精度设计与质量控制基础

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《精度设计与质量控制基础》

课 程 学 习 指 导 书

作者：赵凤霞

一、课程学习课时分配

本课程是工科院校机械类、近机类专业的一门技术基础课，它涉及几何量公差与技术测量两个范畴。在整个专业培养过程中本课程起到“承上启下”的作用，是联系机械设计课程与机械制造课程的纽带，又是从基础课学习过渡到专业课学习的桥梁。

该课程内容可分为三大部分。一是产品几何精度及互换性的原理与设计；二是产品几何精度及互换性的检测与保证；三是产品质量控制的基本理论与方法。因此，本课程的教学目标与任务是：使学生获得互换性、标准化、测量技术及质量工程的基本知识；掌握公差配合、形位公差、表面粗糙度标准的规定并能正确选用及标注。学习几何量精度分析、设计的一般方法；了解和掌握常用机械零件、机械传动装置的精度及互换性设计过程和步骤。具有一定的实践能力，为从事机电产品、仪器仪表的设计、制造、 维修、开发及科学研究工作打下坚实的基础。

本课课程的知识模块顺序及对应的学时按排如下表所示： 章节 绪论 第一章 尺寸精度及孔轴结合的互换性 第二章 形状和位置精度及互换性 第三章 表面粗糙度 课程知识模块 互换性问题、标准化问题、优先数和优先数系问题 1、 极限与配合的基本术语和定义 2、 标准公差与基本偏差的GB构成规律 3、 尺寸精度及配合的设计 4、 未注公差的线性尺寸公差规定 1、 基本术语及定义 2、 形状误差及公差 3、 位置误差及公差 4、 尺寸公差与形位公差之间的关系 5、 形位精度的设计 1、 表面粗糙度对零件性能的影响 2、 三个术语、三类参数（6个参数） 3、 参数值的规定及图样标注 4、 表面粗糙度的选择与应用 1、 测量的四要素 2、 量块的选择与应用 3、 测量方法与计量器具 4、 测量误差及数据处理 1、 用普通计量器具的检验 2、 光滑极限量规 1、 滚动轴承的精度及互换性 2、 螺纹的公差与配合 3、 键和花键的公差与配合 4、 圆柱齿轮的精度及互换性 1、用完全互换法解尺寸链 2、用不完全互换法解尺寸链 3、保证装配精度的其它措施 学时 1 9 8 2 第四章 测量技术及数据处理基础 第五章 光滑工件尺寸的检验 第六章 典型零（部）件精度及互换性 第七章 尺寸链计算基础 2 2 8 自学 第八章 质量控制基础 1、 质量控制的基本概念 2、 过程质量控制的统计方法 自学 拓展学习 第九章 1、 新一代GPS标准体系的构成及规律分析 新一代GPS标准体系 2、 新一代GPS标准体系的理论基础及关键技术 二、课程学习方法指导及学习进度安排

1、绪言（1学时）

1．1 本章学习的目标

? 理解互换性的定义、保证互换性的条件，以及互换性与标准化的关系。 ? 熟悉互换性的分类，理解互换性与产品设计、制造、维修和检测方面的关系。 ? 熟练掌握优先数与优先数系的基本内容和特点，掌握基本系列的公比。

1．2 章节重点、要点

重点：互换性的定义，保证互换性生产的条件，优先数系的特点。 难点：优先数系的特点及规律

1．3考试大纲

? 理解互换性的定义、分类，以及保证互换性的条件； ? 理解互换性与标准化的关系；

? 熟悉掌握基本优先数系的公比，及基本优先数系之间的关系。

1．4 复习思考题及习题

1、什么叫互换性？它在机械制造中有何重要意义？是否只适用于大批量生产？

2、完全互换与不完全互换有何区别？各用于何种场合？ 3、公差、检测、标准化与互换性有什么关系？ 4、优先数系的基本系列哪些？其公比q各为多少？ 5、下列数据属于哪种系列？公比q为多少？

摇臂钻床的主参数（最大钻孔直径，单位为mm）：25，40，63，80，100，125等。

2 尺寸精度及孔轴结合的互换性（9学时）

2．1 本章主要内容：

? ? ? ?

