极限配合与技术测量教案.docx

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极限配合与技术测量教案

《极限配合与技术测量》教案

【教材版本】

沈学勤主编，中等职业教育国家规划教材——极限配合与技术测量（机械类），修订版。

北京：

高等教育出版社，2008

【课程性质】

本课程是中等职业技术学校机械加工专业的主干课程，是技术性和实践性都比较强的一门技术基础课。

【课程特点】

国家已经对《极限配合与技术测量》制定了许多标准，在设计、加工和检测中必须严格地执行国家标准。

教学的主要任务是使学生能够正确读懂各种形位公差标注的含义；能够按照要求从标准中查出相应的数值，并能够正确使用各种量具检验工件，判断工件的误差值是否在允许的区域，决定工件是否是合格的产品。

【课程安排】

本课程分为理论课程（第一部分）与实训课程（第二部分），第1章至第4章主要为理论课程，第5章主要为实训课程；其中实训课程部分的具体操作除了教材中的课题之外，另外在讲解第1章至第4章时，相应的增加一些测量实训，尽量做到理论与实践的有机结合。

第一部分（理论课程）

第一章概述

一、教学目标

（一）知识目标

1.了解极限配合与技术测量课程的性质、任务、教学目标和学习方法。

2.熟悉加工误差、公差、互换性和标准化及技术测量的含义，和在生产中的重要作用。

（二）能力目标

1.懂得加工误差在生产中是不可避免的，零件实际尺寸与基本尺寸之间的误差是正常的，只要在正常公差之内的产品都是合格的。

2.认识互换性与标准化在生产中的重要作用。

（三）素质目标

1.培养理论联系实际的学习方法和从实际出发的思考问题的方法。

2.了解学好本课程在生产中的重要指导意义。

二、教学要求

1.了解加工误差和公差的含义及其分类。

2.了解互换性和标准化的含义及其作用。

3.了解技术标准的分类及技术测量的作用。

三、教学重点

1.熟悉各新概念的含义及其分类。

2.了解互换性和标准化的含义及其作用。

3.了解技术标准的分类及技术测量的作用。

四、教学难点

培养学生从实际生产的角度来考虑分析问题的习惯。

五、学生情况

由于学生从事实际生产实习的时间较少，受到条件的限制不可能达到规定的教学安排，存在着理论教学多，动手机会少的问题，而专业课程是密切联系生产实际的，脱离实践使他们分析问题时不能从实际出发，给课程的学习带来较大的困难。

因此，讲课时要多举一些学生比较容易了解的生活生产实例，来帮助学生掌握本课程的内容。

六、教学思路设计

举例——归纳——切入本节课内容——总结

七、教学安排

2学时

可以安排讨论误差是不可避免的问题和互换性的优点。

八、教学过程

（一）开场白

教师自我介绍，办公地点，联系方式。

本课程总课时约为60学时，其中上课与实训约各占对半，并有一周的实习，说明实践在该课程的重要地位。

学习时要注意理论联系，考核时实践测量能力占有相当高的比重，希望同学给予足够的重视。

（二）讲授新课

该课程是机械类专业一门非常重要的实用课程，不仅需要掌握必要的理论知识，更需要有较强的动手能力，能够准确地对机械零件进行技术测量，判断零件是否满足技术图纸的要求，决定零件是合格产品还是废品。

在加工中还要根据测量的数据对零件进行再加工，选择合理的切削用量及各种技术参数。

该课程包含极限与配合、形位公差、表面轮廓粗糙度及技术测量和实训等四个方面内的内容。

1.加工误差

以生产直径60mm，长度为100mm的圆形工件为例，如果要求生产10件产品，可以发现这10个工件中外圆直径正好等于60mm的工件不多，也许1个或2～3个，大部分都不可能准确地正好等于60mm，或许多0.01，0.02甚至0.05mm,也有可能比60mm小0.01，0.02甚至0.05mm，这就是实际生产与理论要求值之间的误差，这个误差称为加工误差，是不可避免的，只要误差在允许的范围内，零件还是可以使用的，称之为合格产品。

