《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)
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。
《互换性与技术测量》实验指导书1
互换性与技术测量实验指导书目录实验一通用量具应用及量块组合选择（选用)实验二用比较仪检测工件尺寸误差实验三表面粗糙度的测量实验四直线度误差的测量实验1 通用量具应用及量块组合选择（孔轴测量）（选做）一、实验目的：1.了解量块、千分尺、游标卡尺的构造和工作原理。
2．掌握量块尺寸组合、千分尺、游标卡尺测量尺寸的方法3．掌握由测得数据进行数据处理的一般方法，并分析产生误差的原因及误差类型。
二、实验所需仪器千分尺、游标卡尺 83块一套的量块三、实验步骤1．利用游标卡尺测量工件直径尺寸，共测量十组数据，将测量结果填入实验报告，并对测量数据进行数据处理。
2．利用千分尺测量工件长度尺寸，共测量十组数据，将测量结果填入实验报告，并对测量数据进行数据处理。
3．用83块一套的量块对千分尺测量的数据处理以后的数据进行尺寸组合。
四、测量数据1.用游标卡尺测量直径尺寸2.用千分尺测量的数据3．用83块一套的量块对千分尺测量的数据数据处理以后的数据进行组合的量块尺寸尺寸：第一块量块：第二块量块：第三块量块：第四块量块：六、思考题1：测量误差一般分为几类型，一般各怎么进行数据处理？实验2 用比较仪测量工件尺寸误差1.实验目的1.1 立式光学比较仪工作原理及使用方法。
1.2 熟悉轴的直径误差的测量方法。
1.3 学会基本的测量误差处理方法。
2.设备与器材立式光学比较仪、被测轴和相同尺寸量块3.实验原理与方案立式光学比较仪主要用于作长度比较测量。
要先用量块将标尺和指针调到零位，被测尺寸对量块的偏差可从仪器标尺上读得。
并可对某轴的固定部位进行多次重复测量，计算测量误差。
立式光学计主要组成见外形图2-2。
由底座1、立柱2、支臂3、直角光管4和工作台11等几部分组成。
立式光学计的光学系统图2-3所示。
光线由进光反射镜6进入光学计管中，由通光棱镜7将光线转折90度，照亮了分划板4上的刻度尺9。
刻度尺上有±100 格的刻线，此处刻线作为目标，位于物镜2的焦平面上。
互换实验指导书3
《互换性与技术测量》实验指导书机电工程学院任秀2006年3月目录一、前言二、实验报告的基本内容及要求三、实验一长度测量四、实验二形位误差测量五、实验三表面粗糙度测量六、实验四齿轮精度设计与综合测量前言《互换性与测量技术》实验课程的教学目标是通过实验环节来提高学生几何精度设计的综合能力，使学生加深对公差理论的理解，并将公差与测量紧密结合，初步具有正确选用检测方法和测量器具等方面的基础知识和能力。
在教学上突出基础理论知识的应用和实践能力的培养，理论上以讲清概念为主，着重培养学生的实践能力。
在教学中紧密结合典型产品，加强学生对基础理论知识的掌握与应用。
实践教学强调对学生工程实践能力、表达交流沟通能力和团队合作精神等综合素质的培养。
教学活动以教师为辅、学生为主。
学生通过实验过程中的操作环节，掌握课程知识、培养独立思考能力、动手能力和创新能力。
实验内容及学时:（1）尺寸测量；（1学时）（2）形位误差测量；（2学时）（3）表面粗糙度测量；（1学时）（4）齿轮综合测量；（2学时）实验报告的基本内容及要求学生对每个实验应该做到原理清楚、方法正确，数据可靠，书写工整。
实验报告的一般内容：1.实验名称；2.所用仪器、工具名称与规格；3.测量原理简述；4.被测工件(绘出草图、注明被测部位的基本尺寸、极限偏差或公差)。
5.测量结果及适用性结论；6.误差分析与实验心得。
实验一长度测量一、实验类型：验证性实验二、实验要求：课内必做及课外开放选择三、考核方式：实验操作和实验报告四、每组人数： 4～5人1组五、实验目的1.了解卧式测长仪或阿贝比长仪的结构及螺旋游标的读数方法2.学会用卧式测长仪或阿贝比长仪测量长度尺寸。