尺寸公差体系

极限与配合基本术语及定义 极限与配合国家标准的构成规律 尺寸精度及配合的设计

2．2 本章学习的目标

? 掌握极限与配合有关的基本术语及其定义，明确尺寸公差带的特点。会用极限

尺寸判断原则进行孔轴尺寸合格性的判断。 ? 掌握常用尺寸段标准公差的GB构成规律。

? 掌握孔基本偏差数值的换算条件、换算规则。 ? 掌握未注公差的线性尺寸的公差等级及图样表达方式。 ? 学会尺寸精度及配合的设计。

2．3 本章的重点、难点

重点：极限与配合的基本术语及定义，极限尺寸判断原则的理解和应用，标准公差和基本偏差的国家标准构成规律，孔基本偏差数值的转换。

难点：尺寸公差带的应用，作用尺寸的含义，极限尺寸判断原则的理解和应用，孔基本偏差数值的换算条件、换算规则，尺寸精度及配合的设计。 2．4考试大纲

? 理解极限与配合的基本术语及定义，会用尺寸公差带图进行基本术语的计

算。

? 理解标准公差和基本偏差的国家标准构成规律。 ? 熟悉掌握极限尺寸判断原则，孔基本偏差数值的转换。 ? 能够进行尺寸精度及配合的设计。

2．5 复习思考题及习题 填空题

1．实际偏差是指＿＿，极限偏差是指＿＿。

2．孔和轴的公差带由＿＿决定大小，由＿＿决定位置。 3．轴φ50js8，其上偏差为＿＿mm，下偏差为＿＿mm。

0.0424．孔?65??0.072mm的公差等级为＿＿，基本偏差代号为＿＿。

5．尺寸φ80JS8，已知IT8=46μm，则其最大极限尺寸是＿＿mm，最小极限尺寸是＿＿mm。

6．孔尺寸φ48P7，其基本偏差是＿＿μm，最小极限尺寸是＿＿mm。

7．φ50H10的孔和φ50js10的轴，已知IT10=0.100mm，其ES=＿＿mm，EI=＿＿mm，es=＿＿mm，ei=＿＿mm。

8．已知基本尺寸为φ50mm的轴，其最小极限尺寸为φ49.98mm，公差为0.01mm，则它的上偏差是＿＿mm，下偏差是＿＿mm。

9．常用尺寸段的标准公差的大小，随基本尺寸的增大而＿＿，随公差等级的提高而＿＿。

10．?450?0.050.05mm孔的基本偏差数值为＿＿，?50? ?0.075轴的基本偏差数值为＿＿mm。

11．国家标准对未注公差尺寸的公差等级规定为 。 12．φ30 +0.021 mm的孔与φ30-0.007 0-0.020mm的轴配合，属于＿＿制＿＿配合。

0

13．φ30+0.012 -0.009mm的孔与φ30 -0.013mm的轴配合，属于＿＿制＿＿配合。

14．配合代号为φ50H10/js10的孔轴，已知IT10=0.100mm，其配合的极限间隙（或过

盈）分别为＿＿mm、＿＿mm。

15．已知某基准孔的公差为0.013，则它的下偏差为＿＿mm，上偏差为＿＿mm。 16．选择基准制时，应优先选用＿＿原因是＿＿。 17．配合公差是指＿＿，它表示＿＿的高低。

18．国家标准规定的优先、常用配合在孔、轴公差等级的选用上，采用“工艺等价原则”，高于IT 8的孔均与＿＿级的轴相配：低于IT 8的孔均和＿＿级的轴相配。

19．φ50mm的基孔制孔、轴配合，已知其最小间隙为0．05，则轴的上偏差是＿＿。 20．孔、轴的ES＜ei的配合属于＿＿配合，EI＞es的配合属于＿＿配合。 21．φ50H8／h8的孔、轴配合，其最小间隙为＿＿，最大间隙为＿＿m m。

