公差實驗指導(dǎo)書.doc

實驗一：用投影立式光學(xué)計測量外徑一、實驗?zāi)康模?、學(xué)習(xí)光學(xué)計的結(jié)構(gòu)原理和使用方法2、掌握測量外徑的方法3、學(xué)習(xí)直接測量結(jié)果的處理方法二、實驗內(nèi)容:1、對一圓柱零件部位進行多次（10次）重復(fù)測量，并計算測量結(jié)果2、根據(jù)軸件的尺寸和形狀公差，作出適用性結(jié)論三、儀器和測量原理:投影立式光學(xué)計（圖1-1）是一種精度較高而結(jié)構(gòu)簡單的常用光學(xué)量儀。用量塊作為長度基準(zhǔn)，用相對測量方法來測量各種工件的外形尺寸。圖 1-1 投影立式光學(xué)計 圖 1-2 投影立式光學(xué)計的光學(xué)系統(tǒng)圖 1 投影燈 2 螺釘 3 支柱 4 零位微動螺釘 5 主柱 6 橫臂固定螺釘 7 橫臂 8 微動偏心手輪 9 測帽提升器 10 工作臺調(diào)整螺釘 11 工作臺12 變壓器 13 測帽 14 光管 15 微動托圈固定螺釘 16 光管定位螺釘 17 微動托圈 光學(xué)計是利用光線反射現(xiàn)象產(chǎn)生放大作用（即光學(xué)杠桿放大原理）進行測量的儀器。光學(xué)杠桿變換是利用光路方向變化，將測桿的位移轉(zhuǎn)換為標(biāo)尺影象的位移。測量管 14 插入儀器主體橫臂 7 內(nèi)，測量管內(nèi)裝有準(zhǔn)直物鏡、平面反光鏡及光學(xué)杠桿放大系統(tǒng)的測量桿，測帽 13 裝在測量桿上，測量桿上、下移動時，使其上端的鋼珠頂起平面反光鏡傾斜一個角，其平面反光鏡與測量桿由兩個抗拉彈簧牽制，對被測件有一定的壓力。測量桿的上下升降是借助于測帽提升器 9 的杠桿作用而實現(xiàn)的。測帽提升器 9 上有一個滾花螺釘，可調(diào)節(jié)其上升的距離，以便將工件方便地推入測帽下端，并靠兩個抗拉彈簧的壓力使測帽與被測件良好地接觸。投影燈 1 安裝在光學(xué)計管頂端的支柱上，并用固定螺釘固緊，其電源線接在 6V 的低壓變壓器上，照明燈的功率是 6V15W，投影下端裝有濾色片組，也可根據(jù)需要將濾色片組擰下來獲得白光照明。工作臺在形狀上有大小和平面與帶筋面之分，在應(yīng)用時又有固定式與調(diào)整式之分，在測量前應(yīng)根據(jù)被測件的表面形狀對工作臺進行選擇使測量的接觸面最小。對于可調(diào)整的工作臺還應(yīng)對其進行較對使工作臺平面與測帽平面保持平行。2. 立式光學(xué)計的測量原理 投影立式光學(xué)計的測量原理如圖 1-2 所示。由白熾燈泡 1 發(fā)出的光線經(jīng)聚光鏡 2 和濾色片 6 ，再通過隔熱玻璃 7 照明分劃板 8 的刻線面，再通過反射棱鏡 9 后射向準(zhǔn)直物鏡 12 。由于分劃板 8 的刻線面置于準(zhǔn)直物鏡 12 的聚焦平面上，所以成像光束通過準(zhǔn)直物鏡 12 后成為一束平行光入射到平面反光鏡 13 上，根據(jù)自準(zhǔn)直原理，分劃板刻線的像被平面反光13射后，再經(jīng)準(zhǔn)直物鏡 12 被反射棱鏡 9 反射成像在投影物鏡 4 的物平面上，然后通過投影物鏡 4 ，直角棱鏡 3 和反光鏡 5成像在投影屏 10 上，通過讀數(shù)放大鏡 11 觀察投影屏 10 上的刻線像。