能否生产出正好60mm的产品呢？

应当说是可以的，但是比较困难，因为只要有点超差，零件就称为废品，会造成很大的浪费，提高了生产成本。

在生产中由于设备的精度，刀具的磨损，测量的误差等等因素都要影响产品的精度，所以加工的误差是很正常的，是不可避免的。

按误差的种类可分为尺寸误差、形状误差、位置误差和表面轮廓粗糙度误差四种。

如该60mm外圆工件，如果机床的主轴精度差，存在一定的径向跳动，则在100mm长度上，其左端的外圆或许正好是个圆，右端面受径向跳动的影响，可能就不是一个圆，存在着微小的误差，这个误差为形状误差。

如自行车轮由于辐条松紧不等，车圈不可避免有圆形误差，严重时成为椭圆。

工件的轴线与端面理论上要求应当是90°的垂直，但由于机床中拖板与床身导轨之间不可能是绝对的垂直，因此加工后的工件端面与轴线必然产生了垂直度的误差，此为位置误差。

轮廓粗糙度误差指加工后的零件表面的轮廓粗糙度与理想数值的误差。

四种误差是从四个方面来检测的，但加工中刀具与工件是一次加工而成的，并不是从四个方面分别加工出四种误差。

2.公差

规定允许零件误差的范围值。

如上述工件允许60外圆的最大尺寸为60.02，最小的为59.99，则公差值为60.02-59.99＝0.03为其公差值，即最大的实际尺寸与最小实际尺寸之差称为公差。

在公差范围内的产品都属于合格产品，公差值小，其零件的精度高，加工时间长，制造成本高；公差值大，零件的精度低，其加工容易，制造成本低。

所以应当在满足零件使用条件的前提下尽可能地降低精度，选择较大的公差值。

依照上述的四种加工误差，公差也分为相应的四种。

3.互换性

相互运动的表面，必定存在着摩擦磨损，工作一段时间之后必然需要更换易损件，如轴承、活塞环、刹车片等等。

只要采用相同规格的零件更换已经失效的零件，机器设备就能恢复原有的工作精度，称这些零件之间具有互换性，如用6208轴承去替换失效的轴承，机器就能重新正常的工作，说明6208轴承之间能够互换，不仅其外径内径和厚度的基本尺寸一样，而且公差值也控制在允许的范围内。

互换性在机器制造生产中具有相当重要的作用，它不仅保证了机械设备能正常的运转，减少维护的时间，提高了生产率，而且降低了成本，适用于大批量的生产，也是标准化生产的基础。

