互换性实验三和实验四.doc

实验三实验三 表面粗糙度测量 一 一 实验目的实验目的 1 了解用双管显微镜测量表面粗糙度的原理和方法 2 加深对微观不平度十点高度 R 和单峰平均间距 s 的理解 二 二 实验内容实验内容 用双管显微镜测量表面粗糙度的 R 和 s 值 三 三 测量原理及计量器具说明测量原理及计量器具说明 参看图 1 微观不平度十点高度是在取样长度 l 内 从平行于轮廓中线 m 的任意一 Z R 条线算起 到被测轮廓的五个最高点 峰 和五个最低点 谷 之间的平均距离 即 5 8311042 hhhhhh Rz 双管显微镜能测量 1 80um 的表面粗糙度的值 Z R 图 1 双管显微镜的外形如图 2 所示 它由底座 1 工作台 2 观察光管 3 支臂 7 和立柱 8 等几部分组成 图 2 双管显微镜是利用光切原理来测量表面粗糙度的 如图 3 所示 被测表面为 P1 和 阶梯表面 当一平行光束从方向投射到阶梯表面上时 就被折成和两段 45 1 S 2 S 从垂直于光束的方向上就可在显微镜内看到和两段光带的放大象和 同样 1 S 2 S 1 S 2 S 和之间的距离 h 也被放大为 和之间的距离 通过测量和计算 可求得被 1 S 2 S 1 S 2 S 1 h 测表面的不平度高度 h 图 3 图 4 图 为双管显微镜的光学系统图 由光源程序发出的光 经聚光镜头 狭缝 狭 缝 以方向投射到被测工件表面上 调整仪器使反射光束进入与投射光管垂直的观 45 察光管内 经物镜 成象在目镜分划板上 通过目镜可观察到凹凸不平的光带 图 a 光带边缘即工件表面上被照亮了的 测量亮带边缘的宽度 可求出被测表面的不平度 1 h 1 h 高度 h h cos 1 h 45 45cos 1 N h 式中 物镜放大倍率 为了测量和计算方便 测微目镜中十字线的移动方向 图 b 和被测量光带边缘宽度 成斜角 图 5a 故目镜测微器刻度套筒上的读数值与不平度高度的关系为 1 h 45 45cos45cos 2 1 1 Nhh h 所以 N h N h h 2 45cos 1 2 1 式中 C 为刻度套筒的分度值或称为换算系数 它与投射角 a 目镜测微器的C N 2 1 结构和物镜放大倍数有关 图 5a 图 5b 四 四 测量步骤测量步骤 微观不平度十点高度的测量 z R 根据被测工件表面粗糙度的要求 按表 选择合适的物镜组 分别安装在投射 光管和观察光管的下端 物镜总放大 倍数 N 总放大 倍数 视场直径 mm 物镜工作 距离 mm 测量范围 mmRZ 7 60 2 517 810 80 14 120 1 36 83 2 10 30 260 0 61 61 6 6 3 60 520 0 30 650 8 3 2 接通电源 擦净被测工件 把它安放在工作台上 并使被测表面的切削痕迹的方向与光带 垂直 当测量圆柱形工件时 应将工件置于 V 形块上 粗调节 参看图 2 用手托住支臂 7 松开锁紧螺钉 9 缓慢旋转支臂调节螺母 10 使支臂 7 上下移动 直到目镜中观察到绿色光带和表面轮廓不平度的影象 图 5b 然后 将螺钉 9 固紧 要注意防止物镜与工件表面相碰 以免损坏物镜组 细调节 缓慢而往复转动调节手轮 6 调焦环 12 和调节螺钉 13 使目镜中光 带最铗窄 轮廓影象最清晰并位于视场的中央 松开螺钉 5 转动目镜测微器 4 使目镜中十字线的一根线与光带轮廓中心线 大致平行 此线代替平行于轮廓中线的直线 然后 将螺钉 5 固紧 根据被测表面粗糙度的数值 按国家标准 GB1031 83 的规定选取取样长度 z R 和评定长度 旋转目镜测微器的刻度套筒 