机械精度设计与检测技术 （王恒迪 )

本书是配合高校“互换性与技术测量”课程教学的一本新体系教材，该课程是机械类和近机械类专业的一门重要技术基础课。

机械产品的技术设计可分为三个阶段：总体设计、结构设计和精度设计。总体设计是根据产品的功能要求，确定机器的主要性能参数和总体布局；结构设计是通过运动学和动力学的分析计算，确定机器的装配结构和零件的基本尺寸；精度设计则是根据产品的功能要求和经济性确定零部件的尺寸精度、几何精度和表面微观精度。由此可见精度设计是产品设计过程中的重要环节。产品精度的获得包含在设计、制造和验收过程中，其中验收工作贯穿于产品制造的全过程。因此对从事机械设计与制造的工程技术人员而言，必须掌握机械产品精度设计与检测的基本知识与技能。

本书以精度设计为主线，分别涵盖了线性尺寸精度设计、表面精度设计、几何精度设计、圆锥和角度精度设计、尺寸链等精度设计的基本知识；滚动轴承、键、花键、螺纹和圆柱齿轮等典型结合与传动的精度设计；几何量检测基础、检测技术、量规设计等内容。各章均配有适量的思考题、练习题和公差表格，以方便学习和设计使用。

本书依据*的国家标准编写，将*的标准体系和内容融合在专业基础理论中和解决实际问题的过程中，使学生在掌握基础知识的同时，获得机械精度设计与检测的实际能力。

本书的内容已制作成用于多媒体教学的PPT课件，并将免费提供给采用本书作为教材的院校使用。如有需要，请发电子邮件至cipedu@163.com获取，或登录www.cipedu.com.cn免费下载。

本书由王恒迪担任主编，毛玺、张发玉担任副主编。参加本书撰写的有：王恒迪（第1、3、4章）、毛玺（第10、11章，第12章第4、5、6、7、8节，第12章习题）、张发玉（第2、5、7、8、9、13章）、徐彦伟（第12章第1、3节）、蔡海潮（第6章）、涂鲜萍（第12章第2节），张发玉、徐彦伟、涂鲜萍（附录）。

河南科技大学的武充沛对本书作了全面审阅，并提出了诸多宝贵意见和建议，本书在编写过程中也得到了学科前辈的悉心指导，同时得到了河南科技大学教务处的大力支持，在此一并表示衷心感谢！

由于编者水平有限，书中难免存在不足之处，恳请广大读者提出意见和建议。

编者

2020年5月

《机械精度设计与检测技术》结合我国产品几何技术规范（GPS）的*国家标准，系统阐述了机械精度设计和几何量检测的基本方法。本书内容分为三部分，分别是：机械精度设计基础，包括机械精度设计概论、线性尺寸精度设计、表面精度设计、几何精度设计、圆锥和角度精度设计，以及精度综合设计——尺寸链；典型结合和传动的精度设计，包括滚动轴承结合的精度设计、键和花键结合的精度设计、螺纹结合和螺旋传动的精度设计，以及圆柱齿轮传动的精度设计；几何量检测，包括几何量检测基础、几何量检测技术，以及量规设计等内容。各章均配有适量的思考题、练习题和公差表格，以方便学习和设计使用。

本书有配套的电子教案和课件，可登录化学工业出版社教学资源网免费下载。

本书可作为高等院校机械类、近机械类等专业的学生教材，也可供从事机械设计、机械制造、标准化和计量测试等工作的工程技术人员参考。

王恒迪，河南科技大学机电工程学院，副教授，主要从事测控技术及仪器专业的教学与科研等工作，目前主讲课程有：互换性与技术测量、精密机械设计基础、虚拟技术及应用、工程设计软件及应用，主持或参加完成省部级科研项目8项，横向课题10项，获中国机械工业科学技术二等奖2项，河南省科技进步二等奖1项，河南省教育厅科技进步二等奖1项，河南省工业和信息化厅科技进步二等奖1项，在该领域发表论文十余篇，获得授权专利6项，出版著作5部，指导学生参加机械创新大赛，获全国一等奖1项。指导学生参加“挑战杯”，获全国二等奖1项，河南省三等奖1项。

