互换实验内容及实验指导书

互换性与技术测量实验内容

一、尺寸误差测量：用比较仪测量轴径

二、形位误差测量：直线度测量、垂直度、平行度测量、端跳、径跳和斜跳误差

三、齿轮误差测量：齿圈径向跳动、公法线、齿厚、径向综合误差测量、齿轮齿距偏差与

齿距累积误差的测量（用时较长）

四、用双管显微镜测量表面粗糙度（不易掌握）

附：实验指导书

实验一 用比较仪测量轴径

轴径的测量器具很多，大致分为两类：一类是有刻线和标尺的测量器具，如游标量具，分厘量具，表类及各种测微仪。使用这些器具能够测得工件的实际尺寸大小或其偏差。另一类是量规，如各种极限量规。用量规不能测得工件的实际尺寸大小，只能确定被测工件是否在极限尺寸范围内。随着现代科学技术的发展，光栅、激光、数显、计算机等新技术已广泛应用于长度测量中。本实验仅对长度测量中常用的最基本的仪器进行学习和了解。

一、实验目的

1． 学习机械比较仪的结构原理及其使用方法。 2． 学习直接测量结果的处理方法。

3． 加深理解计量器具与测量方法的常用术

语。

二、设备与器材

机械比较仪2台、被测轴和相同尺寸量块各１组。

三、仪器及使用说明

机械比较仪主要用于长度比较测量，可测圆柱形、球形等物体的直径及零件的长度尺寸。用这类仪器测量时，先用量块将仪器标尺或指针调到零位，被测尺寸对量块尺寸的偏差可以从仪器刻度标尺上读得。

机械杠杆齿轮比较仪是利用杠杆齿轮传动的原理， 它的外形与传动结构如图1–1，其分度值为0.001mm，标尺的示值范围为±0.1mm。

仪器的放大比为：

KR1R3501001000R2R415

四、实验内容

用比较仪测量活塞销的直径。 要求：

1．测量一批零件的尺寸偏差，确定被测的这一批零件的实际尺寸变动范围。

2．对某一轴的固定部位进行多次重复测量（例如10次），计算测量结果。

五、测量步骤

图1-2机械比较仪

1．选择测量头：根据被测工件形状选择测量头的形式，即量头与被测工件的接触采用点接触或线接触。量头的形状有球形、刀口形与平面形三种形式。量头选好后装在量杆上。

2．组合量块：按被测零件的基本尺寸或极限尺寸组合（组合方法参看量块部分）。 3．调整仪器：

a．仪器调零位：如图1–2，将组合好量块组的下测量面置于工作台 11中央， 并使测量头12 对准上测量面中央。

b．粗调：松开支臂紧固螺钉8，转动调节螺母7，使支臂3 缓慢下降，直至到测量头与量块上测量面轻微接触，直到指针在表盘6的0位附近，将螺钉 8 锁紧。

c．细调：松开紧固螺钉10，转动调节轮9，直至指针指到到表盘上的0为止，然后拧紧螺钉10。

d．微调：若经过细调指针仍未指到表盘上的“0”时，可转动刻度尺微调螺钉13。使指针指到表盘上的“0”，用手指压下测头提升杠杆 5 不少于三次，使零位稳定，调零结束。

4．将测头抬起取下量块，放入被测量件，按实验规定的部位测量，对一个零件同一点的尺寸测量10次，并将测量的结果填入实验报告中。

六、思考题

1．用比较仪测量活塞销属于什么测量方法？绝对测量与相对测量各有何特点？ 2．什么是分度值、刻度间距？二者与放大比的关系如何？ 3．仪器的测量范围和刻度尺的示值范围区别何在？

实验二 典型零件的形位误差的测量

形位误差的项目较多，其检测方法也是多样的。为了正确地测量形位误差，GB1958—2004《形状和位置公差检测规定》规定了五个检测原则，即与理想要素比较原则、测量坐标值原则、测量特征参数原则、测量跳动原则以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有关条件，选择合理的检测方法和测量装置。