二、实验内容1. 用卧式测长仪测量内径2. 用阿贝比长仪测量试件长度三、测量原理卧式测长仪与阿贝比长仪都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。
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互换性实验指导书机械工程学院实验一量块的使用一、实验目的1、能正确进行量块组合，并掌握量块的正确使用方法；2、加深对量值传递系统的理解；3、进一步理解不同等级量块的区别；二、实验仪器设备量块；千分表；测量平板；被测件。
三、实验原理量块的测量平面十分光洁和平整，当用力推合两块量块使它们的测量平面互相紧密接触时，两块量块便能粘合在一起，量块的这种特性称为研合性。
利用量块的研合性，就可以把各种尺寸不同的量块组合成量块组。
四、实验内容与步骤（一）实验内容采用合理的量块组合，测量被测零件尺寸高度。
（二）实验步骤1.用游标卡尺测量被测件2.据所需要的测量尺寸，自量块盒中挑选出最少块数的量块。
（每一个尺寸所拼凑的量块数目不得超过 4块，因为量块本身也具有一定程度的误差，量块的块数越多，便会积累成较大的误差。
）3.量块使用时应研合，将量块沿着它的测量面的长度反向，先将端缘部分测量面接触，使初步产生粘合力，然后将任一量块沿着另一个量块的测量面按平行方向推滑前进，最后达到两测量面彼此全部研合在一起。
4.将研合后的量块与被测件同时放到测量平板上，在测量平板上移动指示表的测量架，使指示表的测头与量块上工作表面相接触，转动指示表的刻度盘，调整指示表示值零位。
5.抬起指示表测头，将被测件放在指示表测头下，取下量块，记录下指示表的读数。
6.量块的尺寸与指示表的读数之和就是被测件的尺寸。
7. 记录数据；五、思考题量块按“等”测量与按“级”测量哪个精度比较高？实验二常用量具的使用一、实验目的1、正确掌握千分尺、内径百分表、游标卡尺的正确使用方法；2、掌握对测量数据的处理方法；3、对比不同量具之间测量精度的区别。
二、实验仪器设备外径千分尺；内径百分表；游标卡尺；轴承等。
三、实验原理分度值的大小反映仪器的精密程度。
一般来说，分度值越小，仪器越精密，仪器本身的“允许误差”（尺寸偏差）相应也越小。
学习使用这些仪器，要注意掌握它们的构造特点、规格性能、读数原理、使用方法以及维护知识等，并注意要以后的实验中恰当地选择使用。
互换性与测量技术实验指导书3
互换性与测量技术基础实验指导书机械制造教研室注意事项一、学生在上课前应认真阅读实验指导书和实验装置、仪器设备的介绍，了解实验目的、测量方法、测量步骤和测量结果的处理。
二、学生应按规定的时间来做实验。
进实验室后按要求签到。
如有特殊情况必须办理请假手续，并尽快利用空闲时间来补做实验。
三、学生在做实验过程中应保持良好的环境，爱护室内公共卫生，遵守实验室相关规定。
四、在开始实验时，应严格遵守操作规程，听实验指导老师讲解全过程后，方可开展实验，使用仪器和器具。
填写实验记录要认真仔细，独立完成每项实验的全部测量过程。
五、在实验教学过程中，如发生事故，应停止实验，及时通报，经实验指导老师查明原因，排除故障后，再恢复实验的正常进行。
六、实验完毕，应将使用过的量具、仪器、附件和工件的金属表面擦洗干净，归还原处，主动清理实验现场后，经指导老师认可同意，方可离开实验室。
七、实验报告应在规定的时间内，交给实验指导老师批阅。
八、实验室为开放性的实验室，与实验指导老师预约后，可以利用空闲时间开设不作要求的实验，熟悉仪器设备的使用和操作，加深基本概念的理解，提高检测动手能力。
实验一 光滑工件轴颈尺寸的测量一、实验目的熟悉使用外径千分尺测量轴颈尺寸误差的方法和特点。
认真体会“局部实际尺寸（实 际误差）”概念。
二、设备与器材外径千分尺１个和实验用轴1个。
三、实验原理与方法1.机械外径千分尺的简介：千分尺是比游标卡尺更精密的长度测量仪器。
常见的机械千分尺如下图所示。
它的量程为25mm ，分度值是0.01mm ，由固定的尺架、测砧、测微螺杆、固定套管、微分筒、测力装置和锁紧装置等组成。
