1、互換性與測量技術實驗指導書南昌大學機電工程學院機械制造工程研究所 編2011年4月目 錄實驗一機械零件產品的合格性檢測1一、實驗目的和要求1二、實驗儀器介紹1三、實驗內容11四、實驗步驟11五、實驗零件附圖11實驗二 齒輪公法線長度變動及公法線長度偏差的測量12一、實驗目的14二、實驗內容14三、計量器具及測量原理14四、測量步驟14實驗三 齒輪徑向綜合誤差的測量16一、實驗目的16二、實驗內容16三、計量器具及測量原理16四、測量步驟16實驗一機械零件產品的合格性檢測一、實驗目的和要求使學生對公差與技術測量這門課程有一個整體深入的認識，提高學生設計及工程實踐能力。本實驗需要學生根據被測孔計算

2、專用工作量規工作尺寸，設計量規，并從提供的實驗設備中選擇合理測量儀器，確定測量方法步驟，并對零件的合格性與否做出相應的判斷。二、實驗儀器介紹下面列出已有實驗儀器以及部分儀器使用說明。1、數字立式光學計數字立式光學計光學主要用作相對法測量，在測量前先用量塊或標準件對準零位，被測尺寸和量塊（或標準件）尺寸的差值可在儀器的顯示。用數字立式光學計在相應的測量條件下，以四等或五等量塊為標準，可對五等或六等量塊進行檢定，還可以測量圓柱形、球形、線形等工件的直徑以及各種板形工件的厚度。圖1所示為上海泰明光學儀器有限公司生產的JDG-S1型立式光學計外形圖。它由底座l、橫臂、立柱、光學計管和工作臺13、14等

3、幾部分組成。1- 底座； 2-升降螺母； 3橫臂固緊螺釘； 4橫臂； 5電纜； 6立柱； 7微動螺釘； 8-光學計管； 10光學計管固緊螺釘； 11-提升器 12-測帽； 13-可調工作臺； 14-方工作臺安置螺孔； 15-數顯窗； 16-中心零位指示； 17-置零按鈕； 18-電源插座； 19-電纜插座；實驗圖1 數字立式光學計外形及結構圖該儀器主要技術指標如下：被測件最大長度：180 mm；直接測量范圍>=±0.1 mm；最小顯示值：0.1 m；測量力：(2±0.2) N ；示值變動性：0.1 m；最大測量誤差 ±(0.5+L/100) m，L是被測長度

4、；光學計是利用光學杠桿放大原理將微小的位移量轉換為光學影象的移動進行測量的儀器，其光學系統如圖2所示。照明光線經反射鏡1照射到刻度尺8上，再經直角棱鏡2、物鏡3，照射到反射鏡4上。由于刻度尺8位于物鏡3的焦平面上，故從刻度尺8上發出的光線經物鏡3后成為平行光束。若反射鏡4與物鏡3之間相互平行，則反射光線折回到焦平面，刻度尺的像7與刻度尺8對稱。若被測尺寸變動使測桿5推動反射鏡4繞支點轉動某一角度。(圖2a)，則反射光線相對于入射光線偏轉20角度，從面使刻度尺象7產生位移t(圖2c)，它代表被測尺寸的變動量。實驗圖 2 立式光學計測量原理圖使用說明1、按被測件的驗收尺寸組合量塊；2、選擇測頭；測

5、頭有球形、平面形和刀口形三種，根據被測零件表面的幾何形狀來選擇，使測頭與被測表面盡量滿足點接觸。所以測量平面工件時，選用球形測頭；測量球面工件時，選用于面形測頭；測量小于10mm的圓柱面工件時，選用刀口形測頭。3、調整儀器零位；3.1 參看實驗圖l，將所選好的量塊組的下測量面置于工作臺(13)的中央，并使測帽(12)對準上 測量面中央。3.2 粗調節。松開橫臂固緊螺釘(3)，轉動升降螺母(2)，使橫臂(4)緩慢下降，直到測頭與量塊上測量面輕微接觸，再將橫臂固緊螺釘(3)鎖緊。3.3 微調節。轉動微動螺釘(7)，使中心零位指示燈(16)變亮，然后按下置零按鈕(17)。3.4 按下提升器(11)，