实验 2－1 主轴的检验

一、实验目的

1．熟悉主轴的检验方法，了解有关形状与位置误差的意义。 2．进一步熟悉普通测量器具的使用。

二、设备及器材

偏摆检查仪、0.002mm杠杆千分表、平板、顶针座、指示表、表架及量块等。

三、实验原理及检测项目

偏摆检查仪是测量轴类零件的常用量仪，如图2-1-1，它有两个等高锥形顶尖，安置在平行导轨的两端，千分表可在导轨上左右移动。测量时由两顶尖支承工件（轴） ，指示表与被测部位接触，工件转动一圈，指示表针所摆动的范围即为径向圆跳动或端面圆跳动误差。

对图2-1-2所示的主轴零件，一般需要检验以图2-1-1偏摆检查仪测量跳动误差 下几项：

（1）1、2、3圆柱表面的直径；

（2）表面3对表面1、2公共轴线的径向圆跳动； （3）圆锥表面4对表面1、2公共轴线的斜向圆跳动； （4）端面5对表面1、2公共轴线的端面圆跳动；

（5）表面3的圆度，表面1、2的圆柱度； （6）键槽6的宽度；

（7）键槽两侧面对轴线的对称度； （8）加工表面的粗糙度。 图2-1-2主轴示意图

四、测量方法

（一）圆跳动的测量

1．将偏摆检查仪导轨、顶尖及工件清洗干净。在两顶尖上涂少许润滑油，装上工件。 2．将杠杆千分表固定在表架上，使测头与工件被测圆柱面接触。工件缓慢转动一圈，表盘上指针的摆动范围即为径向圆跳动（端面跳动，斜向跳动）误差值。 在若干圆柱面上进行测量，取各测量圆柱面上测得的跳动量中最大的值作为该零件的径向跳动。

3．将杠杆千分表转动 90°，让测头与工件被

测端面接触，工件转动一圈，指针的摆动量为端面

圆跳动误差。

注意：无论是测径向圆跳动或端面圆跳动，杠杆 千分表测头的位移方向应与被测表面测量点法向一致。

图2-1-3测量斜面圆跳动

（二）键槽宽度及对称度的测量 对于键槽宽度检验，有两种方法：

第一种方法：用专用极限量规检验，过端通过而止端不通过则合格； 第二种方法：按槽宽极限尺寸，分别组合两组量块，按照上述方法检验。

键槽截面对称度测量：将专用键块塞进键槽中，移动指示表，调整被测件，使键块沿径向与平板平行，指示表两次读数差为：

aa1a2

该截面的对称度误差，下式计算：

h2f0hR2

a其中： f0——键槽截面的对称度误差

R——轴的半径 h——槽深

图2-1-4键槽对称度误差测量

五、思考题

1．在测量中，公共轴心线是如何体现的？可否用 V 型铁支承轴进行测量？

实验2－2 导轨直线度误差的测量

一、实验目的

1. 掌握用水平仪测量直线度误差的方法及数据处理。 2. 通过测量加深对直线度误差定义的理解。

二、实验内容

用合像水平仪测量直线度误差。

三、计量器具及测量原理

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。由于合象水平仪的测量准确度高、测量范围大（±10 mm/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。

图2-2-1 用合象水平仪测量直线度误差

合像水平仪的结构如图2－2－1a、d所示，它由底板1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。使用时将合像水平仪放于桥板（桥板放于被测表面上）上相对不动。如果被测表面无直线度误差，并与自然水平基准平行，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1b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c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c中两影像的错移量△消失而恢复成一个光滑的半圆头（图b）。测微螺杆移动量s导致水准器的转角α（图d）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（μm）

式中 0.01——合像水平仪的分度值（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。

四、实验步骤

1. 量出被测表面总长，确定相邻两点之间的距离（节距）。

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b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＋、－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。必须注意，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），同时后一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。从平行于坐标方向画出这两条平行直线间的距离，此距离就是被测表面的直线度误差值f（格）。

