公差实验指导书.doc

实验一：用投影立式光学计测量外径一、实验目的：1、学习光学计的结构原理和使用方法2、掌握测量外径的方法3、学习直接测量结果的处理方法二、实验内容:1、对一圆柱零件部位进行多次（10次）重复测量，并计算测量结果2、根据轴件的尺寸和形状公差，作出适用性结论三、仪器和测量原理:投影立式光学计（图1-1）是一种精度较高而结构简单的常用光学量仪。用量块作为长度基准，用相对测量方法来测量各种工件的外形尺寸。图 1-1 投影立式光学计 图 1-2 投影立式光学计的光学系统图 1 投影灯 2 螺钉 3 支柱 4 零位微动螺钉 5 主柱 6 横臂固定螺钉 7 横臂 8 微动偏心手轮 9 测帽提升器 10 工作台调整螺钉 11 工作台12 变压器 13 测帽 14 光管 15 微动托圈固定螺钉 16 光管定位螺钉 17 微动托圈 光学计是利用光线反射现象产生放大作用（即光学杠杆放大原理）进行测量的仪器。光学杠杆变换是利用光路方向变化，将测杆的位移转换为标尺影象的位移。测量管 14 插入仪器主体横臂 7 内，测量管内装有准直物镜、平面反光镜及光学杠杆放大系统的测量杆，测帽 13 装在测量杆上，测量杆上、下移动时，使其上端的钢珠顶起平面反光镜倾斜一个角，其平面反光镜与测量杆由两个抗拉弹簧牵制，对被测件有一定的压力。测量杆的上下升降是借助于测帽提升器 9 的杠杆作用而实现的。测帽提升器 9 上有一个滚花螺钉，可调节其上升的距离，以便将工件方便地推入测帽下端，并靠两个抗拉弹簧的压力使测帽与被测件良好地接触。投影灯 1 安装在光学计管顶端的支柱上，并用固定螺钉固紧，其电源线接在 6V 的低压变压器上，照明灯的功率是 6V15W，投影下端装有滤色片组，也可根据需要将滤色片组拧下来获得白光照明。工作台在形状上有大小和平面与带筋面之分，在应用时又有固定式与调整式之分，在测量前应根据被测件的表面形状对工作台进行选择使测量的接触面最小。对于可调整的工作台还应对其进行较对使工作台平面与测帽平面保持平行。2. 立式光学计的测量原理 投影立式光学计的测量原理如图 1-2 所示。由白炽灯泡 1 发出的光线经聚光镜 2 和滤色片 6 ，再通过隔热玻璃 7 照明分划板 8 的刻线面，再通过反射棱镜 9 后射向准直物镜 12 。由于分划板 8 的刻线面置于准直物镜 12 的聚焦平面上，所以成像光束通过准直物镜 12 后成为一束平行光入射到平面反光镜 13 上，根据自准直原理，分划板刻线的像被平面反光13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 和反光镜 5成像在投影屏 10 上，通过读数放大镜 11 观察投影屏 10 上的刻线像。所谓自准直原理如图 1-3 所示。在图 1 -3a 中，位于物镜焦点上的物体（目标） C 发出的光线经物镜折射后成为一束平行于主光轴（一条没有经过折射的光线称主光轴）的平行光束。光线前进若遇到一块与主光轴相垂直的平面反射镜，则仍按原路反射回来，经物镜后光线仍会聚在焦点上，并造成目标的实像 C 与目标 C 完全重合。若使平面反射镜对主光轴偏转一个微小角度（如图 1-3b 所示）则平面反射镜镜面的法线也转过角，所以反射光线就转过 2 角。反射光线经物镜后，会聚于焦平面上的 C 点， C 点是目标 C 的像，与 C 点的距离为 L ，从图上可知：L=f tg2 式中： f 物镜的焦距。 图 1-3 自准直原理 平面反射镜偏转角度愈大，则像 C 偏离目标 C 的距离 L 也愈大，这样，可用目标像 C 的位置偏离值来确定平面反射镜的偏转角度，这就是自准直原理。