22．孔、轴配合的最大过盈为-60μm，配合公差为40μm，可以判断该配合属于＿＿配合。

23．?50?0.023mm孔与φ?50?0.050mm轴的配合属于＿＿配合，其极限间隙或极限过盈为＿＿和＿＿mm。

24．公差等级的选择原则是＿＿的前提下，尽量选用＿＿的公差等级。

25．对于相对运动的机构应选用＿＿配合，对不加紧固件，但要求传递较大扭矩的联接，应选用＿＿配合。

26．基本尺寸相同的轴上有几处配合，当两端的配合要求紧固而中间的配合要求较松时，宜采用＿＿制配合。

27．按?10?0.01mm要求加工出100合格的轴，这批轴有 个基本尺寸， 极限尺寸， 个实体尺寸， 实际尺寸， 作用尺寸。 计算题

1、已知?300?0.021?0.002?0.0250基准孔与下列三轴相配，试计算配合的极限间隙或极限过盈及配合公

差，画出公差带图，并指明它们各属于哪类配合。

（1）?30?0.020 （2）?30?0.016 （3）?30?0.035

2、已知孔轴配合的基本尺寸为?50mm,配合公差为Tf＝0.041mm,Xmax=+0.066mm,孔公差为TH＝0.025mm,轴下偏差ei=－0.041mm,试求孔轴的极限偏差，画出公差带图，说明配合性质。

3、将下列基孔制配合，转换为配合性质相同的基轴制配合，并确定转换前后的极限偏差。

?0.007?0.028?0.048?60（1）

H9H7H7?100?30f9 (2) p6 (3) n6

3 形状和位置精度及互换性（8学时）

3．1 本章主要内容：

? 形状和位置精度基本术语及定义

? 形状误差及公差 ? 位置误差及公差 ? 尺寸公差与形位公差的关系 ? 形状和位置精度的设计

3．2 本章学习的目标

? 掌握形状误差及其评定原则，掌握定向最小、定位最小的含义。

? 熟悉掌握各形状和位置公差项目符号、公差带特点，以及标注时的注意要点。 ? 明确独立原则和相关要求的特点，掌握最大实体边界、最大实体实效边界的含

义。

? 了解并学会形位公差的设计及选用方法。

3．3 本章重点难点

重点：形位公差与误差的基本概念和定义；形位公差带的特点。

难点：最小条件的理解及应用，形状和位置公差带四要素，最大实体边界，最大实

体实效边界。

3．4 本章考试大纲

? 熟悉掌握各形状和位置公差项目符号、公差带特点，能根据技术要求进行形位

公差各项目的正确标注。

? 正确理解最小条件，根据实际测量数据进行形位误差的计算。 ? 正确理解最大实体边界、最大实体实效边界的含义。

3．5 复习思考题及习题 填空题

1．圆柱度和径向全跳动公差带相同点是＿＿，不同点是＿＿。

2．在形状公差中，当被测要素是一空间直线，若给定一个方向时，其公差带是＿＿之间的区域。若给定任意方向时，其公差带是＿＿区域。

3．圆度的公差带形状是＿＿，圆柱度的公差带形状是＿＿。 4．当给定一个方向时，对称度的公差带形状是＿＿。

5．径向圆跳动公差带与圆度公差带在形状方面＿＿，但前者公差带圆心的位置是＿＿而后者公差带圆心的位置是＿＿。

6．在任意方向上，线对面倾斜度公差带的形状是＿＿，线的位置度公差带形状是＿＿。 7．图样上规定健槽对轴的对称度公差为0．05mm，则该键槽中心偏离轴的轴线距离不得大于＿＿mm。

8．

L A 含义是＿＿。 ┻Φ0.1○

9．某孔尺寸为Φ40+0.119 +0.030 mm，轴线直线度公差为 Φ0.005 mm，实测得其局部尺寸为Φ40．09 mm，轴线直线度误差为Φ0.003 mm，则孔的最大实体尺寸是＿＿mm，最小实体尺寸是＿＿m m，作用尺寸是＿＿mm。

10．某孔尺寸为Φ40+0.119 ○ ，实测得其尺寸为Φ40.09 mm，则其允许的+0.030 mmE形位误差数值是＿＿mm，当孔的尺寸是＿＿mm时，允许达到的形位误差数值为最大。

