第1章　绪论

1.1　机械精度设计基础概述

1.2　标准化与优先数系

1.3　现代产品几何技术规范（GPS）体系

1.4　质量保证与测量技术的发展概况

思考题

第2章　机械精度设计中的基础标准

2.1　机械加工精度与表面质量

2.2　精度设计中的极限与配合

2.3　精度设计中的形状与位置公差

2.4　精度设计中的表面粗糙度

思考题与习题

第3章　机械精度设计基础标准的应用

3.1　零件几何精度设计的主要内容

3.2　极限与配合的应用

3.3　形状和位置公差的应用

3.4　公差原则的应用

3.5　未注公差与未注公差的选用

3.6　表面粗糙度的应用

思考题与习题

第4章　常用典型零件精度设计基础

4.1　与滚动轴承相配零件的几何精度设计

4.2　键与花键的几何精度设计

4.3　圆锥结合的几何精度设计

4.4　螺纹结合的几何精度设计

4.5　圆柱齿轮传动的精度设计

思考题与习题

第5章　测量技术基础

5.1　概述

5.2　基准与量值传递

5.3　计量器具与测量方法

5.4　测量误差与数据处理

5.5　计量器具的选择

5.6　光滑极限量规

5.7　位置量规

5.8　在线检测与计算机质量控制

思考题与习题

第6章　尺寸链在机械精度设计中的应用

6.1　尺寸链的基本概念

6.2　尺寸链在精度设计中的计算类型和方法

6.3　尺寸链在精度设计中的计算公式

6.4　完全互换法解尺寸链

6.5　大数互换法解尺寸链

6.6　保证装配精度的其它工艺措施

思考题与习题

第7章　机械精度设计应用实例

7.1　典型示例——单级传动齿轮减速器的精度设计

7.2　夹具公差配合的制定

7.3　自动化精密线性模组的精度分析

思考题与习题

第8章　质量管理与质量控制

8.1　质量管理概论

8.2　ISO 9000族标准与质量审核

8.3　过程质量控制原理与常用的质量统计方法

8.4　过程能力分析与过程控制

思考题与习题

附录　主要基础标准目录

主要参考文献

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本教材遵照教育部加强基础、拓宽专业的整体思路，在上海高校互换性与测量技术研究会的同行们教改经验的基础上，对教材体系和内容做了进一步的改革尝试。全书改变了以标准为单元的教材体系，采用了以精度设计为主线，以应用与质量控制为目的的新体系。全书共分八章，前六章内容包括机械精度设计的基本概念、机械精度设计中的基础标准、零件几何精度设计基础标准的应用、常用典型零件精度设计、测量技术基础、尺寸链在机械精度设计中的应用。最后两章是机械精度设计的应用实例和质量管理与质量控制，其内容是本课程学以致用的结合点，通过对单级圆柱齿轮减速器、机床夹具和自动化精密线性模组的功能分析，以主要零件及结合件的精度设计与应用为例，使学生加深认识，为培养学生从事精度设计打下基础。本教材可供各高等院校的“互换性与测量技术”和“机械精度设计基础”等课程使用。其适用面广，可作为本科生教材，也可作为专科、高职教材。亦可供从事机械设计、机械制造、标准化和计量测试等工作的工程技术人员参考。

本手册包括几何精度设计基础和几何精度检测基础两大部分，标准新，实用性强。其中，几何精度设计部分主要阐述了极限与配合、形状和位置精度、表面粗糙度、典型结合件、典型传动件等精度设计中的基本概念、基本原则及应用要点；几何精度检测部分主要阐述了几何精度检测中的基础知识、原理以及数据处理的方法等。具体内容包括极限与配合，几何精度，表面粗糙度，圆锥的公差与配合，螺纹的公差与配合，键和花键的公差与配合，齿轮的精度制，滚动轴承和滑动轴承的公差与配合，铸件公差和冲压件的公差，尺寸链，新一代GPS标准体系，测量技术基础，光滑工件尺寸的检验，几何误差的检测，角度与锥体的检测，螺纹的检测，齿轮精度检测。

