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进行长度测量实验的目的就是要在分析研究测量对象和被测量的基础上,正确设计测量方法和处理测量数据,了解各种仪器的测量原理及使用方法.为今后的实际工作打下坚实的基础。
一、实验目的
1.了解阿贝比长仪的结构及螺旋游标的读数方法
2.学会用阿贝比长仪测量长度尺寸。
3.正确处理测量数据。
二、实验内容
用阿贝比长仪测量试件长度
三、测量原理
阿贝比长仪是按照阿贝原则设计的,仪器的标准刻线尺的刻划面位于测量主轴的轴线剖面内。
测量时,工件被测尺寸位于标准刻线尺的延长线上,被测长度与标准刻线尺进行比较.从而确定出被测长度的量值。
四、测量仪器
阿贝比长仪是基于阿贝原理设计制造的高精度长度计量仪器,用于测量二线之间的距离及平面上二点之间的距离,主要由对线显微镜1、读数显微镜2、精密刻度尺3、机座4、滑动工作台5等组成(图1-1)。
阿贝比长仪是以精密刻度尺为基淮,利用平面螺旋线式读数装置的精密长度计量器具。
在测量过程中,镶有一条精密毫米刻度尺(图1-2a中的6)的滑动工作台5可随着被测尺寸的大小在滑轨上作相应的滑动。
调节对线显微镜焦距,当被测线与对线显微镜1基准线对齐后,固定工作台,在读数显微镜中读取读数。
图1-2a是读数显微镜2的光学系统.在目镜2中可以观察到毫米数值,但还需细分读数,以满足精密测量的要求。
测微目镜中有一个固定分划板4,它的上面刻有10个相等的刻度间距,毫米刻度尺的一个间距成像在它上面时恰与这10个间距总长相等,故其分度值为0.1mm。
在它的附近,还有一块通过手轮3可以旋转的平面螺旋线分划板2,其上刻有十圈平面螺旋双刻线。
螺旋双刻线的螺距恰好固定分划板上的刻度间距相等.其分度值也为0.1mm。
在分划板2的中央,有一圈等分为100格的圆周刻度。
当分划板2转动一格圆周分度时,其分度值为:
这样就可达到细分读数的目的。
这种仪器的读数方法如下:
从目镜中观察.可同时看到三种刻线(图1-2b),先读毫米数(7mm),然后按毫米刻线在固定分划板4上的位置读出零点几毫米数(0.4mm)。
再转动手轮3,使靠近零点几毫米刻度值的一圈平面螺旋双刻线夹住毫米刻线,再从指示线对准的圆周刻度上读得微米数(0.051mm)。
所以从图2b中读得的数是7.451mm。
图1-2读数原理
主要技术规格
测量范围:
200mm
标尺分度值:
1mm
读数显微镜分度值:
0.001mm
对线显微镜工作距离:
50mm
五、测量步骤
1.将试件夹持在工作台上,其测量边与工作台滑动方向基本垂直,将试件测量边移至对线显微镜下方。
2.调节对线显微镜焦距,同时微调测量边位置,使边线与显微镜中基准线对齐。
3.固定工作台,转动读数显微镜的调节环以调节视度,第一次读数。
从目镜中观察.可同时看到三种刻线(图1-2b),先读毫米数,然后按毫米刻线在固定分划板4上的位置读出零点几毫米数。
再转动手轮3,使靠近零点几毫米刻度值的一圈平面螺旋双刻线夹住毫米刻线,再从指示线对准的圆周刻度上读得微米数。
4.松开工作台,将试件另一测量边移至对线显微镜下方,重复上述步骤,第二次读数。
5.二次读数之差即为二线之间的距离(试件宽度尺寸)。
6.重复测量五次,按等精度测量对测量数据进行处理,写出测量结果,对测量误差进行分析。
六、思考题
1.什么叫阿贝原则?
