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浅析机械零件几何精度设计中的互换性原则作者：苑东明来源：《科教导刊·电子版》2014年第35期摘要机械制造中要使零件具有互换性，不仅要求决定零件特性的那些技术参数的公称值相同，而且要求将其实际值的变动限制在一定范围内，以保证零件充分近似，即应按“公差”来制造。
公差是允许的实际参数值的最大变动量。
当前，互换性原则已经成为组织现代化生产的一项重要技术经济原则。
它已经在生产资料和生活资料的各个部门被普遍地、广泛地采用。
关键词机械零件精度设计互换性原则中图分类号：TG801 文献标识码：A1互换性互换性的实例在日常生活和工作中经常能遇到。
例如自行车、手表、汽车和拖拉机等的零件坏了，都可以迅速换上一个新的，并且在更换与装配后，能很好地满足使用要求。
其之所以能这样方便，就因为这些零件都具有互换性。
国家标准GB3935.1—83对互换性是这样定义的：某一产品（包括零件、部件、构件）与另一产品在尺寸、功能上能够彼此互相替换的性能。
由此可见，要使产品能够满足互换性的要求，不仅要使产品的几何参数（包括尺寸、宏观几何形状、微观几何形状）充分近似。
而且要使产品的机械性能，理化性能以及其它功能参数充分近似。
在机械行业中的互换性的含义可阐述如下：“机械制造中的互换性，是指按规定的几何、物理及其它质量参数的公差，来分别制造机器的各个组成部分，使其在装配与更换时不需辅助加工及修配便能很好的满足使用和生产上的要求”显然，互换性应该同时具备三个条件：第一，不需挑选；第二，不需要辅助加工和修配；第三，满足规定的功能要求。
2互换性的分类2.1按参数特性或使用要求（1）几何互换性。
几何互换性是指按规定几何参数的公差，以保证成品的几何参数充分近似所达到的互换性。
此为狭义互换性，即通常所讲的互换性，有时也局限于指保证零件尺寸配合要求的互换性。
保证成品几何参数的互换性。
（2）功能互换性。
功能互换性是指规定功能参数的公差所达到的互换性。
机械工程中精密加工技术的研究报告研究报告：机械工程中精密加工技术摘要：本研究报告旨在探讨机械工程中的精密加工技术，对其原理、应用和发展趋势进行深入研究。
通过对精密加工技术的介绍和分析，我们可以更好地理解其在机械工程领域的重要性，并为相关行业的发展提供有价值的参考。
1. 引言精密加工技术是机械工程领域中一项关键的技术，它涉及到对工件进行高精度、高质量的加工和制造。
在如今的现代制造业中，精密加工技术已经成为了提高产品质量和生产效率的重要手段。
本节将介绍精密加工技术的定义、背景和意义。
2. 精密加工技术的原理精密加工技术的原理主要包括几何形状控制、表面质量控制和尺寸控制。
几何形状控制是指通过控制刀具和工件的相对运动，使得工件的几何形状能够满足设计要求。
表面质量控制是指通过控制加工参数和工艺流程，使得工件表面的粗糙度、平整度等指标能够达到要求。
尺寸控制是指通过控制切削量、切削速度等参数，使得工件的尺寸能够满足设计要求。
3. 精密加工技术的应用精密加工技术在机械工程领域有着广泛的应用。
其中，最常见的应用包括航空航天领域、汽车制造领域和电子设备制造领域。
在航空航天领域，精密加工技术可以用于制造高精度的涡轮叶片和航空发动机零部件。
在汽车制造领域，精密加工技术可以用于制造高精度的汽车发动机缸体和汽车零部件。
在电子设备制造领域，精密加工技术可以用于制造高精度的半导体器件和电子元件。
