千分尺的三维设计与研究.docx
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千分尺的三维设计与研究
xxxxx大学
毕业论文
论文题目千分尺的三维设计与研究
姓名xxx学号xxxxxxx
院系xxxxxxx专业xxxx
指导教师xxx职称xxxx
中国·合肥
二〇一五年五
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摘要：
千分尺，又叫螺旋测微器 ，它是比游标卡尺 更精密的长度测量仪器 ，用它测长度可以准确到0.01mm，测量范围为几个厘米。
外径千分尺的结构由固定的尺架、测砧、测微螺杆、固定套管、微分筒、测力装置、锁紧装置等组成。
本论文内容包括绪论和千分尺的结构用法，误差分析和修正。
第一章绪论
1.1课题研究的目的和意义
由于机械加工水平的变得非常高以及对产品零部件质量控制意识的巨大提高，在尺寸检测方面，用户对准确高稳定性好不易报废用起来简单方便价格便宜的千分尺类通用量具的渴望逐渐变多，国内外市场的需求量非常大。
因此对于千分尺的研究发展是必要的。
1.2千分尺的国内外研究现状及分析
目前，在量具的理论研究方面，以及生产和制造能力都我们都落后与国外。
因为，在机械量具上国外上世纪60年代70年代就以德国和瑞士等国家在机械量具方面达到很高的水平。
到了80年代日本的迅速发展成为世界最大的通用量具生产公司。
到了90年代国外各大公司都在努力研发数显量具及其研究。
而我国目前只有几家公司可以达到较高精度的量具生产。
1.3主要研究内容
1.31千分尺要达到的主要指标
1、螺旋测微仪测量范围：
0-25mm，25-50mm，50-75mm，75-100mm
2、分辨率：
0.001mm
3、示值变动性：
0.001mm
4、最大移动速度:
1.5m/s
5、千分尺的示值综合误差为±2μm
6、千分尺的尺架变形为2μm（作用力为10N）
1.32本课题主要研究问题
1.找出一种合适的方法用于千分尺的精度计算。
2.千分尺的使用保养和误差分析。
3.千分尺的结构设计。
1.4本章小结
本章主要阐述了千分尺研究的目的、意义、以及现状分析和主要研究内容。
帮助对于千分尺的初步了解以及研究和发展前景的介绍.
第二章千分尺的结构和用法
2.1千分尺的组成
千分尺是由固定的尺架、测砧、测微螺杆、固定套管、微分筒、测力装置以及紧锁装置等构成。
固定套管上方有一条水平线，这个线的上方和这个线的下方会有一条间隔距离是1mm的刻度线，千分尺上面的刻度线刚好与在千分尺下面2相靠近的度线的中间。
千分尺微分筒上面的刻度线正好把圆周平分成为五十个等分的水平线，微分筒是做旋转运动的。
参照螺旋运动的原理，在千分尺微分筒旋转一周的时候，测微螺杆会相对的向前或者向后退一个螺距即零点五毫米。
这时，当微分筒旋转了一个分度之后，它就相应的转过了五十分之一圆圈，这个时螺杆就沿着中间轴的线移动了五十分之一乘以零点五毫米等于零点零一毫米，所以，使用千分尺可以精确看出零点零一毫米的数值。
2.1用solidworks三维软件画出各个零部件
首先打开软件，画出把手的三维立体图，得到下图1-1
图1-1
然后利用软件生成把手的三视图。
图1-2
图1-2
接下来的步骤和以上的一样都将先画零部件的三维立体图画出，再利用软件得到零件的工程图。
图2-32-4是尺度轴的三视图和三维立体图。
图2-3
图2-4
以下分别是3种螺丝的三视图和三维立体图。
螺丝1
螺丝1
螺丝2
螺丝2
螺丝3
螺丝3
图3-13-2是锁的三视图和三维立体图
图3-1
图3-2
图4-14-2是头部配件的三视图和三维立体图
图4-1
图4-2
当各个零部件都成功画好后，然后就开始组装，合成一个完整的千分尺三维立体图，如图5-1，即得到千分尺的装配图。
图5-2
图5-1
图5-2
2.11千分尺的测力装置
千分尺的测力装置靠两个棘轮的相互作用,棘轮之间的相互连接成为一个整体,而棘轮的可压弹簧可以在轴轮的水平轴中间线方向上移动,但是不能移圈.测量压力的螺钉是由弹簧的弹性力来进行控制的,从而使弹簧被压收缩到千分尺所给的测量压力范围内,当我们用手握住螺帽的时候进行顺着时针方向进行旋转测力装置的时候,假如实际测量压力低于弹簧的被测弹力的时候,转帽的运动就会传递给轮轴通过棘轮,使得千分尺的两个测量面之间的距离缩短,即接着卡紧零件;当测量压力达到或者是略大于弹簧的弹力的时候,在齿合面的作用下让棘轮压缩弹簧,沿这棘轮的齿合面所滑动,转动的转帽是不能够带着测微螺杆所转动,且会出现吱吱的跳动声音,此时就表示测量压力就到达了预定的测量值,从而达到了控制测量压力的目的.