2.简述平面螺旋线式读数装置原理。
实验2形位误差测量
形位误差的项目较多,其测量方法也是多样的。
为了正确地测量形位误差,GBl958—80《形状和位置公差》标准中规定了五项检测原则;
与理想要素比较原则;
测量坐标值原则;
测量特征参数原则;
测量跳动原则及控制实效边界原则。
检测形位误差时,可以按照这些原则,根据被测对象的特点和条件,合理地选择检测方法与器具。
1.了解合像水平仪的原理、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。
3.加深对直线度误差定义的理解。
用合像水平仪测量导轨直线度误差
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2—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y0,y1,y2,…,yn,或相对偏距Δ0,Δ1,Δ2,…Δn,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δ1,δ2,…δn,通过累加(即
)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2-1直线度误差测量原理
机床、仪器导轨或其他窄而长的平面,为了控制其直线度误差,常在给定平面(垂直平面、水平平面)内进行检测。
常用的计量器具有框式水平仪、合像水平仪、电子水平仪和自准直仪等。
使用这类器具的共同特点是测定微小角度的变化。
由于被测表面存在着直线度误差,计量器具置于不同的被测部位上,其倾斜角度就要发生相应的变化。
如果节距(相邻两测点的距离)一经确定,这个变化的微小倾角与被测相邻两点的高低差就有确切的对应关系。
通过对逐个节距的测量,得出变化的角度,用作图或计算,即可求出被测表面的直线度误差值。
由于合像水平仪的测量准确度高、测量范围大(±
10mm/m)、测量效率高、价格便宜、携带方便等优点,故在检测工作中得到了广泛的采用。
合像水平仪的结构如图2-2所示,它由底板I和壳体4组成外壳基体,其内部则由杠杆2、水准器8、两个棱镜7、测量系统9、10、11以及放大镜6所组成。
合像水平仪是一种精密测角仪器,用自然水平面作为测量基准,它的水准器8是一个密封的玻璃管,管内注入精馏乙醚,并留有一定量的空气,以形成气泡。
管的内壁在长度方向具有一定的曲率半径。
气泡在管中停住时,气泡的位置必然垂直于重力方向。
就是说,当水平仪倾斜时,气泡本身并不倾斜,而始终保持水平位置。
利用这个原理,将水平仪放在桥板上使用,便能测出实际被测直线上相距一个桥板跨距的两点间高度差。
使用时将合像水平仪放于桥板(图2-2)上相对不动,再将桥板放于被测表面上。
如果被测表面无直线度误差,并与自然水平面基准平行,此时水准器的气泡则位于两棱镜的中间位置,气泡边缘通过合像棱镜7所产生的影像,在放大镜6中观察将出现如图2-3(a)所示的情况。
但在实际测量中,由于被测表面安放位置不理想和被测表面本身不直,导致气泡移动,其视场情况将如图2-3(b)所示。
此时可转动测微螺杆10,使水准器转动一角度,从而使气泡返回棱镜组7的中间位置,则图2-3(b)中两影像的错移量Δ消失而恢复成一个光滑的半圆头(图2-3(a))。
测微螺杆移动量S导致水准器的转角α(图2-4)与被测表面相邻两点的高低差h有确切的对应关系,即
h=0.01Lα(mm)
式中:
0.01——合象水平仪的分度值(mm/m)
L——桥板节距(mm)
α——角度读数值(用格数来计数)
如此逐点测量,就可得到相应的αi值,为了阐述直线度误差的评定方法,后面将用实例加以叙述。
1-底板2-杠杆3-支承4-壳体5-支承架6-放大镜7-棱镜8-水准器9-微分筒10—测微螺杆11-放大镜12-刻线尺
图2-2合像水平仪结构图
图2-3视场情况
图2-4螺杆移动量S与水准器转角α的对应关系
五、实验步骤
1.量出被测表面总长,确定相邻两测点之间的距离(节距),按节距L调整桥板(图2-5)的两圆柱中心距。
图2-5桥板
2.将合像水平仪放于桥板上,然后将桥板依次放在各节距的位置。
每放一个节距后,要旋转微分筒9合像,使放大镜中出现如图2-3(a)所示的情况,此时即可进行读数。
先在放大镜11处读数,它是反映螺杆10的旋转圈数;
微分筒9(标有十、一旋转方向)的读数则是螺杆10旋转一圈(100格)的细分读数;
如此顺测(从首点至终点)、回测(由终点至首点)各一次。
回测时桥板不能调头,各测点两次读数的平均值作为该点的测量数据。
必须注冠,如某测点两次读数相差较大,说明测量情况不正常,应检查原因并加以消除后重测。
3.为了作图的方便,最好将各测点的读数平均值同减一个数而得出相对差(见后面的例题)。
4.根据各测点的相对差,在坐标纸上取点。
作图时不要漏掉首点(零点),同时后—测点的坐标位置是以前一点为基准,根据相邻差数取点的。
然后连接各点,得出误差折线。
5.用两条平行直线包容误差折线,其中一条直线必须与误差折线两个最高(最低)点相切,在两切点之间,应有一个最低(最高)点与另一条平行直线相切。
这两条平行直线之间的区域才是最小包容区域。
从平行于纵坐标方向画出这两条直线平等间的距离,此距就是被测表面的直线度误差值f(格)。
6.将误差值f(格)按下式折算成线性值f(μm),并按国家标准GB1184-80评定被测表面直线度的公差等级。
f(μm)=0.01Lf(格)
例:
用合像水平仪测量一窄长平面的直线度误差,仪器的分度值为0.01mm/m,选用的桥板节距L=200mm,测量直线度记录数据见附表。
若被测平面直线度的公差等级为5级,试用作图法评定该平面的直线度误差是否合格?