所謂自準(zhǔn)直原理如圖 1-3 所示。在圖 1 -3a 中，位于物鏡焦點上的物體（目標(biāo)） C 發(fā)出的光線經(jīng)物鏡折射后成為一束平行于主光軸（一條沒有經(jīng)過折射的光線稱主光軸）的平行光束。光線前進若遇到一塊與主光軸相垂直的平面反射鏡，則仍按原路反射回來，經(jīng)物鏡后光線仍會聚在焦點上，并造成目標(biāo)的實像 C 與目標(biāo) C 完全重合。若使平面反射鏡對主光軸偏轉(zhuǎn)一個微小角度（如圖 1-3b 所示）則平面反射鏡鏡面的法線也轉(zhuǎn)過角，所以反射光線就轉(zhuǎn)過 2 角。反射光線經(jīng)物鏡后，會聚于焦平面上的 C 點， C 點是目標(biāo) C 的像，與 C 點的距離為 L ，從圖上可知：L=f tg2 式中： f 物鏡的焦距。 圖 1-3 自準(zhǔn)直原理 平面反射鏡偏轉(zhuǎn)角度愈大，則像 C 偏離目標(biāo) C 的距離 L 也愈大，這樣，可用目標(biāo)像 C 的位置偏離值來確定平面反射鏡的偏轉(zhuǎn)角度，這就是自準(zhǔn)直原理。若在主光軸的軸線上安裝一個活動的測量桿，如圖 1-3b 所示，測量桿 2 的一端與平面反射鏡 1 接觸，同時平面反射鏡可繞支軸 M 擺動。如果測量桿 2 發(fā)生移動，就推動了平面反射鏡 1 圍繞支軸 M 擺動測量桿 2 的移動量 S 與平面反射鏡1 的擺動偏轉(zhuǎn)角的關(guān)系是正切關(guān)系，由圖可知：S=a tg 式中 a 測量桿至支軸 M 的距離，稱為臂長。通過一塊平面反射鏡把正切杠桿機構(gòu)與自準(zhǔn)直系統(tǒng)聯(lián)系在一起，這樣，測量桿 1 作微量位移s,推動了平面反射鏡 2 偏轉(zhuǎn)角，于是目標(biāo)像 C移動了距離 l 。只要把 l 測量出來，就可以求出測量桿 1 的移動量 S，這就是光學(xué)計管的工作原理。目標(biāo)像的移動量 L 與測量桿的移動量 S 的比值叫做光學(xué)計管的光學(xué)杠桿放大比，用 K 表示則 K=L/S= 當(dāng)很小，可取 tg2 2 ， tg ，簡化而得：K= 2f /a 一般光學(xué)計管的物鏡焦距 f= 200mm ，臂長 a= 5mm ，代入上式得：K=2 200/5=80 倍 因此，光學(xué)計的光學(xué)杠桿放大比為 80 倍，當(dāng)測量桿移動 1 m 時，目標(biāo)像就移動了 80 m 。為了測出目標(biāo)像 C 的移動將目標(biāo) C 做成分度尺形式。分度尺的分度值為 0.001mm ，因此它的刻度間隔為：0.001 K=0.001 80=0.008mm 分度尺共有 100 個刻度，其示值范圍為 0.1mm 。 分度尺的像通過一個目鏡來觀察，目鏡的放大倍數(shù)為 12 倍。這樣，光學(xué)計管的總放大倍數(shù)為 12K=960 倍。也就是說當(dāng)測量桿位移1 m 時，經(jīng)過 960 倍的放大，相當(dāng)在明視距離下看到的刻線移動了將近 1mm 。四、測量步驟：1、選擇測帽：測平面或圓柱面用球形測帽，測小于10mm的圓柱面用刀口形測帽，測球面用平測帽。