4. 精密加工技术的发展趋势随着科技的进步和需求的增长，精密加工技术在机械工程领域的发展也呈现出一些新的趋势。
首先，随着数控技术和自动化技术的发展，精密加工技术的自动化程度将进一步提高，加工效率和精度将得到显著提升。
其次，随着材料科学和表面工程技术的发展，新型材料和表面处理技术将为精密加工技术的发展提供更多的可能性。
最后，随着智能制造和工业互联网的兴起，精密加工技术将与大数据、云计算等技术相结合，实现智能化生产和管理。
5. 结论本研究报告对机械工程中的精密加工技术进行了深入研究，介绍了其原理、应用和发展趋势。
机械零件形位精度设计的研究【摘要】正确合理地进行形位精度设计，对保证机器的功能要求、提高经济效益十分重要。
本文文详细阐述了形位精度设计即形位公差项目，形位公差值，基准要素的选用考虑的因素与方法。
【关键词】形位公差项目；形位公差值；基准要素零件的形位误差对机器、仪器的正常使用有很大的影响，同时也会直接影响到产品质量、生产效率与制造成本。
因此正确合理地形位精度设计，对保证机器的功能要求、提高经济效益十分重要。
形位精度设计的主要内容包括：选择形位公差项目，确定形位公差值，基准要素的选用，按标准规定进行图样标注。
1 形位公差项目的选用选择形位公差项目可根据以下几个方面：1.1 零件的几何特征零件加工误差出现的形式与零件的几何特征有密切联系。
如圆柱形零件会出现圆柱度误差，平面零件会出现平面度误差，凸轮类零件会出现轮廓度误差，阶梯轴、孔会出现同轴度误差，键槽会出现对称度误差等。
1.2 零件的功能要求形位误差对零件的功能有不同的影响，一般只对零件功能有显著影响才规定合理的形位公差。
1.2.1 保证零件的工作精度例如，机床导轨的直线度误差会影响导轨的导向精度，使刀架在滑板的带动下作不规则的直线运动，应该对机床导轨规定直线度公差；滚动轴承内、外圈及滚动体的形状误差，会影响轴承的回转精度，应对其给出圆度或圆柱度公差；在齿轮箱体中，安装齿轮副的两孔轴线如果不平行，会影响齿轮副的接触精度和齿侧间隙的均匀性，降低承载能力，应对其规定轴线的平行度公差；机床工作台面和夹具定位面都是定位基准面，应规定平面度公差等。
1.2.2 保证联结强度和密封性例如，气缸盖与缸体之间要求有较好的联结强度和很好的密封性，应对这两个相互贴合的平面给出平面度公差；在孔、轴过盈配合中，圆柱面的形状误差会影响整个结合面上的过盈量，降低联结强度，应规定圆度或圆柱度公差等。
1.2.3 减少磨损，延长零件的使用寿命例如，在有相对运动的孔、轴间隙配合中，内、外圆柱面的形状误差会影响两者的接触面积，造成零件早期磨损失效，降低零件使用寿命，应对圆柱面规定圆度、圆柱度公差；对滑块等作相对运动的平面，则应给出平面度公差要求等。
齿轮及轴的几何精度设计学生作品所属学院：专业：机械工程及自动化小组成员：组长：授课教师：提交时间：传动轴设计准备工作——明确问题的提出及研究目的1．问题提出：零件的几何精度直接影响零件的使用性能，而零件的配合表面和非配合表面的精度要求高低各不相同；即便是配合表面，其工作性质不同，提出进度要求及公差项目也不相同，针对车床传动轴进行几何精度设计。
2．专题研究的目的：（1）理解零件几何精度对其使用性能的影响；（2）根据零件不同表面的工作性质及要求提出相应的公差要求；（3）掌握正确的零件公差标注方法；（4）掌握零件的几何精度设计方法。
车床传动轴的几何设计要求——研究内容1. 完成图1 所示传动轴零件的几何精度设计。