测点序号i
1
2
3
4
5
6
7
8
仪器读数αi(格)
顺测
-
298
300
290
301
302
306
299
296
回测
288
297
平均
289
相对差(格)
Δαi=αi-α
+2
-8
+3
+4
+9
+1
-1
注:
①表列读数:
百分数是从图2-2的11处读得十位,个位数是从图2-2的9处读得。
②α值可取任意数,但要有利于相对数字的简化,本例取α=297格
f=0.01×
200×
11=22μm
按国家标准GB1184-80,直线度误差按国家标准GBll84—80,直线度5级公差值为25μm。
误差值小于公差值,所以被测工件直线度误差合格。
1.目前部分工厂用作图法求解直线度误差时,仍沿用以往的两端点连线法,即把误差折线的首点(零点)和终点连成一直线作为坪定标准,然后再作平行于评定标准的两条包容直线,从平行于纵坐标方向来计量两条包容直线之间的距离作为直线度误差值。
(1)以例图为例,试比较按两端点连线和按最小条件评定的误差值,何者合理?
为什么?
(2)假若误差折线只偏向两端点连线的一侧(单凸、单凹),上述两种评定误差值的方法的情况如何?
2.用作图法求解直线度误差值时,如前所述.总是按平行于纵坐标计量,而不是垂直于两条平行包容直线之间的距离,原因何在?
实验3表面粗糙度测量
一、实验目的:
1.熟悉光切显微镜测量的原理和方法;
2.加深对轮廓最大高度
和轮廓单元平均宽度
定义的理解;
3.正确判断工件表面粗糙度的合格性。
用双管显微镜测量表面粗糙度的
和
值。
三、测量原理及仪器说明:
双管显微镜是一种测量表面粗糙度的仪器,能测量1~80μm的表面粗糙度的
双管显微镜的外形如图3-1所示。
底座1
工作台2
观察光管3
目镜千分尺4
紧固螺丝5
手轮6
支臂7
立柱8
紧固螺丝9
旋转螺母10
投射光管11
微动环12
调节螺丝13
紧固螺丝15
图3-1光切显微镜
双管显微镜是利用光切原理来测量表面粗糙度的,如图3-2所示。
图3-2.双管显微镜的光学系统图
当一平行光束从45°
方向投射到阶梯表面时,就被折射成S1和S2两段(图3-2a)。
从垂直于光束的方向上就可在显微镜内看到S1和S2两段光带的放大象S1′和S2′。
同样S1和S2之间的距离h也被放大为S1′和S2′之间的距离h′。
通过测量和计算,可求得被测表面的不平度高度h。
图3-2b为双管显微镜的光学系统图。
从光源1发出的光,经聚光镜2、狭缝3、物镜4,以45°
方向投射到被测表面上,调整仪器使反射光束进入与投射光束垂直的观察光管内,经物镜5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3-3),光带边缘即工件表面上被照亮了的h′的放大轮廓象h″。
测量光带边缘宽度,可求出被测表面的不平度高度h。
N——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和被测量光带边缘宽度h″成45°
角度(图3-3),故目镜测微器刻度套筒上的读数值H与不平度高度h的关系为:
3-3测微目镜中十字线
双管显微镜备有四对不同放大倍数的物镜。
测量时,需先估测工件表面粗糙度的
数值范围,然后按表3-1选择相应放大倍数的物镜。
测量工件时还需按表选取取样长度和评定长度。
表3-1:
物镜放大倍数
视场直径
物镜工作距离
换算系数E
测量范围(μ)
2.5
17.8
0.123
10~80
14
1.3
6.8
0.063
3.2~10
30
0.6
1.6
0.029
1.6~6.3
60
0.3
0.65
0.016
0.8~3.2
四、实验步骤:
1.测量轮廓最大高度Rz
(1)根据被测工件表面粗糙度选用相应放大倍数的物镜,分别安装在两镜管的下端。
(2)将光源插头插接变压器后,再接通电源。
(3)将被测工件置于工作台上,使工件的纹理方向(加工纹路)和工作台纵向移动方向垂直。
