互换性与技术测量实验指导书.doc

1、机械工程学院基础课部实验指导书宁夏大学机械工程学院2012 年 10 月目 录前 言1一、 公差与技术测量 2实验一 用自准直仪测量导轨直线度误差 .4实验二 用电感式轮廓仪测量表面粗糙度实验三 齿轮公法线平均长度偏差与公法线长度变动测量 .6实验四 齿轮齿距偏差与其累积误差的测量 .7前 言实验是理工科教育必不可少的教学内容，通过实验可帮助学生验证和巩固课堂知识，加深对课堂内容的理解，同时培养了学生的动手能力，增强感性认识。若是把实验方法、理念加以修正、更新，把验证型实验升级为综合型、设计型实验则能培养训练学生应用知识、分析问题解、决问题的能力，达到培养创新能力的目的。为此，及时修订编撰实验

2、教学指导书使其与人才培养计划相适应是十分必要的。而指导书的编写水平也是衡量一个教师，一个学校，教学、科研水平的主要标志之一。目前，我院四个本科专业共开设 158 门课程（包括通识课、通修课、专业方向模块课） 。有 90 门课需要进行实践教学，其中有 44 门课需开出 216 个实验。又有 28 个实验雷同于四专业之间， 23 个实验共享在“电工电子实验中心” 、 “基础化学实验中心 ”和“土木水利学院力学实验室” 。这样我院的机械基础、机械工程及自动化、过程装备与控制工程、交通运输、农业机械化及其自动化五个实验室所涵盖的 20 个子实验室需承担 165 个实验。为了进一步提高我院实验教学水平，

3、培养本科生的综合素质，学院于 2005 年 7 月 5 日发出了编辑修订机械工程学院实验指导书的通知，立即得到学院四系一部广大教师的大力支持，并于 2005 年 10 月 10 日前完成了 31 门课 189 个实验项目（包括选做）的指导书编写，翌年 5 月 7 日完成补充修订。可喜的是有些实验指导书和教材是教师和实验员在完成教改课题和毕业设计课题中自行研制开发的，填补了实验空白，丰富了实验内容。为了适应大类招生，先期教学计划打通、后期教学计划分专业进行的教学模式需要，本次编写的实验指导书分为五册。第一册机械基础实验指导书 为大类招生通用教材，其余四册分别为机械工程及自动化专业实验指导书 、

4、过程装备与控制工程专业实验指导书 、 交通运输专业实验指导书和农业机械化及其自动化专业实验指导书 为四个专业实验教材。编写指导书的原则是：实验项目必须是教学大纲中设定的、是课程内容所要求的；实验项目必需是实验设备、人员能够支持的；每一门课程只少开出一项综合型、设计型实验；实验应充分考虑实验的组织与分组，让学生有时间动手操作； 各项实验指导书末尾后缀编写人或执笔人姓名。编辑的原则是：对实验内容不做大的修改，只对文本格式和错别字进行修改；排版顺序是依据开课时间先后进行编排；各分册指导书名称以专业方向命名； 指导书一级目录以教材名称为主，二级目录以课程章节内容为主。在编辑过程中由于时间和水平有限出现

5、错误是难免的。有些实验教学方法、内容，实验仪器设备还须在今后的教学实践中进一步改进和完善。编写修订的过程是一个学习交流的过程，在此过程中得到了各系部主任和广大教师的大力支持与配合，在此一并表示衷心的感谢。实验一 用自准直仪测量导轨直线度误差一、目的要求1熟悉自准直仪的原理、结构及操作方法2掌握直线度误差的测量与数据处理方法。二、测量原理直线度误差通常按与理想要素比较的原则进行测量，其测量原理如图 1-1 所示。用准直光线、水平面或高精度平板的平面构成一条模拟理想直线 L，将被测实际直线 L与模拟理想直线进行比较，若能直接测出被测的实际直线上各点相对于理想直线的绝对距离y。y 1，y n ，或相

