2012互换性-实验指导书(二)新
互换性实验指导书
《互换性与测量技术》实验指导书学院：________________________专业年级：________________________指导老师：________________________姓名：________________________学号：______ _____________实验一 阶梯轴长度和直径的测量1. 实训目的学习游标卡尺的结构原理和使用方法。
2. 设备与器材游标卡尺和标准件。
3. 量仪说明与测量原理（1）游标卡尺以10分度游标卡尺（图1-1）为例说明。
将尺身的9小格即9mm 长度平均分成10份，做成游标，游标的每小格即为0.9mm ，比尺身相应小0.1mm ，根据游标和尺身的刻度错位可测量不足1mm 的长度。
尺身和游标上对应的一等份差值，叫做精确度，它体现了测量的准确程度。
游标卡尺正是利用尺身和游标上每一小格之差，来达到提高精确度的目的，这种方法叫做示差法。
图1-1 10分度游标卡尺1-内测量爪（测内径）；2-锁定旋钮；3-主尺；4-深度尺（测深度）；5-游标尺；6-外测量爪（测直径）如图1-2所示，游标上的第6条刻度线与尺身上的某一条对齐，则被测物体的长度为精确度⨯=⨯=⨯-=-=∆6)(1.069.066dc mm L L L bc同理，当游标上第n 条刻线与尺身上的某一条刻线对齐，则被测物体的长度为精确度⨯=∆n L图1-2 游标卡尺读数原理游标卡尺的读数步骤如下：第1步 确认游标格数，算出游标卡尺精确度：10分度游标卡尺精确度为mm 1.0mm 101=。
20分度游标卡尺精确度为mm 05.0mm 201=。
30分度游标卡尺精确度为mm 02.0mm 501=。
第2步 从尺身读出游标零刻线前的毫米数L 1。
第3步 观察游标上第几条刻线跟尺身上某一条刻线对齐，毫米以下的读数就是L 2=n ×精确度，得游标示数L 2。
第4步 测量结果为L = L 1+L 2= L 1+n ×精确度。
互换性实验报告
实验一在立式光学计上测量轴径
仪器名称分度值
(mm)
示值范围
(mm)
测量范围
(mm)
仪器不确定度
(um)
被测零件基本尺寸极限偏差(um) 极限尺寸(mm)
上偏差下偏差最大最小上验收极限下验收极限
形位公差
(um)
素线直线度f-
素线平行度f//
测
量
示
意
图
测量数据实际偏差(um) 实际尺寸(mm)
测量剖面Ⅰ—ⅠⅡ—ⅡⅢ—ⅢⅠ—ⅠⅡ—ⅡⅢ—Ⅲ
测量方向1—3 2—4 3—1 4—2
形位误差(um)
素线直线度误差f-素线平行度误差f//合格性结论理由
实验二用光切显微镜测量表面粗糙度1.微观不平度十点高度Ｒｚ的测量
实验三形状误差的测量1.直线度误差的测量
2.平面度误差的测量
3.圆度误差的测量
实验四位置误差的测量
1.平行度误差的测量(mm)
3.跳动的测量(mm)
图样标注跳动量合格性结论端面跳动
径向跳动
径向全跳动
测量位置测量数据
最大最小差值1—1
2—2
3—3
4—4
5—5
6—6
7—7
8—8
测
量
示
意
图
实验五在工具显微镜上测量外螺纹各参数
实验一齿轮齿圈经向跳动的测量（表一）
实验一齿轮公法线长度及其变动的测量（表二）
实验一齿距偏差及齿距累计误差的测量（表三）
实验一在双啮仪上对齿轮的综合测量（表四）。
《互换性与技术测量》实验指导书(三个实验,前两个必做,最后一个演示和选做)
实验一直线度误差的测量一、实验目的掌握按“节距法”测量直线度误差的方法。
二、测量原理及数据处理对于很小表面的直线度误差的测量常按“节距法”，应是将被测平面分为若干段，用小角度度量仪（水平仪、自准直仪）测出各段对水平线的倾斜角度，然后通过计算或图解来求得轮廓线的直线度误差。
本实验用合像水平仪。
具体测量方法如下：将被测表面全长分为n段，每段长l=L/N应是桥板的跨距。
将桥板置于第一段，桥板的两支承点放在分段点处，并把水平仪放在桥板上，使两者相对固定（用橡皮泥粘住）记下读数a1（单位为格）。
然后将桥板沿放测表面移动，逐段测量下去，直至最后一段（第n段）。
