工程材料实验Word格式文档下载.docx
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式中：
Es——零件的上偏差Ei——零件的下偏差
Ea——局部实际尺寸A——安全裕度
用立式光学计测量轴径实验记录
仪器
名称
分度值
（μm）
示值范围
（mm）
测量范围
器具的不确定度（μm）
被
测
零
件
图样上给定的极限尺寸
安全裕度
A（μm）
器具不确定度的允许值（μm）
最大
最小
验收极限尺寸（mm）
基本尺寸（mm）
形位公差（μm）
素线直线度公差
素线平行度公差
量
示
意
图
测量数据
实际偏差（μm）
实际尺寸（mm）
测量位置
Ⅰ—Ⅰ
Ⅱ—Ⅱ
Ⅲ—Ⅲ
Ⅰ—Ⅰ
Ⅲ—Ⅲ
方
向
实验1-2用内径百分表测量孔径
1．熟悉内径百分表及内径的测量方法
2．加深对内尺寸测量特点的了解
二、测量器具名称
l．内径百分表
2．量块及其附件
3．外径千分尺
三．测量器具结构及工作原理介绍
内径百分表是用相对法测量孔径的通用量具，适用于测量一般精度的深孔零件，其原理如图1-2所示。
内径百分表主要由百分表1、接长杆2、活动测头3、等臂杠杆4、可换测量头
5、定测头图1-2内径百分表工作原理
及锁紧装置等组成。
工件的尺寸变化通过活动测头3，传递给等臂转向杠杆4及接长
杆2，然后由分度值为0．01毫米的百分表指示出来。
为使内径百分表的测量轴线通过被测孔的圆心，内径百分表一般均设有定心装置，以保证测量的快捷与准确。
内在百分表的分度值为0.01mm，测量范围有6～10mm、10～18mm、18～35mm、35～50mm、50～160mm、100～250mm、250～450mm等多种规格。
根据不同的被测孔直径可选择相应测量范围的内径百分表及适当的可换测量头，通过比其精度高的量具调整零位后进行测量。
四、测量步骤
1．预调整：
①将百分表装入量杆内，预压缩1毫米左右（百分表的小指针指在1的附近）后锁紧。
②根据被测零件基本尺寸选择适当的可换测头装入量杆的头部，用专用扳手扳紧锁紧螺母。
此时应特别注意可换测量头与活动测量头之间的长度须大于被测尺寸0.8～1毫米左右，以便测量时活动测量头能在基本尺寸的正、负一定范围内自由运动。
2．对零位：
因内径百分表是相对法测量的器具，故在使用前必须用其它量具根据被测件的基本尺寸校对内径百分表的零位。
校对零位的常用方法有以下三种：
①用量块和量块附件校对零位
按被测零件的基本尺寸组合量块，并装夹在量块的附件中，将内径百分表的两测头放在量块附件两量脚之间，摆动量杆使百分表读数最小，此时可转动百分表的滚花环，将刻度盘的零刻线转到与百分表的长指针对齐。
这样的零位校对方法能保证校对零位的准确度及内径百分表的测量精度，但其操作比较麻烦，且对量块的使用环境要求较高。
②用标准环规校对零位
按被测件的基本尺寸选择名义尺寸相同的标准环规，按标准环规的实际尺寸校对内径百分表的零位。
此方法操作简便，并能保证校对零位的准确度。
因校对零位需制造专用的标准环规，固此方法只适合检测生产批量较大的零件。
③用外径千分尺校对零位
按被测零件的基本尺寸选择适当测量范围的外径千分尺，将外径千尺对在被测基本尺寸外，内径百分表的两测头放在外径千分尺两量柱之间校对零位。
图1-3测量示意图
因受外径干分尺精度的影响，用其校对零位的准则度和稳定性均不高，从而降了内径百分表的测量精确度。
但此方法易于操作和实现，在生产现场对精度要求不高的单件或小批量零件的检测，仍得到较广泛时应用。
3．测量
①手握内径百分表的隔热手柄，先将内径百分表的活动量头和定心护桥轻轻压入被测孔径中，然后再将固定量头放人。
当测头达到指定的测量部位时，将表微微在轴向截面内摆动（如图1-3），读出指示表最小读数，即为该测量点孔径的实际偏差。
测量时要特别注意该实际偏差的正、负符号：
当表针按顺时针方向未达到零点的读数是正值，当表针按顺时针方向超过零点的读数是负值。
②按图1-4所示，在孔轴向的三个截面及每个截面相互垂直的两个方向上，共测六个点，将数据记入测量报告单内，按孔的验收极限判解其合格与否。
