互换性实验指导书

互换性与测量技术实验指导书测控技术教研室机械与汽车工程学院实验一 尺寸误差测量一、实验目的1. 了解立式光学计的测量原理。2. 熟悉用立式光学计测量外径的方法。3. 加深理解计量器具与测量方法的常用术语。二、实验内容1. 用立式光学计测量赛规。2. 根据测量结果，按国家标准GB195781光滑极限量规查出被测塞规的尺寸公差 和形状公差，作出适用性结沦。三、测量原理及计量器具说明投影立式光学计用于长度测量，其测量方法属于接触测量，一般用相对测量法测量 轴的尺寸。光学计比较仪是一种精密度较高、结构简单的常用光学仪器，除主要用于轴 类零件的精密测量外，还用来检定 5 等（3、4 级）量块。本仪器采用光学投影读数方法， 它操作方便、工作效率较高。同时本仪器的投影屏采用腊屏新技术，并在其腊屏前设置 一块读数放大镜，对提高刻线的成像质量及整个视场获得较匀称的主观亮度有一定的效 果。（一）仪器结构：仪器结构如图 1-1 所示，投影光学计管是由上端壳体12 及下端测量管 17 二部分组 成的，上端壳体12 内装有隔热片、分线板、反射棱镜、投影物镜、直角棱镜、反射镜、 投影屏及放大镜等光学零件，在壳体的右侧上装有调节零位的微动螺钉 4，转动微动螺 钉 4 可使分划板得到一个微小的移动而使投影屏上的刻线迅速对准零位。测量管17插入仪器主体横臂7内，其外径为28d,在测量管17内装有准直物镜，平面反射镜及光学杠杆放大系统的测量杆，测帽 9 装在测量杆上，测量杆上下移动时， 测量杆上端的钢珠顶起平面反射镜，致使平面反射镜座以杠杆板上的另二颗钢珠为摆动 轴，而倾斜一个角，其平面反射镜与测量杆是由二个抗拉弹簧牵制，对测定量块或量 规有一定的压力。测量杆下端露在测量管 17 外，以备套上各种带有硬质合金头的测帽。测量杆的上 下升降是借助于测帽提升器 9 的杠杆作用，立式提升器9 上有一个滚花螺钉，可以调节 其上升距离，达到方便地使被测工件推入测帽下端，并靠两个抗拉弹簧的拉力使测头与 被测工件良好接触。（二）仪器规格I投影光学计管的主要规格：1. 投影光学计的总放大率1650X2. 投影物镜的放大率18.75X3. 读数放大镜率1.1X4. 光学杠杆的放大率80X5. 分划板分划值0.001mm6. 分划板分划范围0.1mm7. 测量力2N0.2N8. 零位调节范围20 格9. 测量杆的自由升降距离0.5mm10.投影光学计管外径配合尺寸28h 611.测量杆与测帽配合的外径尺寸 6g 6II测量范围:III仪器的最大不准确度0180mm0.25 um0.1 um仪器的不稳定性1投影灯2投影灯固定螺钉3支柱4零位微动螺钉5立柱6横臂固定螺钉7横臂8微动偏心手轮9立式测头提升器10工作台调整螺钉11工作台底盘12壳体13微动托圈14微动托圈固定螺钉15光管定位螺钉16测量管定位螺钉17测量管18测帽19变压器图 1-1（三）工作原理投影立式光学计的工作原理如图 1-2 所示，“由白炽灯泡1 发出的光线经过聚光灯 2 和滤光片 6，再通过隔热片 7 照明分划板 8 的刻线面，再通过反射镜 9 后射向准直物 镜 12。由于分线板8 的刻线面置于准直物镜 12 的焦平面上，所以成像光束通过准直物 镜 12 后成为一束平行光入射于平面反射镜 13 上，根据自准直原理，分划板刻线的像被 平面反光镜 13 反射后，再经准直物镜 12 被反射棱镜9 反射成像在投影物镜 4 的物平面 上，然后通过投影物镜4，直角棱镜3和反射镜5成像在投影屏1 0上，通过读数放大镜 11 观察投影屏 10 上的刻线像。”