如图1每次移l，并要使支承点首尾相接，记下每段读数（单位为格）a1、a2、……a n。
最后按下列步骤（见例）列表计算出各测量点对两端点连线的直线度偏差Δh i，并取最大负偏差的绝对值之和作为所求之直线度误差。
[例]设有一机床导轨，长2米（L=2000mm），采用桥板跨距l=250mm，用分度值c=0.02mm/m的水平仪，按节距法测得各点的读数a i（格）如表1。
表1也可用作图法求出直线度误差，如图2。
作图法是在坐标纸上，以导轨长度为微坐标，各点读数累积为纵坐标，将测量得到的各点读数累积后标在坐标上，并将这些坐标点连成折线，以两端点连线作为评定基准，取最大正偏差与最大负偏差的绝对值之和，再换算为线值（μ），即为所求之直线度误差。
测量导轨直线度误差时，数据处理的根据，可由下图看出：（图3）A i — 导轨实际轮廓上的被测量点（i =0、1、2、……、n ）； a i — 各段上水平仪的读数（格）； Y i — 前后两测量点（i -1，i ）的高度差；h i — 各测点（A i ）到水平线（通过首点A 0）的距离（μ），显然1'in i i h y ==∑'i h — 在测量点A i 处，导轨的倾斜量（μ）； Δh i — 测量点A i 对导轨首末两端点连线（A 0，A n ）的直线度误差（μ）（显然Δh 0=0，Δh n =0）；l — 桥板跨距，即各测量段长度l =L /n (mm)，L ——导轨全长（mm ），n ——测量段数； c —水平仪的分度值0.01mm/米·格。
互换性与技术测量实验指导书
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、《公差和技术测量》 (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和公法线长度变动测量 (6)实验四齿轮齿距偏差和其累积误差的测量 (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使用知识、分析问题解、决问题的能力，达到培养创新能力的目的。
为此，及时修订编撰实验教学指导书使其和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、过程装备和控制工程、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，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。
简版 2012zwp0
3)在使用和维修方面：便于及时更换已经丧失使用功能的零(部)件，
对于某些易损件可以提供备用件，这样既可及时维修，缩短停机 时间，尽快修复，又减少维修成本，提高机器的使用价值。
鉴于互换性在提高产品质量和可靠性、
提高经济效益等方面的重大意义，互换性原
则已成为现代机械制造业中一个普遍遵守的 原则，成为制造业可持续发展的重要技术基 础。
螺孔：M16-6H
形成牵一发而 动全身的现象
优先数系
故:技术参量应在一个理想的统一的数系中选取
为使产品的参数选择能遵守统一的规律，使参数选择一开始就纳入标准 化轨道，必须对各种技术参数的数值作出统一规定。《优先数和优先数 系》国家标准就是其中最重要的一个标准，是国际上统一的数值分级制 度。使生产部门以较少的品种规格经济合理的满足用户需求。
GPS 总体 规划 框架
GPS通用标Hale Waihona Puke 矩阵简图（3）互换性的分类
• 按决定参数分： 几何参数互换：规定几何参数公差所达到的互换性。 保证配合、装配要求的几何参数。狭义
功能互换：规定功能参数公差所达到的互换性。 其它机械、材料性能参数。广义
•按方法程度分： 完全(绝对)互换：互换性，以零部件装配或更换时不需要挑选或 修配为条件。 孔和轴加工后只要符合设计的规定要求，则它 们就具有完全互换性。 厂际协作 不完全(有限)互换：有限互换性，在零部件装配时允许有附加条 件的选择或调整。 分组互换：精度高 调整互换：更换调节环零件、改变零件位置 修理互换：去除调节环零件多余材料 厂内制造和装配