图1-4测量位置
五、零件合格性的评定
考虑到测量误差的存在，为保证不误收废品，应先根据被测孔径的公差大小，查表得到相应的安全裕度A，然后确定其验收极限，若全部实际尺寸都在验收极限范围内，则可判此孔径合格。
即：
Es-A≥Ea≥Ei+A
式中：
Es——零件的上偏差
Ei——零件的下偏差
Ea——局部实际尺寸
A——安全裕度
用内径千分表测量孔径实验记录
基本尺寸
图样上给定的极限尺寸（mm）
器具不确定度的允许值（μm）
安全裕度
形位公差（μm）
圆度公差（μm）
实际尺寸（mm）
测量方向
实验二、形位误差的测量
1．掌握用水平仪测量直线度误差的方法及数据处理。
2．加深对直线度误差含义的理解。
3．掌握直线度误差的评定方法。
用合象水平仪按节距法测量导轨在给定平面内的直线度误差，并判断其合格性。
三、实验器具：
1．合象水平仪、铣床工作台
2．桥板
四、测量原理及器具介绍
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。
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
框式水平仪是一种测量偏离水平面的微小角度变化量的常用量仪，它的主要工作部分是水准器。
水准器是一个封闭的玻璃管，内表面的纵剖面具有一定的曲率半径，管内装乙醚或酒精，并留有一定长度的气泡。
由于地心引力作用，玻璃管内的液面总是保持水平，即气泡总是在圆弧玻璃管的最上方。
当水准器的下平面处于水平时，气泡处于玻璃管外壁刻度的正中间，若水准器倾斜一个角度α，则气泡就要偏离最高点，移动的格数与倾斜的角度α成正比。
由此，可根据气泡偏离中间位置的大小来确定水准器下平面偏离水平的角度。
框式水平仪的分度值有0.1mm/m，0.05mm/m，0.02mm/m三种。
如果水平仪分度值为0.02mm/m，则气泡每移动一格，表示导轨面在1m长度上两测量点高度差为0.02mm（或倾斜角为4〞）。
五、实验步骤
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。
到终点后，自终点再进行一次回测，回测时桥板不能调头，同一测点两次读过的平均值为该点的测量数据。
如某测点两次读数相差较大，说明测量情况不正常，应查明原因并加以消除后重测。
测量时要注意每次移动桥板都要将后支点放在原来前支点处（桥板首尾衔接），测量过程中不允许移动水平仪与桥板之间的相对位置。
3、从合象水平仪读数时，先从合像水平仪的侧面视窗处读得百位数，，再从其上端读数鼓轮处读得十位和个位数。
从框式水平仪读数时，待气泡稳定后，从气泡边缘所在刻线读出气泡偏离的格数。
4、把测得的值依次填入实验报告中，并用计算法按最小条件进行数据处理，求出被测表面的直线度误差。
六、数据处理
1、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。
2、根据各测点的相对差，在坐标纸上描点。
作图时不要漏掉首点（零点），且后一点的坐标位置是在前一点座标位置的基础上累加。
用直线依次连接各点，得出误差折线。
3、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（或最低）点相切，在两切点之间有一个最低（或最高）点与另一条平行线相切。
这两条平行直线之间的区域就是最小包容区域。
两平行线在纵坐标上的截距即为被测表面的直线度误差值△a（角度格值）。
4、差值f（μm）按下式折算成线性值，并按国家标准GB1184－1996确定被测表面直线度的公差等级。
f=i·
△a
i—水平仪的分度值
L—桥板跨距
△a一被测件的直线度误差值（格）
例：
用合象水平仪测量一长平面的直线度误差，仪器的分度值为0.01mm，选用的桥板节距L＝200mm，测量直线度的记录数据见下表。
若被测面的直线度公差为5级，试用作图法评定该的直线度误差是否合格。
解：
数据处理的步骤如下：
⑴先将各点的顺测值与回测值取平均
⑵简化测量数据：
a值可取任意数值，但要有利于相对差数字的简化，本例取a＝274格。