由于测帽15接触工件后，其测量杆14使平面反光镜倾斜了一个角度，在投影屏 上就可以看到刻线的像也随着移动了一定的距离，其关系计算如下（如图 1-3）:图 1-2图 1-3S设:测量杆移动的距离为S,其平面反射镜则以0为轴线摆动角，因此tg = S（其a 中a为测量杆轴线到平面反射镜13的摆动轴线O之距离）所以S = a-tg又设：入射在平面反射镜13上的主光镜为MN1，根据反射定律，当平面反射镜转 动了角时，其反射光线与入射光线夹角应为 2角，因此M点转动M1点，令 N1M1=f（即准直物镜焦距）。因此，tg2 = 1所以t = f -tg2因此，光学杠杆的传动比K t 厂 tg2Sa - tg由于角很小，可视作tg 2 =2，tg=故得，K =辽a假设投影物镜放大率为V,读数放大镜的放大率为v2。则投影光学计的总放大率n = k - v - v = - v - v1 2 a 1 2令光学计的准直物镜焦距f=200mm, a=5mm, v1=18.75X, v2=1.1X故n= 2 X；00 x 18.75 x1.1 = 1650X由上式可知，当测量杆移动一个微小的距离0.001mm,经过1650X的放大后，就 相当于在投影屏上看到的1.65mm的距离。四、测量步骤1. 核对仪器精度与被测零件精度是否适应。2. 调整投影灯，并缓慢地拨动立式测头提升器，从目镜中能看到标尺影像，使投影屏 能获得均匀照明。3. 选择测帽：测平面或圆柱面用球形测帽；测小于 10mm 的圆柱面用刀口形测帽；测 球面用平测帽。测帽选择的原则是：被测工件与测帽的接触面必须使其最小，接近于点 或线接触以减少其测量误差。当选好测帽后，将其套在光学计管下端的测量杆上，并用 其螺钉固紧。4. 选择工作台，其选择原则与测帽的要求相同。5. 组合量块：按被测工件（塞规）的基本尺寸组合量块。6. 用无水酒精将工作台、测量头、量块及被测塞规表面清洗、拭干。7. 调整仪器零位（1）置量块 组合好量块后，将量块组置于工作台的中央，并使测量头对准量块组 上工作面中央。（2）粗调整 松开横臂固定螺钉，转动升降螺母，使横臂缓慢下降，直到测头与量 块轻微接触，并能在目镜视场中看到刻度尺成像为止，然后拧紧横臂固定螺钉。（3）细调整 松开测量管固定螺钉 16，转动微动偏心手轮 8 使刻线零位与指标线相 重合，然后固定测量管固定螺钉 16。（4）微调整调节零位微动螺钉 4，准确重合对零，并多次拨动立式测头提升器（9），刻线零位应与指示线多次严格重合。8. 测量塞规：按实验规定的部位进行测量，把测量结果填入实验报告。9. 查出被测塞规的尺寸公差，与测量结果比较，判断被测塞规的合格性。10. 整理仪器。五、思考题1. 用立式光学计测量塞规属于什么测量方法？专业的分类是“接触式测量”,立式光学计的原理是光学杠杆的放大作用，所以也是一种光学检测测量。 精度一般可以达到0.01毫米以上（理论值）。2. 测量范围和刻度尺的示值范围有什么不同？如果仪器的测量范围只有一档，那么二者是一样的。如果测量范围多于一档，那么刻度尺与相应的 量程之间有一个换算关系。一般在刻度尺上有好几行数字，对应不同的量程。通常立式光学计是用 比较法测量，仪器的测量范围是指仪器保证精度的有效测量范围。