第1章机械精度设计概论 / 1

1.1机械精度与加工误差的概念1

1.1.1机械精度的概念1

1.1.2加工误差1

1.2精度设计的基本原则和主要方法3

1.2.1精度设计应遵守的原则3

1.2.2精度设计的主要方法5

1.3几何精度规范5

1.3.1标准化6

1.3.2优先数系7

1.3.3几何技术规范（GPS）8

习题9

第2章线性尺寸精度设计 / 10

2.1尺寸精度的术语定义10

2.1.1孔与轴的定义10

2.1.2有关尺寸的术语及定义10

2.1.3有关偏差、公差和公差带的术语及定义12

2.1.4有关配合的术语及定义13

2.2极限与配合的标准化16

2.2.1标准公差17

2.2.2基本偏差18

2.2.3公差带与配合的图样标注19

2.2.4配合制20

2.2.5公差带与配合标准化21

2.3线性尺寸精度设计23

2.3.1配合制的选择23

2.3.2公差等级的选择24

2.3.3配合的选择26

2.3.4一般尺寸公差29

2.3.5尺寸精度设计举例29

习题33

第3章表面精度设计 / 35

3.1表面结构35

3.1.1表面结构的特点35

3.1.2表面结构对使用功能的影响36

3.2表面缺陷37

3.2.1表面缺陷的术语与定义37

3.2.2表面缺陷的参数38

3.3表面轮廓38

3.3.1表面轮廓的术语与定义38

3.3.2表面轮廓的评定参数41

3.4表面粗糙度的图样标注43

3.4.1表面粗糙度的基本图形符号和完整图形符号43

3.4.2表面粗糙度完整图形符号的组成44

3.4.3表面粗糙度要求在零件图上的标注47

3.5表面粗糙度精度设计50

3.5.1评定参数的选择51

3.5.2评定参数允许值的选择51

习题53

第4章几何精度设计 / 55

4.1概述55

4.1.1几何要素及其分类55

4.1.2几何公差57

4.1.3几何公差带58

4.1.4几何误差的评定59

4.2几何公差的图样标注59

4.2.1几何公差框格的标注60

4.2.2被测要素的标注60

4.2.3基准要素的标注62

4.2.4限制性的标注63

4.3几何公差及其公差带64

4.3.1形状公差64

4.3.2轮廓度公差66

4.3.3方向公差68

4.3.4位置公差72

4.3.5跳动公差76

4.4公差原则78

4.4.1有关公差原则的基本术语78

4.4.2独立原则81

4.4.3包容要求82

4.4.4*实体要求和可逆*实体要求84

4.4.5*小实体要求和可逆*小实体要求87

4.5几何精度设计89

4.5.1几何公差特征项目的选用90

4.5.2公差原则的选择91

4.5.3基准的选择91

4.5.4几何公差值的确定91

4.5.5应用举例95

习题98

第5章圆锥和角度精度设计 / 102

5.1概述102

5.1.1圆锥结合的特点102

5.1.2圆锥的主要几何参数102

5.2圆锥公差与配合103

5.2.1圆锥公差103

5.2.2圆锥配合104

5.2.3圆锥配合精度设计106

5.3角度公差106

5.3.1角度公差数值106

5.3.2角度公差带配置107

习题107

第6章精度综合设计——尺寸链 / 108

6.1尺寸链的基本概念108

6.1.1尺寸链的基本术语108

6.1.2尺寸链的特征109

6.1.3尺寸链的分类109

6.2尺寸链的建立111

6.2.1确定封闭环112

6.2.2查找组成环并建立尺寸链112

6.3尺寸链的计算113

6.3.1尺寸链计算的种类和方法113

6.3.2尺寸链关系113

6.3.3完全互换法114

6.3.4大数互换法118

6.3.5尺寸链计算的其他方法120

习题121

第7章滚动轴承结合的精度设计 / 123

7.1概述123

7.2滚动轴承的精度等级、公差带和配合124

7.2.1滚动轴承的精度等级及其应用124

7.2.2滚动轴承内外径公差带的特点124

7.2.3滚动轴承与轴颈和外壳孔的配合125

7.3滚动轴承结合的精度设计126

7.3.1轴颈和外壳孔的尺寸精度126

7.3.2轴颈和外壳孔的几何精度和表面粗糙度128

7.3.3图样标注129

7.3.4设计举例129

