偏差又分为上极限偏差和下极限偏差。
5．配合有几种类型？
间隙配合、过盈配合、过渡配合。
6.千分尺（又名螺旋测微计）是如何提高测量精度的？其最小分度值为多少？其意义是什么?
千分尺的核心部分主要由测微螺杆和螺母套管所组成，是利用螺旋推进原理而提高测量精度的。其最小分度值为0.01mm，表示其测量准确度为0.01mm。
7.为什么进行公称尺寸分段？
公称尺寸分段后，对同一公称尺寸段内的所有公称尺寸，在相同标准公差等级情况下，规定相同的标准公差，减少了标准公差数目、统一了公差值、简化了公差表格以及便于生产实际应用。
8.试比较游标卡尺、螺旋测微计放大测量原理和读数方法的异同。
游标卡尺的示值机构是由主尺和游标两部分组成，利用主尺和游标上刻度间距的差值来提高其测量精度。螺旋测微计主要由测微螺杆和螺母套管所组成，是利用螺旋推进原理而提高测量精度的。游标卡尺的读数方法：首先在主尺上读出游标零线所对的尺寸整数值，其次找出游标上与主尺刻线对得最准的那一根刻线，读出尺寸的小数值，整数与小数之和，就是被测零件尺寸。螺旋测微计读数时，先在螺母套管的标尺上读出0.5mm以上的示值，再由微分筒圆周上与螺母套管横线对齐的位置上读出不足0.5mm的示值，再估读一位，则三者之和即为被测零件尺寸。
9.游标有20个刻度的游标卡尺游标总长等于19毫米，它的测量精度是多少？测量时如游标的零刻度在尺身的2．4厘米和2．5厘米之间，游标的第16条刻度线与尺身对齐，测量的结果是多少？
测量精度是0.05mm；测量的结果是24.80 mm。
10.为什么规定安全裕度和验收极限？
通过安全裕度和验收极限来防止因测量不确定度的影响而造成工件“误收”和“误废”。
·1·
·211．判断下列说法是否正确
（1） 一般来说，零件的实际尺寸愈接近基本尺寸愈好。 × （2） 公差通常为正，在个别情况下也可以为负或零。 × （3） 孔和轴的加工精度愈高，则其配合精度也愈高。 ×
（4） 过渡配合的孔轴结合，由于有些可能得到间隙，有些可能得到过盈，因此，过渡配合可能是间隙配合，也可能是过盈配合。 ×
（5） 若某配合的最大间隙为15μm ，配合公差为41μm ，则该配合一定是过渡配合。 √ 12．改正下列标注错误： （1）0
025.050+φ （2）0.0340.02563φ++
（3）0.054
100
φ+ （4）0.0760.03060
φ-- （5）062
.0040-φ （6）0.10.1
60φ+-
（1）025.00
50+φ （2）0.0340.02563
φ++
（3）054
.00
100+φ （4）030
.0076.060--φ （5）0062
.040-φ （6）1.060±φ 13．试根据表1.15中的已知数据，填写表中各空格。
14. 试根据1.16表中的已知数据，填写表中各空格
15.查出下列配合中的孔、轴极限偏差值，求出极限间隙或极限过盈、配合公差，说明该配合的基准制及配合性质，并画出公差带图。
（1）50H7/g6φ （2）65G6/h5φ （3）120H7/r6φ （4）35S7/h6φ （5）45H8/js7φ
（6）55Js8/h7φ （7）35H7/n6φ （8）70N7/h6φ （9）72F6/k5φ （10）30F9/k6φ
（1）孔极限偏差值：)H7(500
025.0+φ， 轴极限偏差值：)(650025
.0009
.0--g φ， 公差带图：
（2）孔极限偏差值：)G6(65010.0029
.0++φ， 轴极限偏差值：)h5(65013
.00-φ， 公差带图：
（
（
（
公差带图：
·5·
（9）孔极限偏差值：)F6(72030.0049.0++φ， 轴极限偏差值：)k5(72002
.0015
.0++φ， 公差带图：
加工最容易？
（1）039
.0050+φ，0
039.050-φ，0.060
0.03450
φ++，50
0.031φ±；
（2）039
.00
50+φ，0
022.010-φ，046.00250+φ，60.015φ±；
（3）50js7φ，30js8φ，50f9φ，10H6φ。
（1）公差等级最高、加工最困难的尺寸：0.060
0.03450φ++，
