公差实验指导书(2011年编).doc

互换性与测量技术实验指导书南昌大学机电工程学院机械制造工程研究所 编2011年4月目 录实验一机械零件产品的合格性检测1一、实验目的和要求1二、实验仪器介绍1三、实验内容11四、实验步骤11五、实验零件附图11实验二 齿轮公法线长度变动及公法线长度偏差的测量12一、实验目的14二、实验内容14三、计量器具及测量原理14四、测量步骤14实验三 齿轮径向综合误差的测量16一、实验目的16二、实验内容16三、计量器具及测量原理16四、测量步骤16公差与技术测量实验指导书实验一机械零件产品的合格性检测一、实验目的和要求使学生对公差与技术测量这门课程有一个整体深入的认识，提高学生设计及工程实践能力。本实验需要学生根据被测孔计算专用工作量规工作尺寸，设计量规，并从提供的实验设备中选择合理测量仪器，确定测量方法步骤，并对零件的合格性与否做出相应的判断。二、实验仪器介绍下面列出已有实验仪器以及部分仪器使用说明。1、数字立式光学计数字立式光学计光学主要用作相对法测量，在测量前先用量块或标准件对准零位，被测尺寸和量块（或标准件）尺寸的差值可在仪器的显示。用数字立式光学计在相应的测量条件下，以四等或五等量块为标准，可对五等或六等量块进行检定，还可以测量圆柱形、球形、线形等工件的直径以及各种板形工件的厚度。图1所示为上海泰明光学仪器有限公司生产的JDG-S1型立式光学计外形图。它由底座l、横臂、立柱、光学计管和工作台13、14等几部分组成。1- 底座； 2-升降螺母； 3横臂固紧螺钉； 4横臂； 5电缆； 6立柱； 7微动螺钉； 8-光学计管； 10光学计管固紧螺钉； 11-提升器 12-测帽； 13-可调工作台； 14-方工作台安置螺孔； 15-数显窗； 16-中心零位指示； 17-置零按钮； 18-电源插座； 19-电缆插座；实验图1 数字立式光学计外形及结构图该仪器主要技术指标如下：被测件最大长度：180 mm；直接测量范围=0.1 mm；最小显示值：0.1 m；测量力：(20.2) N ；示值变动性：0.1 m；最大测量误差 (0.5+L/100) m，L是被测长度；光学计是利用光学杠杆放大原理将微小的位移量转换为光学影象的移动进行测量的仪器，其光学系统如图2所示。照明光线经反射镜1照射到刻度尺8上，再经直角棱镜2、物镜3，照射到反射镜4上。由于刻度尺8位于物镜3的焦平面上，故从刻度尺8上发出的光线经物镜3后成为平行光束。若反射镜4与物镜3之间相互平行，则反射光线折回到焦平面，刻度尺的像7与刻度尺8对称。若被测尺寸变动使测杆5推动反射镜4绕支点转动某一角度。(图2a)，则反射光线相对于入射光线偏转20角度，从面使刻度尺象7产生位移t(图2c)，它代表被测尺寸的变动量。实验图 2 立式光学计测量原理图使用说明1、按被测件的验收尺寸组合量块；2、选择测头；测头有球形、平面形和刀口形三种，根据被测零件表面的几何形状来选择，使测头与被测表面尽量满足点接触。所以测量平面工件时，选用球形测头；测量球面工件时，选用于面形测头；测量小于10mm的圆柱面工件时，选用刀口形测头。3、调整仪器零位；3.1 参看实验图l，将所选好的量块组的下测量面置于工作台(13)的中央，并使测帽(12)对准上 测量面中央。3.2 粗调节。松开横臂固紧螺钉(3)，转动升降螺母(2)，使横臂(4)缓慢下降，直到测头与量块上测量面轻微接触，再将横臂固紧螺钉(3)锁紧。3.3 微调节。转动微动螺钉(7)，使中心零位指示灯(16)变亮，然后按下置零按钮(17)。3.4 按下提升器(11)，将测帽(12)抬起，取下量块。4、工件测量；按下提升器(11)，将被测件置于工作台(13)中间位置，记下显示窗口的读数，与标准量块的实际尺寸相加，得到被测量工件的尺寸。2、内径千分尺内径可采用内径千分尺直接测量。但对深孔或公差等级较高的孔，则常用内径百分表或卧式测长仪作比较测量。国产的内径百分表，常由活动测头工作行程不同的七种规格组成一套，用以测量10450mm的内径，特别适用于测量深孔，其典型结构如图3所示。实验图3 用内径百分表测量内径内径百分表是用它的可换测头3(测量中固定不动)和活动侧头2跟被测孔壁接触进行测量的。仪器盒内有几个长短不同的可换测头，使用时可按被测尺寸的大小来选择。