本书可供从事机械设计、制造、标准化和计量测试等工作的工程技术人员参考使用，也可供大专院校机械类、仪器仪表类、近机类有关专业的师生参考使用。

第1章互换性概论

1.1互换性概论1

1.1.1互换性的含义1

1.1.2互换性的分类1

1.1.3互换性的作用1

1.2优先数和优先数系2

1.2.1术语和定义2

1.2.2系列的种类和代号2

1.2.3优先数系的主要特性(GB/T 17963—2005)4

1.2.4应用原则6

第2章极限与配合

2.1极限与配合的基础（GB/T 1800.1—2009）7

2.1.1术语和定义7

2.1.2公差、偏差和配合的代号及表示9

2.2标准公差和基本偏差系列（GB/T 1800.1—2009）10

2.2.1标准公差系列（GB/T 1800.1—2009）10

2.2.2基本偏差系列（GB/T 1800.1—2009）12

2.2.3公称尺寸大于3150～1000mm的标准公差和基本偏差（GB/T 1801—2009）13

2.2.4孔、轴极限偏差表（GB/T 1800.2—2009）13

2.3公差带与配合的标准化45

2.3.1公称尺寸至500mm公差带与配合的规定45

2.3.2公称尺寸大于500～3150mm公差带与配合的规定47

2.3.3公称尺寸至18mm轴、孔公差带的规定（GB/T 1803—2003）47

2.4未注公差的线性和角度尺寸的公差（GB/T 1804—2000）54

2.4.1适用范围54

2.4.2总则54

2.4.3一般公差的公差等级和极限偏差数值54

2.4.4一般公差的图样表示法55

2.4.5线性和角度尺寸的一般公差的概念和解释55

2.5尺寸精度及配合的设计55

2.5.1尺寸精度及配合的设计方法55

2.5.2尺寸精度及配合的设计56

2.5.3应用示例分析66

2.6尺寸公差与配合的注法（GB/T 4458.5—2003）68

2.6.1在零件图中的标注方法68

2.6.2在装配图中的标注方法69

2.6.3角度公差的标注方法70

第3章几 何 公 差

3.1几何公差的定义及标注（GB/T 1182—2008）71

3.1.1几何公差各项目及有关符号71

3.1.2几何公差的研究对象——几何要素71

3.1.3公差带73

3.1.4几何公差图样标注的基本规则73

3.1.5几何公差的定义78

3.1.6应用示例91

3.2基准和基准体系（GB/T 17851—2010）92

3.2.1术语定义92

3.2.2基准和基准体系的标注92

3.2.3基准的建立和体现94

3.2.4基准的应用98

3.2.5基准目标100

3.3几何公差与尺寸公差的关系102

3.3.1术语定义102

3.3.2独立原则102

3.3.3相关要求104

3.4几何公差的公差值及其选用（GB/T 1184—1996）119

3.4.1几何公差的注出公差值119

3.4.2形位公差的未注公差值127

3.5几何公差的设计130

3.5.1几何公差项目的选用130

3.5.2基准的确定130

3.5.3注出几何公差值的选用原则131

第4章表面粗糙度及其检测

4.1表面粗糙度的术语、定义及参数（GB/T 3505—2009）132

4.1.1术语及定义132

4.1.2表面评定的流程图137

4.1.3GB/T 3505—2009与GB/T 3505—1983的基本术语与参数符号比较137

4.2表面粗糙度的参数及其数值（GB/T 1031—2009）138

4.2.1评定表面粗糙度的参数及其数值系列138

4.2.2取样长度的数值和选用138

4.2.3规定表面粗糙度要求的一般规则138

4.2.4评定表面粗糙度参数的补充系列值139

4.3技术产品文件中表面结构的表示法（GB/T 131—2006）139

4.3.1表面结构的符号和代号139

4.3.2在图样和其他技术产品文件中的位置142

4.3.3标注示例142

4.3.4表面结构要求的图形标注的演化142

4.4表面粗糙度的选择与应用145

4.4.1评定参数的选用145

4.4.2评定参数值的选用原则146

4.4.3表面粗糙度的选用实例147

4.5表面粗糙度的检测151