公差等级最低、加工最容易的尺寸：500.031φ±； （2）公差等级最高、加工最困难的尺寸：0.046
250φ+，公差等级最低、加工最容易的尺寸：60.015φ±； （3）公差等级最高、加工最困难的尺寸：10H6φ，公差等级最低、加工最容易的尺寸：50f9φ。 18. 某配合的基本尺寸为φ30mm ，按设计要求，配合的过盈应为－0.014～－0.048mm 。试决定孔、轴公差等级，按基孔制选定适当的配合（写出代号）。
解 （1）按题意，选定基孔制。
（2）确定公差等级。
因为[T f ] = Y min - Y max =(-0.014)- (-0.048)＝0.034mm＝34μm
由表1.3查得IT7 =21μm，IT6 =13μm
T f = T h + T s = 21 + 13 = 34μm≤[T f ]= 34μm
故确定孔为IT7级、轴为IT6级（公差等级小于IT8）。
（3）确定配合代号。
因已选定基孔制，故孔的公差代号为H7，EI = 0，ES = EI+IT7 = +21μm。
Y max＝EI－es es＝EI–Y max =0 –(-48) =＋48μm
ei = es－IT6＝＋48– 13 = +35 μm
由表1.4查得φ30基本偏差为ei＝+35 μm的基本偏差代号为s6
故孔、轴的配合代号为φ30H7/s6
（4）检验。
Y min = ES – ei = 21 – 35 = – 14μm≤– 14μm
Y max = EI – es = 0 – 48 = – 48 μm≤– 48μm
故φ30H7/s6满足使用要求。
第二章思考与练习
1. 判断题(在括弧中打上√或╳)
（1）拟合要素与实际要素相接触即可符合最小条件。（╳）（2）形状公差带不涉及基准，其公差带的位置是浮动的，与基准要素无关。（√）（3）形状误差数值的大小用最小包容区域的宽度或直径表示。（√）（4）应用最小条件评定所得出的误差值，即是最小值，但不是唯一的值。（╳）（5）直线度公差带是距离为公差值t的两平行直线之间的区域。（╳）（6）圆度公差对于圆柱是在垂直于轴线的任一正截面上量取，而对圆锥则是在法线方向测量。
（╳）（7）形状误差包含在位置误差之中。（√）（8）评定位置误差时，包容被测提取要素的区域与基准保持功能关系并必须符合最小条件。
（√）（9）评定位置误差时，基准要素的拟合要素的位置应符合最小条件。（√）（10）建立基准的基本原则是其拟合要素的位置应符合最小条件。（√）（11）定位公差带具有确定的位置，但不具有控制被测提取要素的方向和形状的功能。（╳）（12）定向公差带相对于基准有确定的方向，并具有综合控制被测提取要素的方向和形状的能力。
（√）（13）跳动公差带不可以综合控制被测提取要素的位置、方向和形状。（╳）（14）轴向全跳动公差带与端面对轴线的垂直度公差带相同。（√）（15）径向全跳动公差带与圆柱度公差带形状是相同的，所以两者控制误差的效果也是等效的。
（╳）（16）包容要求是将尺寸和形位误差同时控制在尺寸公差范围内的一种公差要求。（√）（17）按同一公差要求加工的同一批轴，其提取要素的局部直径完全相同。（╳）·6·
（18）极限尺寸相等的两个零件的最小实体尺寸也相等。（√）（19）评定形状误差时，一定要用最小区域法。（√）（20）位置误差是被测提取要素的位置对基准的变动量。（√）
2. 试比较下列各条中两项公差的公差带定义、公差带的形状及基准之间的异同？
（1）圆柱的素线直线度与轴线直线度；
（2）平面度与面对面的平行度；
（3）圆度与径向圆跳动；
（4）圆度和圆柱度；
3. 什么是几何公差？它们包括哪些项目？用什么符号表示？
几何公差是被测提取要素对其拟合要素所允许的变动全量，包括形状公差和位置公差。
形状公差按项目特征可分为直线度、平面度、圆度、圆柱度、线轮廓度、面轮廓度。其中线轮廓度和面轮廓度无基准要求时为形状公差，有基准要求时为位置公差。
位置公差按项目特征可分为定向公差（平行度、垂直度、倾斜度）、定位公差（位置度、同轴度、对称度）和跳动公差（圆跳动、全跳动）。符号见教材所示。
4. 什么是形状误差、定向误差和定位误差？它们应分别按什么方法来评定？