6、將測帽(12)抬起，取下量塊。4、工件測量；按下提升器(11)，將被測件置于工作臺(13)中間位置，記下顯示窗口的讀數，與標準量塊的實際尺寸相加，得到被測量工件的尺寸。2、內徑千分尺內徑可采用內徑千分尺直接測量。但對深孔或公差等級較高的孔，則常用內徑百分表或臥式測長儀作比較測量。國產的內徑百分表，常由活動測頭工作行程不同的七種規格組成一套，用以測量10450mm的內徑，特別適用于測量深孔，其典型結構如圖3所示。實驗圖3 用內徑百分表測量內徑內徑百分表是用它的可換測頭3(測量中固定不動)和活動側頭2跟被測孔壁接觸進行測量的。儀器盒內有幾個長短不同的可換測頭，使用時可按被測尺寸的大小來選擇。測量時

7、，活動測頭2受到一定的壓力，向內推動鑲在等臂直角杠桿1上的鋼球4，使杠桿1繞支軸6回轉，并通過長接桿5推動百分表的測桿而進行讀數。在活動測頭的兩側，有對稱的定位板8，裝上測頭2后，即與定位板連成一個整體。定位板在彈簧9的作用下，對稱地壓靠在被測孔壁上，以保證測頭的軸線處于被測孔的直徑截面內。將內徑百分表插入被測孔中，沿被測孔的軸線方向測幾個截面，每個截面要在相互垂直的兩個部位上各測一次測量時輕輕擺動百分表(如圖3所示)，記下示值變化的最小值將測量結果與被測孔的要求公差進行比較，判斷被測孔是否合格。將測量結果與被測內徑的要求公差進行比較，判斷被測內徑是否合格。3、表面粗糙度測量儀JB-2C粗糙度

8、測試儀可用于軸承內外圈滾道表面粗糙度測量，也可以用于測量平面或球面零件的表面粗糙度。該儀器采用觸針法測量表面粗糙度，它利用儀器的測針與被測表面相接觸，并使測針沿其表面輕輕劃過以測量表面粗糙度的一種測量法。該儀器觸針半徑可以做到微米量級，并可垂直安置在被測表面上作橫向移動。由于工作表面粗糙不平因而觸針將隨著被測表面輪廓形狀作垂直起伏運動，將這種微小位移通過電路轉換成電信號并加以放大和運算處理即可得到工件表面粗糙度參數值。儀器總體結構如下圖所示：實驗圖 4 JB-2C粗糙度測試儀總體結構儀器的主要技術指標：測量范圍：Ra 0.01um-10um，測量半徑范圍：>=1mm，分辨率： 0.001

9、um測量長度：<=4mm，取樣長度：0.08、0.25、0.8mm，示值誤差：<10%評定參數：Ra、Rz、Ry、Rp、Rv、S、Sm、tp操作方法 1、打開微機及主機箱右下側電源開關1-粗調節鈕； 2-傳感器觸針； 3-細調節鈕；4-角度調節鈕；5-電源開關； 6-前后調節鈕； 7-固定鈕；8-V型架；實驗圖 5 JB-2C粗糙度測試儀2、進入測量程序打開計算機后，選擇WINDOWS 98操作系統進入，雙擊JB-2C粗糙度測量程序的快捷方式，可啟動應用程序。顯示的菜單如下：實驗圖 6 應用程序界面u 文件：建立新文檔u 打開：打開一個現有文檔u 保存：將活動文檔以一個新文件名保存

