1 第四章 公差及互换性
4.1互换性原理
1）互换性的概念
实例
(1)互换性的含义
互换性是指按照同一规格制造的零件或部件，不经选择或辅助加工，任取其一，装配后就能满足预定的使用性能的性质。
(2)互换性的种类
根据互换程度的不同，互换性可以分为以下两类。
完全互换又称绝对互换，即完全达到了上述互换性的要求。即当零、部件在装配或更换时，事先不必挑选，装配时也无须进行修配就能装配在机器上，并能完全满足预定的使用性要求。
不完全互换又称有限互换，即装配时需要选择、分组或调整。
如，当对零件的精度要求很高时，为了便于制造，常在制造时把零件的公差适当放大，在装配前先根据零件的实际尺寸分组，然后按组进行装配，以保证预先规定的使用性能要求。零件只能在本组内进行互换，这就属于不完全互换。不完全互换也是保证产品使用性能的重要手段，是完全互换的必要补充。
对标准的部件，互换性还可分为内互换与外互换：组成标准部件的零件的互换称内互换，标准部件与其他部件的互换称外互换。
2）互换性的作用
互换原则是现代化生产所必须遵循的基本原则之一。应用互换性原则已成为提高生产水平和促进技术进步的强有力的手段。
(1) 简化设计工作：在设计上，采用具有互换性的标准零件和标准部件，将简化设计工作量，缩短设计周期，且便于应用计算机进行辅助设计。
(2) 缩短装配周期：在生产上，按互换性原则进行加工，各个零件可以同时分别加工，便于实现专业化、自动化生产。由于工件单一，易于保证加工质量。装配时，由于零、部件具有互换性，使装配过程能够连续而顺利地进行，从而大大缩短了装配周期。
(3) 缩短修理时间：在使用和修理上，具有互换性的备用零件和部件可以简单而迅速地替换磨损的或损坏的零、部件，这将缩短修理时间，节约修理费用，保证机器工作的连续性。这一点尤其对重要设备和军用品的修复更具有重大意义。
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互换性及标准化的基本含义
互换性的概念：
• 概念：同一规格的一批零部件，任取其一，不经任何挑选和修配就能装在机器上，并能满足其使用功能要求的特性叫做互换性。
• 机械制造业中的互换性通常包括几何参数和力学性能的互换性的互换
互换性的分类
• 分类：互换性按其互换程度分为完全互换和不完全互换。
• 定义：完全互换—装配时不需挑选和修配。不完全互换—装配时允许挑选、调整和修配。
• 应用：零部件厂际协作应采用完全互换，部件或构件在同一厂制造和装配时，可采用不完全互换。
• 公差：允许零件几何参数的变动量称为公差。
• 标准按不同的级别颁发。我国标准分为国家标准、行业标准、地方标准和企业标准。
• GB，JB，DB，QB。
优先数和优先数系
• GB321—80中规定以十进制等比数列为优先数系，并规定了五个系列，它们分别用系列符号R5、 R10、 R20、 R40和R80表示，其中前四个系列作为基本系列， R80为补充系列，仅用于分级很细的特殊场合。
精度设计原则
• 互换性原则：机械零件几何参数的互换性是指同种零件在几何参数方面能够彼此互相替换的性能。
• 经济性原则：工艺性 、合理的精度要求、合理选材、合理的调整环节、提高寿命。
• 匹配性原则：根据机器或位置中各部分各环节对机械精度影响程度的不同，对各部分各环节提出不同的精度要求和恰当的精度分配，做到恰到好处，这就是精度匹配原则。
• 最优化原则：探求并确定各组成零、部件精度处于最佳协调时的集合体。例如探求并确定先进工艺，优质材料等。
二 孔、轴极限与配合
有关尺寸的概念
• 尺寸：用特定单位表示长度值的数字。
• 基本尺寸：由设计给定的尺寸，一般要求符合标准的尺寸系列。
• 实际尺寸：通过测量所得的尺寸。包含测量误差，且同一表面不同部位的实际尺寸往往也不相同。用Da、da表示。