若在主光轴的轴线上安装一个活动的测量杆，如图 1-3b 所示，测量杆 2 的一端与平面反射镜 1 接触，同时平面反射镜可绕支轴 M 摆动。如果测量杆 2 发生移动，就推动了平面反射镜 1 围绕支轴 M 摆动测量杆 2 的移动量 S 与平面反射镜1 的摆动偏转角的关系是正切关系，由图可知：S=a tg 式中 a 测量杆至支轴 M 的距离，称为臂长。通过一块平面反射镜把正切杠杆机构与自准直系统联系在一起，这样，测量杆 1 作微量位移s,推动了平面反射镜 2 偏转角，于是目标像 C移动了距离 l 。只要把 l 测量出来，就可以求出测量杆 1 的移动量 S，这就是光学计管的工作原理。目标像的移动量 L 与测量杆的移动量 S 的比值叫做光学计管的光学杠杆放大比，用 K 表示则 K=L/S= 当很小，可取 tg2 2 ， tg ，简化而得：K= 2f /a 一般光学计管的物镜焦距 f= 200mm ，臂长 a= 5mm ，代入上式得：K=2 200/5=80 倍 因此，光学计的光学杠杆放大比为 80 倍，当测量杆移动 1 m 时，目标像就移动了 80 m 。为了测出目标像 C 的移动将目标 C 做成分度尺形式。分度尺的分度值为 0.001mm ，因此它的刻度间隔为：0.001 K=0.001 80=0.008mm 分度尺共有 100 个刻度，其示值范围为 0.1mm 。 分度尺的像通过一个目镜来观察，目镜的放大倍数为 12 倍。这样，光学计管的总放大倍数为 12K=960 倍。也就是说当测量杆位移1 m 时，经过 960 倍的放大，相当在明视距离下看到的刻线移动了将近 1mm 。四、测量步骤：1、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。图1-4球形测帽2、按被测件的基本尺寸组合量块。图1-5测量被测件的尺寸 图1-6按被测件的基本尺寸组合量块3、调整仪器零位：将组合好的干净量块放在工作台上，将横臂7下降，使测量帽与量块接触，知道投影屏上出现分划板刻线召时，固紧螺钉6，松开横臂7前的胶木螺15，转动微动手轮8，是刻线零位与指标线重合，紧固15，零位如有所偏移，需调节螺丝6，并多次拨动测帽提升器，直到刻线象零位与指标线严格重合后，才可进行测量。图1-7量块的放置4、取下量块，将被测件放在工作台上缓慢来回滚动，记下刻尺上最大值（转折点），在一个零件同一部件重复10次测量，逐次记下所测数据。图1-8被测工件的放置5、计算测量结果，得出适用性结论。实验五 平面度测量 一、实验目的：1、通过对平面度的数据处理掌握符合最小条件的基面转换方法。二、实验内容：1、用平板，百分表，表架，千斤顶等设备测量平面度。三、测量步骤：1、测取数据：（1）把被测工件擦洗干净，用三个千斤顶支撑在测量平板上，（2）移动表架，调整三个支撑的千斤顶，使1、2两点调零，3、4两点基本调平，（3）按照一定均布的栅格用百分表测出每个栅格的一点读数。2、数据处理： 三点法：以实际被测要素上任意选定的三点所构成的平面作为评定基准，并以平行于此基准平面的两包容平面之间的最小距离作为平面度误差值（用三点法评定平面度误差时，为了减少数据处理的麻烦，测量时往往在被测表面上将不在同一直线上且相距较远的任意三点调成与基准平板等高，然后取各测得值中的最大值与最小值之差作为平面度误差值）。 对角线法：以通过实际被测要素的一条对角线的两端点的连线，且平行于另一条对角线的两端点连线的平面作为评定基准，并以平行于此基准平面的两包容平面之间的最小距离作为平面度误差值。 最小包容区域法：两平行包容平面与实际被测要素的接触状态符合以下三种准则之一时，此两平行平面之间的距离为平面度误差值。 