圖1-4球形測帽2、按被測件的基本尺寸組合量塊。圖1-5測量被測件的尺寸 圖1-6按被測件的基本尺寸組合量塊3、調(diào)整儀器零位：將組合好的干凈量塊放在工作臺上，將橫臂7下降，使測量帽與量塊接觸，知道投影屏上出現(xiàn)分劃板刻線召時，固緊螺釘6，松開橫臂7前的膠木螺15，轉(zhuǎn)動微動手輪8，是刻線零位與指標(biāo)線重合，緊固15，零位如有所偏移，需調(diào)節(jié)螺絲6，并多次撥動測帽提升器，直到刻線象零位與指標(biāo)線嚴(yán)格重合后，才可進行測量。圖1-7量塊的放置4、取下量塊，將被測件放在工作臺上緩慢來回滾動，記下刻尺上最大值（轉(zhuǎn)折點），在一個零件同一部件重復(fù)10次測量，逐次記下所測數(shù)據(jù)。圖1-8被測工件的放置5、計算測量結(jié)果，得出適用性結(jié)論。實驗五 平面度測量 一、實驗?zāi)康模?、通過對平面度的數(shù)據(jù)處理掌握符合最小條件的基面轉(zhuǎn)換方法。二、實驗內(nèi)容：1、用平板，百分表，表架，千斤頂?shù)仍O(shè)備測量平面度。三、測量步驟：1、測取數(shù)據(jù)：（1）把被測工件擦洗干凈，用三個千斤頂支撐在測量平板上，（2）移動表架，調(diào)整三個支撐的千斤頂，使1、2兩點調(diào)零，3、4兩點基本調(diào)平，（3）按照一定均布的柵格用百分表測出每個柵格的一點讀數(shù)。2、數(shù)據(jù)處理： 三點法：以實際被測要素上任意選定的三點所構(gòu)成的平面作為評定基準(zhǔn)，并以平行于此基準(zhǔn)平面的兩包容平面之間的最小距離作為平面度誤差值（用三點法評定平面度誤差時，為了減少數(shù)據(jù)處理的麻煩，測量時往往在被測表面上將不在同一直線上且相距較遠的任意三點調(diào)成與基準(zhǔn)平板等高，然后取各測得值中的最大值與最小值之差作為平面度誤差值）。 對角線法：以通過實際被測要素的一條對角線的兩端點的連線，且平行于另一條對角線的兩端點連線的平面作為評定基準(zhǔn)，并以平行于此基準(zhǔn)平面的兩包容平面之間的最小距離作為平面度誤差值。 最小包容區(qū)域法：兩平行包容平面與實際被測要素的接觸狀態(tài)符合以下三種準(zhǔn)則之一時，此兩平行平面之間的距離為平面度誤差值。 a. 三角形準(zhǔn)則：一個最高（低）點的投影落在由三個等值最低（高）點所組成的三角形內(nèi)。 b. 交叉準(zhǔn)則：兩個等值最高（低）點的投影分布在兩個等值最低（高）點連線的兩側(cè) c. 直線準(zhǔn)則：一個最高（低）點的投影位于兩個等值最低（高）點的連線上。上述幾種評定平面度誤差的方法，其評定基準(zhǔn)不是相同的，因此評定基準(zhǔn)不是固定不變的，它相對于被測表面的位置是人為規(guī)定的。因此在相同條件下，相同的測點上，由于選擇的評定基準(zhǔn)位置不同，可能獲得的平面度誤差值也不相同。如對評定結(jié)果有爭議時，其誤差值應(yīng)按最小包容區(qū)域法來評定。 圖 2-1最小包容區(qū)域的判斷 高級點 低極點例如：用打表法測量一塊 350 350 的平板，如圖 2-2 所示，各測點的讀數(shù)值如圖 2-3 所列，用最小包容區(qū)域法求平面度誤差值如圖 2-4 所示。 