使目镜中十字线的一根线与光带轮廓一边的峰 或谷 相切 如图 5b 实线所示 并从测微器读出被测表面的峰 或谷 的数值 以此类 推 在取样长度范围内分别测出五个最高点 峰 和五个最低点 谷 的数值 然后计算出 的数值 z R 纵向移动工作台 按上述第 8 项测量步骤 在评定长度范围内 共测出 n 个取 样长度上的值 取它们的平均值作为被测表面微观不平度十点高度 按下式计算 z R n zR R n z 1 平均 单峰平均间距 s 的测量 用测微目镜 图 5b 中的垂直线 对准光带轮廓的第一个峰 从工作台的纵向移动千 分尺上 读取第一个读数 纵向移动工作台 在取样长度范围内 用垂直线对准光带轮 1 s 廓的第 n 个单峰的读数 半日峰平均间距 s 按下式计算 n s S 1 1 n ssn 根据上述计算结果 判断被测表面粗糙度值和 S 值的适用性 z R 附 目镜测微器分度值附 目镜测微器分度值 C 的确定的确定 由前述可知 目镜测微器套筒上每一格刻度间距所代表的实际表面不平度高度的数值 分度值 与物镜放大倍率有关 由于仪器生产过程中的加工和装配误差 以及仪器在使 用过程中可能产生的误差 会使物镜的实际倍率与表 1 所列的公称值之间有某些差异 因 此 仪器在投入使用时以及经过较长时间的使用之后 或者在调修重新安装之后 要用玻 璃标准刻度尺来确定分度值 C 即确定每一格刻度间距所代表的不平度高度的实际数值 确定方法如下 将玻璃标准刻度尺置于工作台上 调节显微镜的焦距 并移动标准刻度尺 使 在目镜视场内能看到清晰的刻度尺刻线 图 6 图 6 参看图 2 松开螺钉 5 转动目镜测微器 4 使十字线交点移动方向与刻度尺象 平行 然后固紧螺钉 5 按表 2 选定标准刻度尺刻线格数 Z 将十字线交点移至某条刻线重合 图 6 中 实线位置 读出第一次读数 然后 将十字线交点移动 Z 格 图 6 中虚线位置 读出 1 n 第二次读数 两次读数差为 2 n 12 nnA 物镜称倍率 N 7 14 30 60 标准刻度尺 刻线格数 Z 100503020 计算测微器刻度套筒上一格刻度间距所代表的实际被测值 即分度值 C C A TZ 2 式中 T 标准刻度尺的刻度间距 10um 把从目镜测微器测得的十点读数的平均值 h 乘上 C 值 即可求得值 Z R hCRZ 思考题思考题 为什么只测量光带一边的最高点 峰 和最低点 谷 测量表面粗糙度还有哪些方法 其应用范围如何 用双管显微镜测量表面粗糙度为什么要确定分度值 C 如何确定 实验四实验四 齿轮参数与精度的综合测量齿轮参数与精度的综合测量 一 实验目的一 实验目的 1 掌握测量渐开线圆柱齿轮主要参数的方法 2 熟悉并巩固齿轮尺寸与参数的计算关系和渐开线的性质 3 通过对齿轮齿圈径向跳动误差 齿轮径向综合误差 r F Fi 齿距偏差 fpt 齿厚偏差 Es 公法线平均长度偏差 Ew和公 法线长度变动 Fw等齿轮误差项目的测量 掌握相应的测量方法及 数据处理方法 加深理解齿轮各项误差的定义 4 通过自主设计实验方案 启发培养创造性思维 培养发现问 题解决问题的能力 二 实验对象和设备二 实验对象和设备 1 实验对象 齿数为奇数或偶数的标准直齿圆柱齿轮或变位直 齿圆柱齿轮 2 实验设备 公法线千分尺 游标卡尺 渐开线函数表 自备 齿轮跳动检查仪 齿距检测仪 齿厚游标尺 双面啮合检查仪 基圆盘式渐开线检查仪 三 三 三 三 实验内容实验内容 1 自行设计 实验方案 安排实验流程 2 利用常用 计量器具对被测齿轮进行结构参数及几何量精度的测绘 3 根据实验室现有条件选择合适的检验项目 正确测定被测齿 轮传动精度 并绘出零件图 四 四 四 四 