6、对偏距 。 1， n，则这种测量方法称之为直接测量法；若每次测量的读数仅反映相邻两测点的相对高度差 。 1， 2， n ，通过累加（即 K= i）后，才能获得相对偏距，则这种测量方法称之为间接测量法。不管采用哪种测量方法，其最终目的都是要按各测点的相对偏距，作出被测实际直线的折线图，最后按最小条件确定被测实际直线相对于理想直线的变动量，即直线度误差值。图 11 直线度误差测量原理三、测量仪器自准直仪又称平面度检查仪和平直仪，它是一种测量微小角度变化的仪器。除了测量直线度误差外，还可测量平面度，垂直度和平行度以及小角度等。仪器由本体及反射镜两部分组成。本体包括：平行光管，读数显微镜和光学系统，如

7、图 1-2 所示。仪器的基本技术性能指标如下：分度值 1s 或 0.005mm/m示值范围 500s测量范围（被测长度）约 5m由自准直仪光学系统图 1-2 可知，由光源 8 发出的光线照亮了一个十字刻线的分划板6（位于物镜 10 的焦平面上） ，并通过立方棱镜 9 及物镜 10 形成平行光束投射到反射镜 11上。而经反射镜 11 返回之光线穿过物镜 10，投射到立方棱镜 9 的半反半透膜上，向上反射而汇聚在分划板 3 和 4 上（两个分划板皆位于物镜 10 的焦平面上） 。其中件 4 是固定分划板，上面刻有刻度线，件 3 是可动分图 1-2 光学自准直仪划板，其上刻有一条指标线。由于分划板

8、3，4 都是于目镜 2 的焦平面上，所以在目镜视场中可以同时看到指标线、刻度线及十字刻线的影像。如果反射镜 11 的镜面与主光轴垂直，则光线由原路返回，在分划板 4 上形成十字影像，此时若用指标线对准十字影像，则指标线应指在分划板 4 的刻线“10”上，且读数鼓轮 1的读书正好为“0” （图 1-3（a） ） 。当反射镜倾斜并与主光轴成 角时，也就是反射镜镜面与主光轴不垂直，此时，反射光线与主光轴成 2 角。因此穿过物镜后，在分划板 4 上所成十字像偏离了中间位置。若移动指标线对准该十字像时，则指标线不是指在“10” ，而偏离了一个 2值（图 1-2 及图1-3（b） ） 。此偏离量与倾斜角

9、有一定的关系， 的大小可以由分划板 4 及鼓轮 1 的读数确定。图 1-3（a）读数为 1000 格 （b）读数为 820 格鼓轮 1 上共有 100 个小格。而鼓轮每回转一周，分划板 3 上的指标线在视场内移动 1个格，所以视场内的 1 格等于鼓轮上的 100 个小格。读数时，应将视场内读数与鼓轮上的读数合起来。如图 1-3（a） ，视场内读数为 1000 格，鼓轮读数为 0，合起来读数为 1000 格。再如图 1-3（b）,视场内读数为 800 格，鼓轮读数为 20 格，合起来为 820 格。仪器的角分度值为 1，即每小格代表，故可容易地读出倾斜角 a 的角度值。为了能直接读出桥板与导轨两

10、接触点相对于主光轴的高度差 1的数值（图 1-2） ，可将格值用线值来表示。此时，线分度值与反射镜座（桥板）的跨距有关，当桥板跨距为 100mm 时，则分度值恰好为0.005mm（即 100mmtg10.005mm）.用自准直仪测量直线度误差，就是将被测要素与自准直仪发出的平行光线（模拟理想直线）相比较，并将所得数据用作图法或计算法求出被测要素的直线度误差值。四、测量步骤自准直仪本体 1 是固定的，通过移动带有反射镜 2 的桥板进行测量，见图 1-4。1.将自准直仪本体和反射镜座均放置在被测导轨的一端，接通本体电源后（图 1-4）左右微微转动反射镜座，使镜面与仪器光轴垂直，此时从仪器目镜中能看

11、到从镜面反射回来的十字亮带，旋转鼓轮，使活动分划板上的水平刻线与十字亮带的水平亮带中间重合，并读出鼓轮读数（即 0-1 测点位置上读数 a1 就是 1 点相对零点的高度差值） 。2.将桥板依次移动 1-2、2-3、3-4、4-5 等各位置，并重复上述 1、2 之操作，记取各次读数 a2、a3、a4、a5.3.再将桥板按 5-4、4-3、3-2、2-1、1-0 的顺序，依次回测，记下各次读数 a5、a4、a3、a2、a1。若两次读数相差较大，应检查原因后重测。图 1-4 自准直仪本体与带有反射镜的板桥4.进行数据处理并用作图法求直线度误差。五.数据处理举例说明：如图 1-4 所示，桥板的跨距 e