所以说互换性是工业生产中的重要原则。

反过来想想，如果机械零件没有互换性，许多机器将因为其中某个零件的失效，而不能得到及时的维护导致不能正常工作，那是一个多么大的损失！

4.标准化

标准是从事设计、制造和检测工作的技术依据。

如生产电视机的显示屏，它的标准是对角线长度，而不是边长，常见的29吋彩电，指对角线长度为29英吋；21吋彩电也是如此。

世界各地都用了这个技术标准。

标准化是指制定标准、发布和贯彻技术标准的全部活动过程。

如彩电的标准是21吋、25吋、29吋、34吋，而液晶彩电为32吋、37吋、40吋、42吋等。

除此之外在两个尺寸之间不可以再出现其他的标准，这成为彩电生产的普遍的规律，是具有很强的规律性和广泛的指导意义，成为标准化的生产。

有利于组织现代化的生产和专业协作交流，及产品的流通与维护。

技术标准一般分成四类，即基础标准、产品标准、方法标准和安全与维护保护标准。

现行标准又可分为国家标准、行业标准、地方标准和企业标准四类。

基础标准：

如我国普通螺纹采用公制单位为标准，如M6，M8，M10，M12，M16等，而管螺纹以内孔为标准，且采用英吋为单位，如1/2″,3/4″,1″等。

产品标准：

如螺纹按精度分成A级和B级二种；联接螺纹的旋合长度分S、N和L三种。

铁轨的标准长度为25米。

钢筋的标准长度为9米。

方法标准：

如钢材的上漆必须经过先除锈再上防锈底漆最后上表面油漆的工艺过程，决不允许在有锈的钢材上直接上表面油漆。

安全与环境保护标准：

如进入施工现场必须带安全帽。

车工操作车床时不允许带手套。

废水排污必须经过处理后达标才能外排等等。

5.技术测量

用各种测量工具仪器检测工件与图样的要求作比较，判断零件是否合格的过程。

它包括长度、角度、表面粗糙度和形位误差等内容。

只要误差在图纸允许的范围内都是合格产品。

技术测量决定了产品和机器的质量，是企业的生存与发展的根本保证。

九、小结

1.本课程是一门技术性和实践性都比较强的技术基础课，学习中密切理论联系实际。

2.加工误差是不可避免的，可分成四大类。

公差控制误差的大小，公差小的零件其精度高，公差也分成相应的四类。

3.互换性的基础是公差，互换性是重要的生产原则，适用于大规模的生产。

标准化是一项重要的技术措施，分为四种标准。

4.技术测量是决定产品是否合格的关键。

十、作业布置

1-1，5，6，7

第二章孔、轴尺寸的极限与配合

2.1极限与配合的术语及定义

一、教学目标

（一）知识目标

1.了解孔和轴、尺寸、偏差、公差的术语及其定义。

2.能够计算上下偏差值和公差值。

能够看懂公差带图的含义。

（二）能力目标

能够根据图样标注准确地计算出上下偏差和公差值，能够看图公差带图。

（三）素质目标

1.认识常用极限术语地含义。

2.能够计算偏差和公差值，会看懂公差带图。

二、教学重点

1.熟悉极限的术语及内涵。

2.会准确计算偏差和公差。

三、教学难点

1.把方形孔和键槽两个非圆柱形内表面视为孔，把方形块和轴上键底到外圆的距离视为轴对于初学者开始不好理解，应把包容面和被包容面的定义作为判断轴与孔的依据，注意各术语之间的联系与区别。