形状误差是指被测提取要素对其拟合要素的变动量。评定被测提取要素的形状误差时，拟合要素相对于被测提取要素的位置不同，评定的形状误差值也不同。因此，在评定提取要素的形状误差时，拟合要素的位置必须有一个统一的规定，这就是：拟合要素的位置应符合最小条件。所谓最小条件，就是被测提取要素对其拟合要素的最大变动量为最小。这个准则就是最小条件。
定向误差是指关联被测提取要素对一具有确定方向的拟合要素的变动量。拟合要素的方向由基准确定。评定定向误差时，拟合要素相对于基准保持图样上所要求的方向关系。定向误差值是用定向最小包容区域（简称定向最小区域）的宽度f或直径φf表示。
定位误差是关联被测提取要素对一具有确定位置的拟合要素的变动量。拟合要素的位置由基准和理论正确尺寸确定，对于同轴度和对称度，理论正确尺寸为零。定位误差值用定位最小包容区域的宽度f或直径φf 表示。
5. 不同要素具有相同的公差要求，若用一个框格表示时，指引线应怎样引出？
可由公差框格引出多根指引线分别指向不同要素。
6. 何为最小条件和最小区域？评定形状误差为什么要按最小条件？评定位置误差要不要符合最小条件？
·7·
·8·
对于轮廓要素(线、面轮廓度除外)，最小条件就是拟合要素位于实体之外与被测提取要素相接触，并使被测要素的最大变动量为最小。最小包容区域，是指包容被测要素的拟合要素具有的最小宽度或最小直径的区域。
按最小区域法（或称最小条件法）评定的形状误差值为最小，并且是唯一的稳定的数值，用这个方法评定形状误差可最大限度地通过合格件。
评定位置误差时，拟合要素与被测提取要素相接触，其位置应保持图样上所要求的方向位置关系，并必须符合最小条件。误差值用定向（定位）最小包容区域的宽度f 或直径φf 表示。这是评定位置误差时应遵守的基本原则。
7. 用水平仪测量某机床导轨的直线度误差，依次测得各点的读数为(μm )：＋5，＋6，0，－1.5，－0.5，＋3，＋2，＋8。试按最小条件法和两端点连线法分别求出该机床导轨的直线度误差值。
解 水平仪测得值为在测量长度上各等距两点的相对差值，需计算出各点相对零点的高度差值，即各点的累积值，计算结果列入表2中
误差图形如图示。两端点连线法：将0点和8点的纵坐标连线0A ，作包容且平行于0A 的两平行直线I ，从坐标图上得到直线度误差f ＇＝10.78μm 。最小条件法：按最小条件判断准则，作两平行直线Ⅱ，从坐标图得到直线度误差f ＝7.65μm 。由上述结果可知，二端点连线法所得直线度误差值较大。
510152025
题7图
8. 对某零件实际表面均匀分布测量九个点，各测量点对测量基准面的坐标值如图所示（单位：μm ）。试求该表面的平面度误差。
题8图
解 题8图中的读数是在同一测量基面测得的。如果将基面进行转换，例如使基面转到平行于测点A1和C 1的连线上，即选取转轴I-I ，使A1的偏差值与C 1的偏差值相等如图3（a ）所示，于是得单位旋转量q 为：
52
)
10(011+--=
＝－＝行距数点偏差值点偏差值C A q
·9·
将B 行各偏差加一个q 值，C 行各偏差加2q 值，经基面转换后各点的偏差值如图3（b ）所示。同理，选择轴II －II 进行基面转换，可得图3（c ）所示的各点偏差值。由图3（c ）中可看出符合平面度误差评定的三角形准则，故该表面的平面度误差f 为偏差的最大值减去最小值，即：
)(27027m f μ=-+=
?
??
（a ） （b ） （c ）
题8图
9. 用文字说明题9图中所标注的各形位公差的含义。
（1）以￠16f7 圆柱轴线为基准，M8×1轴线对￠16f7 轴线的同轴度公差为￠0.1mm 。 （2）以￠16f7 圆柱体的圆柱度公差为0.005mm 。
（3）以￠16f7圆柱轴线为基准，SR750球面对￠16f7 轴线的径向圆跳动公差为0.03mm 。
题9图
10. 解释题10图中单缸内燃机曲轴零件各项形位公差标注的含义，填在表2.9中
题10图
·10
· 表2.9 单缸内燃机曲轴零件各项形位公差标注的的含义
11. 根据图2.53的公差要求填写表2.10，并绘出动态公差带图。
a) b) c)
d) e) f)
题11图
表2.10
第三章思考与练习
1. 表面粗糙度的含义是什么?对零件的使用性能有哪些影响?