测量时，活动测头2受到一定的压力，向内推动镶在等臂直角杠杆1上的钢球4，使杠杆1绕支轴6回转，并通过长接杆5推动百分表的测杆而进行读数。在活动测头的两侧，有对称的定位板8，装上测头2后，即与定位板连成一个整体。定位板在弹簧9的作用下，对称地压靠在被测孔壁上，以保证测头的轴线处于被测孔的直径截面内。将内径百分表插入被测孔中，沿被测孔的轴线方向测几个截面，每个截面要在相互垂直的两个部位上各测一次测量时轻轻摆动百分表(如图3所示)，记下示值变化的最小值将测量结果与被测孔的要求公差进行比较，判断被测孔是否合格。将测量结果与被测内径的要求公差进行比较，判断被测内径是否合格。3、表面粗糙度测量仪JB-2C粗糙度测试仪可用于轴承内外圈滚道表面粗糙度测量，也可以用于测量平面或球面零件的表面粗糙度。该仪器采用触针法测量表面粗糙度，它利用仪器的测针与被测表面相接触，并使测针沿其表面轻轻划过以测量表面粗糙度的一种测量法。该仪器触针半径可以做到微米量级，并可垂直安置在被测表面上作横向移动。由于工作表面粗糙不平因而触针将随着被测表面轮廓形状作垂直起伏运动，将这种微小位移通过电路转换成电信号并加以放大和运算处理即可得到工件表面粗糙度参数值。仪器总体结构如下图所示：实验图 4 JB-2C粗糙度测试仪总体结构仪器的主要技术指标：测量范围：Ra 0.01um-10um，测量半径范围：=1mm，分辨率： 0.001um测量长度：=4mm，取样长度：0.08、0.25、0.8mm，示值误差：10%评定参数：Ra、Rz、Ry、Rp、Rv、S、Sm、tp操作方法 1、打开微机及主机箱右下侧电源开关1-粗调节钮； 2-传感器触针； 3-细调节钮；4-角度调节钮；5-电源开关； 6-前后调节钮； 7-固定钮；8-V型架；实验图 5 JB-2C粗糙度测试仪2、进入测量程序打开计算机后，选择WINDOWS 98操作系统进入，双击JB-2C粗糙度测量程序的快捷方式，可启动应用程序。显示的菜单如下：实验图 6 应用程序界面u 文件：建立新文档u 打开：打开一个现有文档u 保存：将活动文档以一个新文件名保存u 曲线：显示所采集轮廓曲线的形状u 球面：球面测试，显示其粗糙度报告u 平面：平面测试，显示其粗糙度报告u 定位：传感器自动探出，调节被测件上下或前后位置，使其最低点与触针微接触，观察显示器轴上的红点，使之在要求的线性区域内u 观察：重复采样并显示，用以观察和调节被测件上下或前后位置u 采样：采样一次u 停止：停止重复采样u 参数：显示及修改采样长度和参数u 打印：打印粗糙度测试报告u 帮助：显示程序显示，版本号和版权3、粗糙度测量3.1 调整被测件位置 用鼠标单击程序菜单中的“定位”，传感器自动探出，通过上下调节V型架（2），粗细调节钮（1）、（4）及前后调节钮（7），从而调节被测件上下或前后的位置，观察显示器Y轴上的红点，使在要求的线性区域内。如测平面，需要调节到轴中心位置。如测平面，使其最高点与触针微接触，使红点停止在X周上侧4格半左右。在被测件粗定位结束，用鼠标单击“观察”，主机箱中传感器开始自动来回扫描被测工件，屏幕显示出被测轮廓，必要时调节主机粗细调节钮（1）、（4），使得被测轮廓形状尽量充满线性区域。如图 所示，如轮廓形状偏高，可朝右调微调调节钮；如轮廓形状偏低，可朝左调微调调节钮。位置调定后，单击“停止”，调整结束。实验图7 波形图3.2 进行测量用鼠标单击“采样”，进入测试状态，传感器扫描结束后，屏幕显示被测轮廓形状。3.3 选择范围为了保证测量精度，请尽量扩大线性区内参与运算的数据范围。如图6所示，x轴表示被测件取样长度，总长为5mm，共采样4000点。Y轴为轮廓深度。采样结束后，移动鼠标使箭头指向线性区左侧，单击鼠标左键，在该处显示一条垂直线，再用鼠标指向右侧，单击鼠标左键，同样在该处显示一条垂直线。用鼠标单击“保存”，展开文件夹，把零件编号或名称填入“文件名”一栏中，可把个采样点之间的数据储存到测量文档中去。3.4 设置参数用鼠标单击“参数”可设定粗糙度测量的取样长度和段数。取样长度的设定可参考GB/T 1031-1995选取，如表1所示。表1取样长度与评定长度的选用值（摘自GB/T1031-1995）取样长度评定长度0.0080.020.0250.10.080.40.020.10.10.50.251.250.12.00.510.00.84.02.010.010.050.02.512.510.080.0503208.040.03.5 显示和打印用鼠标单击“球面”或“平面”，可显示被测件的粗糙度参数、轮廓及tp曲线等。