2.注意公差与极限偏差之间的关系及公差带图的含义。

四、学生情况

由于名词术语较多，平时与实践接触的机会也少，所以要给学生一个理解接受的过程，每个术语表达一定要清楚，特别注意它们之间的区别。

只要概念清楚，计算不会有困难。

五、教学思路设计

从实例出发讲解各种术语，必要时设疑提问，最后归纳总结。

公差值的计算由学生自己按术语的含义去做。

六、教学安排

2学时

以讲授为主，配合提问，计算部分请学生上台演示，最后教师总结提高。

七、教学过程

（一）复习旧课

1.讲评作业完成情况及存在共同问题。

2.提问：

误差与公差的区别是什么？

标准与标准化有什么区别？

举例说明。

（二）导入新课

以教材中图2－1为例来引入新课，此图中的尺寸均为为孔，图2－2均为轴。

孔和轴的形状非要是圆形的吗？

请回到图2－1、2，看看本课程对孔和轴的定义又是什么？

（三）新课教学

1.孔和轴的定义及其特点

（1）孔

图2－1

通常是指工件的圆柱形内表面。

它的特点应当是装配后孔是包容面或者加工过程中零件的实体材料变少，而孔的尺寸由小变大。

所以非圆柱的内表面，只要是包容面就称之为孔。

（2）轴

图2－2

通常是指工件的圆柱形外表面。

它的特点应当是装配后轴是被包容面或者加工过程中零件的实体材料变少，而轴的尺寸由大变小。

所以非圆柱的外表面，只要是被包容面就称之为轴。

2.尺寸的术语及其定义

（1）尺寸：

以特定单位表示线性尺寸的数值。

如：

Φ20为圆形的孔或轴的尺寸；在机械中均以毫米为单位，不必标注。

（2）基本尺寸：

如Φ20为孔和轴的基本尺寸，一般取整数或整齐的小数，如20.5。

L——表示孔的基本尺寸；

——表示轴的基本尺寸。

（3）实际尺寸：

通过测量得到的某孔空、轴的尺寸。

﹡注：

由于测量误差的存在，实际尺寸并非零件尺寸的真实值。

La——表示孔的实际尺寸；

——表示轴的实际尺寸。

（4）极限尺寸：

孔或轴所允许的两个界限值。

如孔的最大极限尺寸为20.03mm，最小极限尺寸为19.98。

Lmax,Lmin——表示孔的最大与最小极限尺寸。

，

——表示轴的最大与最小极限尺寸。

合格的零件的实际尺寸应当在最大与最小极限尺寸之间。

如上述零件实际尺寸必须在19.98与20.03之间的任何值都视为合格尺寸。

3.偏差的术语及其定义

（1）尺寸偏差实际尺寸或极限尺寸与基本尺寸之差值。

如基本尺寸为20，实际尺寸为20.03，则其尺寸偏差为20.03－20＝0.03，如果实际尺寸为19.98，则其尺寸偏差为19.98－20＝－0.02。

偏差值可正可负。

（2）上偏差最大极限尺寸减去基本尺寸所得代数差。

ES——表示孔的上偏差；ES=Lmax-L

es——表示轴的上偏差。

（3）下偏差最小极限尺寸减去基本尺寸所得的代数差。

EI——表示孔的下偏差；EI=Lmin-L

ei——表示轴的下偏差；

（4）极限偏差

上偏差、下偏差称为极限偏差。

（5）实际偏差实际尺寸减去基本尺寸所得的代数差。

如工件实际尺寸为20.01，在最大与最小极限尺寸之间，该工件为合格产品；如果工件实际尺寸为19.97，在最大与最小极限尺寸之外，该工件即为不合格产品。

在图样中，一般标注基本尺寸和上下偏差，标注形式为：

基本尺寸

，如φ30+0.012-0.009

例题可选用书中例1的内容，这里注意要让学生对各术语的表示方法有个熟悉的过程。

4.公差的术语及其定义

（1）尺寸公差即最大极限尺寸与最小极限尺寸之差，也是上偏差与下偏差之差。

是工件尺寸允许的变动范围。

如图2-4所示。

Th——表示孔的公差；Th=Lmax—Lmin=ES—EI

Ts——表示轴的公差；

例2可选用书中的例题2，即计算

孔的直径尺寸公差Th。

计算时，如果偏差值为负值，应将负值代入计算式中。

上题如果下偏差为－0.009，则

这里也可提出问题，但学生自己考虑，再提问回答，效果可能更好。

（2）尺寸公差带零件尺寸相对基本尺寸所允许的变动范围在0.009与0.048之间，这也是它的公差带。

表示方法如教材图2-5所示。

﹡应注意基本尺寸的零件为基准线，零线上方的偏差为正；零线下方的偏差为负；偏差为零时不用标出。

上、下偏差之间的宽度为公差值，画图时注意上下比例，其长度大小可随意选取，上偏差用斜剖面线表示，下偏差用散点表示。

﹡公差带图中公差带与零线之间的位置取决于基本偏差。

（3）零线表示基本尺寸的位置。

该公差带图主要突出公差带的位置及大小，而基本尺寸的零线只是一条参考线。

八、小结：