（1）对轴上各部分的作用进行分析研究；（2）对零件各表面主要部分的技术要求进行分析研究；（3）根据零件不同表面的工作性质及要求，提出相应的公差项目及公差值；包括传动轴的尺寸精度设计、形状精度设计、位置精度设计及表面粗糙度。
2. 把公差正确的标注在零件图上。
图1 传动轴工作安排1. 查阅资料了解传动轴各部位的作用；2. 根据相关资料及所学知识设计相应的尺寸及公差要求；3. 绘制传动轴零件图；4. 在零件图上准确地标出相应的尺寸及公差要求；5. 总结上述过程，完成研究报告。
组员分工1. 查阅资料一一2. 设计尺寸及公差要求一一3. 绘制零件图一一4. 制作报告——技术要求一、传动轴的作用：车床传动轴多用于传动，两端圆柱面与轴承配合。
轴肩的位置是为了便于轴与轴上零件的装配，键槽通过与键配合实现扭矩的传递。
由给定传动轴的零件图可知，各阶梯轴的基本尺寸均已给出，但在设计时，我们要根据轴所受的转矩来初步估算，然后再按轴上零件的配合方案和定位要求，从而逐一确定各段直径。
在此过程中，我们需注意以下几点：（1）轴上装配标准件的轴段（如图1中①、③、⑤、⑦），其直径必须符合标准件的标准直径系列值。
（2）与一般零件（如齿轮、带轮等）相配合的轴段（该轴中无此段），其直径应与相配合的零件毅孔直径相一致，井采用标准尺寸（GB2822-- 81）。
几何知识在工业制造中的应用在现代工业制造领域，几何知识扮演着至关重要的角色。
从产品的设计到生产过程中的质量控制，再到复杂机械系统的运作，几何知识都如同一把精准的钥匙，开启了高效、精确和创新的制造之门。
首先，让我们来谈谈几何知识在产品设计中的关键作用。
在设计阶段，工程师们需要运用几何形状、尺寸和空间关系的知识来构思产品的外观和结构。
以汽车设计为例，车身的流线型外形不仅考虑了美学因素，更重要的是基于空气动力学原理，通过精确的几何计算来减少风阻，提高燃油效率和行驶稳定性。
车轮的圆形设计是基于圆周运动的特性，能够实现平稳的滚动。
车内空间的布局也充分利用了几何原理，以确保乘客的舒适性和安全性。
在机械零件的设计中，几何知识更是不可或缺。
例如，齿轮的齿形和齿数的设计，需要根据传动比、扭矩等要求，运用复杂的几何公式进行计算。
螺纹的螺距和牙型，也是通过几何参数来确定，以保证连接的可靠性和密封性。
制造工艺的选择和优化也与几何知识紧密相连。
在铸造过程中，模具的形状和尺寸必须精确设计，以确保液态金属能够填充到模具的各个角落，形成完整且无缺陷的铸件。
在锻造工艺中，了解金属材料在受力情况下的变形规律，以及模具与工件之间的几何关系，有助于控制锻造过程，获得具有良好性能的锻件。
数控加工技术的广泛应用更是凸显了几何知识的重要性。
数控机床根据预先编写的程序，按照精确的几何轨迹对工件进行切削、钻孔、铣削等加工操作。
编程人员需要熟悉各种几何图形的数学表达式，以及刀具路径的规划算法，才能保证加工出的零件符合设计要求。
在质量控制环节，几何量测量是确保产品质量的关键手段。
使用量具如卡尺、千分尺、三坐标测量机等，对零件的尺寸、形状和位置精度进行测量。
这些测量数据与设计图纸上的几何要求进行对比，从而判断零件是否合格。
例如，一个圆柱体零件的直径、圆柱度和同轴度的测量，都依赖于对几何概念的准确理解和测量技术的熟练运用。
几何知识还在装配工艺中发挥着重要作用。
机械零件技术中几何精度设计的探讨摘要一台机器性能的优势，首先取决于其零件的设计与制造精度。
要保证机械零件的精度，必须对其提出几何精度要求。
该文就机械零件设计过程中几何精度设计的一般原则和方法作了一些探讨。