刻度值示值范围就是测量精度的 细分，主要精度就是在刻度尺上的分划刻线实验二 形位误差测量实验 2-1 用指示表测量平面度误差一、实验目的(1) 了解平板测量方法。(2) 掌握平板测量的评定方法及数据处理方法。二、测量方法图1测量平板的平面度误差主要方法有： 用标准平板模拟基准平面，用指示表进行 测量。如图所示。标准平板精度较高.一 般为0级或I级。对中、大型平板常用水 平仪或自准直仪进行测量，可按一定的布 线方式，测量若干直线上的各点，再经适 当的数据处理，统一为对某一测量基准平 面的坐标值。不管用何种方法，测量前都先在被测 平面上画方格线，并按所画线进行测量。测量所得数据是对测量基准而言的，为了评定平面度误差，还需进行坐标变换，以 便将测得值转换为与评定方法相应的评定基准的坐标值。三、实验步骤本实验是用标准平板作为测量基准，用指示表测量小型平板。(1) 如图 1 所示，将被测平板沿纵横方向画好网格、本例中为测量 9 个点，四周边 缘留10mm，然后将被测平板放在基准平台上，按画线交点位置，移动干分表架，记下 各点读数并填入表中。(2) 对测得的各点示值处理数据，求解平面度误差值。四、平面度误差的评定方法1按最小条件评定参看图 2，当两平行平面包容实际被测表面时，实际被测表面上应至少有三至四点 分别与这两个平行平面接触，且满足下列条件之一。此时这两个包容平面之间的区域称 为最小包容区域。最小包容区域的宽度即为符合最小条件的平面度误差值。(1) 三角形准则：有二点与一个包容平面接触，有一点与另一个包容平面接触，使该 点的投影能落在上述三点连成的三角形内(图 2 (a)。(2) 交叉准则：至少各有两点分别与两平行平面接触，且分别由相应两点连成的两条 直线在空间呈交叉状态(图 2 (b)。(3) 直线准则：有两点与一个包容平面接触，有一点与另一个包容平面接触，且该点图22按对角线平面法评定用通过实际被测表面的一条对角线且用平行于另一条对角线的平面作为评定基准， 以各测点对此评定基准的偏离值中的最大偏离值与最小偏离值之差作为平面度误差值。 测点在对角线平面上方时，偏离值为正值。测点在对角线平面下方时，偏离值为负值。 3按三远点平面法评定用实际被测表面上相距最远的三个点建立的平面作为评定基准，以各测点对此评定 基准偏离值中的最大偏离值与最小偏离值之差作为平面度误差值。测点在三远点平面上 方时，偏离值为正值，测点在三远点平面下方时，偏离值为负值。五、示例检验一小平板所测得数据如表 2-1 所示表2-1Qj+ 2+ ?4 4+丄+ 5+ 12+ 2用旋转法求平面度误差值，按图 3 依次旋转。按三点法：平面度误差值为f = 8-0 = 8卩m，如图3(c)所示。 按对角线法则：平面度误差值为f = 8-(-1) = 9卩m，如图3(d)所示。按最小区域法则：平面度误差值为f = 0-(- ) = 6.7rm，如图3(f)所示(符合交叉原则)。由以上看出：最小条件法评定平面度误差值最小，也最合理。图3要求：本次实验至少用上述三种方法中的一种方法评定平面度误差值，且最好按最 小条件法评定。六 思考题测量基准和评定基准是如何确定的，能否采用评定基准进行测量？平面度误差平面度误差是指被测实际表面相对其理想平面的变动量理想平面的位置应符合最小条件。平面度误差的测量方法，比如:1.统一基准法2.对角线法平面度误差评定方法常用的有：三点法、对角线法、最小区域法实验 2-2 用偏摆检查仪测量跳动误差一、实验目的1. 掌握径向圆跳动、径向全跳动和端面圆跳动的测量方法。