12、=100mm,可将测量的导轨分为 5 段，测得数据如表 1.1 所示。表 1.1 测得数据测定点 0 1 2 3 4 5顺测读数 a+3 +14 -5 +38 -20回测读数a+1 +16 -6 +42 -20平均值+2 +15 -5 +40 -20相对测点 1 的读数0 0 +13 -7 +38 -22累积值 0 0 +13 +6 +44 +22为了用最小条件求出直线度误差，可在直角坐标系上按累积坐标值的方法画出图（1-5）所示的误差曲线。然后，用两条距离为最小的平行直线包容此误差曲线，则两平行直线间沿纵座标方向的距离即为直线度误差。在此例中为 .符合最小条件的平行直线34fum的画法是：使

13、曲线上所有点都处于两平行直线之间，且曲线有两个最低点落在下边直线上，而此两点之间必有最高点落在上边直线上（叫做“低-高-低”准则） ；或者两曲线有两个最高点落在上边的直线上，而此两点之间有最低点落在下边的直线上（叫做“高-低-高”准则） 。图 1-5 直线度误差折线六、思考题1评定直线度误差时，为什么取两条包着线之间的坐标距离？能否取包容线之间的垂直距离？2根据实验所做曲线，按两端点连线法和最小包容区域法求到的误差值是否相同？执笔人：刘晶实验一 用电感式轮廓仪测表面粗糙度一目的与要求1. 了解用电感式轮廓仪测量表面粗糙度的原理2. 掌握用电感式轮廓仪测量表面粗糙度的方法.3. 理解轮廓算术平均

14、偏差 Ra 的实际含义.二量仪说明及测量原理电感式轮廓仪是电感式量仪，用来测量平面，外圆柱面和6mm 以上内孔的表面粗糙度.工作原理：传感器测杆上装有金刚石触针，其针尖与被测表面接触，当传感器在驱动箱的拖动下沿被测表面匀速移动时，被测表面轮廓上的峰谷起伏，是金刚石触针上下移动，这一微量移动使传感器把触针的运动转变成电信号，经电路放大，再通过运算处理可在微机上画出工件表面轮廓的放大图，直接读出表面粗糙度 Ra 参数的数值.三 测量仪器 电感式轮廓仪仪器主要由底座、传感器、驱动箱、立柱、电器箱、微机等组成，记录器刻画出的轮廓高度在+ 500 微米，Ra 值的指示范围为 0.00510 微米.四.

15、测量步骤1.连接好仪器的全部插件.2.打开主机和电器箱电源.3.双击桌面表面粗糙度图标.4. 让红带处于+ 500 微米范围内，开始采集数据，选用测量长度，自行停止采集.5. 打印图形及数据处理.Ra=1/n(|y1|+|y2|+|yn|=|y1|+|y2|+|yn|/n=|yi|（微米注意事项： 1.国标规定六个取样长度的数值（mm）2. 通常所选取的取样长度内，至少要包含五个峰谷.3.一般在一个峰谷之间至少包含 5 个以上的点.术语和定义：1. 取样长度 l：用于判别具有表面粗糙度特征的一段基准线长度.取样长度过长，表面粗糙度测得值会引进表面波纹度误差，过短，又不能正确反映表面粗糙度的实际

16、情况.标准中规定了六个取样长度的数值：即 0.08 、0.25、0.8、2.5、8、25mm平定长度 Ln：评定轮廓所必需的一段长度，它包含一个或 n 个取样长度，Ln=nl，国标推荐：Ln=5nl基准线：用以评定表面粗糙度参数给定的线，轮廓算术平均中线：具有几何轮廓形状在取样长度内与轮廓走向一致的基准线.在取样长度内，由该线划分轮廓，使上下两边面积相等Ra：在取样长度内， ；轮廓偏距的绝对值的算术平均值表面粗糙度：是指加工表面上具有的较小间距和峰谷所组成的微观几何形误差粗糙度虽然只是一些极微小的加工痕迹，但它与机器零件的配合性质、耐腐蚀性、耐磨性等均有密切关系.表面粗糙的零件，在间隙配合中，