(4)松开支臂紧固螺丝9、旋转螺母10,使支臂慢慢下降,下降时切勿使物镜碰撞工作台面或被测工件,直到在工件表面看到一较清晰绿色光带后,锁紧螺丝9,松开工作台紧固螺丝15,转动工作台使光带方向与工件表面加工痕迹垂直。
(5)调节支架微动升降手轮6,在视场中看到亮带;
调节投射角螺丝13,使亮带聚于视场中央(亮带为最亮,并能看到加工痕迹);
转动微动环12进行物镜聚焦,这时视场中间将出现一条最窄且一侧边界最清晰的弯曲亮带。
(6)松开紧固螺丝5,转动目镜千分尺4,使目镜中十字线的一条线平行于光带某一清晰边界,此条线即为近似平行于轮廓中线的测量基准线。
(7)转动千分鼓轮,在取样长度范围内使该条线分别切于亮带清晰一侧的最高峰和最低谷,从目镜千分尺上读出相应的峰值
、谷值
,根据计算公式算出
值:
(8)移动工作台纵向千分尺,在下一个取样长度内测出
值,然后对所测出的3~5个取样长度的
值取平均值,即为评定长度的
2.测量轮廓单元的平均宽度
使目镜中十字线的一条线与轮廓走向一致并划分实际轮廓,此条线即为近似的测量基准线。
用目镜视场中的垂线,对准第一个轮廓峰或轮廓谷与基准线的交点,从工作台的纵向千分尺上读取第一个读数S1;
再移动纵向千分尺,在一个取样长度内,将垂线对准第n个轮廓峰或轮廓谷与基准线的交点,从纵向千分尺上读取第n个读数Sn。
轮廓单元的平均宽度
按下式计算:
根据上述测量结果判断被测工件表面粗糙度的合格性。
五、注意事项:
测量时光带一定要与加工纹路垂直。
六、思考题:
1.用光切显微镜测量表面粗糙度可测
、
外,是否还可测其他参数?
2.测量
时为什么只测光带的同一个边界上的最高点(峰)和最低点(谷)?
3.光切显微镜测量
值的范围是多少?
实验4锥度、螺纹测量
4.1锥度测量
熟悉正弦尺测量外圆锥体锥度的原理和方法。
用正弦尺测量圆锥的圆锥角偏差。
(已知被测圆锥L=100,α=14°
25′,ATα为9级)
三、测量原理及计量器具说明
正弦尺是间接测量角度的常用计量器具之一。
它需要和量块、指示表等配合使用。
正弦尺的结构如图4-1所示。
它由主体和两个圆柱等组成,分窄型和宽型两种。
图4-1正弦尺结构图图4-2正弦尺原理图
正弦尺测量角度的原理是利用直角三角形的正弦函数为基础,如图4-2所示。
测量时,先根据被测圆锥的公称圆锥角α,按下式计算出量块组的高度h:
h=Lsinα
式中L——正弦尺两个圆柱间的中心距(100或200mm)。
根据计算的h值组合量块,垫在正弦尺的下面(图4-2),因此正弦尺的工作面与平板的夹角为α。
然后,将圆锥放在正弦尺的工作面上,如果被测圆锥角恰好等于公称圆锥角α,则指示表在a、b两点的示值相同,即圆锥的素线与平板平行。
反之,a、b两点的示值必有一差值,表明存在圆锥角偏差,若实际被测圆锥角α′>α,则a-b=+n(图4-3a);
若α′<α,则a-b=-n(图4-3b)。
图4-3计算原理图
由图4-3可知,圆锥角偏差Δα按下式计算:
式中l——a、b两点间的距离;
n——指示表在a、b两点的读数差。
Δα的单位为弧度。
(1弧度=2×
105秒)
四、测量步骤
1.根据被测圆锥的公称圆锥角α及正弦尺圆柱中心距L,按公式h=Lsinα计算出量块组的高度尺寸h,并组合好量块。
2.将组合好的量块放在正弦尺一端的圆柱下面,然后将圆锥稳放在正弦尺的工作面上(应使圆锥轴线垂直于正弦尺的圆柱轴线)
3.用带架的指示表在被测圆锥素线上距离两端分别不小于2mm的a、b两点进行测量读数。
测量前指示表的测头应先压缩1-2mm。
4.如图4-3所示,将指示表在a点处前后推移,记下最大读数。
再在b点处前后推移,记下最大读数。
在a、b两点各重复测量三次,取平均值后,求出a、b两点的高度差n,然后测量a、b两点的距离l。
圆锥角偏差Δα按下式计算:
5.将测量结果记入实验报告,查出圆锥角极限偏差,并判断被测圆锥的适用性。
五、思考题
1.用正弦尺、量块和指示表测量圆锥角偏差时(图4-3),a、b两点间的距离l的偏差对测量结果影响如何?
