2024年1月6日发(作者：)
实验一 用水平仪测量导轨直线度、平行度误差
一、实验目的
1.了解一种检测原则及基准的体现方法。
2.掌握框式水平仪的工作原理和使用方法。
3.掌握一种直线度及平行度的测量及数据处理方法。
二、仪器简介
水平仪一般是用于测量水平面或垂直面上的微小角度。水平仪(除电感水平仪外)的基本元件是水准器，它是一个封闭的玻璃管，内装乙醚或酒精，管内留有一定长度的气泡。在管的外壁刻有间距为2mm的刻线，管的内壁成一定曲率的圆弧，不论把水平仪放到什么位置，管内液面总要保持水平，即气泡总是向高处移动，移过的格数与倾斜角α成正比，如图1(a))所示。例如分度值i为0.02mm／m的水平仪，每移一个刻度，表示在一米长高度变 图1
化为0.02mm(角度为4″)。水平仪一般为条形和框形两种，本次实验所用水平仪为200×200型框式水平仪，如图1(b)所示。
本次实验水平仪工作长度为200mm(水平仪200×200)，则该仪器实验格值为
Ai0.022002000.004m
10001000
三、实验步骤
1.将水平仪放在导轨几个位置上观察，检查导轨面相对水平面倾斜的角度是否超出仪器的示值范围，若超出仪器的示值范围，就需对导轨面进行调整，最好调整到接近水平位置。以便减小示值误差的影响及简化数据处理。
2.按桥板跨距l=200mm等分被测导轨和基准导轨为若干节距，并作记号。从导轨的一端到另一端逐节测量，分别记下测量读数值。可重复几次，取每节距读数的平均值，以提高测量精度。
3.注意事项
①测量前，导轨面和水平仪工作面要擦拭干净方可使用。
②从导轨一端到另一端逐节距测量时，应注意桥板前后重合(图2)。
③测量时，必须待气泡静止后方可读数，否则会带来读数误差。 图2
四、实验数据处理
下面举例说明用框式水平仪测量导轨平行度误差
的数据处理方法。
1．按图3所示分别测量被测导轨面和基准导轨面，其读数列入表1中。
2．按表1中累积值作图如图4所示。
图3
表1
测点序号
基准要素
读数
累积
读数
累积
0
O
0
0
O
l
-2
-2
+5
+5
2
+4
+2
+2
+7
3
+2
+4
0
+7
4
-2
+2
+3
+10
5
+l
+3
-2
+8
6
O
+3
+2
+lO
被测要素
图4中I为基准要素的误差曲线，Ⅱ为被 测要素的误差曲线。首先按最小条件法(即最小区
域法)确定基准方向线，然后平行于基准方向线作
两条包容被测要素的直线，取纵坐标值即为平行度误差。本例中f//=6格，换算为线值时：本实验采用工作长度为200mm，所以平行度误差为
f//=A×6=0.004×6=0.024mm
图4
五、思考题
1.为什么要根据累积值作图?
2.用节距法测量导轨，若导轨分成8段，测点应是几个，为什么?
3.在所画误差图形上，为什么要按纵坐标方向取值?
