互换性与技术测量实验指导书.docx
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互换性与技术测量实验指导书
互换性与技术测量
实验指导书
机械工程实验室
2008-10
合象水平仪测量直线度误差
一、实验目的
1、掌握用合象水平仪测量直线度误差的方法及数据处理。
2、加深对直线度误差的定义及理解。
二、实验内容
用合象水平仪测量直线度误差。
三、计量器具说明与测量原理
为了控制机床、仪器导轨及长轴的直线度误差，常在给定平面（垂直平面或水平平面）内进行检测，常用的测量器具有框式水平仪、合象水平仪、电子水平仪和自准直仪等测定微小角度变化的精密量仪。
由于被测表面存在直线度误差，测量器具置于不同的被测部位上时，其倾斜角将发生变化，若节距（相邻两点的距离）一经确定，这个微小倾角与被测两点的高度差就有明确的函数关系，通过逐个节距的测量，得出每一变化的倾斜度，经过作图或计算，即可求出被测表面的直线度误差值。
合象水平仪因具有测量准确、效率高、价格便宜、携带方便等特点，在直线度误差的检测工作中得到广泛采用。
合象水平仪的结构，主要由微动螺杆、螺母、底盘水准仪、棱镜、放大镜、杠杆以及具有平面和V形工作面和底座等组成。
如图3-1所示。
1、水准器2、棱镜3、放大镜4、杠杆5、测量机构6、底板7、测量机构8、微动螺杆
图3-1合象水平仪
合象水平仪是利用棱镜将水准器中的气泡像复合放大，以提高读数时的对准精度，利用杠杆和微动螺杆传动机构来提高读的精度和灵敏度,其工作原理见本指导书第二篇。
合象水平仪置于被测工件表面上，若被测两点相对自然水平线不等高时，将引起两端的气泡像不重合，转动度盘使气泡像重合，此时合象水平仪的读数值即为该两点相对自然水平面的高度差，刻度盘读数与桥板跨距L之间的关系为：
h=i·L·a
四、测量步骤；
1、量出零件被测表面总长，将总长分为若干等分段（一般为6～12段）确定每一段的长度（跨距）L，并按L调整可调桥板两圆柱的中心距。
2、将合像水平仪放于桥板上，然后将桥板从首点依次放在各等分点位置上进行测量。
到终点后，自终点再进行一次回测，回测时桥板不能调头，同一测点两次读过的平均值为该点的测量数据。
如某测点两次读数相差较大，说明测量情况不正常，应查明原因并加以消除后重测。
测量时要注意每次移动桥板都要将后支点放在原来前支点处（桥板首尾衔接），测量过程中不允许移动水平仪与桥板之间的相对位置。
3、从合象水平仪读数时，先从合像水平仪的侧面视窗处读得千位数，，再从其上端读数鼓轮处读得十位和个位数。
4、把测得的值依次填入实验报告中，并用计算法按最小条件进行数据处理，求出被测表面的直线度误差。
五、数据处理
1、为了作图的方便，最好将各测点的读数平均值同减一个数而得出相对差。
2、根据各测点的相对差，在坐标纸上描点。
作图时不要漏掉首点（零点），且后一点的坐标位置是在前一点座标位置的基础上累加。
用直线依次连接各点，得出误差折线。
3、两条平行直线包容误差折线，其中一条直线必须与误差折线两个最高（或最低）点相切，在两切点之间有一个最低（或最高）点与另一条平行线相切。
这两条平行直线之间的区域就是最小包容区域。
两平行线在纵坐标上的截距即为被测表面的直线度误差值△a（角度格值）。
4、差值△f（μm）按下式折算成线性值，并按国家标准GB1184－1996确定被测表面直线度的公差等级。
△f=i·L·△a
式中：
i—合像水平仪的分度值
L—桥板跨距
△a一被测件的直线度误差值（格）
例：
用合象水平仪测量一长平面的直线度误差，仪器的分度值为0.01mm，选用的桥板节距L＝200mm，测量直线度的记录数据见下表。
若被测面的直线度公差为5级，试用作图法评定该的直线度误差是否合格。
解：
数据处理的步骤如下：
⑴先将各点的顺测值与回测值取平均,
⑵简化测量数据：
a值可取任意数值，但要有利于相对差数字的简化，本例取a＝274格。
⑶将相对差中的各点读数格值在直角坐标系中逐一累加描点（如图3－2）。
⑷求最小包容区：
先过1点和第5点作一直线，再过第4点作一平行线。
则两条平行线在纵坐标上的截距6.5格，即为该被测件的直线度误差值（格值）。
⑸求直线度误差的线值：
△f=0.01×200×6.5=13（μm）
⑹按GB1184－1996，直线度5级公差值为25μm。
其测量出的误差值小于公差值，所以被测零件直线度误差合格。