将误差值f（格）按下式折算成线性值f（微米），并按国家标准GB1184—80评定被测表面直线度的公差等级。

f（微米）＝0.01L f（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？

按国家标准GB1184—1996，直线度5级公差为25μm。误差值小于公差值，所以被测工件直线度误差合格。

表2-2-1 测量数据表

测 点 序 号 i 顺 测 仪器读数 回 测 平 均 0 — — — 0 1 298 296 297 0 2 300 298 299 ＋2 3 290 288 289 －8 4 301 299 300 ＋3 5 302 300 301 ＋4 6 306 306 306 ＋9 7 299 297 298 ＋ 1 8 296 296 296 －1 ai（格） 相 对 差 （格） △ai＝ai－a 注：1）表列读数，百位数是从图2－2－1的11处读得，十位数是从图2－2－1的9处读得。

2）a值可取任意数，但要有利于相对差数字的简化，本例取a＝297格。

图3-2-2 作图法求直线度误差

f＝0.01×200×11＝22μm

六、思考题

1．在导轨直线度误差的评定中，其理想直线是怎样确定？

2．直线度误差值为何不取在两条包容线的垂直距离上，而取纵坐标方向距离？

实验2–3 箱体的检验

一、实验目的

1．熟悉箱体零件的基本技术要求。

2．了解位置误差的测量原理及方法，加深位置公差的理解。 2．进一步熟悉通用测量具的使用。

二、测量器具及检验项目

检验箱体零件常用的测量器具如下：

测量平板、千斤顶、检验心轴、游标量具、千分尺、指示表、直角尺及其他专用测量器具。

对图2-3-1所示的箱体零件，通常要求检验以下几个项目： （1）孔的尺寸； （2）两孔中心距离； （3）两孔轴线的平行度；

（4）孔的轴线对底面的平行度； （5）孔的轴线对侧面的垂直度； （6）加工表面的粗糙度。

三、实验步骤

1．按零件图仔细研究零件的技术要求，必须看懂各个检验项目的意义和代图2-3-1 表符号；

2．根据零件技术要求和特点以及设备条件，决定测量方法，选择测量器具，并拟出测量步骤；

3．对各指定项目逐一进行测量

例如：测量两孔轴线对底面的平行度误差时，将被测件放在测量平板上，以平板面作模拟基准；用心轴模拟被测孔的轴线（见图2-3-2），按心轴的素线调整百分表的高度，将测量头与被测面接触，使百分表指针倒转1-2圈，并固定之。然后，沿规定的测量线移动百分表支架，在距离为L1的两个位置上测得两个读数M1和M2，被测轴线的平行度误差应为：

fLM1M2 L1图2-3-2 轴线对底面的平行度误差

式中 L——被测轴线的长度。

4．按技术要求对箱体零件作出适用性结论并分析测量误差及测量方法的优缺点；

5．其他项目的测量方法可参考实验报告中的有关部分，孔的同轴度误差可参看图2-3-3，图2-3-4进行测量。

图2-3-3 检验箱体孔的同轴度

四、思考题

1．在上述测量中，测量基准是如何体现的？图2-3-4 孔的测量示意图

实验三 齿轮测量

齿轮测量分为综合测量和单项测量，综合测量能连续地反映整个齿轮啮合点上的误差，较全面地评定齿轮的使用质量。为了进行工艺分析，提高齿轮加工质量，宜采用单项测量。

实验3–1 齿轮齿圈径向圆跳动的测量

一、实验目的

1．了解测量齿圈径向圆跳动的目的与意义。

2．熟悉齿圈径向跳动的测量方法。

二、设备与器材

万能测齿仪（或偏摆检查仪）及测量 Fr 的附件，符合要求的球形测头一个（或量棒一个），能与被测齿轮孔配合的标准芯轴一个。

三、测量原理

齿圈径向圆跳动误差Fr 是在齿轮一转范围内，测头相继在每个齿槽位于齿高中部与齿廓双面接触时，测头相对于齿轮轴线的最大变动量。 Fr 可用齿圈径向跳动检查仪、万能测齿仪或偏摆检查仪测量。测量示意如图3-1-1。