安装好打印机后，用鼠标单击“打印”，再确定后进入打印程序，从打印输出相应被测件的粗糙度测试数据。系统修正i. 仪器的标定：采用表面粗糙度多刻线样本进行测试标定。仪器配备一块镜上级计量机构标定的多刻线样板。ii. 数据修正：如样板测量数据与数值不符，用以下方法进行修正。举例：如样板测定值0.5，而标称值为0.45。打开测量程序所在文件夹中的PDXU.DAT数据文件，其第一行数据为“标准样板”的修正系数，假设初始值为0.95，新的正确修正系数为：K=0.45/0.50.95=0.81把0.81取代原来的0.95后，测试结果将与标称值相同。4、量块量块是由两个相互平行的测量面之间的距离来确定其工作长度的高精度量具，其长度为计量器具的长度标准，通过对计量仪器、量具和量规等示值误差的检定等方式，使机械加工中各种制成品的尺寸能够溯源到长度基准。量块的主要用途有： 1、作为长度标准，传递尺寸量值； 2、用于检定测量仪器的示值误差； 3、作为标准件，用比较法测量工件尺寸，或用来校准、调整测量器具的零位； 4、用于直接测量零件尺寸； 5、用于精密机床的调整和机械加工中精密划线。量块用铬锰钢等特殊合金钢制成，具有线涨系数小、不易变形、硬度高、耐磨性号、工作面表面粗糙度小一级研合性好等特点。量块有长方体和圆柱体两种，常用的长方体有两个平行的测量面和四个非测量面。两测量平面之间的距离为工作尺寸L。量块的标称尺寸大于10毫米者，其横截面尺寸为359毫米，标称尺寸在10毫米以下者，则为309毫米。图8 量块 为了组成各种尺寸，量块是成套制造的，一套包括一定数量的不同尺寸的量块，装在一特制的木盒内，其中总块数为83的成套量块的尺寸见表2。表2 总块数为83的成套量块的尺寸表(摘自GB6093-85)总块数级别尺寸系列/mm间隔/mm块数8300,0,1,2,(3)0.511.0051.01,1.02,1.491.5,1.6, ,1.92.0,2.5, ,9.510,20, ,1000.010.10.5101114951610量块在使用时，常常用几个量块组合使用。组合量块成一定尺寸时，应从所给尺寸的最后一位数字开始考虑，每选一块应使尺寸的位数少一位，并使量块尽可能最少，一般不超过4-5块以减少积累误差。例如：要组成38.935mm的尺寸，若采用83块一套的量块，其方法是：38.935 1-1.005第一块量块尺寸为1.005毫米37.93 2-1.43第二块量块尺寸为1.43毫米36.5 3 -6.5第三块量块尺寸为6.5毫米 304 -30第四块量块尺寸为30毫米0全组尺寸38.935毫米按照不同的使用要求，量块做成不同的精度等级；按GB/T 6093-2001：l 量块按制造精度分为00、0、1、2、3和K级，精度依次降低。K级为校准级，具有与00级相同的精度；l 按检定精度分为1、2、3、4、5、6等，精度依次降低。量块按级使用时，用其中心长度的公称尺寸，因此测量结果中包含了量块实测尺寸对其公称尺寸的偏差，即中心长度的制造偏差。量块按等使用时，用其中心长度的实测尺寸，因此测量结果中包含了实测尺寸对其真实尺寸的偏差，即中心长度的测量误差。量块精度分级又分等，其目的就是借助高精度的测量方法，来弥补制造精度的不足。在高精度的科学研究、测量工作中应按等使用，而在一般测量时可按级使用，以简化计算。5、百分表和千分表百分表和千分表，都是用来校正零件或夹具的安装位置,检验零件的形状精度或相互位置精度的。它们的结构原理没有什么大的不同，只是千分表的读数精度比较高，即千分表的读数值为0.001mm，而百分表的读数值为0.01mm，这里主要介绍百分表，百分表外形图和传动原理如图9所示。通过游丝消除齿偶间隙，提高测量精度。弹簧是控制百分表的测量力。百分表的分度值为0.01mm，表面刻度盘上共有100条等分刻线。因此，百分表齿轮传动机构，应使量杆移动1mm时，指针回转一圈。百分表的测量范围，有0-3、0-5、0-10mm三种。读数值为0.001mm的千分表，测量范围为01mm。测量时，百分表或千分表测量杆与被测工件表面必须垂直，否则会产生误差。