测量原理和方法测量原理和方法 1 齿轮参数测量的原理和方法 1 渐开线直齿圆柱齿轮的主要参数测定 渐开线直齿圆柱齿轮的主要参数有齿数 模数 m 齿顶高系数z 顶隙系数 分度圆压力角 变位系数 a h c x 用公法线千分尺测定公法线长度 确定 m 的值 测量方法如图 4 6 所示 用公法线千分尺跨过 k 个齿 测得齿 廊间的公法线距离为 单位 mm 然后再跨过 k 1 个齿 测得其 k W 距离为 单位 mm 跨越齿数 k 值应根据被测齿轮的齿数 z 参 1k W 考表 4 1 决定 表表 4 14 1 跨越齿数跨越齿数 z12 1819 2728 3637 4546 5455 6364 7273 81 k23456789 由渐开线的性质可知 齿廊间的公法线长度与所对应的基圆上 的圆弧长度相等 所以 1 mcos kk WWP 4 1 1 mcos kk WW m 由于式中已标准化 在我国规定 将的值代入式 20 cos20 4 1 计算出 m 的值 将计算出的 m 值与渐开线圆柱齿轮模数 GB T 1357 1987 对照取最接近计算 m 的标准模数为该齿轮的模数 测变位系数 齿轮公法线公称值按下式计算 x 4 2 式中 为径向变位系数 为角的渐开线函数 xinv 0 014904 为测量时的跨越齿数 的标准齿轮inv20 k 20 取整数 四舍五入 90 5kz k 当时 齿轮为变位齿轮 公法线长度计算公式为式 4 2 0 x 称为 k W 变 当时 齿轮为标准齿轮 公法线长度计算公式为式 4 3 0 x 称为 k W 标 mcos 0 5v k Wkzin 标 mcos 0 5 2sinWkzinvxm 公称 4 3 k W 变 k W 标 2sinxm 2sin kk WW x xm 变标 4 4 式中 为用公法线千分尺跨 个齿测得的实际公法线长度 k W 变 k 为利用标准直齿圆柱齿轮的公法线长度公式计算而得 k W 标 若测得 则该齿轮即为标准齿轮 kk WW 变标 0 x 齿顶高系数 顶隙系数的测定 a h c 根据齿根高的计算公式确定 f h a h c 4 5 式中 为齿根直径 可用游标卡尺测得 f d f1 2dL 4 6 式中 L1 为齿根到内孔壁的距离 为被测齿轮内孔的直径 因在式 4 5 中仅 二参数未知 故只要分别把标准齿的 a h c 齿顶高系数 顶隙系数 短齿的齿顶高系数 顶 a 1h 0 25c a 0 8h 隙系数代入式中计算 符合等式的一组即为所求的值 0 3c 表表 4 24 2 齿轮模数系列 齿轮模数系列 GB TGB T 13571357 19871987 第一系列 0 1 0 12 0 2 0 25 0 3 0 4 0 5 0 6 0 8 1 1 25 1 5 2 2 5 3 4 5 6 8 10 12 16 20 25 32 40 50 第二系列 0 35 0 7 0 9 1 75 2 25 2 75 3 25 3 5 3 75 4 5 5 5 6 5 7 9 11 14 18 22 28 36 45 faf 2hm hcxmzd 表表 4 34 3 标准直齿轮 斜齿 人字齿 轮计算公式标准直齿轮 斜齿 人字齿 轮计算公式 名称代号直齿轮斜齿 人字齿 模数 或m n m 由强度计算或结构m 设计确定 并按表 4 3 取为标准值 由强度计算或结构设 n m 计确定 并按表 4 3 取为 标准值cos tn mm 压力角或 n 20 20 tantancos tn 分度圆 直径 ddzm cos tn dzmzm 齿顶高 a h aa hh m aann hh m 齿根高 f h fa hhcm fan n