1.熟悉基本尺寸、实际尺寸、极限尺寸、尺寸偏差、上下偏差、尺寸公差和公差等术语及含义、表示符号。

2.掌握术语之间的计算关系。

3.熟悉公差带的画法及内容。

九、作业布置

2-1，2，3，4，5，6，其中1，2，3可作为思考题，下节课提问用。

2.2配合的术语及其定义

一、教学目标

（一）知识目标

1.熟悉配合的含义及种类。

2.能够正确计算间隙或过盈值的大小，判断出术语相应的配合类别。

（二）能力目标

能够正确计算三种配合类型的间隙或过盈值，求出最大或最小值，并判断出属于何种配合的种类。

（三）素质目标

1.了解配合的含义及其种类，看懂图示表达方法。

2.掌握三种配合的特点及数值计算。

二、教学要求

1.通过数值计算或图示表达能够判断出配合的种类，求出最大过盈或最大间隙值。

2.掌握配合的分类及在生产中的应用。

三、教学重点

1.配合在生产中的作用及分类与特点。

2.过盈或间隙值的计算。

能够正确读懂配合公差带示意图。

四、教学难点

1.过渡配合的判断方法。

2.过渡配合公差带示意图的含义。

五、学生情况

应使学生首先了解配合在生产中的重要作用。

配合是基本尺寸相同的轴与孔之间的连接，由于公差带相互的位置不同，使轴与孔的连接出现过盈或间隙的三种不同的配合形式。

然后才能通过计算判断出具体的配合种类。

六、教学思路设计

先讲授配合的含义——举例计算轴与孔的配合公差值――总结归纳出三种不同配合特点——作出配合公差带示意图。

本节课数值计算为主要的教学形式。

七、教学安排

2学时

先讲定义——举例——课堂练习——归纳总结

八、教学过程

（一）复习旧课

1.回顾基本尺寸、实际尺寸、极限尺寸、尺寸偏差、极限偏差和尺寸公差等术语的含义及区别与联系。

2.表达它们之间的关系。

（二）导入新课

学习极限及公差的目的是为了研究两个相同基本尺寸的孔和轴连接在一起时，由于这些偏差值的大小，会对孔与轴的配合产生什么样的影响，他们又有什么规律和特点。

这正是本节课所要研究的内容。

（三）新课教学

1.配合的术语及其定义

配合

配合是指相同的基本尺寸的孔与轴配合在一起，由于公差带之间的位置关系产生不同的松紧连接。

按松紧程度分为过盈配合，过渡配合和间隙配合三种。

（1）间隙配合：

孔的尺寸减去相配合的轴的尺寸之差为正值，即具有间隙（包括最小间隙等于零）的配合。

如某轴直径尺寸为φ80-0.030-0.049，与其配合的孔的直径尺寸为φ80+0.0300，求两者之间的间隙为多少？

解：

加工中，轴与孔可能出现的最大和最小尺寸只有二种，因此分别按最大和最小值来求孔与轴之间的间隙。

也可以用偏差值计算：

可以得出只要

即为间隙配合。

间隙无论大小，其结果均有正值，说明该孔与轴的连接，其最小也有+0.030mm的间隙，最大间隙可达到+0.079mm。

﹡计算时注意要连同数值的正负号代入。

平均间隙值用

表示，即为

平均间隙是表示轴与孔的最佳配合间隙值。

配合公差：

允许间隙或过盈的变动量。

间隙配合公差是指最大间隙与最小间隙的差值，是表示间隙允许变动的范围，用

表示。

即间隙配合公差值等于孔的公差与轴的公差的代数和。

课堂练习：

孔的尺寸为φ100+0.071+0.036，轴的尺寸为φ1000-0.054求

各为多少？

解：

间隙配合的孔与轴的尺寸之差为正值，孔比轴大。

（2）过盈配合：

孔的尺寸减去相配合的轴的尺寸之差为负值，即具有过盈（包括最小过盈等于零）的配合。

如某孔的尺寸为φ100-0.058-0.093，轴的尺寸为φ1000-0.022，求最大过盈和最小过盈值各是多少？

解：

孔与轴的基本尺寸均是100，但孔比轴小。

所以不可能存在间隙，只能是过盈，用Y表示过盈量。

最大过盈

最小过盈

过盈量不论大小，其值一定为负值。

也可以用偏差值作计算

也可用下式求出

其结果也为轴的公差值与孔的公差值的和。

虽然过盈值为负值，但其公差值也一定是正值，只要是公差必定为正，不可能为负。

平均过盈用Ya表示，即为

平均过盈表示最佳的配合过盈值。

课上练习：

孔的尺寸为φ80+0.0460，轴的尺寸为φ80+0.096+0.066，求

解：

过盈配合的轴永远比孔大。

过盈值为负值。

（3）过渡配合可能具有间隙或过盈的配合，其过盈量或间隙量值都很小，其孔、轴公差带呈交叠形式。

如某孔的尺寸为φ50+0.0250，轴的尺寸为φ50±0.008求该配合的过盈或间隙大小？

解：

所以，只存在最大间隙值Xmax和最大过盈值Ymax。

可以得出，只要es＞EI且ES＞ei,即为过渡配合。