在机械加工过程中，由于刀痕、切削过程中切屑分离时金属的塑性变形，工艺系统中的高频振动、刀具和被加工表面的摩擦等原因，致使被加工零件的表面产生微小的峰谷。这些微小峰谷的高低程度和间距状况就称为表面粗糙度。
表面粗糙度对零件的使用性能有着重要的影响，尤其对在高温、高速、高压条件下的机器（仪器）零件影响更大。主要表现在以下几方面：
（1）表面粗糙度影响零件表面的耐磨性。
（2）表面粗糙度影响零件配合性质的稳定性。
（3）表面粗糙度影响零件的抗疲劳强度。
（4）表面粗糙度还对零件表面的抗腐蚀性、表面的密封性和表面外观等性能有影响。
2. 为什么要规定取样长度和评定长度?两者有什么关系?
规定取样长度是为了限制和削弱其它几何形状误差，尤其是表面波度对测量结果的影响。lr过长，表面粗糙度的测量值中可能包含有表面波纹度的成分；过短，则不能客观的反应表面粗糙度的实际情况，使测得结果有很大随机性。规定评定长度是因为零件表面各部分的表面粗糙度不一定很均匀，在一个取样长度上往往不能合理地反映某一表面的粗糙度特征，故需要在表面上取几个取样长度来评定表面粗糙度。
评定长度可以只包含一个取样长度或包含连续的几个取样长度。一般推荐取ln=5lr。对均匀性好的表面，可选ln<5×lr；对均匀性较差的表面，可选ln>5×lr。
3. 试述测量和评定表面粗糙度轮廓时中线的含义。
轮廓中线是评定表面粗糙度参数值的基推线。评定表面粗糙度轮廓时的中线主要有两种：(1)轮廓的算术平均中线：在取样长度范围内，划分实际轮廓为上、下两部分，且使上、下面积相等的线；(2)轮廓的最小二乘中线：具有几何轮廓形状并划分轮廓的基准线，在取样长度内使轮廓线上各点的轮廓偏距的平方和为最小。
4. 评定表面粗糙度轮廓的主要参数有哪些?分别论述其名称、符号和定义。
评定表面粗糙度轮廓时的主要参数是幅度参数，有轮廓的算术平均偏差Ra（在一个取样长度内，被测轮廓上各点至轮廓中线偏距绝对值的算术平均值）和轮廓最大高度Rz（在一个取样长度内，被评定轮廓的最大轮廓峰高与最大轮廓谷深之和）。
5. 选择表面粗糙度参数值时，应考虑哪些因素?
表面粗糙度参数值的选择既要满足零件的功能要求，又要考虑它的经济性，一般可参照经过验证的实例，用类比法来确定。一般选择原则如下：
（1）在满足表面功能要求的情况下，尽量选用较大的表面粗糙度参数值。
（2）同一零件上，工作表面的粗糙度参数值小于非工作表面的粗糙度参数值。
（3）摩擦表面比非摩擦表面的参数值要小；滚动摩擦表面比滑动摩擦表面的粗糙度参数值小；运动速度高，单位压力大的摩擦表面应比运动速度低，单位压力小的摩擦表面的粗糙度参数值要小。
（4）受循环载荷的表面及容易引起应力集中的部位，粗糙度参数值要小。
（5）一般情况，过盈配合表面比间隙配合表面的粗糙度数值要小，对间隙配合，间隙越小，粗糙度的参数值应越小。
（6）配合性质相同时，零件尺寸愈小则表面粗糙度参数值应愈小；同一精度等级，小尺寸比大尺寸、轴比孔的表面粗糙度参数值要小。
·11·
通常尺寸公差、表面形状公差小时，表面粗糙度参数值也小。但表面粗糙度参数值和尺寸公差、表面形状公差之间并不存在确定的函数关系，如手轮、手柄的尺寸公差值较大，表面粗糙度参数值却较小。
6．设计时如何协调尺寸公差、形状公差和表面粗糙度参数值之间的关系?
通常尺寸公差、表面形状公差小时，表面粗糙度参数值也小。但表面粗糙度参数值和尺寸公差、表面形状公差之间并不存在确定的函数关系，如手轮、手柄的尺寸公差值较大，表面粗糙度参数值却较小。一般情况下，它们之间有一定的对应关系，可参照教材表3.6所列的对应关系。
7．常用的表面粗糙度的测量方法有哪几种?各种方法适宜于哪些评定参数?
测量表面粗糙度的仪器形式多种多样，从测量原理上看，常用的测量方法有比较法、光切法、干涉法和针描法等。这些方法基本上用于测量表面粗糙度的幅度参数。
8．在一般情况下，φ40H7与φ6H7相比，φ40H6/f5与φ40H6/s6相比，φ65H7/d6与φ65H7/h6相比，哪种配合应选用较小的表面粗糙度参数值?为什么?