4.5.1比较法151

4.5.2光切法151

4.5.3干涉法152

4.5.4针描法152

4.5.5扫描隧道显微镜153

4.5.6原子力显微镜154

第5章圆锥的公差与配合

5.1圆锥的锥度与锥角系列(GB/T 157—2001)156

5.1.1术语及定义156

5.1.2一般用途的锥度与锥角系列157

5.1.3特定用途的圆锥157

5.2圆锥公差（GB/T 11334—2005）158

5.2.1术语及定义158

5.2.2圆锥公差158

5.2.3圆锥直径公差所能限制的最大圆锥角误差160

5.2.4圆锥公差按给出圆锥的理论正确圆锥角和圆锥直径公差时的标注160

5.3圆锥配合（GB/T 12360—2005）162

5.3.1圆锥配合的特征162

5.3.2圆锥配合的一般规定163

5.3.3圆锥角偏离基本圆锥角时对圆锥配合的影响163

5.3.4内圆锥或外圆锥的圆锥轴向极限偏差的计算164

5.3.5基准平面间极限初始位置和极限终止位置的计算167

5.4圆锥的尺寸和公差注法（GB/T 15754—1995）168

5.4.1圆锥的尺寸注法168

5.4.2圆锥的公差注法168

5.4.3基本锥度法170

5.4.4公差锥度法170

第6章螺纹的公差与配合

6.1螺纹结合互换性的基本概念（GB/T 14791—1993）172

6.1.1螺纹结合中的术语及定义172

6.1.2螺纹几何要素误差对螺纹互换性的影响176

6.2普通螺纹178

6.2.1普通螺纹的基本牙型（GB/T 192—2003）178

6.2.2普通螺纹的直径与螺距系列（GB/T 192—2003）178

6.2.3普通螺纹的基本尺寸（GB/T 196—2003）182

6.2.4普通螺纹的公差（GB/T 197—2003）184

6.2.5普通螺纹的极限偏差（GB/T 2516—2003）193

6.2.6普通螺纹的管路系列（GB/T 1414—2003）203

6.2.7普通螺纹的优选系列（GB/T 9144—2003）203

6.2.8普通螺纹的中等精度、优选系列的极限尺寸（GB/T 9145—2003）204

6.2.9普通螺纹的粗糙精度、优选系列的极限尺寸（GB/T 9146—2003）204

6.3管螺纹209

6.3.155°密封管螺纹（GB/T 7306—2000）209

6.3.255°非密封管螺纹（GB/T 7307—2001）214

6.3.360°密封管螺纹（GB/T 12716—2011）214

6.4我国常用螺纹标准218

第7章键与花键的公差与配合

7.1平键的公差与配合220

7.1.1普通型平键（GB/T 1096—2003）220

7.1.2平键键槽的剖面尺寸（GB/T 1095—2003）222

7.1.3导向型平键（GB/T 1097—2003）223

7.1.4薄型平键键槽的剖面尺寸（GB/T 1566—2003）223

7.1.5薄型平键（GB/T 1567—2003）225

7.2楔键的公差与配合227

7.2.1普通型楔键（GB/T 1564—2003）227

7.2.2楔键键槽的剖面尺寸（GB/T 1563—2003）229

7.2.3钩头型楔键（GB/T 1565—2003）229

7.3半圆键的公差与配合232

7.3.1半圆键键槽的剖面尺寸（GB/T 1098—2003）232

7.3.2普通型半圆键（GB/T 1099.1—2003）232

7.4切向键及其键槽（GB/T 1974—2003）232

7.4.1尺寸与公差232

7.4.2技术条件232

7.4.3标记232

7.5矩形花键的公差与配合(GB/T 1144—2001)237

7.5.1矩形花键的系列与基本尺寸237

7.5.2公差与配合237

7.5.3检验规则238

7.5.4标记239

7.5.5矩形花键综合通规和单项止规的尺寸公差带和数值表240

7.6直齿渐开线花键的公差与配合（GB/T 3478.1—2008）242

7.6.1术语、代号和定义242

7.6.2渐开线花键的基本参数245

7.6.3渐开线花键的尺寸系列245

7.6.4渐开线花键的公差等级与公差246