• 极限尺寸：允许尺寸变化的两个界限值。两者中大的称为最大极限尺寸，小的称为最小极限尺寸。孔和轴的最大、最小极限尺寸分别为
简述公差原则
公差原则，又称公差控制原则，是指通过明确部件尺寸的公差限制，保证产品尺寸精度和互换性的一种制造原则。在机械制造和加工过程中，公差控制是非常重要的工作，可以直接影响到产品的质量和性能。公差原则是一种科学的、系统的尺寸控制方法，它对于机械制造和加工的质量和经济效益具有重要的意义。
公差原则的实质是通过优化设计、制造过程和加工工艺，控制产品大小和形状的误差范围，实现产品尺寸互换性，保证产品能与相同规格的部件或组件完全互换使用。在机械制造和加工过程中，根据产品的使用要求和设计要求确定合理的公差范围，来控制部件的尺寸和形状，避免产品生产过程中的各种误差，确保产品尺寸精度和互换性。
公差原则的应用是基于加工误差和测量误差的制定。加工误差是指因为机床刀具、材料变化等因素而导致的尺寸偏差。测量误差是由于检测仪器和测量环境等因素造成的误差。因此，通过合理的公差限制、加工工艺、测量方式和装置等手段，可以有效地控制产品的尺寸误差和形状误差。
公差原则的主要内容包括：构成公差、最小公差原则、方向公差、累积公差原则和公差检验等。其中，构成公差是指通过多个部件的相互配合，消除单个部件之间的误差。而最小公差原则则是指通过保留尺寸链的原则，将总体公差分配到各个零件上，从而使得所有零件尽可能达到最小公差集中的状态。方向公差则是指通过控制加工过程中的方向误差，使得零件在拼接时能够实现最佳的互换性。累积公差原则则是根据产品设计要求，通过公差的相互影响和累积，限制零件的总体尺寸误差。公差检验则是指对零件的尺寸偏差进行测量和判定，保证产品的尺寸精度和互换性。 综上所述，公差原则在机械制造和加工过程中具有重要的作用。通过合理的公差设计和控制，可以保证产品尺寸精度和互换性，提高产品的质量和经济效益，适应市场和客户的需求，从而提高企业在市场竞争中的竞争力。
一、基本内容：
1、 形位公差的标注：被测要素、公差框格、指引线（垂直于框格引出，指向公差带宽度方向）、基准（分清轮廓要素和中心要素，字母放正，单一基准和组合基准）
2、 公差带的特点（四要素）大小、方向、形状、位置
3、 公差原则
基本概念
作用尺寸：单一要素的作用尺寸简称作用尺寸MS。是实际尺寸和形状误差的综合结果。
作用尺寸：Dms=Da—误差
dms=da+误差
最大、最小实体状态和实效状态：
（1）最大和最小实体状态
MMC：含有材料量最多的状态。孔为最小极限尺寸；轴为最大极限尺寸。
LMC：含有材料量最小的状态。孔为最大极限尺寸；轴为最小极限尺寸。
MMS=Dmin；dmax
LMS=Dmax；dmin
（2） 最大实体实效状态
最大实体实效状态MMVC：是指实际尺寸达到最大实体尺寸且形位误差达到给定形位公差值时的极限状态。
最大实体实效尺寸MMVS：在实效状态时的边界尺寸。
A） 单一要素的实效尺寸是最大实体尺寸与形状公差的代数和。
对于孔：最大实体实效尺寸MMVSh=最小极限尺寸—形状公差
对于轴：最大实体实效尺寸MMVSs=最大极限尺寸+形状公差
B） 关联要素的实效尺寸是最大实体尺与位置公差的代数和。
对于孔：最大实体实效尺寸MMVSh=最小极限尺寸—位置公差 对于轴：最大实体实效尺寸MMVSs=最大极限尺寸+
位置公差
理想边界
理想边界是设计时给定的，具有理想形状的极限边界。
（1） 最大实体边界（MMC边界）
当理想边界的尺寸等于最大实体尺寸时，该理想边界称为最大实体边界。
（2） 最大实体实效边界（MMVC边界）
当理想边界尺寸等于实效尺寸时，该理想边界称为实效边界。
包容原则（遵守MMC边界）○E
（1） 定义：要求被测实际要素的任意一点，都必须在具有理想形状的包容面内，该理想形状的尺寸为最大实体尺寸。即当被测要素的局部实际尺寸处处加工到最大实体尺寸时，形位误差为零，具有理想形状。 （2） 包容原则的特点