2.12千分尺测力的分类。
共分三种：
棘轮测力；无声测力；棘轮套测力。
2.13千分尺的结构特征
1）结构的设计必须要符合阿贝原则
2）以丝杆螺距为标准量来进行测量,丝杆和螺母之间的位置关系必须准确,他们之间配合间隙必须要能够配合,
3）固定套筒和微分筒是千分尺的一种示数装置,他们是必须要用刻度线来进行读数.
4）有保证确定测力的棘轮棘爪机构.
2.2千分尺的读数
在进行读数的时候，要先把微分筒的端面作为基准线，读出固定套管下刻度线的分度值（只需要读出以mm为基本单位的整数），读数的准线必须要以固定套管上面的那个与水平面平行的横线来作为准线，从而读出可以转动的刻度上的分度值，读数时必须要估算的读出到最小刻度的1/10，即0.001毫米。
倘若微分筒的那个端面与固定刻度的下刻度线这两者之间并没有出现上刻度线的时候，测量结果即为可以转动的刻度的数值加上下刻度线的数值；如果千分尺微分筒的端面和下刻度线两者之间又发现了一条上刻度线，此时测量结果就应该是下刻度线的数值加上加上可动刻度的值，然后加上零点零五毫米，如图所示，图中读出的数值为4.523mm
一些千分尺的可动刻度被平均分为一百个等分，这个时候螺距就为1mm，那么它的固定刻度上就不用半毫米刻度，这时候可动刻度的上每一等分仍表示零点零一毫米。
另外一些千分尺，它的可动刻度被平均分为五十个等分，但是固定刻度上确并没有半毫米刻度，这个时候就必须要凭测量者的眼睛进行。
对于已经消除零误差后的千分尺，当微分筒的前端面刚刚好在固定刻度下刻度线的两线中间时，如果可动刻度线的读数在39-49之间，那么它就没有超过0.5mm，固定刻度读出来的数值就用增加0.5mm；如果可动刻度上的读出来的数值在0-9之间，那么它的前端就已经大大的超过了下刻度两个相邻近刻度线的1/2，这个时候就应该在固定刻度读数应加上0.5mm。
读数时注意事项:
1）使用前必须校对零位;
2）手应该摸在隔热处上,测量时使用的工具和被测量的工件必须要温度一样,减少温度对被测出来的数值精度的影响.
3）在测量面和物件表面向碰到的时候,就一定要使用测力装置.
2.3千分尺使用注意事项
千分尺是一种非常非常精准的科学测量仪器,用它的时候必须要特别小心,动作应当小心,不能够让其遭到撞击,千分尺里面的螺纹特别的精确,操作的时候要小心:
旋钮和测力装置在转动时都不能特别的使劲;
在转动旋钮是测微螺杆快要接触被测东西的时候,必须改旋测力装置,不能转动旋钮使螺杆压被量东西上;
在测微螺杆与测砧吧被量东西夹紧或旋紧锁紧装置的时候,不要去动转动按钮.