着重指出形位公差与尺寸公差、表面粗糙度之间的关系，通过其间关系可以比较正确、合理地进行零件的几何精度设计。
关键词几何精度设计；尺寸公差；形位公差；表面粗糙度前言几何精度就是零、部件答应的几何误差，也称为几何公差，简称公差。
几何精度是根据产品的使用功能要求和加工工艺确定的。
几何精度设计知识根据产品的使用功能要求和制造条件确定机械零部件几何要素答应的加工和装配误差。
一般来说，零件上任何一个几何要素的误差都会以不同的方式影响其功能。
例如，曲柄-连杆-滑块机构中的连杆长度尺寸L的误差，将导致滑块的位置和位移误差，从而影响使用功能。
由此可见，对零件每个要素的各类误差都应给出精度要求。
正确合理地给出零件几何要素的公差是工程技术人员的重要任务。
几何精度设计在机械产品的设计过程中具有十分重要的意义。
下面就其中主要问题进行探讨。
零件的几何精度包括：1）零件的尺寸精度；2）外形和位置精度；3）表面精度等。
几何精度数值选择得是否合理，直接关系到零件的使用要求和加工成本。
几何精度设计的方法主要有：类比法、计算法和试验法三种。
类比法（亦称经验法）就是与经过实际使用证实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的精度。
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，并考虑到实际生产条件、制造技术的发展、市场供给信息等诸多因素。
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要素精度设计所采用的方法。
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精度之间的定量关系，计算确定零件要素的精度。
例如，根据液体润滑理论计算确定滑动轴承的最小间隙、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概率设计方法计算确定传动系统中各传动件的精度等等。
目前，用计算法确定零件几何要素的精度，只适用于某些特定的场合。
而且，用计算法得到的公差，往往还需要根据多种因素进行调整。
试验法就是先根据一定条件，初步确定零件要素的精度，并按此进行试制。
再将试制产品在规定的使用条件下运转，同时对其各项技术性能指标进行监测，并与预定的功能要求比较，根据比较结果再对原设计进行确认或修改。
经过反复试验和修改，就可以最终确定满足功能要求的合理设计。
试验法的设计周期较长、费用较高，因此主要用于新产品设计中个别重要要素的精度设计。
目前应用最广的还是类比法，但类比法需要成熟的数据，同时还需要丰富的经验，在缺乏类比数据时，如何比较准确地进行几何精度设计，是每一个设计和加工人员需要解决的问题。
1公差等级的选择合理地选用公差等级，就是为了更好地解决机械零、部件使用要求与制造工艺及成本之间的矛盾。
因此选择公差等级的基本原则是：在满足使用要求的前提下，尽量选取低的公差等级。
对一般机械行业来说，常用的公差等级为IT5～IT12。