图3-1-1 齿圈径向跳动的测量

测量前，将被测齿轮无间隙地装于标准芯轴上，并将芯轴安装在万能测齿仪（或偏摆检查仪）顶尖间。应无轴向串动，但可转动自如。测量时，将球形测头（或量棒）逐齿伸入齿槽中，从千分表中读取测量数据，沿齿圈测量一周，其最大值与最小值之差即为齿圈径向跳动误差Fr。 也可用测得的数据描点作图求Fr。如图3-1-1横轴为齿序 n，纵轴为指示表读数 i，折线上最高点与最低点在纵轴方向上的距离为 Fr。

四、测量步骤

1．将被测齿轮清洗干净，按前述装于万能测齿仪上或偏摆检查仪上。

2．选择合适的球形测头或量棒（为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或量棒），以保证测头与被测齿轮在齿高中部接触，球形测头或量棒直径参看表3-1选择。

表3-1 模数（mm） 量头直径（mm） 0.3 0.5 0.5 0.8 0.7 1.2 1 1.7 1.25 1.5 2.1 2.5 1.75 2 2.9 3 4 5 3.3 5 6.7 8.3 将测头装在测量 Fr 附件（表架、千分表）的下端。

3．将球形测头或量棒与左、右齿面接触，把指示表指针调到零位，并使其指针压缩1~2圈，反复测量几次，直到表针稳定在零位为止。

4．退出量棒，将被测齿轮转过一齿，测头再进入齿槽，读取指针所指示的数据。依次沿齿圈逐齿测量。注意测量数据的正负。在测量列中，最大值与最小值之差即为齿圈径向跳动误差Fr。

5．当量棒再次进入第一齿槽时，指示表指针应指于零位。一般指针偏零位两微米以上需要查明原因并重新测量（被测齿轮运动精度为 8级时）。

6．处理测量数据，从GB/T10095-2001查出齿圈的径向圆跳动公差，判断被测齿轮的适用性。

五、思考题

1．测量齿圈径向圆跳动的目的是什么？为什么它只能揭示齿轮的几何偏心？

2．为什么测量齿圈的径向圆跳动时，要根据齿轮的模数不同，选用不同直径的球形测头或量棒？

实验3-2 齿轮公法线平均长度偏差测量

一、实验目的

1．加深对齿轮公法线平均长度偏差及其平均长度公差Twm定义的理解。 2．掌握测量齿轮公法线长度的方法。

二、实验设备

公法线千分尺。

三、实验原理

公法线长度Ｗ是指基圆切线与齿轮上两异名齿廓交点间的距离，如图3-2-1所示。

公法线平均长度偏差是指在齿轮一周范围内，公法线 长度平均值W与公称值Ｗ之差。

由图3-2-2知，当被测齿轮齿厚发生变化时，公法 图3-2-1公法线长度 线长度也相应发生变化。因此公法线平均长度偏差是评定齿侧间隙的一个指标。取公法线长度平均值是为消除运动偏心对公法线长度的影响。

公法线测量可采用具有两个平行测量面，且能插入被测齿轮相隔一定齿数的齿槽中的量具或仪器，如公法线千分尺、万能测齿仪、游标尺等。在大批量生产中，还可以采用公法线极限量规进行测量。

图３-2-2为公法线千分尺测量示意图。该量具的结构、使用方法及读数原理同普通千分尺，只是测量面制图3-2-2千分尺测量公法线示意图 成盘形，以便伸入齿间进行测量。公法线千分尺适合测量中等精度的齿轮。

图３-2-3为用万能测齿仪测量公法线长度示意图。固定测刀 1，其工作面在重锤作用 下始终与被测齿廓右侧在分度圆附近接触；活

动测刀 2，它与指示表3 接触，在弹簧 4 推力作用下其工作面与被测齿廓左侧面接触，当被测齿轮公法线发生变化时，两测刀工作面的距离相对公法线公称长度发生微小变动，并如实反映在指示表上。球形测头5用于确定齿轮的周向位置。