互换性与测量技术
张 卫
机械楼304室
课程内容提要
第 0 章
第 1 章 第 2 章 第 3 章
概论 （2H）
互换性实验指导书
互换性与技术测量基础实验指导书实验一形位误差测量一．实验目的1．了解位置度误差的检测原则和基准体现方法；误差的测量原理及方法。
2．熟悉通用量具的使用。
3．加深对平行度、垂直度等位置公差的理解。
二．实验设备测量平板、心轴、精密直角尺、塞尺、百分表、表架、游标卡尺、偏摆检查仪等。
三．实验内容1．图2-1为被测件角座，其上提出四个位置公差要求；（1）顶面对底面的平行度公差0.15;（2）两孔的轴线对底面的平行度公差0.05;(3)两孔轴线之间的平行公差0.35;(4)侧面对底面的垂直度公差0.20;2．轴类零件的圆跳动。
三．实验方法步骤 1．按检测原则1（与理想要素比较原则）测量顶面对底面的平行度误差（图2-1）。
将被测件放在测量平板上，以平板面作模拟基准；调整百分表在支架上的高度，将百分表测头与被测面接触，使百分表指针倒转1～2圈，固定百分表，然后在整个被测表面上沿规定的各测量线上移动百分表支架，取百分表的最大与最小读数之差作为被测表面的平行度误差。
2-1 2-22．按检测原则，测量两孔轴线对底面的平行度误差。
用心轴模拟被测孔的轴线（图2-2 测量两孔轴线对底面的平行度误差），以平板模拟基准，按心轴上的素线调整百分表的高度，并固定之（调整方法同步骤1），在距离为L1的两个位置上测的两个读数M1和M2，被测轴线的平行度误差为：f=LM1−L1M2式中：L——被测轴线的长度。
3．按检测原则1测量两孔轴线之间的平行度误差（图2-3）。
用心轴模拟两孔轴线用游标卡尺在靠近孔口端面处测量尺寸a1及a2，差值（a 1-a2）即为所求平行度误差。
2-34．按检测原则3（测量特征参数原则）测量侧面对底面的垂直度误差（图2-4）。
用平板模拟基准，将精密直角尺的短边垂直于平板上，长边靠在被测侧面上，此时长边即为理想要素。
用塞尺测量直角尺长边与被测侧面之间的最大间隙，测得值即为该位置的垂直度误差。
移动直角尺，在不同位置重复上述测量，取最大误差值为该被测面的垂直度误差。
互换性实验指导书模板
互换性与技术测量基础实验指导书实验一形位误差测量一．实验目的1．了解位置度误差的检测原则和基准体现方法; 误差的测量原理及方法。
2．熟悉通用量具的使用。
3．加深对平行度、垂直度等位置公差的理解。
二．实验设备测量平板、心轴、精密直角尺、塞尺、百分表、表架、游标卡尺、偏摆检查仪等。
三．实验内容1．图2-1为被测件角座, 其上提出四个位置公差要求;( 1) 顶面对底面的平行度公差0.15;( 2) 两孔的轴线对底面的平行度公差0.05;(3)两孔轴线之间的平行公差0.35;(4)侧面对底面的垂直度公差0.20;2．轴类零件的圆跳动。
三．实验方法步骤1．按检测原则1( 与理想要素比较原则) 测量顶面对底面的平行度误差( 图2-1) 。
将被测件放在测量平板上, 以平板面作模拟基准; 调整百分表在支架上的高度, 将百分表测头与被测面接触, 使百分表指针倒转1～2圈, 固定百分表, 然后在整个被测表面上沿规定的各测量线上移动百分表支架, 取百分表的最大与最小读数之差作为被测表面的平行度误差。
2-1 2-22．按检测原则, 测量两孔轴线对底面的平行度误差。
用心轴模拟被测孔的轴线( 图2-2 测量两孔轴线对底面的平行度误差) , 以平板模拟基准, 按心轴上的素线调整百分表的高度, 并固定之( 调整方法同步骤1) , 在距离为L1的两个位置上测的两个读数M1和M2, 被测轴线的平行度误差为: f=LM1−L1M2式中: L——被测轴线的长度。
3．按检测原则1测量两孔轴线之间的平行度误差( 图2-3) 。
用心轴模拟两孔轴线用游标卡尺在靠近孔口端面处测量尺寸a1及a2, 差值( a1-a2) 即为所求平行度误差。
2-34．按检测原则3( 测量特征参数原则) 测量侧面对底面的垂直度误差( 图2-4) 。