另外一种千分尺为了避免手的温度让尺架膨胀产生一些很少的误差,都会把尺架上装有隔热设备.实验时应该手握隔热装置,而尽量减少碰到金属部分.让千分尺在测量长度的时手,应该多次量从中取中间数来做测量结果.
2.4千分尺的误差判定
核对好的千分尺，在测砧和测微螺杆与碰撞之后，固定刻度上的与海平面相平行的横线和能够动的刻度上的0线必须是相互一致的。
倘若没能够相互对准，测出数值的时候就会出现系统误差（又叫做零误差）。
如果真无法消除零误差,可动刻度的0线应该在与海平面相互平行横线上方，横线会和第x个刻度线相互对准，这就告诉我们量出的尺寸要比实际的尺寸略小x即一百毫米，这种0误差就叫做负零误差，如下图所显示，图中的0误差为0.04mm；如果可动的刻度的0线在海平面平行的横线的下面时候，并且横线与第y条刻度线与相对准，此时就告诉我们测出来的数据要比真是的数据略大y即一百毫米，这种零误差又叫做正零误差，相比和一些具有零误差的千分尺来说，测量结果就是读数减去0误差。
第三章千分尺的误差分析
3.1影响千分尺示值误差的因素
使得千分尺示值产生误差的因素一般都会有下面的一些原因:
.螺旋副的丝杆之间摩损的位置比较分散;
.测量面平面性非常非常不好;
.丝杆轴向窜动;
.测杆径向摆动;
.刻线不精确;
.测力偏高或者偏低;
根据以往在计量检测中得到的一些材料,可以得出下面各种因数对千分尺测量数据误差的影响如下图中所显示,
产生原因
不均匀磨损
平面性超差
轴向窜动
径向摆动
刻度不精确
测力过大或过小
比例
77%
7%
5%
2%
1%
8%
由表我们能够得出,摩擦损伤的部位比较分散是影响千分尺产生误差的最大因素。
3.2系统误差判定
3.21不同公式比较法
相较于相同精度的测量,可以用很多中方法来计算标准差,根据相互可以知道系统误差.
近似的带测量多次反复的平均值和带测量真值的差,相对来说,因为测量顺序的不成熟有时候会出现测量结果的误差,有的是随机误差。
随机误差经常作为不确定的相关量或者是影响随机事件和空间变异.随机误差以及系统误差相同是没有办法完全消除的,但是却可以降低误差.假设系统误差来自影响值对于测量结果的可辨别效应.我国仪器市场中系统误差主要有:
误读,误算,刻度误差,接触力误差,挠曲误差,余弦误差,阿贝误差,热变形误差等.系统误差的主要特点是测量结果会向一个方向跑偏,它的数值就会有特殊变化规律,具有同一个方向性和多次反复性.我们应该依据现实中的实验条件,根据系统误差的一些特点,然后寻找出出现系统误差的重要因素,然后通过合适并且合理的措施来减少系统误差的影响.
（1）仪器误差这是由于仪器自身的一些不足或者是没有根据操作流程来操作仪器而产生,假如仪器的0点不准确,那么可能是仪器没有调好或者是外部因素于测量仪器的作用等所产生的误差.
（2）理论误差这是由于测量自身参照的理论公式之间的相似程度,另外是实验条件与理论公式相要求的标准不符合,以及是实验方法的不成熟二产生的.
（3）个人误差这是由于测量者身体反应和个人习惯不同所产生的误差,这种误差具有不确定性并且因人而异且可以避免.
系统误差有的是固定数值的,比如设备的零点不精确,有的叠加的,比如用受热膨胀后的螺旋测微器来进行测量数据时,显示出来的数据值就会略小于真实的值.然而,系统误差一般会让我们的结果产生更大的误差,即要么过高要么过低,所以,多次测量求平均值不能够消除系统误差.同时计算机在处理数据时,也同样是会有误差的,比如在处理实验数据的时候因为处理小数点位置不同,所得结果是不一样的,因此得出来的数据是有误差的.