φ6H7比φ40H7选用较小的表面粗糙度允许值；φ40H6/s5比φ40H6/f5选用较小的表面粗糙度允许值；φ65H7/h6比φ65H7/d6选用较小的表面粗糙度允许值。因为：同一精度等级，小尺寸比大尺寸表面粗糙度参数值要小；过盈配合表面比间隙配合表面的粗糙度数值要小；对间隙配合，间隙越小，粗糙度的参数值应越小。
9．有一转轴，其尺寸为φ50，上偏差+0.017、下偏差+0.002，圆柱度公差为2.5μm，试根据尺寸公差和形状公差确定该轴的表面粗糙度评定参数Ra和Rz的数值。
由题意可知：形状公差约是尺寸公差的16%，参照表3.6，Ra的数值应小于尺寸公差的1.2%，Rz的数值应小于尺寸公差的5%；所以Ra约为0.16μm Rz约为0.63μm。
10．某箱体孔尺寸为中φ65H7，若其形状公差按其尺寸公差的60％选用，试确定该孔的表面粗糙度允许值Ra和Rz。
由题意查表5.3，尺寸公差为30μm，形状公差按其尺寸公差的60％选用，则Ra的数值应小于尺寸公差的5%，Rz的数值应小于尺寸公差的20%；所以Ra约为1.25μm Rz约为5.0μm。
11．比较下列每组中两孔的表面粗糙度幅度参数值的大小，并说明原因。
（1）φ80H7与φ40H7中的两个H7孔；φ40H7比φ80H7选用较小的表面粗糙度允许值；同一精度等级，小尺寸比大尺寸表面粗糙度参数值要小。
（2）φ50H7/p6与φ50H7/g6中的两个H7孔；φ50H7比φ50H7选用较小的表面粗糙度允许值；过盈配合表面比间隙配合表面的粗糙度数值要小。
（3）圆柱度公差分别为0.01mm和0.02mm的两个φ40H7孔。圆柱度公差为0.01mm的φ40H7孔比0.02mm的φ40H7孔选用较小的表面粗糙度允许值；孔的表面形状公差小时，表面粗糙度参数值也小。
12. 解释图3.35中各标注示例（表面粗糙度代号）的含义。
·12·
图3.35 题12图
（a）用磨削加工的方法获得的表面，双向极限值，上限值：默认传输带，算术平均偏差1.6μm，评定长度为5个取样长度（默认），“16％规则”（默认）。下限值：传输带λs默认为标准化值，λc=2.5mm，粗糙度的最大高度6.3μm，评定长度为5个取样长度（默认），“最大规则”。加工纹理垂直于视图所在的投影面。
（b）用铣削加工的方法获得的表面，双向极限值，其幅度参数R a上限值为50μm，下限值为6.3μm，评定长度均为5个取样长度（默认），“16％规则”（默认）。传输带均采用λs=0.008mm，λc=lr=4mm。加工纹理近似同心圆且圆心与表面中心相关。
（c）用铣削加工的方法获得的表面，双向极限值，上限值：算术平均偏差0.8μm，评定长度为5个取样长度（默认），下限值：粗糙度的最大高度3.2μm，评定长度为1个取样长度。传输带均为默认传输带，粗糙度合格性判断规则均为“16％规则”（默认）。加工纹理垂直于视图所在的投影面。
（d）3处轮廓表面均为去除材料，其中R3圆角处表面粗糙度的算术平均偏差Ra的上限值为1.6μm，倒角处算术平均偏差Ra的上限值为6.3μm，φ40外圆处粗糙度的最大高度Rz的上限值为12.5μm。其余技术要求均采用默认的标准化值。
（e）工件孔表面粗糙度的算术平均偏差Ra的上限值为0.8μm，其它轮廓表面粗糙度的最大高度Rz的上限值均为6.3μm。其余技术要求均采用默认的标准化值。
13.试将下列表面粗糙度要求标注在图 3.36所示的圆锥齿轮坯上（其余技术要求均采用默认的标准化值）。
3.2 μm；
（2）端面c和端面b的表面粗糙度参数Ra的最
大值为3.2 μm；
（3）φ30孔采用拉削加工，表面粗糙度参数Ra
的最大值为1.6 μm，并标注加工纹理；
（4）8±0.018键槽两侧面的表面粗糙度参数Ra
的上限值为3.2 μm。
图3.36 题13图
·13·