测量数据
测点序号i
0
1
2
3
4
5
仪器
读数
ai
顺测
—
273
278
275
283
270
回测
—
275
280
277
285
272
平均
—
274
279
276
284
271
相对差△ai
0
0
+5
+2
+10
-3
坐标值yi
0
0
+5
+7
+17
+14
图3-2被测件直线度误差折线图
六、思考题
1、目前部分工厂用作图法求解直线度误差时，仍沿用以往的两端点连线法，即把误差折线的首点（零点）和终点连成一直线作为评定标准，然后再作平行于评定标准的两条包容直线，从平行于纵坐标来计量两条直线之间的距离作为直线度误差值。
那么：
1）、以例题作图为例，试比较按两端点连线和按最小条件评定的误差值，何者合理？
为什么？
2）假若误差折线只偏向两端点连线的一侧（单凸、单凹），上述两种评定误差值的方法的情况如何？
2、用作图法求解直线度误差值时，如前所述，总是按平行于纵坐标计量，而不是垂直于两条平行包容直线之间的距离，原因何在？
实验零件的内径测量
一、实验目的
1、了解内径指示表的工作原理和使用方法。
2、掌握由测量结果（尺寸偏差和几何形状偏差）来判断工件的适用性。
一、仪器说明
由内径指示表和装有械杆系统的测量装置所组成，如图1所示。
仪器附有一套固定测头以备选用。
它是用相对比较法测量长度的，活动量头的移动经杠杆系统传给指示表，内径指示表的两测量头放入被测孔内，应位于直径方向上，这是由弦片来保证的。
弦片借助弹簧力始终和被测孔接触，其接触点的连线和直径是垂直的，这样就保证了两测量头位于被测孔的直径上。
三、实验步聚
1、根据被测孔的基本尺寸，选择相应的固定量头旋入量杆上。
2、按被测孔的基本尺寸，选择量块，并组合到量块夹中。
3、如图1（C）所示，调整指示表的零点
4、将已调整好零点的提示表放入被测孔内摆动，找到指针偏转的最小值，即为孔的实际读数。
5、按测量示意图所示，在孔的三个截面两个方向上，共测六处按孔的验收极限判断工件的合格性。
（a）（b）（c）
图1测量示意图
实验零件的内径测量实验报告
班级______________姓名_____________学号________________成绩__________
仪器刻度值：
示值范围：
日期
被测件精度：
________________
块规组尺寸：
________________
测量示意图：
A
ⅠⅠ
ⅡⅡBB/
ⅢⅢ
A/
测
量
数
据
位置
方向
实际偏差（μm）
实际尺寸（mm）
Ⅰ-Ⅰ
Ⅱ-Ⅱ
Ⅲ-Ⅲ
Ⅰ-Ⅰ
Ⅱ-Ⅱ
Ⅲ-Ⅲ
AA′
BB′
A′A
B′B
测量结果:
合格性结论：
理由：
教师评定：
实验齿轮齿圈的径向跳动测量
一、实验目的
1、增强齿轮加工误差的感性认识。
2、掌握齿圈径向跳动的测量方法。
二、仪器说明
本实验是在偏摆检查仪上测量齿轮齿圈径向跳动误差。
偏摆仪的构造如图1所示。
图1偏摆仪
1-床身2-前顶尖座4-前、后顶尖5-千分表架6-支架座7-后顶尖座
偏摆仪由仪器床身1，前、后顶尖4，和支架座6四个主要部件组成，二顶尖座和支架座可沿仪器底座导轨面移动，并通过把手将其紧固在仪器座上，两个顶尖分别装在固定套管和活动套管内，按动杆杠便可使活动套管后退，当放松杠杆时，活动套管又借弹弹簧的作用前移。
二、测量原理
齿圈径向跳动是指齿轮固定弦至齿轮回转中心的距离的最大变动量。
图2为其测量示意图，1为被侧齿轮，2为圆柱体作量头，3为千分表。
齿圈径向跳动的数值能反映齿轮几何偏心的大小，所以它与公法线长度变动量用来测定齿轮运动精度的好坏。
图2齿圈径向跳动测量示意图
齿圈径向跳动的测量可用一圆柱体作量头，测量此圆柱体相对于回转中心的距离变动量，即为齿圈径向跳动量。
因为圆柱体与两齿轮侧面在固定弦齿厚处接触，切点连线即为固定弦齿厚，所以，齿圈径向跳动可以用此圆柱体相对于回转中心的变动量来表示。
齿圈径向跳动也可用锥有为2a的楔形量头来测量。
本次实验用圆柱体作量头。
四、实验步聚
1、擦净仪器工作表面和被测零件的表面，特别注意擦净顶尖孔。
2、根据被测齿轮的宽度，移动前顶尖座和后顶尖座至相应位置。
然后，用手把加在固定。
3、将齿轮装在两顶尖上，此时应先按动杠杆，使装有后顶尖的活动套管退回，然后放松杠杆，借助弹簧的作用顶住齿轮。
应保证齿轮与顶按触可可靠，并且转动灵活。
4、紧固手把，使活动套管牢靠地固定住。