E，11．某轴尺寸为Φ20 0 遵守边界为＿＿，边界尺寸为＿＿mm，实际尺寸为Φ20 -0.1 mm○

mm时，允许的形位误差为＿＿mm。

0.01812．某轴尺寸为?10?被测要素给定的尺寸公差和形位公差采用最小实体要求，?0.028mm，

则垂直度公差0.01mm是在被测要素为＿＿时给定的。当轴实际尺寸为＿＿mm时，允许的垂直度误差达最大，可达＿＿mm。

13．形位公差值选择总的原则是＿＿。 综合题

1、改正图3-1中各项形位公差标注上的错误（不得改变形位公差项目）。 图3-1 2、改正图3-2中各项形位公差标注上的错误（不得改变形位公差项目）。 图3-2 3．改正图3-3中各项形位公差标注上的错误（不得改变形位公差项目）。 图3-3 4．试将下列技术要求标注在图3-4上。 0 0 （1）φd圆柱面的尺寸为φ30 -0.025 mm，采用包容要求，φD圆柱面的尺寸为φ50 -0.039 mm，采用独立原则。

（2）φd表面粗糙度的最大允许值为Ra =1.25μm，φD表面粗糙度的最大允许值为Ra =2μm。

（3）键槽侧面对φD轴线的对称度公差为0．02 mm。 （4）φD圆柱面对φd轴线的径向圆跳动量不超过0．03 mm，轴肩端平面对φd轴线的端面圆跳动不超过0．05 mm。 图3-4 5．试将图3-5按表列要求填入表3-1中。 a) b) c) 图3-5 表3-1 图例 a b c 采用的公差原则

边界及边界尺寸 给定的形位公差值 可能允许的最大形位误差值 4、表面粗糙度（2学时）

4.2 本章主要内容：

? 表面粗糙度与微观表面质量

? 表面粗糙度GB介绍 ? 表面粗糙度的选择与应用

4．2本章学习的目标：

? 了解零件表面微观几何形状误差的形成和特点及其对互换性的影响。 ? 掌握表面粗糙度的三个基本术语及其定义；掌握表面粗糙度的基本评定参数。 ? 了解表面粗糙度评定参数数值标准的基本内容和特点。 ? 掌握“16%准则”和“100%准则”及在图样上的表达方法。

4．3重点难点：

重点：三个基本术语，三个基本评定参数

难点：取样长度、评定长度、基本评定参数的定义，最大允许值和上限值的区别。

4．4复习思考题及习题

填空题

1．表面粗糙度是指＿＿。

2．评定长度是指 ，规定评定长度的目的在于 。 3．测量表面粗糙度时，规定取样长度的目的在于 。 4．国家标准中规定表面粗糙度的主要评定参数有＿＿、＿＿、＿＿三项。 5、表面粗糙度评定中，规定轮廓中线的目的是 。 6、表面粗糙度中标注最大允许值和上、下限值的区别是 。 综合应用题

将表面粗糙度符号标注在图4-1上，要求

（1）用任何方法加工圆柱面φd3，R a最大允许值为3.2μm。 （2）用去除材料的方法获得孔φd1，要求R a上限值为3.2μm。 （3）用去除材料的方法获得表面a，要求Ry最大允许值为3.2μm。 （4）其余用去除材料的方法获得表面，要求R a上限值均为25μm 。

图4-1 5 5．1 本章主要内容：

? 测量的基本概念 ? 尺寸的传递 ? 测量方法与计量器具

? 测量误差及数据处理

5．2 本章的学习目标

? 其特征。

熟悉掌握等精度测量结果的处理和表达方法。在掌握机械精度设计的基础上，对其检测技术方面的基础知识有一个最基本的了解，并能运用误差理论方面的知识对测量数据进行处理后，正确地表达测量结果。具体要求如下：

? 掌握测量的四要素，了解测量器具与测量方法的分类。 ? 了解量块的基本特征与作用,掌握量块的使用方法。 ? 了解测量误差产生的原因,理解测量误差的分类及

5．3 本章的重点难点：

重点：测量的四要素，量块的使用方法，测量误差的分类，等精度直接测量数据处理步骤和方法，间接测量误差处理方法及步骤。

难点：等精度直接测量数据处理步骤和方法，间接测量误差处理方法及步骤。 5．4 复习思考题及习题 填空题

1、测量误差按其特性可分为____________,____________和____________三类。 2、随机误差通常服从正态分布规律。具有以下基本特性：________________，________________，________________，__________________。

3、系统误差可用_______________,__________________等方法消除。

4、被测量的真值一般是不知道的，在实际测量中，常用________________代替。 5、一个完整的测过程应包括______________,______________,______________和

测量技术及数据处理基础（2学时）

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