2. 理解圆跳动、全跳动的实际含义。二、仪器简介偏摆检查仪主要由干分表、悬臂、支柱、底座和顶尖座组成，仪器外观及测量示意 如图 4所示。三、实验步骤与数据处理本实验的被测工件是轴类零件如图 5 所示。1. 径向圆跳动误差的测量 测量时，首先将轴类零件安装在两顶尖间，使被测工件能自由转动且没有轴向窜动。调整悬臂升降螺母至干分表以一定压力接触零件径向表面后，将零件绕其基准轴线旋转 一周，若此时千分表的最大读数和最小读数分别为a和a时，则该横截面内的径向max min圆跳动误差为同法测量n个横截面上的径内圆跳动，选取其中最大者即为该零件的径向圆跳动误 差。2端面圆跳动误差的测量 零件支承方法与测径向跳动相同，只是测头通过附件 （用万能量具时，千分表测头 与零件端面直接接触）与端面接触在给定的直径位置上。零件绕其基准轴线旋转一周， 这时千分表的最大读数和最小读数之差为该零件的端面圆跳动误差心。若被测端面直径较大，可根据具体情况，在不同直径的几个轴向位置上测量端面圆 跳动值，取其中的最大值作为测量结果。3径向全跳动误差的测量 径向全跳动的测量方法与径向圆跳动的测量方法类似，但是在测量过程中，被测零 件应连续回转，且指示表沿基准轴线方向移动（或让零件移动）。则指示表的最大读数差 即为径向全跳动。四、思考题1径向圆跳动测量能否代替同轴度误差测量？能否代替圆度误差测量？径向圆跳动测量 能否代替同轴度误差测量?一可以。原理相近。能否代替圆度误差测量?一不可以。圆度误差是形状误差，无基准要求。原理不同。2. 端面圆跳动能否完整反映出端面对基准轴线的垂直度误差？端面圆跳动在一定情况下能综合反映端面对基准轴线的垂直度误差但应注意当零件制成内凹或中 凸时，端面圆跳动可能为零，但却存在着垂直度误差。所以应根据零件的功能要求选用相应的公差 项目。实验三 表面粗糙度测量一、实验目的1 了解用光切显微镜测量表面粗糙度的原理和方法。2 加深对表面粗糙度轮廓评定参数的理解。二、实验内容 用光切显微镜测量表面粗糙度的 Rz 值。三、测量原理及计量器具说明1、仪器概述 光切显微镜以光切法测量和观察机械制造中零件加工表面的微观几何形状，在不破 坏表面的条件下，测出截面轮廓的微观不平度和沟槽宽度的实际尺寸。此外，还可测量 表面上个别位置的加工痕迹和破损。本仪器适用于测量Rz0.880微米表面粗糙度，除对金属表面进行测定，亦可对如纸 张、木材和人工材料等进行测量。2、工作原理 仪器是采用光切法测量被测表面的微观不平度，其工作原理如图 1 所示：图1狭缝被光源发出的光线照射后，通过物镜发出一束光带以倾斜 450 方向照射在被测 量的表面上。具有齿状的不平表面，被光亮的具有平直边缘的狭缝象的亮带照射后，表 面的波峰在S点产生反射，波谷在S 点产生反射，通过观测显微镜的物镜，它们各成 像在分划板的a和a点。在目镜中观察到的即为具有与被测表面一样的齿状亮带如图 2b,通过目镜的分划板与测微器测出a点到a之间的距离N,被测表面的微观不平度h 即为：h = N cos450 = -（1）V辺VV物镜放大倍数为了测量和计算方便，测微目镜中十字线的移动方向（图2a）和被测景光带边缘宽度 hl，成45度斜角（图2b），故目镜测微器刻度套筒上的读数值h1与不平度高度的关 系为；U)Cb图23、使用与操作方法（1）光切显微镜可用测微目镜测出表面不平度 Rz 在测量时，所测量的表面范围不少于五个波峰。