7.6.5渐开线花键的配合246

7.6.6渐开线花键的检验252

7.6.7渐开线花键的参数标注252

第8章齿轮的精度制

8.1轮齿同侧齿面偏差的定义和允许值(GB/T 10095.1—2008)255

8.1.1轮齿同侧齿面偏差的术语及定义255

8.1.2齿轮精度制的构成258

8.2径向综合偏差与径向跳动的定义和允许值(GB/T 10095.2—2008)271

8.2.1径向综合偏差与径向跳动的术语及定义271

8.2.2齿轮精度制的构成272

8.3侧隙和齿厚极限偏差(GB/Z 18620.2—2008)276

8.3.1侧隙的术语及定义276

8.3.2最小法向侧隙的确定277

8.3.3齿厚及齿厚偏差278

8.3.4公法线长度及公法线长度偏差279

8.3.5最大侧隙279

8.4齿轮副和齿轮坯的精度(GB/Z 18620.3—2008)280

8.4.1齿轮副的精度280

8.4.2齿轮坯的精度281

8.5圆柱齿轮精度设计284

8.5.1齿轮精度等级的选用284

8.5.2最小侧隙和齿厚偏差的确定285

8.5.3检验项目的选择285

8.5.4齿坯及箱体精度的确定285

8.5.5齿轮精度设计实例285

8.6我国新旧齿轮精度制的差异分析286

8.6.1GB/T 10095—1988对圆柱齿轮规定的公差组及评定指标286

8.6.2GB/T 10095.1，2—2008对单个齿轮规定的评定指标287

8.6.3GB/T 10095—1988与齿轮精度制新国标的对照287

8.6.4新旧国家标准的异同点分析289

第9章滚动轴承的公差与配合

9.1滚动轴承的公差290

9.1.1滚动轴承的公差定义（GB/T 4199—2003）290

9.1.2滚动轴承的通用技术规则（GB/T 307.3—2005）293

9.1.3向心轴承公差（GB/T 307.1—2005）294

9.1.4推力轴承公差（GB/T 307.4—2012）302

9.1.5仪器用精密轴承公差（GB/T 5800.1—2012）305

9.1.6滚针轴承公差（GB/T 5801—2006）308

9.1.7滚轮滚针轴承公差（GB/T 6445—2007）309

9.2滚动轴承与轴和壳体孔的配合310

9.2.1滚动轴承配合的特点310

9.2.2滚动轴承与轴和外壳的配合（GB/T 275—1993）310

第10章滑动轴承的公差与配合

10.1滑动轴承公差315

10.1.1铜合金整体轴套（GB/T 18324—2001）315

10.1.2卷制轴套（GB/T 12613.1—2011)316

10.1.3粉末冶金轴承（GB/T 2685～2687—1981）318

10.1.4剖分式无翻边薄壁轴瓦（GB/T 3162—1992）319

10.1.5剖分式带翻边薄壁轴瓦（GB/T 7308—2008）322

10.1.6轧机油膜轴承（GB/T 13345—1992）325

10.2滑动轴承的配合与间隙325

第11章铸件公差和冲压件公差

11.1铸件公差（GB/T 6414—1999）328

11.1.1术语与定义328

11.1.2尺寸公差328

11.1.3铸造公差330

11.2冲压件公差331

11.2.1冲压件尺寸公差331

11.2.2冲压件角度公差333

11.2.3冲压件未注公差尺寸极限偏差334

11.2.4冲压件形状和位置未注公差336

第12章尺寸链

12.1尺寸链的基本概念338

12.1.1尺寸链的术语和定义338

12.1.2尺寸链的分类339

12.1.3尺寸链环的特征符号339

12.2尺寸链的计算方法341

12.2.1计算参数341

12.2.2计算公式341

12.2.3尺寸链的计算种类342

12.2.4装配尺寸链的计算方法343

12.2.5装配尺寸链计算顺序344

12.2.6相对不对称系数e与相对分布系数k的取值344

12.3尺寸链计算示例345

12.3.1完全互换法计算示例345

12.3.2装配尺链计算示例347

第13章新一代GPS标准体系

13.1产品几何技术规范（GPS）概述351

13.1.1GPS概述351