测点序号i
1
2
3
4
5
仪器
读数
ai
顺测
—
273
278
285
283
270
回测
275
280
287
272
平均
274
279
286
284
271
相对差△ai
+5
+12
+10
-3
坐标值yi
+7
+17
+14
⑶将相对差中的各点读数格值在直角坐标系中逐一累加描点（如下图）。
⑷求最小包容区：
先过0点和第4点作一直线，再过第3点作一平行线。
则两条平行线在纵坐标上的载距7格，即为该被测件的直线度误差值（格值）。
⑸求直线度误差的线值：
f=0.01×
200×
7=14（μm）
⑹按GB1184－1996，直线度5级公差值为25μm。
其测量出的误差值小于公差值，所以被测零件直线度误差合格。
被测件直线度误差折线图
直线度误差测量实验记录
分度值（mm／mm）
被测零件
直线度公差（μm）
测点序号
第一次相对读数
第二次相对读数
平均相对读数
累积值（格）
作图计算
实验三、表面粗糙度的测量
1．了解用双管显微镜测量表面粗糙度的原理和方法。
2．学会使用双管显微镜。
3．加深对微观不平度十点高度的Rz理解
二、实验仪器
JSG—1型双管显微镜，测量范围：
0.8～63μm。
三、实验步骤：
⑴根据被测工件表面粗糙度的要求，选取合适的物镜组，选择时可参考表1。
表1
粗糙度（μm）
所需物镜
总放大倍数
物镜组件与工件距离（mm）
0.8～1.6
60×
510×
0.04
1.6～6.3
30×
260×
0.2
6.3～20
14×
120×
2.5
20～63
7×
9.5
⑵把工件安放在工作台上，并使被测量面的切削痕迹与光带方向垂直，当测量圆柱工件时，应将工件放在V型工作台上。
⑶用手托住双管显微镜横臂，松开螺钉，然后缓慢转动螺母，使横臂上下移动，直到目镜中观察到绿色光带和轮廓表面不平的图象为止，再将螺钉紧固。
⑷细调整：
缓慢转动手轮进行细调，使图象清晰，而且位置在视场中央，同时调整光源镜头调节环，使光带最狭，图象清晰。
⑸松开固定目镜的螺钉，转动整个目镜，使目镜中“+”字线中的一根线与波纹轮廓方向一致，然后，锁紧此螺钉。
⑹旋转目镜千分尺刻度转筒，从目镜中观察，使“+”字线的水平线与光带的波峰（或波谷）相切，然后在目镜千分尺上记下读数，继续转动目镜千分尺转筒，使“+”字线的同一根线与光带的同一边缘上的波谷（或波峰）相切，记下第二个读数。
⑺按规定的粗糙度等级选定基本长度1，利用工作台千分尺在被测轮廓上沿测量方向量取长度l，在l长度内，选择五个最高点和五个最低点，记下10个读数h1、h2、h3、……h10。
由公式
Rz=
×
（h1+h3+h5+h7+h9）–（h2+h4+h6+h8+h10）
2V
即可计算出RZ值。
表面粗糙度测量实验记录
物镜放大倍数
套筒分度值E（μm）
被测零件
轮廓最大高度
Rz的允许值
Rz＝（μm）
测量计算：
次序
测量读数
轮廓的最大高度：
Rz=Rp+Rv＝
Zpi（轮廓峰高）
Zvi（轮廓谷深）
Rp＝
Rv＝
实验四齿轮的测量
实验4-1用公法线千分尺测量齿轮公法线长度变动量
一．实验目的
1．学会常用齿轮参数的测量方法。
2．学会公法线千公尺的用法。
3．加深理解齿圈径向跳动误差的定义。
4．加深对齿轮齿厚偏差含义的理解。
二．实验仪器
公法线千分尺、检查仪、百分表等。
三．测量项目及测量步骤
（一）用公法线千分尺测量齿轮公法线长度变动量（ΔFW）
图4-1公法线千分尺测量齿轮公法线
四、实验步骤：
1．根据齿轮的已知参数求出跨齿数n和公法线长度W。
2．根据所得的公法线长度选择测量范围相适应的公法线千分尺，并用标准棒校对零线。
3．逐次测量所有的公法线实际长度，记入表中。
4．找出最大值Wmax与最小值Wmin，
则：
ΔFW=Wmax-Wmin。
5．将ΔFW与所查出的公差FW比较写结论。
齿轮公法线长度偏差测量实验记录
分度值（mm）
测量范围（mm）
齿
轮
参
数
模数m
齿数z
压力角α
精度等级
跨齿数＝
＝
公法线公称长度
W＝（mm）
齿厚上偏差Esns＝（mm）
齿厚下偏差Esni＝（mm）