a. 三角形准则：一个最高（低）点的投影落在由三个等值最低（高）点所组成的三角形内。 b. 交叉准则：两个等值最高（低）点的投影分布在两个等值最低（高）点连线的两侧 c. 直线准则：一个最高（低）点的投影位于两个等值最低（高）点的连线上。上述几种评定平面度误差的方法，其评定基准不是相同的，因此评定基准不是固定不变的，它相对于被测表面的位置是人为规定的。因此在相同条件下，相同的测点上，由于选择的评定基准位置不同，可能获得的平面度误差值也不相同。如对评定结果有争议时，其误差值应按最小包容区域法来评定。 图 2-1最小包容区域的判断 高级点 低极点例如：用打表法测量一块 350 350 的平板，如图 2-2 所示，各测点的读数值如图 2-3 所列，用最小包容区域法求平面度误差值如图 2-4 所示。 图 2-2 平面度误差测量 a 1 a 2 a 3 b 1 b 2 b 3 c 1 c 2 c 3 = 0 +15 +7 -12 +20 +4 +5 -10 +0 图 2-3 测量数据 用最小包容区域法求平面度误差值： +7 -7 0 + 15 +7 -12 + 20 +4 +5 - 10 +2 +7 +15 0 -5 +20 -3 +12 -10 -5 -5 +5 +2 +10 -5 -5 +20 -3 -17 -5 0 图 2-4 数据处理 经两次坐标变换后，符合三角形准则，故平面度误差值为： f= +20-(-5) =25 四、 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?实验二 电动轮廓仪测量表面粗糙度1 实验目的 了解电动轮廓仪的结构并熟悉其使用方法。 熟悉用针描法测量表面粗糙度的原理。 加深对表面粗糙度的评定参数中的轮廓算术平均偏差Ra和微观不平度十点高度的理解。2 测量原理测量工件表面粗糙度时，将传感器放在工件被测表面上，由仪器内部的驱动机构带动传感器沿被测表面做等速滑行，传感器通过内置的锐利触针感受被测表面的粗糙度，此时工件被测表面的粗糙度引起触针产生位移，该位移使传感器电感线圈的电感量发生变化，从而在相敏整流器的输出端产生与被测表面粗糙度成比例的模拟信号，该信号经过放大及电平转换之后进入数据采集系统，DSP芯片将采集的数据进行数字滤波和参数计算，测量结果在液晶显示器上读出。表面粗糙度对零件使用性能的影响（1）对摩擦和磨损的影响表面越粗糙，摩擦系数越大，两相对表面运动时，磨损越快。（2）对配合性质的影响如果是间隙配合，磨损后，间隙增大；如果是过盈配合，由于峰值的存在，压入后，过盈量不足。（3）对疲劳强度的影响表面越粗糙，凹谷越深，应力集中越严重，容易产生疲劳破坏。（4）对接触刚度的影响表面越粗糙，峰值越大，实际接触面小，单位面积受力增加。（5）对耐腐蚀性能的影响表面越粗糙容易将腐蚀物存于谷中，造成对工件表面的腐蚀。表面粗糙度主要评定参数（1）轮廓算术平均偏差Ra 在取样长度内，轮廓上的点到基准线距离 （偏距）绝对值的算术平均值。 近似为 在实际测量中，n为有效数，测量次数越多，Ra越准确。Ra越大，表面越粗糙。（2）微观不平度十点高度Rz 在取样长度l内，被测表面5个最大轮廓峰高的平均值与5个最大轮廓的谷深的平均值之和。如图4-6所示。 Rz和Ra比较，测点少，故Ra更客观反映工件的表面实际情况。（3）轮廓最大高度Ry 在取样长度内，轮廓最高峰和轮廓最低谷之间的距离。如图2-2所示。 图2-2Ry=Rp+Rm在三个评定参数中，Ra最能客观反映工的表面实际情况，常用表示零件表面粗糙度。本实验用针描法针描法又称感触法，是一种接触式测量表面粗糙度的方法。