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第1页/共35页第1章 几何精度设计概论 本章主要内容 一．几何误差的基础知识二．几何精度的基础知识三．几何精度规范四．课程的性质、任务及要求重点要求互换性与公差的定义及作用第2页/共35页1.1 几何误差基础知识 1.1.1 几何误差 本课程研究机械产品的精度设计问题，机械产品是固态产品，主要是由具有一定几何形状的零、部件安装组成。 固态产品的特点是具有特定的几何外形，而几何外形的特性对其使用功能具有直接的影响。 几何误差就是指制成产品的实际几何参数（表面结构、几何尺寸、几何形状和相互位置）与设计给定的理想几何参数之间偏离的程度。第3页/共35页1.1 几何误差基础知识 1.1.2几何误差产生的原因 几何误差是由于加工和装配过程的实际状态偏离其理想状态所形成的。造成几何误差的原因主要有：加工原理误差 、工艺系统的几何误差、工艺系统受力变形引起的误差、工艺系统受热变形引起的误差、工件内应力引起的加工误差和测量误差等。 产生几何误差的主要因素有机床、刀具、夹具、工艺、环境、材料和人员等。第4页/共35页1.1 几何误差基础知识 机床用以保证刀具与工件间的相对运动。刀具与工件间不准确的相对运动使工件产生形状误差。 夹具的作用是确定工件在机床上的位置。夹具的制造和安装误差将直接影响工件的正确定位，造成工件方向和位置误差。 工艺因素主要有切削用量、切削力及热处理。它们将产生受力变形和温度变形。直接影响加工表面质量。 环境因素主要是切削热导致的工件与刀具的变形和温度变动产生的加工系统的变形。它们主要影响大尺寸工件的尺寸误差和形状误差。材料特性:由于材料的内应力、材料的腐蚀、弹性和塑性变形等因素，直接导致产品几何特性产生变化。原材料和毛坯的内应力和尺寸稳定性，将影响完工工件的几何精度及其持久性。第5页/共35页1.1 几何误差基础知识 1.1.3 几何误差对使用功能的影响 在相同型号的一批产品中，零部件的几何特性设计是相同的，但是其成品质量差异很大，这是由于产品零部件在制造、装配过程中存在的几何误差所造成的。 测绘仿制产品无法具备原型产品的性能和使用寿命，其关键原因也是在测绘仿制过程中，虽然能够得到原型产品的原理、结构等信息，但是无法得到原型产品的精度设计信息（几何误差允许范围）。第6页/共35页1.1 几何误差基础知识 几何误差的大小体现了国家和企业的工业水平。机械工业的能力关键体现在其高精度制造能力上，也就是体现在几何精度的设计、生产和检测等方面的水平上。 各种不同几何特性的误差对产品的使用功能的影响有所不同。表面误差主要影响外观、摩擦磨损、腐蚀、噪音等使用功能；尺寸和形位误差主要影响零、部件的空间相互位置，直接影响运动传递、载荷传递等性能。第7页/共35页1.1 几何误差基础知识第8页/共35页进气阀排气阀活塞气缸体顶杆连杆曲轴齿轮凸轮1.1 几何误差基础知识 凸轮轴控制进气阀和排气阀的开闭，凸轮形状误差会导致进气阀和排气阀的开闭时机出现偏差，直接影响发动机的功率。进、出阀门的几何误差影响其与缸体之间的密封状况。连杆连接活塞和曲轴，使得活塞和曲轴维持各自的运动，它们的几何误差会直接影响其运动副的配合性能。第9页/共35页1.1 几何误差基础知识 1.1.4 几何误差与成本的关系几何误差与制造成本、检测成本和维修成本之间存在密切的关系。制造时，为获得较小的几何误差，必然需要采用相对复杂的工艺过程，使用相对精密的工艺设备，由技术水平较高的操作人员操作，所以相对生产成本较高。第10页/共35页1.2 几何精度基础知识1.2.1 几何精度的概念 几何精度就是零、部件允许的几何误差，也称为几何公差，简称公差。几何精度设计的主要依据是产品功能对零部件的静态与动态精度要求，以及产品生产和使用维护的经济性。 根据市场需求在进行产品的概念设计之后，转入产品的工程设计阶段，进行产品的系统设计、参数设计和精度设计。 第11页/共35页1.2 几何精度基础知识 系统设计是根据使用功能要求确定机械产品的基本工作原理和总体布局，以保证总体方案的合理和先进 参数设计是根据产品的使用功能要求确定机构各零件的结构和尺寸，即产品几何形体各要素的标称值。参数设计主要是结构设计，须按照力学、摩擦学、可靠性等原理，采用优化、有限元等方法进行设计计算，选择合适的形状、尺寸、材料等。 精度设计是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允许的加工和装配误差。第12页/共35页1.2 几何精度基础知识1.2.2 几何精度设计的基本原则一般说来，产品几何精度设计的基本原则是最经济地满足功能要求。精度设计时，应该考虑产品的使用功能、精度储备、经济性、互换性、协调匹配等主要因素。第13页/共35页1.2 几何精度基础知识1.2.3 几何精度设计