圖 2-2 平面度誤差測量 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 圖 2-3 測量數(shù)據(jù) 用最小包容區(qū)域法求平面度誤差值： +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 圖 2-4 數(shù)據(jù)處理 經(jīng)兩次坐標(biāo)變換后，符合三角形準(zhǔn)則，故平面度誤差值為： f= +20-(-5) =25 四、 思考題測量基準(zhǔn)和評定基準(zhǔn)是如何確定的，能否采用評定基準(zhǔn)進行測量?實驗二 電動輪廓儀測量表面粗糙度1 實驗?zāi)康?了解電動輪廓儀的結(jié)構(gòu)并熟悉其使用方法。 熟悉用針描法測量表面粗糙度的原理。 加深對表面粗糙度的評定參數(shù)中的輪廓算術(shù)平均偏差Ra和微觀不平度十點高度的理解。2 測量原理測量工件表面粗糙度時，將傳感器放在工件被測表面上，由儀器內(nèi)部的驅(qū)動機構(gòu)帶動傳感器沿被測表面做等速滑行，傳感器通過內(nèi)置的銳利觸針感受被測表面的粗糙度，此時工件被測表面的粗糙度引起觸針產(chǎn)生位移，該位移使傳感器電感線圈的電感量發(fā)生變化，從而在相敏整流器的輸出端產(chǎn)生與被測表面粗糙度成比例的模擬信號，該信號經(jīng)過放大及電平轉(zhuǎn)換之后進入數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，DSP芯片將采集的數(shù)據(jù)進行數(shù)字濾波和參數(shù)計算，測量結(jié)果在液晶顯示器上讀出。表面粗糙度對零件使用性能的影響（1）對摩擦和磨損的影響表面越粗糙，摩擦系數(shù)越大，兩相對表面運動時，磨損越快。（2）對配合性質(zhì)的影響如果是間隙配合，磨損后，間隙增大；如果是過盈配合，由于峰值的存在，壓入后，過盈量不足。（3）對疲勞強度的影響表面越粗糙，凹谷越深，應(yīng)力集中越嚴(yán)重，容易產(chǎn)生疲勞破壞。（4）對接觸剛度的影響表面越粗糙，峰值越大，實際接觸面小，單位面積受力增加。（5）對耐腐蝕性能的影響表面越粗糙容易將腐蝕物存于谷中，造成對工件表面的腐蝕。表面粗糙度主要評定參數(shù)（1）輪廓算術(shù)平均偏差Ra 在取樣長度內(nèi)，輪廓上的點到基準(zhǔn)線距離 （偏距）絕對值的算術(shù)平均值。 近似為 在實際測量中，n為有效數(shù)，測量次數(shù)越多，Ra越準(zhǔn)確。Ra越大，表面越粗糙。（2）微觀不平度十點高度Rz 在取樣長度l內(nèi)，被測表面5個最大輪廓峰高的平均值與5個最大輪廓的谷深的平均值之和。如圖4-6所示。 Rz和Ra比較，測點少，故Ra更客觀反映工件的表面實際情況。（3）輪廓最大高度Ry 在取樣長度內(nèi)，輪廓最高峰和輪廓最低谷之間的距離。如圖2-2所示。 圖2-2Ry=Rp+Rm在三個評定參數(shù)中，Ra最能客觀反映工的表面實際情況，常用表示零件表面粗糙度。本實驗用針描法針描法又稱感觸法，是一種接觸式測量表面粗糙度的方法。