17、由于波峰和波谷较大，会加速磨损，使间隙增大，影响配合精度；在过盈配合中粗糙表面的凸峰会被挤平，使实际过盈量减小，导致连接不牢固；表面粗糙易产生应力集中，粗糙表面由于凹谷深度大，腐蚀物质易凝聚，极易生锈.并不是任何零件都要求表面粗糙度值越小越好，粗糙度值太小，会增加生产成本，在某些情况下，反而对工作不利.因此应合理选择表面粗糙度，以达到既能满足使用要求，又能达到加工经济的目的.三 轮公法线平均长度偏差与公法线长度变动测量一、目的要求1熟悉数显的公法线千分尺或公法线指示规的结构和使用方法。2. 掌握公法线平均长度偏差 Ewm 与公法线长度变动 Fw 的测量方法。3. 加深对公法线平均长度偏差 Ew

18、m 与公法线长度变动 Fw 定义的理解。二、测量原理公法线平均长度偏差 Ewm 是指在齿轮一周内，公法线长度平均值与公称值之差，它反映齿厚减薄量。其测量目的是为了保证齿侧间隙。公法线长度变动 Fw 是指齿轮一周范围内，实际公法线长度的最大值与最小值之差，反映齿轮加工中切向误差引起的齿距不均匀性，故可用评定齿轮的运动精度。测量公法线平均长度偏差时，需先计算被测齿轮公法线长度的公称值 W，然后按 W 值组合量块，用于调整两量爪之间的距离。沿齿圈一周每次跨过一定齿数进行测量，所得读数的平均值与公称值之差，即为 Ewm 值。测量公法线长度变动时，按选定的跨齿数。 ，使两量爪的测量平面分别与第 1 和第

19、 n 齿的异名齿廓相切。调节两量爪 5、6 的距离使指示表压缩约 2 圈，并将指针对零。沿齿圈一周，进行测量，所得读数中的最大值与最小值之差，即为 Fw 值。对于齿形角 =20的直齿圆柱齿轮，公法线长度 W 和跨齿数 n。可用下式计算：W=m2952（n-05）0014zn= 1 9z0501l1z05式中，z齿数；m模数（mm） 。三、测量仪器测量仪器有数显公法线千分尺、公法线指示规。图 31 所示的是用公法线千分尺和公法线指示规测量的示意图。公法线指示规的两量爪之间的距离可通过开口套 4 在杯体 2 上移动来调整。活动量爪 6 的位移通过 1：2 的杠杆传给指示表 10。指示表的分度值为0

20、.005mm，可测模数 110mm、直径在 450mm 以内的中等精度齿轮。图 31 测量公法线长度的器具（a）公法线千分尺 (b) 公法线指示规1钥匙；2杆体；3开口槽；4开口套；5固定量爪；6活动量爪；7卡规体；8按钮；9锁紧螺母；10指示表四、测量步骤1计算公法线长度公称值 W 和跨齿数。2.按 W 值组合量块。3调整仪器：用公法线千分尺测量时，先用核对量块检查其零位然后直接进行测量。用公法线指示规进行测量时，需将钥匙 1 插入开口槽 3 中，转动钥匙以移动开口套，使量爪 5、6 与量块组接触，并使指示表压缩约两圈后，将指针调至零位，然后按下按钮 8 取出量块。4测量时使量爪与两齿廓接触

21、，并轻轻地摆动卡规，找到指示表指针的转折点，即可读出实际公法线长度对其公称值的偏差。分别沿齿圈一周进行测量，取测量结果的平均值作为公法线平均长度的偏差 Ewm，取测量结果的最大值与最小值之差作为公法线长度变动 Fw。若用公法线千分尺测量，则其测量结果可通过实际公法线长度值按下式计算获得。公法线平均长度偏差 Ewm= 1 zWiW公法线长度变动 Fw=Wmax-Wmin 5. 根据公法线平均长度的上偏差 Ewms、下偏差 Ewms和公法线长度变动公差 Fw，判断齿轮的上述被测指标是否合格。当齿形角 =20时，Ew ms和 Ew ms可按下式计算：Ewms=Esscos 一 072FrsinEwm