1-表盘； 2-大指针； 3-小指针； 4-套筒； 5-测量杆； 6-测量头；实验图9 百分表外形和传动原理图6、杠杆千分表杠杆千分表的分度值为0.002mm，其原理如图10所示，当测量杆1向左摆动时，拨杆2推动扇形齿轮3上的圆柱销C使扇形齿轮绕轴B逆时针转动，此时圆柱销D与拨杆2脱开。当测量杆1向右摆动时，拨杆2推动扇形齿轮上的圆柱销D也使扇形齿轮绕轴B逆时针转动，此时圆柱销C与拨杆2脱开。这样，无论测量杆1向左或向右摆动，扇形齿轮3总是逆时针方向转动。扇形齿轮3再带动小齿轮4以及同轴的端面齿轮5，经小齿轮6，由指针7在刻度盘上指示出数值。杠杆千分表的测量杆轴线与被测工件表面的夹角愈小，误差就愈小。1-测量杆；2-拨杆；3-扇形齿轮；4-小齿轮；5-端面齿轮；6-小齿轮；7-指针。实验图10杠杆千分表外形和传动原理图7、外径千分尺千分尺由尺架、测微头、测力装置和制动器等组成。图31是测量范围为 025mm的外径千分尺。 尺架1的一端装着固定测砧2，另一端装着测微头。固定测砧和测微螺杆的测量面上都镶有硬质合金，以提高测量面的使用寿命。尺架的两侧面覆盖着绝热板12, 使用千分尺时，手拿在绝热板上,防止人体的热量影响千分尺的测量精度。 1-尺架；2-固定测砧；3-测微螺杆；4-螺纹轴套；5-固定刻度套筒；6-微分筒；7-调节螺母；8-接头；9-垫片；10-测力装置；11-锁紧螺钉；12-绝热板。图 11 025mm外径千分尺外径千分尺的工作原理就是应用螺旋读数机构，它包括一对精密的螺纹测微螺杆与螺纹轴套和一对读数套筒固定套筒与微分筒。用千分尺测量零件的尺寸，就是把被测零件置于千分尺的两个测量面之间。所以两测砧面之间的距离，就是零件的测量尺寸。当测微螺杆在螺纹轴套中旋转时，由于螺旋线的作用，测量螺杆就有轴向移动，使两测砧面之间的距离发生变化。如测微螺杆按顺时针的方向旋转一周，两测砧面之间的距离就缩小一个螺距。同理，若按逆时针方向旋转一周，则两砧面的距离就增大一个螺距。常用千分尺测微螺杆的螺距为0.5mm。因此，当测微螺杆顺时针旋转一周时，两测砧面之间的距离就缩小0.5mm。当测微螺杆顺时针旋转不到一周时，缩小的距离就小于一个螺距，它的具体数值，可从与测微螺杆结成一体的微分筒的圆周刻度上读出。微分筒的圆周上刻有50个等分线，当微分筒转一周时，测微螺杆就推进或后退0.5mm，微分筒转过它本身圆周刻度的一小格时，两测砧面之间转动的距离为0.01mm。外径千分尺的零位校准使用千分尺时先要检查其零位是否校准，因此先松开锁紧装置，清除油污，特别是测砧与测微螺杆间接触面要清洗干净。检查微分筒的端面是否与固定套管上的零刻度线重合，若不重合应先旋转旋钮，直至螺杆要接近测砧时，旋转测力装置，当螺杆刚好与测砧接触时会听到喀喀声，这时停止转动。如两零线仍不重合（两零线重合的标志是：微分筒的端面与固定刻度的零线重合，且可动刻度的零线与固定刻度的水平横线重合），可将固定套管上的小螺丝松动，用专用扳手调节套管的位置，使两零线对齐，再把小螺丝拧紧。计量器具的选择选择计量器具时，首先应考虑被测工件的外形、位置、尺寸的大小，所使用的计量器具满足工件要求；其次应按计量器具不确定度允许值来选择计量器具。国家标准规定所选用的计量器具的不确定度允许值不大于0.9A，常用千分尺、游标卡尺、比较仪和指示表的测量不确定度如下表所示。表3 安全裕度（A）与计量器具的测量不确定度允许值（u1）（摘自GB/T3177-1997） (m)公差等级6789基本尺寸mmTAu1TAu1TAu1TAu1至IIIIIIIIIIIIIIIIIII361018305080120180250315400361018305080120180250315400500689111316l92225293236400.60.80.91.11.31.61.92.22.52.93.23.64.00.540.720.811.01.21.41.72.02.32.62.93.23.60.91.21.41.72.02.42.93.33.84.44.85.46.01.41.82.02.52.93.64.35.05.66.57.28.19.0101215182125303540465257631.01.21.51.82.12.53.03.54.04.65.25.76.30.91.11.41.71.92.32.73.23.64.14.