13.1.2GPS标准体系的起源与发展351

13.2新一代 GPS标准体系的构成及规律分析352

13.2.1新一代GPS体系的结构352

13.2.2新一代GPS体系构成规律及矩阵模型分析353

13.2.3新一代GPS体系的应用特点分析354

13.3新一代 GPS体系的理论基础及关键技术355

13.3.1新一代GPS体系的系统流程及结构模型355

13.3.2新一代GPS体系的数字化描述基础355

13.3.3新一代GPS体系的对偶性及操作技术359

13.3.4新一代GPS体系的不确定度构成及其关系362

13.3.5新一代GPS测量不确定度的评定与管理364

第14章测量技术基础

14.1测量的基本概念368

14.1.1测量及测量四要素368

14.1.2检验、计量、测试与测量368

14.2测量基准和尺寸传递系统368

14.2.1测量基准和尺寸传递系统368

14.2.2量块369

14.2.3线纹尺374

14.3测量方法和计量器具376

14.3.1测量方法分类376

14.3.2计量器具的分类377

14.3.3计量器具的基本度量指标377

14.4测量误差及数据处理378

14.4.1测量误差的基本概念378

14.4.2随机误差的特性及评定379

14.4.3系统误差的发现与消除390

14.4.4粗大误差的判别与剔除395

14.4.5测量结果的数据处理实例397

14.4.6误差的合成与分配399

14.5测量不确定度406

14.5.1概述406

14.5.2测量不确定度的定义407

14.5.3标准不确定度的评定407

14.5.4测量不确定度的合成408

14.6测量技术中的基本原则简介410

14.6.1阿贝测长原则410

14.6.2闭合原则410

14.6.3最小变形原则410

14.6.4最短测量链原则410

14.6.5基准统一原则410

14.6.6重复原则410

14.6.7随机原则411

第15章光滑工件尺寸的检测

15.1光滑工件尺寸的检验412

15.1.1光滑工件尺寸的检验(GB/T 3177—2009)412

15.1.2用通用计量器具检验长度尺寸的方法及示例420

15.2量规及公差437

15.2.1光滑极限量规(GB/T 1957—2006)437

15.2.2功能量规(GB/T 8069—1998)441

第16章角度与锥体的检测

16.1概述451

16.1.1角度的单位451

16.1.2角度的基准451

16.1.3角度的测量方法451

16.2角度的相对测量452

16.2.1用角度量块及多面棱体测量角度452

16.2.2用直角尺测量角度（GB/T 6092—2004）456

16.2.3用正弦量角规测量角度458

16.2.4用角度样板和量规检验角度459

16.3角度的绝对测量462

16.3.1用万能量角器测量角度462

16.3.2用水平仪测量角度462

16.3.3用光学分度头测量角度465

16.3.4用分度台测量角度466

16.3.5用精密测角仪测量角度468

16.3.6用经纬仪测量角度471

16.4角度的间接测量472

16.4.1用正弦规测量角度 （GB/T 22526—2008）472

16.4.2用圆柱或圆球测量燕尾角度474

16.4.3用圆柱测量V形槽角度474

16.4.4用圆球测内、外锥体角度475

16.4.5用万能工具显微镜测量锥体角度475

16.5小角度测量476

16.5.1用自准直仪测量小角度476

16.5.2用激光小角度干涉仪测量小角度476

16.6角度测量的几种新技术简介477

16.6.1圆光栅477

16.6.2圆磁栅478

16.6.3感应同步器479

16.6.4角编码器480

16.6.5环形激光481

第17章几何误差检测

17.1几何误差的检测规定（GB/T 1958—2004）482

17.1.1几何误差检测基础482

17.1.2形状误差及其评定484

17.1.3位置误差及其评定484

17.1.4几何误差的检测方案485

17.2直线度误差检测514

17.2.1直线度误差检测（GB 11336—2004）514