10、u 曲線：顯示所采集輪廓曲線的形狀u 球面：球面測試，顯示其粗糙度報告u 平面：平面測試，顯示其粗糙度報告u 定位：傳感器自動探出，調節被測件上下或前后位置，使其最低點與觸針微接觸，觀察顯示器軸上的紅點，使之在要求的線性區域內u 觀察：重復采樣并顯示，用以觀察和調節被測件上下或前后位置u 采樣：采樣一次u 停止：停止重復采樣u 參數：顯示及修改采樣長度和參數u 打印：打印粗糙度測試報告u 幫助：顯示程序顯示，版本號和版權3、粗糙度測量3.1 調整被測件位置 用鼠標單擊程序菜單中的“定位”，傳感器自動探出，通過上下調節V型架（2），粗細調節鈕（1）、（4）及前后調節鈕（7），從而調節被測件上下或

11、前后的位置，觀察顯示器Y軸上的紅點，使在要求的線性區域內。如測平面，需要調節到軸中心位置。如測平面，使其最高點與觸針微接觸，使紅點停止在X周上側4格半左右。在被測件粗定位結束，用鼠標單擊“觀察”，主機箱中傳感器開始自動來回掃描被測工件，屏幕顯示出被測輪廓，必要時調節主機粗細調節鈕（1）、（4），使得被測輪廓形狀盡量充滿線性區域。如圖 所示，如輪廓形狀偏高，可朝右調微調調節鈕；如輪廓形狀偏低，可朝左調微調調節鈕。位置調定后，單擊“停止”，調整結束。實驗圖7 波形圖3.2 進行測量用鼠標單擊“采樣”，進入測試狀態，傳感器掃描結束后，屏幕顯示被測輪廓形狀。3.3 選擇范圍為了保證測量精度，請盡量擴大

12、線性區內參與運算的數據范圍。如圖6所示，x軸表示被測件取樣長度，總長為5mm，共采樣4000點。Y軸為輪廓深度。采樣結束后，移動鼠標使箭頭指向線性區左側，單擊鼠標左鍵，在該處顯示一條垂直線，再用鼠標指向右側，單擊鼠標左鍵，同樣在該處顯示一條垂直線。用鼠標單擊“保存”，展開文件夾，把零件編號或名稱填入“文件名”一欄中，可把個采樣點之間的數據儲存到測量文檔中去。3.4 設置參數用鼠標單擊“參數”可設定粗糙度測量的取樣長度和段數。取樣長度的設定可參考GB/T 1031-1995選取，如表1所示。表1取樣長度與評定長度的選用值（摘自GB/T1031-1995）取樣長度評定長度0.0080.020.02

13、50.10.080.40.020.10.10.50.251.250.12.00.510.00.84.02.010.010.050.02.512.510.080.0503208.040.03.5 顯示和打印用鼠標單擊“球面”或“平面”，可顯示被測件的粗糙度參數、輪廓及tp曲線等。安裝好打印機后，用鼠標單擊“打印”，再確定后進入打印程序，從打印輸出相應被測件的粗糙度測試數據。系統修正i. 儀器的標定：采用表面粗糙度多刻線樣本進行測試標定。儀器配備一塊鏡上級計量機構標定的多刻線樣板。ii. 數據修正：如樣板測量數據與數值不符，用以下方法進行修正。舉例：如樣板測定值0.5，而標稱值為0.45。打開測量

14、程序所在文件夾中的PDXU.DAT數據文件，其第一行數據為“標準樣板”的修正系數，假設初始值為0.95，新的正確修正系數為：K=0.45/0.5×0.95=0.81把0.81取代原來的0.95后，測試結果將與標稱值相同。4、量塊量塊是由兩個相互平行的測量面之間的距離來確定其工作長度的高精度量具，其長度為計量器具的長度標準，通過對計量儀器、量具和量規等示值誤差的檢定等方式，使機械加工中各種制成品的尺寸能夠溯源到長度基準。量塊的主要用途有： 1、作為長度標準，傳遞尺寸量值； 2、用于檢定測量儀器的示值誤差； 3、作為標準件，用比較法測量工件尺寸，或用來校準、調整測量器具的零位； 4、用于