測量儀器為電動輪廓儀，如圖2-3所示。 這樣重復(fù)測量10次。6 思考題 評定表面粗糙度時表面輪廓的幅度特征參數(shù)有哪兩個?實驗三 齒輪齒圈徑向跳動誤差測量一、實驗?zāi)康?學(xué)會在跳動儀上測量齒輪的齒圈徑向跳動。 理解齒圈徑向跳動的實際含義。二、實驗設(shè)備齒輪跳動檢查儀三、實驗原理齒輪測量儀的工作原理：齒圈的徑向跳動Fr為側(cè)頭相對于齒輪線的最大變動量。為此，齒圈徑向跳動的檢查是用具有原始齒條齒形的測量頭進行。檢驗時，將被檢齒輪固定在儀器兩頂針間，把具有原始齒輪軸線的最大變動量即為Fr。圖為本儀器的工作原理示意圖： 儀器結(jié)構(gòu)示意圖：安置在儀器底座16上的臺面15，可用膠木手輪1通過齒條傳動機構(gòu)作縱向移動，并借助膠木螺母2固定。在臺面上的左右頂針架4、12可沿臺面上的基面作縱向移動，可用膠木螺母14固定。頂針3松開膠木螺釘10后可在頂針架孔內(nèi)移動。在右頂針架12上還可用膠木螺釘11緊固頂針3后借助于手柄13作彈簧頂針用。轉(zhuǎn)動升降螺母5，可使測量座19連同測量支架8和千分表7沿立柱6上下移動。使側(cè)頭與被測表面接觸或離開。并用膠木螺釘20使之固定在適當(dāng)?shù)牟课?。松開緊固螺釘17測量支架8可相對于測量座在垂直平面內(nèi)作900的轉(zhuǎn)動。表架23可利用手柄21抬起或放下。1.膠木手柄 2.膠木螺帽 3.頂針 4.左頂針架 5.升降螺帽 6.立柱 7.千分表 8.測量支架 9.測量頭 10.膠木螺釘 11.M4膠木螺釘 12.右頂針架 13.手柄 14.膠木螺帽 15.臺面 16.底座 17.緊固螺釘 18.指標(biāo)塊 19.測量座 20.膠木螺釘 21.手柄 22.螺釘 23.表架 24.接頭附件： 1.直角杠桿：供測端面跳動。2.扳手：供裝拆側(cè)頭。3.球形測量頭：供直角和水平杠桿用。4.接頭：供接長圓錐測量頭。5.圓錐測量頭：供測200壓力家，模數(shù)1-6mm齒輪。6.千分表球形測量頭：供測圓柱或圓錐徑向跳動。7.水平杠桿：供測內(nèi)齒和齒輪及內(nèi)孔徑向跳動。使用直角和水平杠桿時，可用螺桿22將其固定在測量支架8上。四、實驗步驟（一）被測工件的安裝：1被測工件的心軸長短、操作的方便性，預(yù)先將左頂尖架4固定在臺面15適當(dāng)?shù)奈恢蒙希⑹鬼斸樄潭ā?.按工件心軸尺寸調(diào)整右頂針架12位置，是其在使用彈簧頂針頂住心軸中心孔時，松緊適當(dāng)，無軸向竄動。在進行上述工作時，應(yīng)注意使頂針伸出頂針座孔部分盡量小些。3.測齒輪跳動時，采用相應(yīng)圓錐測量頭。根據(jù)被測工件直徑轉(zhuǎn)動升降螺帽5使測量座上下移動，從而使千分表圓錐測量頭與工件被測兩齒側(cè)面間接觸獲得一定的壓縮量。校準(zhǔn)千分表刻度盤零位與指針重合。（二）測量齒輪的齒圈徑向跳動。1.每測完一齒，讀出千分表上示值后，可利用手柄21抬起圓錐測量頭。再用手轉(zhuǎn)過一齒。重復(fù)放下圓錐測量頭，進行讀數(shù)。在每次放下圓錐測量頭時，測量頭和兩齒測量應(yīng)充分接觸。2.測完一周后，其最大與最小示值差即為齒輪的齒圈徑向跳動公差Fr.3. 根據(jù)齒輪的技術(shù)要求，查出齒圈徑向跳動公差Fr。