测量仪器为电动轮廓仪，如图2-3所示。 这样重复测量10次。6 思考题 评定表面粗糙度时表面轮廓的幅度特征参数有哪两个?实验三 齿轮齿圈径向跳动误差测量一、实验目的 学会在跳动仪上测量齿轮的齿圈径向跳动。 理解齿圈径向跳动的实际含义。二、实验设备齿轮跳动检查仪三、实验原理齿轮测量仪的工作原理：齿圈的径向跳动Fr为侧头相对于齿轮线的最大变动量。为此，齿圈径向跳动的检查是用具有原始齿条齿形的测量头进行。检验时，将被检齿轮固定在仪器两顶针间，把具有原始齿轮轴线的最大变动量即为Fr。图为本仪器的工作原理示意图： 仪器结构示意图：安置在仪器底座16上的台面15，可用胶木手轮1通过齿条传动机构作纵向移动，并借助胶木螺母2固定。在台面上的左右顶针架4、12可沿台面上的基面作纵向移动，可用胶木螺母14固定。顶针3松开胶木螺钉10后可在顶针架孔内移动。在右顶针架12上还可用胶木螺钉11紧固顶针3后借助于手柄13作弹簧顶针用。转动升降螺母5，可使测量座19连同测量支架8和千分表7沿立柱6上下移动。使侧头与被测表面接触或离开。并用胶木螺钉20使之固定在适当的部位。松开紧固螺钉17测量支架8可相对于测量座在垂直平面内作900的转动。表架23可利用手柄21抬起或放下。1.胶木手柄 2.胶木螺帽 3.顶针 4.左顶针架 5.升降螺帽 6.立柱 7.千分表 8.测量支架 9.测量头 10.胶木螺钉 11.M4胶木螺钉 12.右顶针架 13.手柄 14.胶木螺帽 15.台面 16.底座 17.紧固螺钉 18.指标块 19.测量座 20.胶木螺钉 21.手柄 22.螺钉 23.表架 24.接头附件： 1.直角杠杆：供测端面跳动。2.扳手：供装拆侧头。3.球形测量头：供直角和水平杠杆用。4.接头：供接长圆锥测量头。5.圆锥测量头：供测200压力家，模数1-6mm齿轮。6.千分表球形测量头：供测圆柱或圆锥径向跳动。7.水平杠杆：供测内齿和齿轮及内孔径向跳动。使用直角和水平杠杆时，可用螺杆22将其固定在测量支架8上。四、实验步骤（一）被测工件的安装：1被测工件的心轴长短、操作的方便性，预先将左顶尖架4固定在台面15适当的位置上，并使顶针固定。2.按工件心轴尺寸调整右顶针架12位置，是其在使用弹簧顶针顶住心轴中心孔时，松紧适当，无轴向窜动。在进行上述工作时，应注意使顶针伸出顶针座孔部分尽量小些。3.测齿轮跳动时，采用相应圆锥测量头。根据被测工件直径转动升降螺帽5使测量座上下移动，从而使千分表圆锥测量头与工件被测两齿侧面间接触获得一定的压缩量。校准千分表刻度盘零位与指针重合。（二）测量齿轮的齿圈径向跳动。1.每测完一齿，读出千分表上示值后，可利用手柄21抬起圆锥测量头。再用手转过一齿。重复放下圆锥测量头，进行读数。在每次放下圆锥测量头时，测量头和两齿测量应充分接触。2.测完一周后，其最大与最小示值差即为齿轮的齿圈径向跳动公差Fr.3. 根据齿轮的技术要求，查出齿圈径向跳动公差Fr。按判断合格性。五、 思考题 从所测齿圈径向跳动的坐标图上，分析误差产生的原因? 齿轮的模数不同，为何要选用不同直径的球形测头或圆柱？实验三（2） 齿轮齿厚偏差测量1 目的与要求 学会用齿轮游标卡尺测量齿厚的方法。 理解齿厚偏差的实际含义和作用。2 测量原理图4.9 弦齿高与弦齿厚弦齿高 弦齿顶圆直径偏差齿厚 分度圆直径 齿顶圆公称直径 齿顶圆实际直径 齿顶圆直径偏差齿厚偏差是在分度圆柱面上，法向齿厚的实际值与公称值之差。对斜齿轮是指法向齿厚，对直齿轮是指端面齿厚。分度圆上弧齿厚不好测量，就用分度圆上弦齿厚来评定齿厚偏差。理论上应以齿轮旋转中心找分度圆，实际测量时，多根据实际齿顶圆来找分度圆，即测量弦齿高处的弦齿厚偏差(图4.9)。