15、直接測量零件尺寸； 5、用于精密機床的調整和機械加工中精密劃線。量塊用鉻錳鋼等特殊合金鋼制成，具有線漲系數小、不易變形、硬度高、耐磨性號、工作面表面粗糙度小一級研合性好等特點。量塊有長方體和圓柱體兩種，常用的長方體有兩個平行的測量面和四個非測量面。兩測量平面之間的距離為工作尺寸L。量塊的標稱尺寸大于10毫米者，其橫截面尺寸為35×9毫米，標稱尺寸在10毫米以下者，則為30×9毫米。圖8 量塊 為了組成各種尺寸，量塊是成套制造的，一套包括一定數量的不同尺寸的量塊，裝在一特制的木盒內，其中總塊數為83的成套量塊的尺寸見表2。表2 總塊數為83的成套量塊的尺寸表(摘自GB6093

16、-85)總塊數級別尺寸系列/mm間隔/mm塊數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量塊在使用時，常常用幾個量塊組合使用。組合量塊成一定尺寸時，應從所給尺寸的最后一位數字開始考慮，每選一塊應使尺寸的位數少一位，并使量塊盡可能最少，一般不超過4-5塊以減少積累誤差。例如：要組成38.935mm的尺寸，若采用83塊一套的量塊，其方法是：38.935 1-1.005第一塊量塊尺寸為1.005毫米37.93 2-1.43第二塊量塊尺寸為1.43毫米3

17、6.5 3 -6.5第三塊量塊尺寸為6.5毫米 304 -30第四塊量塊尺寸為30毫米0全組尺寸38.935毫米按照不同的使用要求，量塊做成不同的精度等級；按GB/T 6093-2001：l 量塊按制造精度分為00、0、1、2、3和K級，精度依次降低。K級為校準級，具有與00級相同的精度；l 按檢定精度分為1、2、3、4、5、6等，精度依次降低。量塊按級使用時，用其中心長度的公稱尺寸，因此測量結果中包含了量塊實測尺寸對其公稱尺寸的偏差，即中心長度的制造偏差。量塊按等使用時，用其中心長度的實測尺寸，因此測量結果中包含了實測尺寸對其真實尺寸的偏差，即中心長度的測量誤差。量塊精度分級又分等，其目的就

18、是借助高精度的測量方法，來彌補制造精度的不足。在高精度的科學研究、測量工作中應按等使用，而在一般測量時可按級使用，以簡化計算。5、百分表和千分表百分表和千分表，都是用來校正零件或夾具的安裝位置,檢驗零件的形狀精度或相互位置精度的。它們的結構原理沒有什么大的不同，只是千分表的讀數精度比較高，即千分表的讀數值為0.001mm，而百分表的讀數值為0.01mm，這里主要介紹百分表，百分表外形圖和傳動原理如圖9所示。通過游絲消除齒偶間隙，提高測量精度。彈簧是控制百分表的測量力。百分表的分度值為0.01mm，表面刻度盤上共有100條等分刻線。因此，百分表齒輪傳動機構，應使量桿移動1mm時，指針回轉一圈。百

19、分表的測量范圍，有0-3、0-5、0-10mm三種。讀數值為0.001mm的千分表，測量范圍為01mm。測量時，百分表或千分表測量桿與被測工件表面必須垂直，否則會產生誤差。1-表盤； 2-大指針； 3-小指針； 4-套筒； 5-測量桿； 6-測量頭；實驗圖9 百分表外形和傳動原理圖6、杠桿千分表杠桿千分表的分度值為0.002mm，其原理如圖10所示，當測量桿1向左擺動時，撥桿2推動扇形齒輪3上的圓柱銷C使扇形齒輪繞軸B逆時針轉動，此時圓柱銷D與撥桿2脫開。當測量桿1向右擺動時，撥桿2推動扇形齒輪上的圓柱銷D也使扇形齒輪繞軸B逆時針轉動，此時圓柱銷C與撥桿2脫開。這樣，無論測量桿1向左或向右擺動