实验二 用表面粗糙度测量仪测量表面粗糙度
一、实验目的
1.了解表面粗糙度测量仪的结构并熟悉其使用方法。
2.熟悉用针描法测量表面粗糙度的原理。
3.加深对表面粗糙度的评定参数中的轮廓算术平均偏差Ra和微观不平度十点高度R´z的理解。
二、仪器简介
表面粗糙度测量仪是电感式量仪，用来测量平面、外圆柱面和Ф6mm以上内孔的表面粗糙度，用于测量0.025～6.3μm的轮廓算术平均偏差Ra值。
三、测量原理
图1为表面粗糙度测量仪的测量原理图。传感器测杆上装有金刚石触针，其针尖与被测表面接触。当传感器在驱动箱的拖动下，沿被测表面匀速移动时，被测表面轮廓上的峰谷起伏使金刚石触针上下移动，这一微量移动使传感器内电感线圈的电感量发生变化。经过一定的电子线路，就可以由平均表(Ra值指示表)读出被测表面的Ra值，也可以根据从记录器得到的被测表面记录图形加以数学计算来获得该表面的Ra值和微观不平度十点高度R´z值。
四、实验步骤
1.准备工作
参看图2，将驱动箱9可靠地安装在立柱6的横臂上。把传感器4插入驱动箱并锁紧。把驱动箱上的启动手柄8转到左边“返回”位置。打开电源开关16，指示灯17照亮，把量仪预热10min左右。
2.读表方式测量
(1)将电器箱11上的测量方式选择开关18拨到“读表”位置，把驱动箱9上的变速手柄10转到“Ⅱ”位置。
(2)粗略估计被测表面粗糙度参数Ra值的范围，按表3的规定，转动电器箱11上的旋钮12和15，选择垂直放大倍数和取样长度。
图1 表面粗糙度测量原理图
图2 表面粗糙度测量仪
A一被测工件；l一记录器开关；2一变速手柄；3一触针；4一传感器；5一螺钉；6一立柱；7一手轮；8一启动手柄；9一驱动箱；10一变速手柄；11一电器箱；12一旋钮；13
一平均表；14一指零表；15一旋钮；16一电源开关；17一指示灯；18一选择开关；19一调零旋钮
表1 垂直放大倍数和取样长度选择表
被测表面的表
面粗糙度参数
Ra／μm
0.025
0.050
0.10
0.20
0.40
O.80
1.60
3.2
6.3
(3)松开螺钉5，转动手轮7移动驱动箱9，使传感器4上的导头和触针3接触被测表
面，直至指零表14的指针处于该表刻度盘上两条红带之间，然后锁紧螺钉5。
(4)将启动手柄8转到右边“启动”位置，使传感器4在被测表面上移动，平均表(Ra
值指示表)13的指针开始转动，最后停在某一位置上，则此处的示值即为被测表面的Ra
值。将启动手柄8转回到左边，准备下一次测量。
(5)校核垂直放大倍数和取样长度。根据表1，若测得的Ra值所对应的放大倍数和取样长度与事先选择的不符，则需重新选择放大倍数和取样长度进行测量。
3.记录方式测量
(1)将测量方式选择开关18拨到“记录”位置，把变速手柄1O转到“I”位置。把电器
箱11上的旋扭15转到有效行程长度为40mm的位置。
(2)根据粗略估计的被测表面的表面粗糙度参数Ra值范围和表1，用旋钮12选择垂直放大倍数My。用记录器上的变速手柄2选择水平放大倍数Mx(即排纸速度)，这时要考虑便于按测量所得的记录图形进行计算。当计算Ra值时该图形应较疏，当计算R´z值时该图形应较密。
(3)利用手轮7移动驱动箱9，使传感器4上的导头和触针3与被测表面接触，直至记
录笔尖大致位于记录纸中间位置，然后用电器箱11上的调零旋钮19调整记录笔，使它处
于理想位置。打开记录器开关1，将启动手柄8转到右边“启动”位置，即开始测量。触针3运动，则记录笔画图。
(4)若需停止记录，则将记录器开关1脱开。若需传感器停止工作，则把启动手柄8转
回到左边。
五、记录图形的数学处理
1.轮廓算术平均偏差Ra值的计算
参看图3，在记录纸的x方向(水平方向)将记录图形按取样长度l和水平放大倍数Mx分段，即在记录纸上截取ll=l2=l3=l4=Mxl。在每个Mxl范围内，根据记录图形所示轮廓走向目估中线方向，确定计算时的参考轴oo´，如图4所示。按照一个峰与相邻的一个谷的间隔内至少包含5个点的评定要求，将ox轴等分为n段，然后相应等分oo´轴，量取从oo´轴至记录图形上各点的垂直距离hi(mm)。计算各个hi的平均值a