22、sE sicos072F rsin式中，E ss齿厚上偏差；E si齿厚下偏差；F r齿圈径向跳动公差。五、思考题1测量 Fw 和 Ewm 的目的是什么？2.若 FwFw，是否能足以说明被测齿轮的运动精度已满足使用要求？3.若仅测量 Fw,是否需计算公法线长度公称值 W 及用量块组调整测量器具？执笔人：刘晶实验三 齿轮齿距偏差与齿距累积误差测量一、目的要求1了解齿距仪的工作原理和使用方法。2掌握齿距偏差 fpt 与齿距累积误差 Fp 的测量方法及数据的处理方法。二、测量仪器：齿距仪，见图 41。图 41 齿距仪1-仪器本体；2、3测量头；4定位支脚；5、6锁紧螺钉；7指示表三、测量原理 齿距偏

23、差 fpt 是指在分度圆上，实际齿距与公称齿距之差，可用于评定齿轮的工作平稳性。齿距累积误差 Fp 是指在分度圆上，任意两个同侧齿面间的实际弧长与公称弧长的最大差值。齿距累积误差主要由几何偏心和运动偏心所引起，包含了径向误差和切向误差，能较全面地反映齿轮的运动精度。fpt 和 Fp 的测量方法多采用相对法。用相对法测量时，首先以被测齿轮任意两相邻齿之间的实际齿距作为基准齿距调整仪器，然后顺序测量各相邻齿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。取其中绝对值最大者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

24、差 Fp。fpt 和 Fp 可用图 41 所示的齿距仪进行相对测量。齿距仪的分度值为0005mm，可测量模数为 315mm 中等精度的齿轮。测量时，两个定位支脚 4 紧靠齿项圆定位。活动测量头 2 的位移通过杠杆传给指示表 7。四、测量步骤1根据被测齿轮模数，调整齿距仪的固定测量头 3 并用螺钉 6 锁紧。调节定位支脚4，使测量头 2、3 位于齿高中部的同一圆周上，并与两同侧齿面相接触且指示表 7 的指针预压约一圈，锁紧螺钉 5。旋转表壳使指针对零。以此实际齿距作为基准齿距。2. 逐齿测量各实际齿距相对于基准齿距的偏差，列表记录读数。 五、数据处理以表 41 为例，分别用计算法和作图法说明表

25、41 用计算法求齿距累积误差（um）步骤齿序相对齿距差f pti 相对相对齿距累积误差F p 相对齿距偏差f pti齿距累积误差F p1 0 0 4 42 5 5 9 133 5 10 9 224 10 20 14 365 20 0 16 206 10 10 6 147 20 30 16 28 18 48 14 169 10 58 6 2210 10 68 6 2811 15 53 19 912 5 48 9 0相对齿距差平均值 K=f pti 相对 n=(-4812) um=4 um齿距偏差 +19um齿距累积误差 F p=36（28） um64 um1.计算法：根据测得的相对齿距差 fpt

26、i 相对 ,计算累积值 Fp 相对 =fpti 相对 ，求出 K 值。K = fpti 相对 /n=-48/12=-4 um若 fpti 相对 能被齿数 n 整除（即 K 为整数） ，则齿距偏差累积到最后一齿时，其值应为零，若不能被整除, K 可取为整数，则最后一齿的齿距累积误差将不为零。此时，应将 fpti 相对 /n 的余数分配到原始数据中，对数据进行修正，然后，再进行计算，就能使最后一齿的累积值为零.计算齿距偏差 fpti，找出绝对值最大的偏差值。fpti =fpti 相对 -Kfptimax=+19 um计算齿距累积误差 Fp.Fp=Fpmax-Fpmin=36-(-28)=64 um2.作图法：以横坐标代表齿序 n，纵坐标代表相对齿距累积误差 Fp 相对 ，绘出如图42 所示的误差曲线。过首末两点作一条直线，则误差曲线相对于首末两点连线的最大值与最小值之差即为齿距累积误差 Fp。 图 42 齿距误差曲线六、思考题1测量 fpt 和 Fp 的目的是什么？2齿距偏差 fpt 和齿距累积误差 Fp 对齿轮传动各有什么影响？执笔人：刘晶