75.15.71.51.82.32.73.23.84.55.36.06.97.88.48.52.32.73.44.14.75.66.87.99.010121314141822273339465463728189971.41.82.22.73.33.94.65.46.37.28.18.99.71.31.62.02.43.03.54.14.95.76.57.38.O8.72.12.73.34.15.05.96.98.19.5111213153.24.15.06.17.48.81012141618202225303643526274871001151301401552.53.03.64.35.26.27.48.710121314162.32.73.33.94.75.66.77.89.0101213143.84.55.46.57.89.3111315171921235.66.88.19.7121417202326293235表4 千分尺和游标卡尺的不确定度 (mm)尺寸范围计量器具类型分度值0.01外径千分尺分度值0.01内径千分尺分度值0.02游标卡尺分度值0.05游标卡尺不确定度0500.0040.0080.0200.020501000.0051001500.0061502000.0070.0132002500.0080.1002503000.0093003500.0100.0203504000.0114004500.0124505000.0130.0255006000.030600700700800表5 比较仪和指示表的不确定度计量器具尺寸范围/mm名称分度值/mm放大倍数或量程范围254065659090115115165165215215265265315不确定度/mm比较仪0.00052000倍0.00060.00070.00080.00090.00100.00120.00140.00160.0011000倍0.00100.00110.00120.00130.00140.00160.00170.002400倍0.00170.00180.00190.00200.00210.00220.005250倍0.00300.0035千分尺0.0010级全程内0.0050.0061级0.2mm内0.0021转内0.0011级全程内0.0100.0020.005百分表0.010级任意1mm内0.0180.010级任意1mm内0.0181级任意1mm内0.011级全程内0.030注：1、测量时，使用的标准器由4块1级(或4等)量块组成。三、实验内容内容一：给出孔用工作量规实物零件（如图1），设计计算检测孔用工作量规极限偏差，并根据光滑极限量规型式和尺寸（GB 6322-86）设计该塞规图纸，检验塞规通端及止端尺寸及表面粗糙度是否合格。内容二：给出传动齿轮轮毂零件（如图2），检测孔尺寸是否合格。四、实验步骤1、根据给出的零件及其设计图纸，针对检测项目及其精度，选择合适的测量仪器。2、就检测项目和选定的仪器，制定各检测步骤。3、分别进行各项检测，并记录检测结果。4、分析实验结果，得出结论。五、检测零件附图1113互换性与测量技术试验指导书实验二 齿轮公法线长度变动及公法线长度偏差的测量一、实验目的(一)掌握测量齿轮公法线长度的方法。(二)加深对齿轮公法线平均长度偏差和齿轮公法线长度变动定义的理解。二、实验内容用公法线千分尺测量齿轮公法线平均长度偏差和齿轮公法线长度变动。三、计量器具及测量原理公法线平均长度偏差，是指在齿轮一周范围内，公法线实际长度的平均值与公称值之差。公法线长度变动是指实际公法线的最大长度与最小长度之差。公法线长度可用公法线千分尺测量，公法线千分尺结构如图1所示。图1公法线千分尺结构四、测量步骤(一)计算确定跨齿数n，取整数z被测齿轮齿数； (二)计算确定直齿圆柱齿轮公法线公称长度w。式中 m被测齿轮的模数(mm)：齿形角；变位系数；n跨齿数；z被测齿轮齿数；(三)根据公法线长度选取适当规格的公法线千分尺，并校对零位。（四）测量公法线长度：根据跨齿数用公法线千分尺测量沿被测齿轮的均布的6条公法线长度。将所有的读数值平均，它们的平均值即为公法线平均长度偏差。所有读数中最大值与最小值之差即为公法线长度变动。按齿轮图样的技术要求，确定公法线长度上偏差和下偏差以及公法线长度变动公差，并判断被测齿轮的适