hhc m 全齿高 h af 2 25hhhm af 2 25 n hhhm 齿顶圆 直径 a d aa 2 2 ddhzm aa 2ddh 齿根圆 直径 f d ff 2 2 5 ddhzm ff 2ddh 中心距 a 1212 22 ddzz m 1212 22cos n zz mdd a 2 齿轮精度检测的原理和方法 渐开线圆柱齿轮精度 GB 10095 1988 规定在一个齿轮工作图 中除了具备一般零件图的要求 还应在工作图上标注齿轮的精度等 级 齿厚极限偏差的字母代号 或偏差数值 和标准号 齿轮精度等级分为 12 级 其中 1 级最高 12 级最低 根据误差 特性及对传动性能的影响 将齿轮的各项公差分为三个公差值 公差组 I 公差特性 以齿轮一转为周期的误差 对传动性能的主要影响 传递运动的准确性 公差组 误差特性 在齿轮一周内 多次周期性地出现的误差 对传动性能的主要影响 传动的平稳性 噪声 振动 公差组 误差特性 齿向线的误差 对传动性能的主要影响 载荷分布的均匀性 齿轮副侧隙 用最大极限侧隙 jnmax或 jtmax 与最小极限侧隙 jnmin或 jtmin 来 规定 标准对三个公差组规定了不同的检验项目和检验组以及为了保证 要求的侧隙而制定的检验项目 在生产中 不必对所有公差项目同 时进行检验 而是将同一公差级组内的各项指标分为若干个检验组 在各 公差组中 选定一个检验组来检查齿轮的精度 选择检验组时 应根据齿轮的规格 用途 生产规模 精度等级 齿轮加工方式 计量仪器 检验目的等因素综合分析 合理选择 由于检验项目较多和实验 设备的限制 下面只对其中几个检验 项目进行介绍 1 1 齿圈径向跳动 齿圈径向跳动 F Fr r的测量的测量 齿圈径向跳动 Fr 用 图 4 1 齿圈径向跳动测量仪 图 4 2 齿圈径向跳动测量示意图 齿圈径向跳动检查仪测量 如图 4 1 所示 在测量前根据被测齿轮 模数的大小选择测头 以确保测头在齿高中部附近与齿面两边接触 被测齿轮借助心轴安装在顶尖上 指示表架可沿立柱升降和转动 测量斜齿轮时应将指示表架转动一个角度 顶尖座安置在检查仪的 支承滑板上 支承滑板借助手轮的转动可沿仪器导轨移动 以调整 测头沿齿宽方向上的测量位置 亦可用于直齿轮齿向的测量 调整仪器如图 4 2 所示状态 注意指示表指针压缩大约在指示范 围中间 但不一定要对准零位 测量时 拨动提升手柄使测头从轮 齿间抬起退出 转动被测齿轮一个齿 将测头放入另一个齿间 此 时算完成了一个测量位置 照此逐齿测量一周 记下每次指示表读 数 一周中指示表指针最大变动范围即为齿圈径向跳动 Fr 2 2 齿轮径向综合误差齿轮径向综合误差 Fi 的测的测 量量 齿轮径向综合误差 Fi 与径向一 齿综合误差 fi 用双面啮合综合检查仪 测量 它能测量 圆柱齿轮 圆锥齿轮和蜗轮副 双面 啮合综合检查仪的外形如图 4 3 所示 其测量范围 模数为 1 10mm 中心距为 50 300mm 仪器的底座 1 上安放着浮动滑板 2 和 固定滑板 3 浮动滑板 2 与刻度尺 4 连接 它受压缩弹簧作用 使两 齿轮紧密啮合 双面啮合 浮动滑板 2 的位置用凸轮 10 控制 固定 滑板 3 与游标尺 5 连接 它用手轮 6 调整位置 仪器的读数由指示 图 4 3 双面啮合综合检查仪 表 11 标示 12 15 为记录装置 理想精确的测量齿轮安装在固定滑板 3 的心轴上 被测齿轮安 装在浮动滑板 2 上 由于被测齿轮存在各种误差 如基节偏差 周 节偏差 齿圈径向跳动和齿形误差等 这两个齿轮转动时 使双啮 中心距变动 变动量通过浮动滑板 2 的移动传递到指示表 11 读出数 据 