2.用正弦尺测量锥度时,有哪些测量误差?
3.为什么用正弦尺测量锥度属于间接测量?
4.2螺纹测量
熟悉测量外螺纹中径的原理和方法。
用螺纹千分尺测量外螺纹中径。
图4-4为螺纹千分尺外形图,它的构造与外径千分尺基本相同,只是在测量砧和测量头上装有特殊的测量头1和2,用它来直接测量外螺纹的中径,螺纹千分尺的分度值为0.01毫米。
测量前用尺寸样板3来调整零位。
每对测量头只能测量一定螺距范围内的螺纹,使用时根据被测螺纹的螺距大小,按螺纹千分尺附表来选择。
测量时由螺纹千分尺直接读出螺纹中经的实际尺寸。
图4-4螺纹千分尺外形图
1.根据被测螺纹的螺距,选取一对测量头;
(被测螺纹为M24×
2-6g)
2.擦净仪器和被测螺纹,校正螺纹千分尺零位;
3.将被测螺纹放入两测量头之间,找正中径部位;
4.分别在同一截面相互垂直的两个方向上测量螺纹中径,取它们的平均值作为螺纹的实际中径,然后判断被测螺纹中径的适用性。
实验5齿轮测量
通过对齿轮的综合测量,掌握常用齿轮量具的使用方法,了解不同精度等级的齿轮常用检验项目与检验方法,能正确判断齿轮适用性。
二、实验内容:
已知某减速器一对直齿圆柱齿轮副,m=3,Z1=24,Z2=42,压力角α=20°
,齿轮精度等级为8级。
对实际小齿轮按以下要求进行综合测量,判断齿轮的合格性。
1.用径向跳动仪测量齿轮齿圈径向跳动;
2.用齿厚卡尺测量齿轮齿厚偏差;
3.用齿轮公法线千分尺测量齿轮公法线长度偏差。
4.用手提式齿距仪测量齿轮齿距偏差;
5.用双啮仪测量径向综合偏差
5.1齿轮齿圈径向跳动测量
1.熟悉测量齿圈径向跳动误差的方法。
2.加深理解齿轮齿圈径向跳动误差的定。
用齿圈径向跳动检查仪测量齿轮的齿圈径向跳动。
齿圈径向跳动误差ΔFr是指在齿轮一转范围内,测头在齿槽内或在轮齿上于齿高中部双面接触,测头相对于齿轮轴线的最大变动量(图5-1)。
图5-1齿圈径向跳动测量
图4-1
齿圈径向跳动误差可用齿圈径向跳动检查仪、万能测齿仪或普通的偏摆检查仪等仪器测量。
本实验采用齿圈径向跳动检查仪来测量,图5-2为该仪器的外形图。
它主要由底座1、滑板2、顶尖座6、调节螺母7.回转盘8和指示表10等组成,指示表的分度值为0.001mm。
该仪器可测量模数为0.3~5mm的齿轮。
图5-2齿圈径向跳动仪外形图
1-底座2-滑板3-滑台移动手轮4-顶尖架锁紧螺钉5-顶尖锁紧螺钉6-顶尖座7-调节螺母8-可转测量架9-手柄10-指示表
为了测量各种不同模数的齿轮,仪器备有不同直径的球形测量头。
按GB/T10095规定,测量齿圈径向跳动误差应在分度圆附近与齿面接触,故测量球或圆柱的直径d应按下述尺寸制造或选取。
d=1.68m
m——齿轮模数(mm)。
此外,齿圈径向跳动检查仪还备有内接触杠杆和外接触杠杆。
前者成直线形,用于测量内齿轮的齿圈径向跳动和孔的径向圆跳动;
后者成直角三角形,用于测量圆锥齿轮的齿圈径向跳动和端面圆跳动。
本实验测量圆柱齿轮的齿圈径向跳动。
测量时,将需要的球形测量头装入指示表测量杆的下端进行测量。
1.根据被测齿轮的模数,选择合适的球形测量头装入指示表10测量杆的下端(图5-2)。
2.将被测齿轮和心轴装在仪器的两顶尖上,拧紧固紧螺钉4和5。
3.旋转手柄3,调整滑板2位置,使指示表测量头位于齿宽的中部。
借升降调节螺母7和提升手把9,使测量头位于齿槽内。
调整指示表10的零位,并使其指针压
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