（2）被测工作物的安放和显微镜调焦：a、被检工件放在工作台上时，测量表面之加工纹路应与显微光轴面平行，即与狭缝 像垂直，并使测量表面平行于工作台平面；对于圆柱形或锥形工作物可放在工作台上之 V 型块上。b、选择适当的物镜插在滑板上，拆下物镜时应先按下手柄，插入所需的物镜后，放 松手柄即可。c、接通电源，调整粗调手轮和微调手轮，调焦在测量平面上，使视场中出现最清晰 的狭缝像和表面轮廓像。如果狭缝边缘像（下面边）与表面轮廓象不能同时调清晰时， 可稍稍转动手轮。一般情况下，请不要转动它。d、旋转测微目镜之固紧螺钉，转动测微目镜使其中十字线之水平线与狭缝像平行， 并用螺钉把它固定在这个位置上，此时目镜内分划板运动方向与狭缝像成 450角度。在 这以后，就可以进行表面轮廓不平度的测量工作。（3）轮廓不平度的测量：为测量表面轮廓不平度，须使与狭缝平行的分划水平线与狭缝清晰边缘（下面边） 最高点相切，如图2b所示。然后记下目镜分划板与测微鼓上的读数，再使十字线的水 平线与狭缝最低点相切，第二次记下分划板与鼓动轮的读数，两次读数之差： a = N .迈（2）将式（2）中的N代入式（1）后得：h=a冋亠（3）V飞2V卞22Va分划板的二次读数差四、思考题常用的表面粗糙度测量方法有几种？常用的测量方法有比较法、触针法、光切法和干涉法等。 各适用于测量哪些参数？书上P142实验四 齿轮齿厚偏差测量一、实验目的1. 熟悉齿厚游标卡尺的结构和使用方法。2. 掌握齿轮分度圆弦齿高和弦齿厚公称值的计算方法。3. 加深对齿厚偏差定义的理解，熟悉齿厚测量方法。二、量具简介齿厚偏差可以用齿厚游标卡尺（图 5-11）或光学测齿卡尺测出。本实验用齿厚游标卡 尺测量齿厚实际值。齿厚游标卡尺由互相垂直的两个游标尺组成，测量时以齿轮顶圆作 为测量基准。垂直游标尺用于按分度圆弦齿高公称值h确定被测部位，水平游标尺则用 于测量分度圆弦齿厚实际值宾际衬。齿厚游标卡尺的读数方法与一般游标卡尺相 同。三、测量原理齿厚偏差&是指被测齿轮分度圆柱面上的齿厚实际值与公称值之差。对于标 准直齿圆柱齿轮，其模数为m，齿数为z，则分度圆弦齿高公称值：h和弦齿厚公称值 5按下式计算-.905 一为了使用方便，按上式计算出模数为1mm的各种不同齿数的齿轮分度圆弦齿高和 弦齿厚的公称值，列于下表。对于变位直齿圆柱齿轮，其模数为m，齿数为z，基本齿廓角为a，变位系数为x, 则分度圆弦齿高公称值斤和弦齿厚公称值：按下式计算/nl + 亍1 - cos兀 + 4xtana2z)1四、s =实验步骤兀十4兀t且nor2z（1）计算齿轮顶圆公称直径da和分度圆弦齿高公称值和弦齿厚公称值龙；（或从下表 中查取）。（2）首先测量出齿轮顶圆实际直径da实际按：币丄心-必n的数值调整齿厚卡尺的垂直游标尺，然后将其游标加以固定。（3）将齿厚游标卡尺置于被测齿轮上，使垂直游标尺的高度板与齿顶可靠地接触，然 后移动水平游标尺的量爪，使之与齿面接触，从水平游标尺上读出弦齿厚实际值:鸟实际叫 这样依次对圆周上均布的几个齿进行测量。测得的齿厚实际值妝氐 与齿厚 公称值之差即为齿厚偏差 “忙佔。恥=Ln沙旳分度眞1弦齿髙处称垃h和弦齿厚眩秩迫：A/mmnji/mim.齿数yAi/nmi.j/mra171.036 21为闘石34l.OJBJ,L57O】*1-034 2I.56S K步:.LIT 6.S70 219Lg 41 .