习题130

第8章键和花键结合的精度设计 / 132

8.1平键结合的精度设计132

8.1.1平键结合的特点132

8.1.2平键结合的精度设计133

8.2花键结合的精度设计134

8.2.1花键结合特点134

8.2.2矩形花键结合的精度设计134

8.2.3渐开线花键结合的精度设计136

习题139

第9章螺纹结合和螺旋传动的精度设计 / 141

9.1概述141

9.1.1螺纹的种类及使用要求141

9.1.2螺纹的基本牙型和几何参数141

9.2普通螺纹结合的精度设计143

9.2.1普通螺纹几何参数误差对互换性的影响143

9.2.2普通螺纹精度及选用146

9.2.3普通螺纹结合精度设计147

9.2.4普通螺纹标记148

9.3螺旋传动的精度设计148

9.3.1丝杠和螺母的精度等级及其选用149

9.3.2丝杠公差149

9.3.3螺母公差150

9.3.4丝杠和螺母标记150

习题151

第10章圆柱齿轮传动的精度设计 / 153

10.1概述153

10.1.1齿轮传动的使用要求153

10.1.2齿轮传动的误差来源及其特点154

10.2齿轮精度和侧隙的评定指标156

10.2.1齿轮同侧齿面的精度指标156

10.2.2齿轮双侧齿面的精度指标160

10.2.3齿轮侧隙的评定指标161

10.3齿轮坯和齿轮副的精度要求163

10.3.1齿轮坯的精度要求163

10.3.2齿轮副的精度要求164

10.4圆柱齿轮精度设计166

10.4.1齿轮的精度等级及其选择166

10.4.2齿轮精度评定指标的选择167

10.4.3齿轮侧隙评定指标极限偏差的确定168

10.4.4齿坯精度的确定169

10.4.5齿轮图样标注170

习题172

第11章几何量检测基础 / 175

11.1概述175

11.1.1测量、检验和检定的概念175

11.1.2测量的基本要素175

11.1.3几何量检测技术的发展176

11.2计量基准与量值传递176

11.2.1计量基准176

11.2.2量值传递与溯源性177

11.2.3量块178

11.3测量方法与测量器具181

11.3.1测量方法分类181

11.3.2测量器具182

11.4测量误差及数据处理185

11.4.1测量误差的基本概念185

11.4.2测量误差的来源186

11.4.3测量误差的种类及其性质188

11.4.4测量精度191

11.4.5测量不确定度192

11.4.6测量结果195

11.5合格性判断195

习题196

第12章几何量检测技术 / 198

12.1概述198

12.1.1平台检测198

12.1.2量仪检测200

12.2长度尺寸检测201

12.2.1长度尺寸的检测方法202

12.2.2验收极限的确定204

12.2.3计量器具的选择205

12.3表面粗糙度检测206

12.3.1一般规则206

12.3.2表面粗糙度的检测方法206

12.4角度和锥度检测209

12.4.1比较测量法209

12.4.2直接测量法210

12.4.3间接测量法211

12.5几何误差检测213

12.5.1几何误差的检测原则213

12.5.2几何要素的体现214

12.5.3几何误差的检测方法215

12.5.4几何误差的评定219

12.6螺纹检测224

12.6.1单项测量225

12.6.2综合检验228

12.7圆柱齿轮检测228

12.7.1齿轮同侧齿面偏差的测量229

12.7.2齿轮双侧齿面偏差的测量232

12.7.3齿轮公法线长度和齿厚的测量233

12.8数字化测量仪器简介234

12.8.1三坐标测量机234

12.8.2齿轮测量中心237

习题239

第13章量规设计 / 242

13.1概述242

13.2光滑极限量规242

13.2.1光滑极限量规的设计原理242

13.2.2光滑极限量规的公差带和公差值244

13.2.3光滑极限量规设计举例245

13.3功能量规246

13.3.1功能量规的结构形式247

13.3.2功能量规的尺寸与公差248

13.3.3功能量规设计举例249

习题251

附表 / 253

参考文献 / 273