20、，扇形齒輪3總是逆時針方向轉動。扇形齒輪3再帶動小齒輪4以及同軸的端面齒輪5，經小齒輪6，由指針7在刻度盤上指示出數值。杠桿千分表的測量桿軸線與被測工件表面的夾角愈小，誤差就愈小。1-測量桿；2-撥桿；3-扇形齒輪；4-小齒輪；5-端面齒輪；6-小齒輪；7-指針。實驗圖10杠桿千分表外形和傳動原理圖7、外徑千分尺千分尺由尺架、測微頭、測力裝置和制動器等組成。圖31是測量范圍為 025mm的外徑千分尺。 尺架1的一端裝著固定測砧2，另一端裝著測微頭。固定測砧和測微螺桿的測量面上都鑲有硬質合金，以提高測量面的使用壽命。尺架的兩側面覆蓋著絕熱板12, 使用千分尺時，手拿在絕熱板上,防止人體的熱量影響

21、千分尺的測量精度。 1-尺架；2-固定測砧；3-測微螺桿；4-螺紋軸套；5-固定刻度套筒；6-微分筒；7-調節螺母；8-接頭；9-墊片；10-測力裝置；11-鎖緊螺釘；12-絕熱板。圖 11 025mm外徑千分尺外徑千分尺的工作原理就是應用螺旋讀數機構，它包括一對精密的螺紋測微螺桿與螺紋軸套和一對讀數套筒固定套筒與微分筒。用千分尺測量零件的尺寸，就是把被測零件置于千分尺的兩個測量面之間。所以兩測砧面之間的距離，就是零件的測量尺寸。當測微螺桿在螺紋軸套中旋轉時，由于螺旋線的作用，測量螺桿就有軸向移動，使兩測砧面之間的距離發生變化。如測微螺桿按順時針的方向旋轉一周，兩測砧面之間的距離就縮小一個螺距

22、。同理，若按逆時針方向旋轉一周，則兩砧面的距離就增大一個螺距。常用千分尺測微螺桿的螺距為0.5mm。因此，當測微螺桿順時針旋轉一周時，兩測砧面之間的距離就縮小0.5mm。當測微螺桿順時針旋轉不到一周時，縮小的距離就小于一個螺距，它的具體數值，可從與測微螺桿結成一體的微分筒的圓周刻度上讀出。微分筒的圓周上刻有50個等分線，當微分筒轉一周時，測微螺桿就推進或后退0.5mm，微分筒轉過它本身圓周刻度的一小格時，兩測砧面之間轉動的距離為0.01mm。外徑千分尺的零位校準使用千分尺時先要檢查其零位是否校準，因此先松開鎖緊裝置，清除油污，特別是測砧與測微螺桿間接觸面要清洗干凈。檢查微分筒的端面是否與固定套

23、管上的零刻度線重合，若不重合應先旋轉旋鈕，直至螺桿要接近測砧時，旋轉測力裝置，當螺桿剛好與測砧接觸時會聽到喀喀聲，這時停止轉動。如兩零線仍不重合（兩零線重合的標志是：微分筒的端面與固定刻度的零線重合，且可動刻度的零線與固定刻度的水平橫線重合），可將固定套管上的小螺絲松動，用專用扳手調節套管的位置，使兩零線對齊，再把小螺絲擰緊。計量器具的選擇選擇計量器具時，首先應考慮被測工件的外形、位置、尺寸的大小，所使用的計量器具滿足工件要求；其次應按計量器具不確定度允許值來選擇計量器具。國家標準規定所選用的計量器具的不確定度允許值不大于0.9A，常用千分尺、游標卡尺、比較儀和指示表的測量不確定度如下表所示。