用平均表读数时各参数的选择
放大倍数
100 000
50 000
20 000～50 000
1O 000～20 000
5 000～10 000
2 000～5 000
1 000～2 000
500～1 00O
500
取样长度
l／mm
O.25
O.25
O.25
0.25
O.8
O.8
O.8
2.5
2.5
用记录器记录图形
有效行程
时放大倍数的选择
L／mm
2
2
2
2
4
4
4
7
7
20 000～l00 000
1O O00～50 000
1O 000～50 000
5 000～20 000
2 000～10 000
2 O00～5 000
500～2 000
500～l 000
500～1 000
1n
ahi/nni1mm
再按a作平行于oo´轴的中线m—m。因此，记录轮廓上各点至中线m—m的距离Yi=hi-a。被测表面的Ra值按下式计算
Ra1000yii1nMynm
2.微观不平度十点高度R´z值的计算
参看图5，按前述方法，确定参考轴oo´后，在记录图形上选取五个最高点(峰)和五个最低点(谷)，分别量取它们至oo´轴的距离hl、h3、h5、h7、h9和h2、h4、h6、h8、h10(mm)。被测表面的R´z值按下式计算
Rz1000[(h1h3h5h7h9)(h2h4h6h8h10)]
5My若需测量轮廓最大高度Rz值，则从上述各点至oo´轴的距离hi(mm)中选取最大值hmax与最小值hmin,按下式计算Rz值
Rz1000(hmaxhmin)/Mym
图3 记录图形分段
图4 确定中线
图5 选取最高点和最低点
六、思考题
1.评定表面粗糙度时表面轮廓的幅度特征参数有哪两个?
2.比较光切法、干涉法和针描法这三种测量表面粗糙度的方法的优缺点。
实验三 轴类零件跳动的测量
一、 实验目的
1． 掌握径向和端面圆跳动的测量方法
2． 加深对径向和端面圆跳动的定义的理解
二、 仪器简介
本实验装置主要包括：底座、两个顶尖、千分表和磁力表座等。
三、 实验步骤与数据处理
本实验的被测工件是以中心孔为基准的轴类零件，如下图所示
指示表
被测零件
被测零件
指示表
被测零件
指示表
(a)径向圆跳动
(b)端面圆跳动 (c)径向全跳动
1. 径向圆跳动公差的测量
测量时，首先将轴类零件安装在两顶尖间，使被测工件能自由转动且没有轴向窜动。调整悬臂升降螺母至千分表以一定压力接触零件径向表面后，将零件绕其基准轴线旋转一周，若此时千分表最大读数和最小读数分别为αmax和αmin时，则该横截面内的径向圆跳动误差为
f↗=αmax-αmin
同时测量n个横截面上的径向圆跳动，选取其中最大者即为该零件的径向圆跳动误差。
2. 端面圆跳动误差的测量
零件支承方法与测径向跳动相同，只是测头通过附件（用万能量具时，千分表测头与零件端面直接接触）与端面接触在给定的直径位置上。零件绕其绕其基准轴线旋转一周，这时千分表的最大读数和最小读数之差为该零件的端面圆跳动误差f↗。
若被测端面直径较大，可根据具体情况，在不同直径的几个轴向位置上测量端面圆跳动值，取其中的最大值作为测量结果。
3. 径向全跳动误差的测量
径向全跳动的测量方法与径向圆跳动的测量方法类似，但是在测量过程中，被测零件应连续回转，且指示表沿基准轴线方向移动（或让零件移动），则指示表的最大读数差即为径向全跳动f↗↗。
四、 思考题
（1） 径向圆跳动测量能否代替同轴度误差测量？能否代替圆度误差测量？
（2） 端面圆跳动能否完整反映出端面对基准轴线的垂直度误差？
五、 参考资料
（1） 赵熙萍. 机械精度设计与检测基础实验指导书. 哈尔滨工业大学出版社,2003.
（2） 甘永立. 几何量公差与检测实验指导书(第四版). 上海科学技术出版社.2004.
（3） 李荣芬,马丽霞. 极限配合与技术测量学习与实验指导. 高等教育出版社.2004.
（4） 王启义,李文敏. 几何量测量器具使用手册. 机械工业出版社. 1997.
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