3.22系统误差的消除
1.对于测量的结果的修正,相较于确定的固定数值系统误差,我们要用已经改正过来的正确的数据值对实验读出的数值进行修改校正;相比和变值系统误差,我们就得找到误差的变化规律,然后让修正公式以及修正曲线来对实验结果进行修改校正;对于不确定的系统误差就需要按照随机误差进行处理.
2.消除系统误差的根源.要消除系统误差就必须要去除个人误差理论误差和一起误差.在测量之前仔细检查仪器,正确调整仪器,正确安装仪器,去除外界干扰因数,选择好的观测位置,保持平静的心态减少个人误差等.
3.对测量系统时透明或缺一些正确的方法进行补救,发现系统误差规律于实验中消除系统误差.
4.经常进行反馈修正,由于自动化测量技术和计算机的应用,可用实时反馈修正来消除复杂变化的系统误差.
具体有以下几种方法:
代替法
代替法就是在一次实验后得到实验数据然后不改变实验的条件或者用另一个被测量去代替其中一个被测量，在得到一个实验数据，并且多次试验后得出两者之间的差值。
发现被测量等于标准量加上差值
抵消法
低消法是通过2次实验，然后得到2次一样的系统误差，在吧两次的数据取中间值当做测量结果。
这样就求出了系统误差也就是说消除了系统误差。
.
粗大误差:
又叫做粗误差或者寄生误差.在某一个特定的测量条件下,实验结果对于实际值所产生的误差.产生这个误差的主要原因是操作人员的因素,其中包括:
:
操作时疏忽大意:
读数记录计算是的错误:
以及环境条件同样是这种误差产生的因素.
判别方法有:
1.罗曼诺夫斯基准则
随机误差（又被称作是偶然误差）是指测量结果与同一个带测量的多次的反复的实验得出的数据的中间值.它的特点是,大小和方向都不固定,也无法测量和校正,随机误差的性质是:
随着测量次数的增加,正负误差可以相互抵消,误差的平均值慢慢的归于零,从而消除的随机误差.
在统计学里面随机误差分别又两种不同类型
在随机误差中,主要的就是抽样误差.我们在一些具有同一特点的总体中抽出一些大小一样的样本,这些样本的中间数就不相同的,那么样本之间的不同就说明了样本之间以及样本与总体之间的不同,是由于在总体中抽出来样本才发生的误差,这种我们又叫做抽样误差.随机误差中还包括重复误差,它是因为对于同一个对象采用相同的方法重复测量时出现的误差,解决办法是重复测量,并且改进测量方式和方法.从而减少实验误差.
误差产生因素:
这种误差产生因素是非常多的,如电磁场的不同,零件之间的相互碰撞,以及零件的间隙空气的波动气压和温度湿度的变化都可能会影响测量的结果.同时测量人员的个人因素也是影响因素之一.
统计规律
测量值的随机误差主要符合下面三种分布：
正态分布,t分布,三角分布和均匀分布等,但是测量值以正态分布为主,所以面主要说明正态分布（1单峰性:
绝对值小的误差出现是要大于绝对值大的误差出现的概率;（2对称性:
对于绝对值一样的两个正负误差来说,它们出现的概率是一样的.（3有界性:
对于绝对值非常高的误差所出现的概率是不存在的,也就是说误差的绝对值不会超过某一个数值.（4抵偿性:
在实验情况一定的情况下,测量值误差会随着测量的次数增加而相互抵消.
3.3千分尺丝杆螺距误差对示值误差的影响
千分尺的螺旋副的传动误差对于示值误差有非常大影响,它一般是由于丝杆和螺母在旋转长度上螺距误差,然而这个误差对丝杆和螺母本身的螺距误差或者它们之间相互作用.
3.31螺旋副的误差
螺旋副出现的螺距误差一般是三个情况:
当螺母螺距没有误差,而丝杆螺距出现误差的时候,螺旋副的螺距误差就会又丝杆来决定.