拠 1)3bL0I7 1J.5703201 (BOS1.52371.CL6 7l.E 3211.029 4K5W斗38luOM 21.37D322i.ri7K i1.5W5TOI.0I5S1.570 4231.02681.549 640KC15 41.5-0 4241 025 7L569 7411.0150J-570 425I.024T.M8唸1.0147K5TO426LO2371.369 B43LOWSL-370 5271.022 81.560944LOU 0152S1 U22 I?1.570 045i.fin r1 .S70 5291.021 3-KS710 0畸1-013 4kiTOS31.02051.570 1471 .OH 11-370311I dl9 91. 57l 1481. JJ12 9L5705321 (J 19 3ES7024Ut.uize-.571)5331 018 71.570 250J.0I23I.5TO 53：为他模敎的也轮.根屮垃低细鳧以復枚-(4) 合格性条件为E*ni W 瓦沁 W Egui五、思考题1. 测量齿轮齿厚是为了保证齿轮传动的哪项使用要求？测量齿厚是为了评定齿轮传动中齿厚减薄量用的侧隙指标。主要是为了保证齿侧间隙。2. 齿轮齿厚偏差江兀可以用什么评定指标代替？可以用公法线长度极限偏差代替实验五 齿轮公法线的测量一、实验目的1. 了解齿轮公法线长度及其变动量厶Fw的测量方法；2. 掌握齿轮公法线平均长度偏差 Ewm的测量方法； 3学会齿轮公差表格的查阅。二、测量对象模数为4，齿数为22的直齿圆柱齿轮三、实验仪器公法线千分尺量具测量范围：0-25mm 分度值：0.001mm小值Wmin之差。测量 Fw可以得到齿距累积误差AFp中的切向误差部分，这一误差主 要是由于齿轮加工机床传动中分度蜗轮的回转中心与机床主轴（或工作台）的旋转中心 不重合而产生的（通常称作运动偏心）。它使得同一齿轮上的基节或基圆齿厚不均匀， 从而影响齿轮在传动中传动比变化的准确性。AFw主要反映由于运动偏心而造成的齿轮 切向长周期误差。为控制齿侧间隙，还应使公法线平均长度在规定偏差范围内。公法线长度变动AFw=Wmax-Wmin公法线平均长度偏差 Ewm是指在齿轮一周范围内，所有实际公法线长度的平均值 与公法线长度的公称值之差，即Ewm=W -W 其中公法线长度的公称值理论计算公式为平均 公称W=m 2.95213（k-0.5）+0.014Z 测量标准直齿圆柱齿轮的公法线长度时的跨齿数k=Z/9+0.5公法线长度的算术平均值与公称值之差 Ewm作为测量结果，用公法线平均长度的 上偏差 Ewms和下偏差厶Ewmi进行评定，极限偏差可用下式进行换算：Ewms二Ess cosa-0.72Fr sin aEwmi二Esi cos a -0.72Fr sin a五、实验步骤1. 确定被测齿轮的跨齿数K，并计算公法线公称长度W；2. 根据公法线公称长度W选取适当规格的分法线千分尺并校对零位；3测量公法线长度：根据选定的跨齿数K用公法线千分尺测量沿被测齿轮圆周均布的公法线长度；4. 计算公法线平均长度偏差 Ewm：取所测实际公法线长度的平均值W后减去公称公 法线长度，即为公法线平均长度偏差AEwm;5. 计算公法线长度变动AFw:取测得的实际公法线长度中的最大值与最小值之差， 为公法线平均长度变动A Fw；6. 查表判断合格性。六、实验数据实验所测得的数据如下表：序号12345678W序号910111213141516W序号171819202122W