17.2.2基于新一代GPS的直线度误差检测中的术语和参数

（GB/T 24631.1—2009）519

17.2.3基于新一代GPS的直线度误差检测中的规范操作集

（GB/T 24631.2—2009）520

17.2.4直线度误差检测的国家标准对比分析522

17.3平面度误差检测522

17.3.1平面度误差检测（GB/T 113316—2004）522

17.3.2基于新一代GPS的平面度误差检测中的术语和参数

（GB/T 24630.1—2009）527

17.3.3基于新一代GPS的平面度误差检测中的规范操作集

（GB/T 24630.2—2009）529

17.3.4平面度误差检测的国家标准对比分析530

17.4圆度误差检测530

17.4.1圆度误差检测531

17.4.2基于新一代GPS的圆度误差检测中的术语和参数（GB/T 24632.1—2009）537

17.4.3基于新一代GPS的圆度误差检测中的规范操作集（GB/T 24632.2—2009）539

17.4.4圆度误差检测的国家标准对比分析540

17.5圆柱度误差检测542

17.5.1基于新一代GPS的圆柱度误差检测中的术语和参数

（GB/T 24633.1—2009）542

17.5.2基于新一代GPS的圆柱度误差检测中的规范操作集

（GB/T 24633.2—2009）546

第18章螺纹的检测

18.1螺纹的检测方法547

18.1.1综合检验547

18.1.2单项测量547

18.2检测螺纹用的量规548

18.2.1检测圆柱螺纹用的量规548

18.2.2检测圆锥螺纹用的量规552

18.3螺纹的单项测量553

18.3.1圆柱螺纹的单项测量553

18.3.2圆锥螺纹的单项测量560

18.3.3丝杠的测量563

第19章齿轮精度的检测

19.1圆柱齿轮的测量基础568

19.1.1术语和定义568

19.1.2测量基准的要求568

19.1.3不同测量方向偏差值的换算568

19.2齿轮偏差检验569

19.2.1齿距偏差检验569

19.2.2齿廓偏差检验572

19.2.3螺旋偏差检验575

19.2.4切向综合偏差检验576

19.2.5径向综合偏差检验578

19.2.6径向跳动检验579

19.3整体偏差检验580

19.3.1整体偏差检验580

19.3.2测量方法和测量仪器580

19.3.3测量条件和测量位置581

19.3.4测量不确定度581

19.3.5测量结果处理582

19.4替代项目的检验584

19.4.1公法线检验584

19.4.2基节偏差的检验585

19.4.3接触线偏差的检验586

19.4.4轴向齿距偏差的检验587

19.4.5螺旋线波度偏差的检验589

19.4.6齿厚检验591

19.4.7齿轮副接触斑点的检验593

19.4.8齿轮副侧隙的检验594

19.5GB/T 13924—2008与GB/Z 18620.1～4—2008的差异性分析594

19.5.1GB/T 13924与GB/Z 18620.1～4之间的联系594

19.5.2GB/T 13924与GB/Z 18620.1～4的差异性595

标 准 索 引

《机械设计基础习题集（画法几何及机械制图）》与吴瑞祥、刘静华、王之栎、郭卫东主编的《机械设计基础》（画法几何及机械制图）教材配套使用。《机械设计基础习题集》是北京航空航天大学机械设计基础系列课教学改革成果（该成果获2001年国家教学成果二等奖）的配套教材，也是面向新世纪课程的教材。《机械设计基础习题集（画法几何及机械制图）》以培养学生综合设计和创新能力为主线，将画法几何、机械制图、计算机绘图有机地融为一体。习题集包括投影基础、工程字体与几何作图、螺纹连接件、尺寸注法、零件图、装配图，并将计算机绘图贯穿始终。在习题中强化了三维形象思维的训练和现代化设计意识的表达，同时还特别强调了构形与图形表达紧密相关。在作业安排上，从平面图形、组合体、机件体到零部件都设计了构形习题，要求学生应用构形观点，进行图形表达，并配有开放性题目，以引导学生运用所学的知识进行创新设计。《机械设计基础习题集（画法几何及机械制图）》可供本科各专业学生使用，也可供函授大学、电视大学等成人高校学生使用。