用平板模拟基准, 将精密直角尺的短边垂直于平板上,长边靠在被测侧面上, 此时长边即为理想要素。
用塞尺测量直角尺长边与被测侧面之间的最大间隙, 测得值即为该位置的垂直度误差。
互换性实验指导书(1)
台州学院机械工程学院《互换性与技术测量》实验指导书2009.6.3目录实验一尺寸测量实验一（1）用立式光学计测量塞规实验一（2）用内径百分表测量内径实验二形位误差及表面粗糙度的检测实验二（1）用百分表测量零件径向圆跳动和径向全跳动实验二（2）用比较法检测表面粗糙度实验二（3）微机型万能工具显微镜测量圆度误差及同轴度误差实验三螺纹测量实验一 尺寸测量实验一(1) 用立式光学计测量塞规一、实验目的1. 了解立式光学计的测量原理。
2. 熟悉用立式光学计测量外径的方法。
3. 加深理解计量器具与测量方法的常用术语。
二、实验内容1. 用立式光学计测量塞规。
2. 根据测量结果，按国家标准GB1957—81《光滑极限量规》查出被测塞规的尺寸公差和形状公差，作出适用性结论。
三、测量原理及计量器具说明立式光学计是一种精度较高而结构简单的常用光学量仪。
用量块作为长度基准，按比较测量法来测量各种工件的外尺寸。
图1为立时光学计的外形图。
它由底座1、立柱5、支臂3、直角光管6和工作台11等几部分组成。
光学计是利用光学杠杆放大原理进行测量的仪器，其光学系统如图2b 所示。
照明光线经反射镜1照射到刻度尺8上，再经直角棱镜2、物镜3，照射到反射镜4上。
由于刻度尺8位于物镜3的焦平面上，故从刻度尺8上发出的光线经物镜3后成为一平行光束，若反射镜4与物镜3之间相互平行，则反射光线折回到 焦平面，刻度尺象7与刻度尺8对称。
若被测尺寸变动使测杆5推动反射镜4饶支点转动某一角度α（图2a ）， 则反射光线相对于入射光线偏转2α角度，从而使刻度 尺象7产生位移t （图2c ），它代表被测尺寸的变动量。
物镜至刻度尺8间的距离为物镜焦距f ，设b 为测杆中 心至反射镜支点间的距离，s 为测杆移动的距离，则仪 器的放大比K 为：ααbtg ftg s t K 2==当α很小时，αα22≈tg ，αα≈tg ，因此： bfK 2=图 1 光学计的目镜放大倍数为12，mm f 200=，mm b 5=，故仪器的总放大倍数n 为： 960520021221212=⨯⨯===b f K n 由此说明，当测杆移动0.001mm 时，在目镜中可见到0.96mm 的位移量。
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实验二几何误差测量（1）
（圆度、圆柱度、平面度误差测量）
一、实验目的
明确圆度、圆柱度、平面度公差带形状及含义；掌握圆度、圆柱度、平面度误差的测量方法。
二、实验内容
圆度、圆柱度、平面度误差测量。
三、实验设备
百分表架、百分表、平台、小千斤顶、平板等。
四、实验方法
（一）圆度与圆柱度误差测量
1．圆度误差及测量、评定方法
图2-1 圆度误差的定义
圆度误差为包容同一横截面实际轮廓，且半径差为最小的两同心圆间的距离f，如图2-1所示。
圆度误差最小包容区域的判别方法是：由两同心圆包容被测实际轮廓时，至少有4个实测点内、外相间地在两个圆周上(即同心圆的内、外接点至少两次交替发生)，如图2-1所示。
圆度误差最小区域的同心圆圆心，通常是和零件的测量回转中心不一致。
图中，O点是测量时的回转中心，O′测量点是圆度误差的评定中心。
在测量旋转面的若干个横截面中，取其中最大的圆度误差值作为被测旋转面的圆度误差。
目前通常采用四种圆度误差的评定方法：最小外接圆法、最大内切圆法、最小二乘圆法、最小区域法。
其中以最小区域法评定的圆度误差值为最小，能最大限度地通过合格品，是我国标准的定义法。
测量圆度误差的方法，主要有：圆度仪测量，两点法测量圆度误差，三点法测量圆度误差。
这里只介绍两点法测量圆度误差。
两点法测量圆度误差用千分尺在垂直于轴线的固定截面的直径方向进行测量，测量截面一周中直径最大差一半即为单个截面的圆度误差。
如此测量若干个截面，取其最大的误差值作为该零件的圆度误差。