按判斷合格性。五、 思考題 從所測齒圈徑向跳動的坐標(biāo)圖上，分析誤差產(chǎn)生的原因? 齒輪的模數(shù)不同，為何要選用不同直徑的球形測頭或圓柱？實驗三（2） 齒輪齒厚偏差測量1 目的與要求 學(xué)會用齒輪游標(biāo)卡尺測量齒厚的方法。 理解齒厚偏差的實際含義和作用。2 測量原理圖4.9 弦齒高與弦齒厚弦齒高 弦齒頂圓直徑偏差齒厚 分度圓直徑 齒頂圓公稱直徑 齒頂圓實際直徑 齒頂圓直徑偏差齒厚偏差是在分度圓柱面上，法向齒厚的實際值與公稱值之差。對斜齒輪是指法向齒厚，對直齒輪是指端面齒厚。分度圓上弧齒厚不好測量，就用分度圓上弦齒厚來評定齒厚偏差。理論上應(yīng)以齒輪旋轉(zhuǎn)中心找分度圓，實際測量時，多根據(jù)實際齒頂圓來找分度圓，即測量弦齒高處的弦齒厚偏差(圖4.9)。當(dāng)齒頂圓的直徑為公稱值d。時，直齒圓柱齒輪的分度圓上弦齒高和弦齒厚按下式計算：時式中 m模數(shù)z齒數(shù)a齒形角f齒頂高系數(shù)x變位系數(shù)齒頂高減低系數(shù)對于斜齒圓柱齒輪，應(yīng)以當(dāng)量齒數(shù)()和法向參數(shù)mn、an、xn、分別代替z、m、a、x、，代入上列式中計算。分度圓螺旋角。圖410 游標(biāo)齒厚卡尺1、2刻線尺 3定位尺 4，5卡腳 6螺母 7，8，蠅釘當(dāng)齒頂圓的直徑為實際值時，即齒頂圓直徑偏差時，要用實際弦齒高代替，代入上列式中，才能找到分度圓上的弦齒厚。3 儀器簡介測量齒厚用齒厚卡尺，一般用游標(biāo)齒厚卡尺，見圖4.10，測量范圍為模數(shù)m=118mm；游標(biāo)尺分度值i=0.02mm。它由兩條互相垂直的刻線尺組成，豎尺1用以確定弦齒高，橫尺2用以測量弦齒厚，靠游標(biāo)尺估讀小數(shù)。還有的用光學(xué)齒厚卡尺測量，它是靠光學(xué)刻線尺讀數(shù)。4 操作步驟用千分尺測出齒頂圓的實際直徑，求出實際偏差，計算分度圓處弦齒高和弦齒厚。對于標(biāo)準(zhǔn)齒輪，可利用表4-2。表4-2 標(biāo)準(zhǔn)齒輪分度園上的弦尺厚和弦尺高齒數(shù)Z弦齒厚S弦齒高ha齒數(shù)Z弦齒厚S弦齒高ha齒數(shù)Z弦齒厚S弦齒高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 照圖4-10，松開螺釘7、8、9、10。移動豎尺上游標(biāo)定位尺3，按實際弦齒高()，粗凋豎尺上的游標(biāo)，擰緊螺釘10。微動螺母6，對準(zhǔn)讀數(shù)，再擰緊螺釘9。 將齒厚卡尺放在齒輪上，使定位尺與齒頂接觸。移動橫尺上游標(biāo)，使測頭4和5緊緊夾住齒面，而定位尺與齒頂處接觸又未分開(憑透光判斷)，則擰緊螺釘8。從橫尺游標(biāo)上讀出弦齒厚的實際值，即可得出該齒的齒厚實際偏差。 在齒輪圓周三等分處測量三齒的齒厚偏差，用以代表齒輪各齒的齒厚實際偏差。 根據(jù)齒輪的技術(shù)要求，查出齒厚的上偏差Ess,和下偏差Esi，按判斷合格性。5 思考題 齒厚卡尺測量齒厚是以齒頂圓定位的。如頂圓對齒輪的基準(zhǔn)軸線有徑向跳動，對所測齒厚有何影響?采取什么措施才能保證驗收質(zhì)量? 測量齒厚之目的是什么?如測出齒輪的齒厚偏差正值，是否