24、表3 安全裕度（A）與計量器具的測量不確定度允許值（u1）（摘自GB/T3177-1997） (m)公差等級6789基本尺寸mmTAu1TAu1TAu1TAu1至IIIIIIIIIIIIIIIIIII361018305080120180250315400361018305080120180250315400500689111316l92225293236400.60.80.91.11.31.61.92.22.52.93.23.64.00.540.720.811.01.21.41.72.02.32.62.93.23.60.91.21.41.72.02.42.93.33.84.44.85.46.0

25、1.41.82.02.52.93.64.35.05.66.57.28.19.0101215182125303540465257631.01.21.51.82.12.53.03.54.04.65.25.76.30.91.11.41.71.92.32.73.23.64.14.75.15.71.51.82.32.73.23.84.55.36.06.97.88.48.52.32.73.44.14.75.66.87.99.010121314141822273339465463728189971.41.82.22.73.33.94.65.46.37.28.18.99.71.31.62.02.43.03.5

26、4.14.95.76.57.38.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 千分尺和游標卡尺的不確定度 (mm)尺寸范圍計量器具類型分度值0.01外徑千分尺分度值0.01

27、內徑千分尺分度值0.02游標卡尺分度值0.05游標卡尺不確定度0500.0040.0080.0200.020501000.0051001500.0061502000.0070.0132002500.0080.1002503000.0093003500.0100.0203504000.0114004500.0124505000.0130.0255006000.030600700700800表5 比較儀和指示表的不確定度計量器具尺寸范圍/mm名稱分度值/mm放大倍數或量程范圍25<2540>4065>6590>90115>115165>165215>215

28、265>265315不確定度/mm比較儀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級全程內0.0050.0061級0.2mm內0.0021轉內0.0011級全程內0.0100.0020.005百分表0.010級任意1mm內0.0180.010級任意1mm內0.01

29、81級任意1mm內0.011級全程內0.030注：1、測量時，使用的標準器由4塊1級(或4等)量塊組成。三、實驗內容內容一：給出孔用工作量規實物零件（如圖1），設計計算檢測孔用工作量規極限偏差，并根據光滑極限量規型式和尺寸（GB 6322-86）設計該塞規圖紙，檢驗塞規通端及止端尺寸及表面粗糙度是否合格。內容二：給出傳動齒輪輪轂零件（如圖2），檢測孔尺寸是否合格。四、實驗步驟1、根據給出的零件及其設計圖紙，針對檢測項目及其精度，選擇合適的測量儀器。2、就檢測項目和選定的儀器，制定各檢測步驟。3、分別進行各項檢測，并記錄檢測結果。4、分析實驗結果，得出結論。五、檢測零件附圖實驗二 齒輪公法線長度

30、變動及公法線長度偏差的測量一、實驗目的(一)掌握測量齒輪公法線長度的方法。(二)加深對齒輪公法線平均長度偏差和齒輪公法線長度變動定義的理解。二、實驗內容用公法線千分尺測量齒輪公法線平均長度偏差和齒輪公法線長度變動。三、計量器具及測量原理公法線平均長度偏差，是指在齒輪一周范圍內，公法線實際長度的平均值與公稱值之差。公法線長度變動是指實際公法線的最大長度與最小長度之差。公法線長度可用公法線千分尺測量，公法線千分尺結構如圖1所示。圖1公法線千分尺結構四、測量步驟(一)計算確定跨齒數n，取整數z被測齒輪齒數； (二)計算確定直齒圓柱齒輪公法線公稱長度w。式中 m被測齒輪的模數(mm)：齒形角；變位系數；n跨齒數；z被測齒輪齒數；(三)根據公法線長度選取適當規格的公法線千分尺，并校對零位。（四）測量公法線長度：根據跨齒數用公法線千分尺測量沿被測齒輪的均布的6條公法線長度。將所有的讀數值平均，它們的平均值即為公法線平均長度偏差。所有讀數中最大值與最小值之差即為公法線長度變動。按齒輪圖樣的技術要求，確定公法線長度上偏差和下偏差以及公法線長度變動公差，并