此种测量方法，由于在测量截面内是两点接触，所以称为两点法。
如图2-2所示。
两点法测得的圆度误差f和各直径的测量最大读数差F有如下关系：f=F/K=F/2，K是反映系数。
2．圆柱度误差的检测与评定方法
圆柱度误差是指包容实际表面且半径差为最小的两同轴圆柱面间的半径差f。
圆柱度误差综合地反映了圆柱面轴线的直线度误差、圆度误差和圆柱面相对素线间的平行度误差。
用它来综合评定圆柱面的形状误差是比较全面的，常用在精度要求比较高的圆柱面。
圆柱度误差的评定方法有：（1）用圆度仪测量，（2）用两点法测量。
这里只介绍两点法测量圆度误差。
用两点法测量圆柱度误差测量简图如图2-3所示。
测量时，将被测件放在精确平板上，并紧靠直角座；在被测件回转一周过程中，测量一个横截面上的最大与最小读数差；如此测量若干个横截面，然后取整个测量过程中，所有读数中的最大与最小读数差的一半作为该圆柱面的圆柱度误差。
此法适用于测量精度要求不高的零件表面。
图2-3 两点法测量圆柱度误差 3．测量数据的处理方法
本实验采用的是两点法测量圆度与圆柱度误差。
两点法测量圆柱度误差和两点法测量圆度误差相类似，但有不同。
一是两点法测量圆柱度误差，在整个测量过程中，指示器只许一次调整零点，而两点法测量各截面圆度误差时，指示器的零点可以在每转测量中分别调整，测量结果不受影响；二是圆柱度误差的数据处理是取整个测量过程中所有读数的最大与最小读数差的一半作为误差值，而圆度误差是先取得单个截面的误差值，再取若干截面中的最大误差作为圆度误差值，如图2-3所示。
（二）平面度误差测量
平面度：被测实际平面对其理想平面的允许变动全量，是一项控制平面形状误差的指标。
实验方法——间接测量法：是通过测量实际表面上若干点的相对高度差或相对倾斜角，经数据处理后，求其平面度的误差值。
具体操作时是将被测零件用可调千斤顶安置在平台上，以标准平台为测量基面，按三点法或四点法（对角线法）调整被测面与平台平行。
用百分表沿实际表面上布点逐点测量。
布点测量时，先测得各测点的数据，而后按要求进行数据处理，求平面度误差。
所用的布点方法如图2-4所示。
最外的测点应距工作面边缘10mm 左右。
五、实验步骤
1）如图2-5所示，将被测工件放在检验平板上，用对角线法，调节被测平面下的螺母，将被测件平面两对角线的对角点分别调平（即指示表示值相同）；也可以用三远点法，即选择平面上三个较远的点，调平这三点，即三点指示表读数相同。
2）然后在被测面按图2-4 3）数据处理： 方法一：首先按不同的测量方法，将测得数据换算成各点相对检验平板的高度值；然后根据最小条件准则确定评定基准平面，计算出平面度误差值。
方法二：测量所得数据是相对测量基准而言的，为了评定平面度的误差值，还需要进行坐标变换，将测得值转换为评定方法相应得评定基准得坐标值。
其平面坐标值可按图2-6所示的规律，不影响实际被测平面真实情况。
然后根据判断准则 图2-5 平面度测量 图2-6 平面度测量布点
图2-4 平面度测量坐标规律
列方程，求出P 、Q 值。
举例说明：图2-7为一平面相对检验平板的坐值 按上述方法评定平面度误差
解1：三点法
任取三点+4，
-9，-10按图2-6的规律列出三点等
值方程：
+4+P =-9+2P +Q
-10+2Q =+4+P
由上式解出P= +4，Q= +9，按图2-6规律和P 、Q 值转换被 测平面的坐标值，得到图2-8的形式， 同时可以按三点法计算测量结果，见图2-9所示。
所以，平面度误差 34034m μ=+-=（）解2：对角线法 按图2-6规律列出两等值对角 点的等值方程： 0=+8+2P +2Q 解得P=-6，Q= +2。
按图2-8规律和P 、Q 值转换被 测平面的坐标值得到图2-10所示的结果： 其平面度误差(16)(19)35m μ=+--=
思考题
1．圆度、圆柱度公差带是什么形状的？测量圆度、圆柱度误差时有基准吗？
1．用三点法求得的平面度误差，是实际平面度误差吗？
2．通常三点法与对角线法测量，哪个更接近于实际平面度误差？ 图2-8 平面度误差测量坐标变换。