或者由记录器绘出连续曲线 3 3 齿轮齿距偏差齿轮齿距偏差 f fpt pt和齿距累积误差和齿距累积误差 F FP P的测量的测量 fpt和 Fp的测量方法有相对测量法和绝对测量法 用相对测 量时 首先以被测齿轮任意两相邻 之间的实际齿距作为基准齿距调整 仪器 然后按顺序测量各相邻的实 际齿距相对于基准齿距之差 称为 相对齿距差 各相对齿距差与相对 齿距差平均值之代数差 即为齿距 偏差 取其中绝对值最大作为被测 齿轮的齿距偏差 fpt 将它们逐个累积 即可求得被测齿轮的齿距 累积误差 Fp fpt 和 Fp 可用图 4 4 所示的齿距检测仪 周节仪 进行相对 测量 其分度值为 0 005mm 可测量模数为 3 15mm 中等精度的齿轮 测量时 两个定位支脚靠紧齿顶圆定位 活动测量头的位移通过杠 杆传给指示表 测量时根据被测齿轮模数 调整齿距仪的固定测量 头 9 并用螺钉锁紧 调节定位支脚 使测量头 8 9 位于齿高中部的 图 4 4 齿距检测仪 同一个圆周上 并与两同侧齿面相接触且相接触且指示表 5 的指针 压约一圈 锁紧螺钉 旋转表壳使指针对零 以此实际齿距作为基 准齿距 逐齿测量每个实际齿距相对于基准齿距的偏差 列表记录 读数 4 4 齿厚偏差齿厚偏差 E Es s的测量的测量 对于中等精度以下的齿轮的齿厚偏差 Es的测量 通常采用游 标式或光学式齿厚卡尺一齿顶圆为定位基准进行 由于测量弧齿厚度比较困难 通常都是以测量齿轮的弦齿厚偏 差代替弧齿偏差 直齿圆柱的公称分度圆弧齿厚 s 和弦齿高 h 可按 下式计算 m 1 h a h 2 z cos 2z 4 6 mzsin s 2z 4 7 式中 m 为模数 z 为齿数 为齿高系数 正常取 1 a h 因齿顶圆直径存在加工误差 为消除其对测量的影响 用实际 弦齿高代替理论弦齿高 即 H实 m 1 1 cos De 2 2 z 2z e D 4 8 式中 De为公称齿顶圆直径 D e为 实测齿高顶圆直径 测量齿厚所用的齿轮游标卡尺的结构 图 4 5 齿轮游标卡尺 如图 4 5 所示 它主要由两条互相垂直的刻线尺组成 垂直尺 1 用以 确定弦齿高 水平尺 2 用以测量弦齿厚 分度值均为 0 02mm 测量 模数为 m 1 16mm 5 5 公法线平均长度偏差公法线平均长度偏差 E Ew w和公法线长度变动和公法线长度变动 F Fw w的测量的测量 公法线长度可用公法线千分尺 如图 4 6 测量 测量公法线长 度时 要求测量器具的两平行测量面与被测齿轮的异齿面在分度圆 附近相切 对于齿形压力角 20 的齿轮 按 k z 9 0 5 选择跨齿 数 k 取整数 四舍五入 在被测齿轮圆周上均匀分布的六个位置测得相应的公法线长度 值 其最大差值即为公法线长度变动值 即 Fw Wmax Wmin 各 公法线长度的平均值与公称值之差即为公法线平均长度偏差 Ew Ew Wk 实测 Wk 公称 1 6 6 1i 4 9 Wk 公称 mcos k 0 5 zinv 2xmsin 6 6 基节偏 基节偏 差差 f fpb pb的测量的测量 基节偏 差是指被测齿轮的实际基节与公差基节之差 而实际基节是指基圆 柱切平面所截两相邻同侧齿面的交线之间的法向距离 因此测量基 a b 图 4 6 公法线千分尺测量示意图 节的仪器或量具应能满足这样的条件 即其测量头两同齿面接触点 的连线应该就是齿面的法线 图 4 7 a 就是根据这种条件而设计 的点线式基节检查仪的外形图 测量时 由螺钉调节固定爪的左右 位置 此时辅助支承爪也一起移动 用螺钉锁紧固定量爪 螺钉用 来调节辅助支承量爪的距离 圆弧形活动量爪用以感受尺寸变化 并通过杠杆在指