过渡配合公差

平均间隙或平均过盈的计算

其值为正，表示为平均间隙，如果值为负值，说明Ymax值大于Xmax值，则为平均过盈。

如Xmax=+0.033,Ymax=-0.048，则

课堂练习：

孔的尺寸为φ80+0.0460，轴的尺寸为φ80+0.033+0.013，求Xmax,Ymax,Tf和Xa或Ya

值各位多少？

解：

三种配合的公差带示意图如教材中图2-10所示。

主要应当记住教材中图2-9的形式，均属于过渡配合的轴与孔的关系。

（4）三种配合性质的特点

配合类型

轴与孔联接状态

轴与孔尺寸关系

公差带关系

间隙配合

可转动

轴小于孔

轴的公差带在孔公差带下方

过盈配合

不可转动

轴大于孔

轴的公差带在孔公差带上方

过渡配合

存在微小的过盈或间隙

轴与孔尺寸相差甚小

轴与孔公差带相交叠

九．小结

1.配合为间隙配合，过盈配合和过渡配合三种类型。

2.过盈配合的轴的尺寸大于孔的尺寸，配合公差值为负值；间隙配合的轴的尺寸小于孔的尺寸，配合公差值为正值；过渡配合介于两者之间，可能有间隙也可能有过盈，但其值都很小。

判断方法如上所总结。

3.固定工件用过盈配合，相对转动工件用间隙配合，不经常拆卸的配合面用过渡配合。

十．作业布置

2-5，6，9，10，11。

7，8题作为思考。

2.3配合性质判断，标准公差及基本偏差

一、教学目标

（一）知识目标

1.了解配合公差带图和标准公差的等级。

2.熟悉基本偏差的系列分布图。

（二）能力目标

1.能够从基本偏差代号和公差带图判断配合类型。

2.能够根据标准公差的精度和直径大小选择标准公差值。

3.能够读懂基本偏差系列图。

（三）素质能力

会准确判断配合的种类：

会正确选取标准公差值；能够总结出基本偏差系列的内在规律。

二、教学要求

1.能够不经过计算就能判断出配合的类型。

2.能够准确地从标准公差数值中找出相应数值。

3.能够从基本偏差系列中决定配合的种类，并熟记过渡配合的代码。

三、教学重点

1.判断配合的类型

2.查出标准公差值。

注意尺寸分段处的查表方法。

3.掌握基本偏差系列的内在规律。

四、教学难点

1.标准公差与基本偏差的关系。

2.基本偏差系列的规律。

五、学生情况

1.过渡配合的判断不太难，但是其实用价值由于学生缺少实际经验，理解不深，应多举例说明。

2.标准公差与基本偏差的关系对学生来说也许不好理解，学生以为只要查一下基本偏差表就是基本尺寸的上下偏差，这是错误的。

上下偏差是两者的组合。

六、教学思路设计

1.从配合的实例中总结出判断配合种类的依据。

2.通过练习达到正确选择标准公差值。

3.让学生自己总结基本偏差系列图的规律，教师作补充。

七、教学过程

（一）复习旧课

配合的种类只有三种，各有其使用的价值，两零件的动、静联接分别选用间隙和过盈配合，间隙和过盈量的大小依据需要来决定。

除此之外的配合则是过渡配合，介于两者之间。

如何从已经给定的基本尺寸的上下偏差来判断出配合的种类，成为研究的内容。

（二）导入新课

例题：

如果用φ100+0.0540的孔分别与φ100-0.120-0.155φ100+0.122+0.087φ100+0.017-0.018的轴配合，试判断孔、轴的配合性质。

解：

φ100+0.0540孔与φ100-0.120-0.155轴的配合

ES=+0.054es=-0.120

EI=0ei=-0.155

因为EI＞es，所以为间隙配合。

φ100+0.0540孔与φ100+0.122+0.087的轴的配合

ES=+0.054es=+0.122

EI=0ei=+0.087

因为ei＞ES，所以为过盈配合。

φ100+0.0540孔与φ100+0.017-0.018轴的配合。

ES=+0.054es=+0.017

EI=0ei=-0.018

因为ES＞ei，且es＞EI所以过渡配合。

如果选取一定的比例尺，如200：

1，即可绘出如图2-12所示的配合公差带图。

（三）新课教学

1.从配合性质判断

从上例中，得出配合性质的判断依据为：

时为间隙配合

时为过盈配合

以上两条不成立时，则为过渡配合。

2.标准公差

公差带是由公差的大小和位置来决定的。

大小由标准公差来确定，位置由基本偏差来确定。

目前国家规定的《极限与配合》已经对标准公差和基本偏差标准化。

如图2-13所示为基本尺寸为50的轴的不同公差和基本偏差。

标准公差分为20个等级，用IT表示，分别为IT01，IT0,IT1，IT2……IT18，公差等级从左向右为由高到低。