四、实验步骤

本实验采用公法线千分尺测量公法线长度。 1． 按公式计算公法线公称长度Ｗ、跨齿数n： πWmcosa[(2n1)2ξtgaZinva]2

图３-2-3万能测齿仪测量公法线示意图

式中：m——模数；

invaθtgaa渐开线函数；

——齿形角；

ξ——修正系数； n——跨齿数； Z——齿数。

对于标准直齿轮则有： Wm[1.476(2n1)0.014z]，n0.111z0.5 W和n值也可以直接从表3-2-1中查出。

表3-2-1 m＝1、齿轮齿数 跨齿数 Z n 17 18 19 20 21 24 25 26 2 3 3 3 3 3 3 3 公法线 公称长度 W 4.6663 7.6324 6464 6604 6744 7165 7305 7.7445 20的标准直齿圆柱齿轮的公法线长度

公法线 公称长度 W 7386 7526 7666 7806 7946 13.7888 8028 8168 齿轮齿数 跨齿数 Z n 41 42 43 44 45 48 49 50 5 5 5 5 6 6 6 6 公法线 公称长度 W 8588 8728 8868 13.9008 16.8670 9090 9230 16.9370 齿轮齿数 跨齿数 Z n 29 30 31 32 33 36 37 38 4 4 4 4 4 5 5 5 注：对于其它模数的齿轮，则将表中的数值乘以模数。

2．测量方法

（一）用公法线千分尺测量

首先用标准量棒校对所用千分尺的零位。根据跨齿数 n 按图3-2-2所示对被测齿轮，在不同方位三个对称位置上测量，测量值的平均值与公称值W之差为公法线平均长度偏差。按照齿轮图样的技术要求确定公法线长度的上偏差Ebns、下偏差Ebni，并判断被测齿轮的适用性。注意：为保证测量结果准确，测量时应轻轻摆千分尺，取最小读数值，要正确使用棘轮机构，以控制测量力。

五、思考题

1．测量公法线长度偏差，取其平均值的原因何在？

实验3-3 齿轮齿厚偏差的测量

一、实验目的

1．了解齿厚偏差的意义及对齿轮传动的影响。 2．熟悉齿厚的测量方法及有关参数的计算。

二、实验设备与器材

万能测齿仪或齿厚游标卡尺。

三、实验原理

齿厚偏差Esn是指在齿轮分度圆柱面上，齿厚的实际 值与公称值之差。对于斜齿轮是指法向齿厚。控制齿 厚偏差Esn是为了保证齿轮传动中所必须的齿侧间隙。

图3-３-1齿轮游标尺

齿轮分度圆齿厚可用图３-３-１所示的齿厚游标卡尺 测量。该卡尺刻度值为0.02mm，能够测量模数为

1-26mm 齿轮。这种卡尺是由两个游标卡尺组合而成。水平游标卡尺 1 用于测量分度圆的弦尺厚S，垂直游标卡尺 2 用于保证卡尺1两测量点与齿廓在分度圆处相接触，控制分度圆至齿顶圆的弦齿高h。