当齿顶圆的直径为公称值d。时，直齿圆柱齿轮的分度圆上弦齿高和弦齿厚按下式计算：时式中 m模数z齿数a齿形角f齿顶高系数x变位系数齿顶高减低系数对于斜齿圆柱齿轮，应以当量齿数()和法向参数mn、an、xn、分别代替z、m、a、x、，代入上列式中计算。分度圆螺旋角。图410 游标齿厚卡尺1、2刻线尺 3定位尺 4，5卡脚 6螺母 7，8，蝇钉当齿顶圆的直径为实际值时，即齿顶圆直径偏差时，要用实际弦齿高代替，代入上列式中，才能找到分度圆上的弦齿厚。3 仪器简介测量齿厚用齿厚卡尺，一般用游标齿厚卡尺，见图4.10，测量范围为模数m=118mm；游标尺分度值i=0.02mm。它由两条互相垂直的刻线尺组成，竖尺1用以确定弦齿高，横尺2用以测量弦齿厚，靠游标尺估读小数。还有的用光学齿厚卡尺测量，它是靠光学刻线尺读数。4 操作步骤用千分尺测出齿顶圆的实际直径，求出实际偏差，计算分度圆处弦齿高和弦齿厚。对于标准齿轮，可利用表4-2。表4-2 标准齿轮分度园上的弦尺厚和弦尺高齿数Z弦齿厚S弦齿高ha齿数Z弦齿厚S弦齿高ha齿数Z弦齿厚S弦齿高ha151.56791.0411321.57021.0193491.57051.0126161.56831.0385331.57021.0187501.57051.0123171.56861.0362341.57021.0181511.57061.0121181.56881.0342351.57021.0176521.57061.0119191.56901.0324361.57031.0171531.57061.0117201.56921.0308371.57031.0167541.57061.0114211.56941.0294381.57031.0162551.57061.0112221.56951.0281391.57041.0158561.57061.0110231.56961.0268401.57041.0154571.57061.0108241.56971.0257411.57041.0150581.57061.0106251.56981.0247421.57041.0147591.57061.0104261.56981.0237431.57051.0143601.57061.0102271.56991.0228441.57051.0140611.57061.0101281.57001.0220451.57051.0137621.57061.0100291.57001.0213461.57051.0134631.57061.0098301.57011.0205471.57051.0131641.57061.0097311.57011.0199481.57051.0129651.57061.0095 照图4-10，松开螺钉7、8、9、10。移动竖尺上游标定位尺3，按实际弦齿高()，粗凋竖尺上的游标，拧紧螺钉10。微动螺母6，对准读数，再拧紧螺钉9。 将齿厚卡尺放在齿轮上，使定位尺与齿顶接触。移动横尺上游标，使测头4和5紧紧夹住齿面，而定位尺与齿顶处接触又未分开(凭透光判断)，则拧紧螺钉8。从横尺游标上读出弦齿厚的实际值，即可得出该齿的齿厚实际偏差。 在齿轮圆周三等分处测量三齿的齿厚偏差，用以代表齿轮各齿的齿厚实际偏差。 根据齿轮的技术要求，查出齿厚的上偏差Ess,和下偏差Esi，按判断合格性。5 思考题 齿厚卡尺测量齿厚是以齿顶圆定位的。如顶圆对齿轮的基准轴线有径向跳动，对所测齿厚有何影响?采取什么措施才能保证验收质量? 测量齿厚之目的是什么?如测出齿轮的齿厚偏差正值，是否