当丝杆螺距没有误差,而螺母螺距出现误差的时候,螺旋副的螺距误差只由螺母来决定.
当丝杆和螺母都出现误差的时候,假如二者误差的方向不一样,这个时候螺旋副螺距误差就是它们的值相加,假如方向一样就是它们的值相减.
第四章千分尺的修正
千分尺的修正措施
1.对于千分尺的外观进行修正.要用选用航空汽油对外径千分尺进行精细的清洗,在清洗的时候需要吧测力装置向上,不能够让污物通过汽油进入测微螺杆.这个以后观察它的外观,同时千分尺及其校对用量杆不能够有碰撞擦伤,锈蚀,或者其他的缺陷.并且要保持刻度清晰均匀.倘若不是工作面收到锈蚀,一般用砂纸摩擦去除.假如带磁可用量具退磁工具来进行退磁.假如刻线模糊可以用黑漆来修复.
2每个部分之间的修理先转动微分筒,在试验中微分筒和测微螺杆的移动应该是平稳且无夹紧的现象.若果有转动不平稳现象或者有夹紧的现象,可以先把微分筒拿出来,在转动测微螺杆,这时如果还有夹紧或者转动不平稳的现象,就说明微分筒里面有东西.这时候就要先把取出来的微分筒用航空汽油对其进行清洗,并且进行晾晒,等晒干后加入少许润滑油.
3.测力的修理.外径千分尺的测力应该在5-10N的范围内.在修理测力装置的时候,我们会先把测力弹簧以及棘轮拿出来,在用航空汽油擦一遍,晾晒风干后用少许机油润油,另外如果测力太大可以压缩或者剪掉测力弹簧.
4.示值误差超差的修理.外径千分尺在检修示值误差以前要先把测量的最低值调整好,这然后吧微分筒上面的零刻度线和因定套管纵刻度线对准,微分筒的端面与固定套管测量管的最低毫米刻度线右边缘应该相切,假如不相切,则切压线不大于等于零点零五毫米,离线不大于零点零一毫米.假如切压线和离线不小于上面的要求,就会出现读数的错误,那么就要把固定套管在轴向位置上做一个调整.压线时把固定套管先左移动,或者可以在砂轮机上根据压线大小把固定套管的左端部分面磨去一小部分;离线时把固定套管向右移动.在经过以上的调整之后就要对于外径千分尺的示值误差进行检测了.检测是要用b+6.23b+11.35b+26.47b+10.4b+14mm尺寸的3等或者4等量来检测,b是千分尺的测量最低值.假如外径千分尺的示值超过了实验结果,一般在测微螺杆上涂上氧化烙用这种方法进行研磨.即当检测结果为正时,在那个部位进行转动研磨的时候施加一个轴向的拉力;当测定结果是负的时候在那个部位进行转动研磨说的时候,施加一个轴向的推力.通过用轴向的拉力和推力,来加快磨削磨损牙面的对称牙面.
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致谢
历时将近两个月的时间终于将这毕业设计做完，在别业设计的制作过程中遇到了无数的困难和障碍，都在同学和老师的帮助下度过了。
尤其要强烈感谢我的毕业设计指导老师—孔晓玲老师，她对我进行了无私的指导和帮助，不厌其烦的帮助进行毕业设计的修改和改进。
另外，在校图书馆查找资料的时候，图书馆的老师也给我提供了很多方面的支持与帮助。
在此向帮助和指导过我的各位老师表示衷心的感谢！
由于我的能力有限，所做毕业设计难免有不足之处，恳请各位老师批评和指正.
参考文献
[1]蒋和平.常用测量不确定度评定方法及应用[期刊论文]-北京:
中国计量出版社,2004.
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[3]奚彩玲.千分尺示值误差的修理[J],工业计量,2007,（S1）.
[4]宜湘.测量不确定度的评定与表示[期刊论文]-北京:
中国计量出版社,2001.
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