用齿轮游标尺测量齿厚偏差，是以齿顶圆为基准。当齿顶圆直径为公称值时，直齿圆柱齿轮分度圆处弦齿高h与弦齿厚S的按下式计算：

z90hm[1(1cos)]2z 90Szmsinz

式中：m——齿轮模数（mm）；

z——齿轮齿数。

当齿轮为变位齿轮且齿顶圆直径有误差时，分度圆处的弦齿高h与弦齿厚S的按下式计算：

π4ξtgafzhm[1[1cos)]](R'eRe)22z π4ξsinafSzmsin2z

式中：ξ——移距系数：

af——齿形角；

R'e——齿顶圆半径的公称值：

Re——齿顶圆半径的实际值。

四、实验步骤

1．用外径千分尺测量齿顶圆的实际直径（要求齿数为偶数） 。

2．计算h和S值(也可查表３-３-1)；将垂直游标卡尺 2调到h值，锁紧。

表３-4-1 m＝1时分度圆弦齿高和弦齿厚的数值

90) Z Zsin90 1+Z(1-cos2ZZ90) Zsin90 1+Z(1-cos2ZZ90) (1-cosZ Zsin90 1+Z2ZZZ 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 1.5683 1.5686 1.5688 1.5690 1.5692 1.5693 1.5694 1.5695 1.5696 1.5697 1.5698 1.5698 1.5699 1.0385 1.0363 1.0342 1.0324 1.0308 1.0294 1.0280 1.0268 1.0257 1.0247 1.0237 1.0228 1.0220 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 1.5702 1.5703 1.5703 1.5703 1.5703 1.5704 1.5704 1.5704 1.5704 1.5705 1.5705 1.5705 1.5705 1.0181 1.0176 1.0171 1.0167 1.0162 1.0158 1.0154 1.0150 1.0146 1.0143 1.0140 1.0137 1.0134 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 1.5706 1.5706 1.5706 1.5706 1.5706 1.5706 1.5706 1.5706 1.5706 1.5706 1.5706 1.5706 1.5706 1.0119 1.0116 1.0114 1.0112 1.0110 1.0108 1.0106 1.0104 1.0103 1.0101 1.0100 1.0098 1.0096 注：对于其它模数的齿轮，则将表中的数值乘以模数。

3．先将水平游标卡尺两测量点调开一段距离，使垂直游标卡尺测量端与齿顶圆接触。

然后，微调水平游标卡尺游标，使两测量点与齿廓接触，即可由水平游标卡尺上读得弦齿厚的实际尺寸。注意：在调水平游标卡尺游标时，用力不得过大，否则垂直游标卡尺量脚将脱离齿顶造成较大的测量误差。

4．分别在齿轮均匀分布的四个位置上进行测量，用实际齿厚减去公称齿厚 S为各齿的齿厚实际偏差Esn，这些值都应在齿厚上下偏差Ess、Esi 之间。

5．按齿轮图样标注的技术要求，确定齿厚上偏差Ess和下偏差Esi，判断被测齿厚的适用性。

用齿厚游标卡尺测量，其方法简单，但精度不高，所以仅适用于测量精度较低、模数较大的齿轮。

五、思考题

1．测量齿厚偏差的目的是什么？

2．齿厚极限偏差（Ess、Esi）和公法线平均长度极限偏差（Ews、Ewi）有何关系？ 3．齿厚的测量精度与哪些因素有关？

实验3-4 齿轮齿距偏差与齿距累积误差的测量

一、实验目的

1．熟悉测量齿轮齿距偏差与齿距累积误差的方法。 2．加深理解齿距偏差与齿距累积误差的定义。

二、实验设备

手提式齿距检查仪，万能测齿仪。

三、实验原理

齿距偏差是指在齿轮分度圆上实际齿距与公称齿距之差。当齿轮模数一定时，其公称齿距Pm。由于齿轮加工误差，使齿轮齿距不都相等。单个齿距偏差fpt主要影响齿轮传动的工作平稳性。

齿距累积总偏差Fp 是指在齿轮的分度圆上，任意两个同侧齿面间的实际弧长与公称弧长之差的最大绝对值。由于Fp能够反映齿轮几何偏心和运动偏心对齿轮使用性能的综合影响，因此它能较准确地评定齿轮传递运动的准确性状况。Fp和Δfpt 可由齿距检查仪或万能测齿仪按相对法在齿高中部测量。测量中，任取一个齿距作为基准齿距，依次测量其余齿距对基准齿距的偏差（即相对齿轮偏差） ，然后通过数据处理求Fp和fpt。