公法线平均长度的上偏差Ebns＝Esns·
conαn－0.72Frsinαn＝（mm）
公法线平均长度的下偏差Ebni＝Esni·
conαn＋0.72Frsinαn＝（mm）
测量
记录
序号（均匀测量）
公法线长度（mm）
结
果
公法线平均长度
＝（mm）
公法线长度偏差Ew＝
－W＝（mm）
合格性结论
实验4-2在齿轮跳动检查仪上测量齿圈径向跳动（ΔFr）
2．学会齿圈径向跳动检查仪的使用方法。
齿圈径向跳动检查仪、百分表等。
图4-2齿圈径向跳动测量
1．根据模数m，确定测量棒直径d=1.68m。
2．将被测齿轮套在测量心轴上，心轴装在仪器的顶尖间，调整好百分表的测量位置。
3．测量时，每测一齿，须抬起百分表测量杆，将测量棒换位，依次逐步测量一圈，将测得的数值记入报告中。
4．取其跳动量的最大最小两个数值，两数之差即为ΔFr。
齿轮齿圈径向跳动测量实验记录
仪
器
分度值（μm）
测量范围（mm）
模数
m
齿数
z
压力角
α
齿轮精度等级
齿轮径向跳动公差
Fr（μm）
记
录
10
11
12
13
14
6
15
7
16
8
17
9
计
算
齿圈径向跳动
合格性结论
理由
Fr＝μm
实验4-3齿距偏差和齿距累积误差测量
（1）学会使用齿距仪测量齿轮齿距偏差和齿距累积误差的方法及测量数据的处理方法
（2）加深理解齿轮齿距偏差和齿距累积误差的定义。
本节按相对测量法用手提式齿距仪测量以Δfpt和ΔFp。
此测量方法是以任一齿距作为基准齿距，来调整量仪指示表示值零位，然后用调整好示值零位的齿距仪沿整个齿圈逐齿地测量其他齿距对基准齿距的偏差，通过数据处理求解Δfpt和ΔFp的数值。
手提式齿距仪如图4-3所示。
它以被测齿轮的瞅瞅瞅圆定位，用固定量爪4和活动量爪3分别与相邻两个同侧齿面接触来进行测量。
1－基体；
2－定位支脚；
3－活动量爪；
4－位置可调整的固定量瓜;
5－支脚2的固紧螺钉；
6－量爪4的固紧螺钉；
7－指示表
图4-3手提式齿距仪
三、测量步骤
（1）调整固定量爪位置
据被测齿轮的模数，调整固定量爪4的位置到模数标尺的相应刻线上，然后用螺钉6紧固。
（2）调整基准齿距
将齿距仪以底面上的三个圆销放置在平板上，使活动量爪3和固定量爪4能与被测齿轮相邻两个同侧齿面在分度圆附近接触，同时调整两个定位支脚2的位置，使它们与被测齿轮的齿顶圆接触，并拧紧四个螺钉5（注意：
指示表指针应有一定的压缩量）。
旋转指示表的表盘，使零刻线对准指针。
然后将齿距仪的量爪和定位支脚稍稍移开齿轮，使其重新接触,以检查指示表示值的稳定性，重复三次，待指示表示值稳定后，重新调整示值零位。
以所测齿距作为测量其余齿距的基准齿距
（3）逐个测量齿距
逐齿测量各个齿距相对于基准齿距的偏差ΔPi（对每个齿距测量两次，取两次指示表示值的平均值），列表记录指示表的示值（测完所有的齿距后，复查指示表示值零位）。
（4）处理测量数据
可用计算法和图解法处理测量数据，求解Δfpt和△Fp的数值。
1）计算法
A按齿序记录指示表示值ΔFi（测量数据）；
B将指示表示值逐个相加，除以齿数z，得
，K表示测量时基准齿距对公称齿距的偏差；
C从每个指示表示值ΔFi中减去K值，得到的数值表示各个实际齿距对公称齿距的偏差Δfpti。
其中绝对值最大者为被测齿轮齿距偏差fpt的数值；
D将各个实际齿距对公称齿距的偏差Δfpti逐齿累加，得到齿距累积误差ΔFpi，其中最大值与最小值之差为齿距累积误差ΔFp的数值。
2）图解法
E以齿距序号i为横坐标轴，示值累积值
为纵坐标轴，在坐标纸上，按指示表示值绘出折线（图4-4所示）。
F连接该折线首尾两点，得一直线。
过该折线上的最高点和最低点作两条平行于首尾连线的直线，这两条平行直线沿纵坐标方向的距离即为齿距累积误差ΔFp的值。
图4-4图解齿距误差ΔFp
（5）判断合格性
按齿轮图纸上给定的齿距极限偏差±
fpt和齿距累积公差FP，判断被测齿轮的合格性。
齿轮齿距与齿距累积偏差测量实验
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