2.外径千分尺刻度及分度值说明：（1）固定套管上的水平线上、下各有一列间距为1mm的刻度线，上刻度线在下侧两相邻刻度线中间。
（2）微分筒上的刻度线是将圆周分为50等分的水平线，它是做旋转运动的。
（3）根据螺旋运动原理，当微分筒旋转一周时，测微螺杆前进或后退一个螺距——0.5mm 。
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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。
互换性与技术测量实验指导书
互换性与技术测量实验指导书互换性与技术测量实验指导书机械⼯程实验室2008-10合象⽔平仪测量直线度误差⼀、实验⽬的1、掌握⽤合象⽔平仪测量直线度误差的⽅法及数据处理。
2、加深对直线度误差的定义及理解。
⼆、实验内容⽤合象⽔平仪测量直线度误差。
三、计量器具说明与测量原理为了控制机床、仪器导轨及长轴的直线度误差，常在给定平⾯（垂直平⾯或⽔平平⾯）内进⾏检测，常⽤的测量器具有框式⽔平仪、合象⽔平仪、电⼦⽔平仪和⾃准直仪等测定微⼩⾓度变化的精密量仪。
由于被测表⾯存在直线度误差，测量器具置于不同的被测部位上时，其倾斜⾓将发⽣变化，若节距（相邻两点的距离）⼀经确定，这个微⼩倾⾓与被测两点的⾼度差就有明确的函数关系，通过逐个节距的测量，得出每⼀变化的倾斜度，经过作图或计算，即可求出被测表⾯的直线度误差值。
合象⽔平仪因具有测量准确、效率⾼、价格便宜、携带⽅便等特点，在直线度误差的检测⼯作中得到⼴泛采⽤。
合象⽔平仪的结构，主要由微动螺杆、螺母、底盘⽔准仪、棱镜、放⼤镜、杠杆以及具有平⾯和V形⼯作⾯和底座等组成。
如图3-1所⽰。
1、⽔准器2、棱镜3、放⼤镜4、杠杆5、测量机构6、底板7、测量机构8、微动螺杆图3-1 合象⽔平仪合象⽔平仪是利⽤棱镜将⽔准器中的⽓泡像复合放⼤，以提⾼读数时的对准精度，利⽤杠杆和微动螺杆传动机构来提⾼读的精度和灵敏度,其⼯作原理见本指导书第⼆篇。
合象⽔平仪置于被测⼯件表⾯上，若被测两点相对⾃然⽔平线不等⾼时，将引起两端的⽓泡像不重合，转动度盘使⽓泡像重合，此时合象⽔平仪的读数值即为该两点相对⾃然⽔平⾯的⾼度差，刻度盘读数与桥板跨距L之间的关系为：h= i·L·a四、测量步骤；1、量出零件被测表⾯总长，将总长分为若⼲等分段（⼀般为6～12段）确定每⼀段的长度（跨距）L，并按L调整可调桥板两圆柱的中⼼距。
2、将合像⽔平仪放于桥板上，然后将桥板从⾸点依次放在各等分点位置上进⾏测量。
互换性与测量技术实验指导书
（试用版）
中国海洋大学工程学院 机电工程系 机械教研室
前
言
一、互换性与测量技术实验课程的目的和要求
互换性与技术测量是机械工程专业的一门专业基础课，它使学生进一步掌握和巩固课堂上所学的 测量理论和基本的测量技术,初步熟悉某些计量器具的正确使用,要求培养锻炼学生在实际测量过程中 的动手能力。
五、数据处理
利用作图法处理数据： 1． 在坐标纸上，用横坐标 x 表示测点序号，用纵坐标 y 表示各测点相对于 0 点地高度差 Δk,作 出图所示地误差折线。 2． 根据形状误差评定中的最小条件，分别作两条平行直线 L1 和 L2 将误差折线包容，并使两平行 直线之间的坐标距离（平行于 y 方向的距离）为最小。例如，对图 a 所示的误差折线，可先作 一条下包容线 L1 （因为误差折线上各点相对于 L1 的坐标距离符合低－高－低准则） ， 然后过最 高点作 L1 的平行线，获得上包容线 L2；对图 b 所示的误差折线，可先作一条上包容线 L2（因 为误差折线上各点相对于 L2 的坐标距离符合高－低－高准则） ，然后过最低点作 L2 的平行线， 获得下包容线 L1。 3． 确定两平行直线 L1 和 L2 之间的坐标距离，即可求得直线度误差值。
棱镜； 5. 投影物镜； 6. 分划板； 7. 反射棱镜； 8. 微动螺钉； 9. 反射镜；
10. 投影屏； 11. 放大镜； 12. 物镜； 13. 平面反射镜； 14. 测杆； 15. 测帽
图 1-2 光学比较计的光学系统
3