图3-4-1 齿距检查仪测量示意图 图3-4-2 万能测齿仪测量示意图

图3-4-1为齿距仪以相对法测量齿距误差的原理示意图。齿距仪的主要技术指标是：指示表分度值为0.001mm；可测模数范围为2~16mm的外啮合直齿或斜齿圆柱齿轮；可测齿轮精度为7~11级。测量时，以齿顶圆作为定位基准。 图3-4-2为万能测齿仪测量示意图。用被测齿轮的齿轮孔定位。该仪器可测量模数2.5~10mm，精度为 4-7 级的直齿和斜齿圆柱齿轮。

四、实验步骤

（一）齿距检查仪测量的步骤：

1．将固定量爪按被测齿轮模数调整到模数标尺的相应刻度上，用螺钉紧固。

2．将仪器置于检验平板上，注意必须使仪器底面上的三个支点均与平板表面相接触。 3．使固定量爪、活动量爪分别与分度圆附近的两相邻同侧齿廓相接触，并使指示表具有一定的压缩量（1~2圈）。

4．调整两定位支脚，使其末端与齿顶圆相接触，用螺钉固紧。

5．旋转指示表壳，使指针对零，以已调零的这个实际齿距作为基准齿距，顺序逐齿测量各实际齿距相对于基准齿距的偏差αi，则各齿距的实际偏差为

fpti1zaiai

zi1式中：z为被测齿轮的齿数。

6．从GB/T10095.1—2001查出齿轮齿距累计总公差Fp和单个齿距极限偏差±fpt，与测得的误差值相比较，判断被测齿轮的适用性。

（二）万能测齿仪测量的步骤：

1．擦净被测齿轮，然后把它安装在仪器的两顶尖上。

2．调整仪器，使测量装置上的两个测量爪进入齿间，在分度圆附近与相邻两个同侧齿面接触。

3．在齿轮心轴上挂上重锤，使齿轮紧靠在定位爪上。

4．测量时，先以任一齿距为基准齿距，调整指示表的零位，然后将测量爪反复退出与进入被测齿面，以检查指示表值的稳定性。

5．退出测量爪，将齿轮转动一齿，使两个测量爪与另一对齿面接触。逐次测量各齿距，从指示表读出齿距相对偏差（fpt相对）。

6．处理测量数据（方法同前）。

7．从GB/T10095.1—2001查出齿轮齿距累计总公差Fp和单个齿距极限偏差±fpt，与测得的误差值相比较，判断被测齿轮的适用性。

实验四 用双管显微镜测量表面粗糙度

表面粗糙度的测量方法常用的有光切法、光波干涉法及触针法等。工厂常用的还有用表面粗糙度样板直接和被测工件对照的比较法，以及利用塑性和可铸性材料将被测工件表面的加工痕迹复印下来，然后再测量复印的印模，从而确定被测工件的表面粗糙度级别的印模法。

一、实验目的

1．了解用双管显微镜测量表面粗糙度的原理和方法。

2．加深对粗糙度评定参数轮廓的最大高度Rz的理解。

二、实验内容

用双管显微镜测量表面粗糙度的Rz值。

三、计量器具及测量原理

双管显微镜用于测量Ｒz值1–80μm。仪器的视场直径为0.3~2.5mm。微轮廓的最大高度Rz是在取样长度l内，最大轮廓峰高yPmax和最大轮廓谷深yvmax之和，如图2–1所示。其计算公式为：

Rz=yPmax+yvmax

图5–1 轮廓的最大高度Rz

双管显微镜的外形如图5–2所示，底座１、工作台６、立柱３、升降螺帽４、升降手柄５、可调视度目镜７、可调“＋”字线千分尺筒８、横向移动千分尺２、 （一般仪器调好后，２是不允许动的） 、被测量件９，紧固螺钉10。