5、将作量头用的圆柱体放入齿间，然后将千分表的量头和圆柱体接触，并给千分表一定的预压量。
6、用手转动齿轮，千分表指针的读数差最大值即为被测齿轮的径向跳动误差。
7、记录数据
8、评定合格性
五、思考题
1、齿圈径向跳动包含了那些误差？
实验齿轮齿圈的径向跳动测量实验报告
班级______________姓名_____________学号________________成绩__________
实验仪器名称
仪器测量范围及刻度值
被测齿轮
模数m
齿数Z
压力角a
齿轮公差标注
齿圈径向跳动公差（FRμm）
齿序
读数（μm）
齿序
读数（μm）
齿序
读数（μm）
测量数据
1
9
17
2
10
18
3
11
19
4
12
20
5
13
21
6
14
22
7
15
23
8
16
24
测
量
结果
齿圈径向跳动△Fr
合格性结论
理由
教师评定
实验用立式光学计和机械比较仪测量轴
Measuringshaftdiameterexperiment
（Usingverticaltypeopticalcomparatorandmechanicalcomparator）
1.实验目的
1.1立式光学计和机械比较仪的工作原理及使用方法。
1.2熟悉轴的直径及其形状误差的测量方法。
1.3学会基本的测量误差处理方法。
2.设备与器材
立式光学计１台、机械比较仪１台、被测轴和相同尺寸量块各１组。
3.实验原理与方案
机械比较仪、立式光学计主要用于作长度比较测量。
要先用量块将标尺和指针调到零位，被测尺寸对量块的偏差可从仪器标尺上读得。
并可对某轴的固定部位进行多次重复测量，计算测量误差。
3.1机械比较仪
机械杠杆齿轮比较仪是利用杠杆齿轮传动的原理，它的外形与传动结构如图2-1，其分度值为0.001毫米，标尺的示值范围为±0.1毫米。
图2-1杠杆齿轮比较仪
杠杆齿轮比较仪的放大比为
3.2立式光学计主要组成见外形图2-2。
由底座1、立柱2、支臂3、直角光管4和工作台11等几部分组成。
立式光学计的光学系统图2-3所示。
光线由进光反射镜6进入光学计管中，由通光棱镜7将光线转折90度，照亮了分划板4上的刻度尺9。
刻度尺上有±100格的刻线，此处刻线作为目标，位于物镜2的焦平面上。
由刻度尺9发出的光线经棱镜3后转折90度，透过物镜2成为平行光线，射向平面反射镜，平行光线被反射回来，重新透过物镜2，再经棱镜3汇聚于分划板4的另一半上，此处有一指示线8。
当测量杆5上下移动时，推动平面反射镜１产生摆动，于是刻度尺9的像相对于指示线产生了移动，移动量可通过目镜10进行读数。
图2-2立式光学计外形图图2-3立式光学计光学系统图
4.实验步骤、方法与注意事项
根据被测零件表面的几何形状来选择测量头，使测量头与被测表面尽量满足点接触。
测量头有：
球形、平面和刀口形三种。
测量平面或圆柱面零件时选用球形测头。
测量球面零件时选用平面形测头。
测量小圆柱面工件时选用刀口形测头。
4.1按被测零件的基本尺寸组合量块和选择测量头。
4.2仪器调零位：
如图2—2，将组合好量块组的下测量面置于工作台11中央，并使测量头12对准上测量面中央。
粗调：
松开支臂紧固螺钉8，转动调节螺母7，使支臂3缓慢下降，直至到测量头与量块上测量面轻微接触，并在视场中看到刻度尺象，将螺钉8锁紧。
细调：
松开紧固螺钉10，转动调节轮9，直至在目镜中观察到刻度尺象与指示线接近为止，然后拧紧螺钉10。
微调：
转动刻度尺微调螺钉13见图2—3。
使刻度尺的零线影象与指示线重合后，用手指压下测头提升杠杆5不少于三次，使零位稳定，调零结束。
4.3将测头抬起取下量块，放入被测量件，按实验规定的部位测量，并将测量的
结果填入实验报告中。
5.测量与处理数据
仪器
名称
刻度值
示值范围
测量范围
零件名称
零件基本尺寸及极限偏差
块规组合尺寸
修正量
重复10次测量一个零件同一个部位的尺寸并计算测量误差
序号
测得实际偏差
换算实际尺寸
剩余误差
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
1.测量结果的标准偏差（
）：
2.算术平均值的标准偏差（
）：
3.测量结果（mm）：
6．思考题
1.立式光学计测量轴，属于什么测量方法？
绝对测量与相对测量各有何特点？
什么是分度值？
刻度间距？
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