公差等级的具体选用可参照下列情况确定：IT2～IT4（非凡精密的配合）：IT2～IT4用于非凡精密的重要部位的配合，如高精度机床P4（即原C级）滚动轴承的配合，以及精密仪器中非凡精密的配合，这种配合的精度很高，加工困难，选择此精度时一定要慎重；IT5～IT7（精密配合）：IT5～IT7用于精密配合处，其中IT5的轴和IT6的孔用于普通精度机床、发动机等机械的非凡重要的关键部位、高精度镗模中镗套内外径处的配合；IT6的轴和IT7的孔用于一般传动轴和轴承、传动齿轮与轴的配合，以及与普通精度滚动轴承相配的轴颈和外壳孔的尺寸精度；IT7～IT8（中等精度配合）：IT7～IT8用于中等精度要求的配合部位，如一般速度的皮带轮、联轴器和轴颈的配合等；IT9～IT10（一般精度配合）：IT9～IT10用于一般精度要求的配合部位，例如轴套外径与孔、操纵件与轴、平键与键槽、轮毂槽的配合等；IT11～IT12（较低精度配合）：IT11～IT12用于不重要的配合，如农业机械、纺织机械粗糙活动处的配合。
从加工上看，IT6～IT7的大孔需要粗镗后精镗（或浮动镗）、粗磨后精磨，而IT7～IT8的孔只需要半精镗后精镗或半精镗后磨孔，因此要非凡注重不要随意提高精度等级。
一般机械制造工厂中，主要加工方法与公差等级的大致对应关系如下：研磨：IT01～IT5铰孔：IT6～IT10冲压：IT10～IT14研磨：IT4～IT7铣：IT8～IT11锻造：IT10～IT14圆磨：IT5～IT7车：IT7～IT12砂型铸造：IT16平磨：IT5～IT8镗：IT7～IT12塑料成型：IT13～IT17拉削：IT5～IT8刨：IT7～IT12粉末冶金成型尺寸：IT7～IT10金刚石车或镗：IT5～IT8钻：IT11～IT142形位公差的选择形位公差的选择包括：形位公差项目、形位公差等级、公差原则和基准等的选择，其中形位公差等级的确定是难点。
零件的几何外形精度，主要由机床精度或刀具精度来保证；零件的相互位置精度，主要由机床精度、夹具精度和工件安装精度来保证。
零件的尺寸精度、形位精度和表面粗糙度是相互联系的，如尺寸公差值小，外形误差和表面粗糙度值也小，其选择需要根据零件的使用要求来确定，如滚筒的尺寸精度要求不高，但圆度、圆柱度和表面粗糙度要求却比较高。
因此，要根据实际需要合理选择各精度等级和数值。
2.1形位公差项目的选择形位公差特征项目的选择可从以下几个方面考虑：零件的几何特征零件的几何特征不同，会产生不同的形位误差。
例如，轴、套类零件的外形公差项目主要为圆柱面的圆度和圆柱度；位置精度项目主要是配合轴颈（装配传动件的轴颈）相对支承轴颈（装配轴承的轴颈）或套筒内外圆之间的同轴度；轴类件安装传动齿轮、滚动轴承的定位端面相对支承轴颈轴心线的端面圆跳动（或垂直度）；箱体类零件的主要表面有基准面及支承面，有一对或数对要求较高的轴承支承孔，主要外形精度为基准面及支承面的平面度；同一轴线上孔的同轴度、孔与安装基面的平行度、相关孔轴线之间的平行度；平面零件可选择平面度；窄长平面可选直线度；槽类零件可选对称度；阶梯轴、孔可选同轴度等。
零件的功能要求根据零件不同的功能要求，给出不同的形位公差项目。
例如，圆柱形零件，当仅需要顺利装配时，可选轴心线的直线度；假如孔、轴之间有相对运动，应均匀接触，或为保证密封性，应标注圆柱度公差以综合控制圆度、素线直线度和轴线直线度（如柱塞与柱塞套、阀芯及阀体等）。
又如，为保证机床工作台或刀架运动轨迹的精度，需要对导轨提出直线度要求；对安装齿轮轴的箱体孔，为保证齿轮的正确啮合，需要提出孔心线的平行度要求；为使箱体、端盖等零件上各螺栓孔能顺利装配，应规定孔组的位置度公差等。
检测的方便性确定形位公差特征项目时，要考虑到检测的方便性与经济性。
例如，对轴类零件，可用径向全跳动综合控制圆柱度、同轴度；用端面全跳动代替端面对轴线的垂直度，因为跳动误差检测方便，又能较好地控制相应的形位误差。