图 1-3 光学比较计的杠杆放大原理图 2． 内径百分表的工作原理 内径百分表是内量杠杆式测量架和百分表的组合，如图 1-4 所示。用以测量或检验零件的内孔、深 孔直径及其形状精度。
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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
'i
n 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。
由图可以看出：
倾斜修正量1
''n
n i i i h i h i y n n
==⨯
=⨯∑
各点的直线度误差：1
1
'i
n
i i i i i i i i
h h h y y n
==∆=-=
-
∑
∑
三、思考题
按两端点连线和按最小条件评定的直线度误差值是否一致？
实验二孔和轴配合的测量
一、实验目的
l. 牢固掌握游标卡尺的原理和使用方法；
2. 从测量孔和轴的三种配合尺寸中，认识测量误差。
二、实验仪器
1. 游标卡尺。
2. 具有间隙配合、过盈配合和过渡配合的孔、轴测量试件。
三、实验原理
l. 游标卡尺：
游标卡尺的刻度值有0.1、0.05及0.02mm三种。
如图为读数示例，读数时先根据游标零线所指主尺刻度是多少读出mm的整数值。
再看游标上第几条刻度线与主尺刻线重合，以此游标上重合的线数乘以游标之刻度值即得被测尺寸(mm)之小数部分。
2. 孔、轴配合：
加工好的套和轴，其直径的尺寸误差应在规定的公差之内。
根据其公差带分布的不同，基本尺寸相同的孔和轴配合时，存在三种配合状态。
(1) 间隙配合：孔公差带在轴公差带之上，即最小孔和最大轴配合时，亦应有间隙(包括零间隙)。
(2) 过盈配合：孔公差带在轴公差带之下，即最大孔和最小轴配合时，办应有过盈(包括零过盈)。
(3) 过渡配合：孔公差带和轴公差带相互交迭，任取其中对孔、轴相配合，可能有不大的过盈，也可能有不大的间隙。
对于加工好的孔和轴，所测量出的尺寸误差，应满足规定配合的孔、轴公差带间的关系。
(详见“互换性与技术测量”教材)。
四、实验步骤：
1. 用游标卡尺测量孔内径和轴外径各9次。
2. 计算分析各数据。
五、实验误差分析 六、思考题
若游标卡尺的游标框和主尺之间因有间隙而在测量时产生倾斜，将会造成什么样的误差？
实验三 “三针法”测量外螺纹中径
一、实验目的
1. 掌握用三针法测量螺纹中径的原理方法；
2. 掌握杠杆千分尺的正确使用方法及三针的选择方法。
二、测量原理和方法
用三针测量是一种间接测量法，即将三根直径相同的量针，如图1那样放在螺纹牙中可以用下列公式求得被测螺纹的实际中径。
用接触式仪器，或测微量具测出检验尺寸M 值。
22()o M d a b d =+-+
式中：/2sin
2
o d a α
=
4
2
P b ctg
α
=
代入上式得：21212sin 2o P ctg d M d αα⎛⎫ ⎪=-++ ⎪ ⎪
⎝⎭
式中：M － 测得值；d o — 量针直径（毫米）；P — 螺距；α/2 — 牙形半角。
对公制螺纹α/2=30°，则
d 2 = M － 3d o ＋ 0.866P
为了避免牙形角误差影响中径的测量结果，应选择适当直径的量针，使其与螺纹牙形侧面的接触点恰好在中径位置上，这样的量针直径，称为最佳直径d o （见图2）。
量针的最佳直径可按下式求得：
2cos
2
P α
对公制螺纹：α = 60°，
d o (最佳) = 0.57735P
三、实验步骤
1. 根据被测螺纹的螺距，计算并选择最佳量针
直径d m 。
2. 在尺座上安装好杠杆千分尺和三针。
3. 擦净仪器和被测螺纹，校正仪器零位。
4. 将三针放入螺纹牙中，旋转杠杆千分尺的微分筒，使两端测量头与三针接触，然后读出尺寸M 的数据。
5. 截面相互垂直的两个方向上测出尺寸M ，并按平均值用公式计算螺纹中径，然后判断螺纹中径的适用性。
四、思考题
1. 三针法测得之中径是否作用中径？
2. 三针法测量螺纹中径属于哪一种测量方法？为什么要选用最佳钢针直径？。