仪器是根据光切原理进行表面粗糙度测量的。光线经过 光栏和物镜射向工件的被检验表面（入射角为45°），由于 入射的扁平光束有一定的厚度，当被检验表面粗糙不平时， 在目镜视场中观察到的轮廓影像是与被测表面成45°方 向截面上的凸凹不平的弯曲状光带，并放大了M倍。因而 微观不平度的实际高度h与目镜中见到的影像h′之间的关 系由下式表示：

h'cos45h

M为了测量和计算方便，显微镜在结构上使目镜分划板十 字线沿着目镜百分尺螺杆移动方向成45°的方向移动，移动 量从目镜百分尺上读取，因此在目镜视场内光带峰谷之间的距

图5–2双管显微镜示意图

离h′与从目镜百分尺上读取的数值H之间的关系为：

h′=H·cos45°

cos2451H所以hH M2M令

1E则 hEH 2M图2–3目镜视场

根据被测工件表面粗糙度的要求，按国家标准 GB10131 –83 的规定选取物镜放大倍数与系数E值。参看表2—1。

表5–1 物镜放大倍数 N 7X 14X 30X 60X 总放大倍数 60X 120X 260X 520X 视场直径 （mm） 2.5 1.3 0.6 0.3 物镜工作距离（mm） 17.8 6.8 1.6 0.65 系数E mm/格 测量范围 Rz(μm) 10—80 3.2—10 1.6—6.3 0.8—3.2 1.28 0.63 0.20 0.16 四、测量步骤

1．根据被测工件表面粗糙度的要求，按表2–1选择合适的物镜组，分别安装在投射光管和观察光管的下端。

2．通过变压器，接通电源。

3．擦净被测工件，把它安放在工作台上，并使被测表面的切削痕迹的方向与光带垂直。当测量圆柱形工件时，应将工件置于V型块上。

4．粗调节、细调节调整出影像，直到目镜中观察到绿色光带和表面轮廓不平度的影象。 （1）将工件置于工作台上，松开紧固螺10，转动横臂并回转升降螺帽４，使镜头对准被测表面上方，然后紧固螺钉10。

（2）调节升降手柄5，使带有双管的支架微微上、下移动，使目镜视场上同时出现切削痕纹与光带。

（3）转动工作台6（或横臂），使加工痕纹与投射在工作表面上的绿色光带彼此垂直，并交错调整上述升降手柄5与横向移动千分尺2，使目镜中光带最狭窄，轮廓影象最清晰并位于视场的中央。

5．测量工件表面粗糙度 调整目镜测微器，使目镜中的十字水平线平行于光带轮廓中线，并以此水平线作为测量的基准线，转动目镜测微器，在基本长度l范围内，使该线分别与最大峰顶和最大谷底相切。 从目镜测微器上分别得到最大峰顶的读数为h2和最大谷底读数为h1，按下式计算得出轮廓的最大高度Rz

Rz=h2－h1

式中：hi ——单位为格数。

6．纵向移动工作台，在测量范围长度内，共测出n（n一般取5）个取样长度的Rz值，取它们的平均值作为被测表面的轮廓最大高度。按下式计算：

RZ(平均）R1nzn

7．按表面粗糙度国家标准确定工件表面粗糙度等级。 几种常用的机械加工方法的最小测量长度见表2－2。

表2－2

表面轮廓的特点 比较规则和均匀（如车、铣） 不很规则和均匀（如精车、磨） 很不规则和均匀（如精磨，研） 基本长度l（mm） 2.5 0.8 0.25 测量长度L（mm） （1~3）l （2~6）l （6~17）l 五、注意事项

1．小心调整仪器，防止镜头接触工件（使用60倍、30倍镜头时尤应注意）。最好先使

镜头下降到最低位置（比工件表面略高），然后自下而上调整镜头并进行观察。

2．测量圆柱体工件时，应使光带在最高素线上，才能获得清晰的条纹。 3．凡士林等油脂不可弄在镜头表面上，否则图像模糊不清。

六、思考题

1．什么是Rz参数和Ra参数，用双管显微镜能测量Ra参数吗？ 2．为什么光带轮廓上、下边缘不能同时达到最清晰的程度？ 3．影响测量精度的因素有哪些？