在满足功能要求的前提下，尽量减少项目，以获得较好的经济效益。
2.2形位公差值的确定形位公差值的确定要根据零件的功能要求，并考虑加工的经济性和零件的结构、刚度等情况，在保证满足要素功能要求的条件下，选用尽可能大的公差数值。
a）需注出的形位公差：零件图中形位公差需标注的有：1）凡选用形位公差标准中公差等级IT01～IT12级的，均应在图样上注出公差值；2）对低于未注公差等级中最低一级的特大公差值，也应在图样上注出公差值，可避免不必要的提高精度而增加加工成本。
b）形位公差与尺寸公差的对应关系：就使用情况而言，在采用独立原则时，外形公差与尺寸公差两者不发生联系，需分别满足各自的要求；而对于同一表面，形位公差与尺寸公差又是相互联系的。
1）形位公差与尺寸公差的关系：同一要素上给出的外形公差值应小于位置公差值，位置公差值应小于尺寸公差值。
例如要求平行的两个平而，其平面度公差值应小于平行度公差值，平行度公差值应小于其相应长度的尺寸公差值。
所以形位公差值与相应要素的尺寸公差值应符合t外形<t位置<t尺寸。
当采用尺寸公差来限制外形误差时，外形公差占尺寸公差的比例应合理。
对于尺寸公差为IT5～IT8这一范围内的外形公差值，一般可取：T外形=（0．25～0．65）T尺寸。
圆柱形零件的形位公差值（轴线的直线度除外）应小于其直径尺寸的公差值，其公差值应占尺寸公差值50％以下。
对于圆柱面的外形公差（圆度、圆柱度）等级，可选取相应尺寸公差的公差等级，如对d25k6的轴颈，可选择圆柱度公差为6级，这样可保证圆柱度公差值在尺寸公差值的50％以下。
按同一被测表面，位置公差的值应大于外形公差的值的要求，位置公差的公差等级，一般应低于至多等于外形公差的公差等级。
一般情况下，阶梯轴轴颈的外形公差（圆度、圆柱度）约取直径公差的1／4～1／2，安装齿轮等件的部位与前、后支承轴颈的同轴度公差可取略小于直径公差的1／2。
定位轴肩的端面跳动应不大于该处直径公差的1／2。
2）形位公差的常用公差等级：直线度、平面度：6、7、8、9为常用公差等级（9级相当于未注公差等级中的H级）；圆度、圆柱度：6、7、8、9为常用公差等级；平行度、垂直度和倾斜度：6、7、8、9为常用公差等级，以上6级为基本级；同轴度、对称度、圆跳动和全跳动：6、7、8、9为常用公差等级，7级为基本级。
c）外形公差与表面粗糙度的关系：外形公差与表面粗糙度有一定的比例关系，如圆柱面的表面粗糙度Ra与外形公差（圆度或圆柱度）值T的关系一般是Ra≤0．15T。
平面的表面粗糙度Ra与外形公差（平面度）值T的关系一般是Ra≤（0．2～0．25）T。
3公差原则的选择对尺寸公差与形位公差需要分别满足要求，两者不发生联系的要素，应采用独立原则；零件上的未注形位公差一律遵循独立原则。
当需要严格保证配合性质，如齿轮毂孔与轴颈的配合，应选用包容原则；当只要求保证可装配性，如凸缘上的螺栓孔组，控制螺栓中心线的位置度公差可选用最大实体原则；当零件要确保某一尺寸必须大于某一临界数值且形位公差用以控制关联中心要素时，可采用最小实体原则。
根据以上的数据和相互关系所确定的公差数据，有时还要进行适当的调整。
如对于刚性较差的细长轴或孔，跨距较大的轴，由于工艺性差，加工时轻易产生较大的外形误差（圆度、圆柱度）和位置误差（平行度、垂直度），因此可根据具体情况，将正常选用的形位公差等级降低1～2级选用。
4表面粗糙度的选择零件表面粗糙度的选择既要满足零件表面的功能要求，也要考虑到经济性。
具体选择时可参照些经过验证的实例，用类比法来确定。
