第5章 测量技术基础 51 测量技术基础知识 在机械制造过程中对零件的几何参数进行严格的度量与控制，并将这种度量与控制纳入一个完整且严密的研究、管理体系，将它称之为几何量计量。它包括长度基准的建立、尺寸量值的传递、检验与精度分析、各级计量器具的检定与管理、新的计量器具及检测方法的研制、开发和发展等内容。在机械制造中，测量技术主要是研究对零件几何参数进行测量和检验的问题。所谓测量就是将被测量（如长度、角度等）和作为计量单位的标准量进行比较，以确定其量值的过程。为了保证测量的准确度，首先需要建立统一、可靠的测量单位基准。我国是以米 （ m） 作 为 法 定 的 基 本 长 度 单 位 。 米 的 定 义 是 ： 光 在 真 空 中 ,在（1/299792458）秒时间间隔内所经过的距离。尺寸量值传递的媒介是各级计量标准器，上一级的计量标准器用来检定下一级的标准器，以实现量值的准确传递 。尺寸量值通过两个平行的系统向下传递。一个是线纹量具系统，一个是端面量具系统。见图51所示。 514 量块 量块又称块规，是无刻度的端面量具，在计量部门和机械制造中应用较广。它除了作为计量标准器进行尺寸量值传递以外，还可用于计量器具、机床、夹具的调整以及工件的测量和检验。量块的形状有长方体和圆柱体两种，常用的是长方体。如图52a所示，长方体量块具有上、下测量面和四个非测量面。上、下测量面是经过精密加工的很平、很光的平行平面。标称尺寸0.510的量块，其截面尺寸为309；标称尺寸大于101000的，其截面尺寸为359。 1. 1. 量量块块中中心心长长度度: : 量块的精度虽然很高，但是上、下测量面也不是绝对平行的，因此量块的工作尺寸以量块中心长度来代表。所谓量块中心长度是指量块一个测量面的中心点至量块另一测量面之间的垂直距离L.2. 2. 量量块块的的研研合合性性与与组组合合: :量块的测量面十分光滑和平整，这使量块具有研合性。如将一量块的测量面沿着另一量块的测量面滑动，同时用手稍加压力，两量块便能研合在一起。量块的这种通过分子吸引力的作用而粘合在一起的性能称为量块的研合性。组合量块的原则是量块的数目尽可能少，一般不应多于45块。 3.3.量量块的的级和和等等级级: :制造精度规定了六级：00、0、1、2、（3）和K级。其中00级最高，精度依次降低，K级为校准级。量块的检定精度规定了六等：1、2、3、4、5、6等。其中1等最高，精度依次降低，6等最低。 【例51】 从83块一套的量块中组合尺寸 38.935。解：量块组合如下： 38.935 -）1.005 37.93 -）1.43 36.5 -）6.5 30则可选用1.005 、1.43 、6.5 、30 等四块量块进行组合。 52 测量误差 测量误差=测得值真值 521测量误差的来源1.计量器具误差、2. 环境误差、3 方法误差、4.人员误差。5 52 22 2 测量误差的分类测量误差的分类 1. 1. 系统误差系统误差: :在相同条件下，多次重复测量时，其绝对值和符号保持不变或按一定规律变化的误差，称为系统误差。 2. 2. 随机误差随机误差: :在相同条件下，多次重复测量时，其绝对值和符号以不可预定的方式变化的误差。3. 3. 粗大粗大误差差: :超出在规定条件下预期的误差。523 测量不确定度测量的根本目的是要获得具有一定可靠程度的测量结果。但在任何一次测量中，由于受到环境条件的影响，各种误差因素不可避免，再加上测量器具本身的误差等，肯定会造成测量结果对被测尺寸真值的偏离，偏离程度的大小可用测量不确定度来表征。测量不确定度是用来表征测量过程中各项误差综合影响测量结果分散程度的一个误差限，一般用代号表示。 53 孔、轴尺寸公差检测 531 普通计量器具测量孔、普通计量器具测量孔、轴尺寸轴尺寸1. 工件的误收与误废2. 验收极限和安全裕度:验收极限分别由被测工件的最大、最小极限尺寸向其公差带内内缩一个安全裕度A 值，这就形成了新的上、下验收极限。安全裕度A，实际上就是测量不确定度的允许值。3. 计量器具的选择:使用普通计量器具进行测量验收工件时，在查表确定安全裕度A值和计算出验收极限之后，重要的一步就是根据与安全裕度相对应的计量器具不确定度允许值1来选择适当的计量器具。 【例52】 工件为50f8(),试确定验收极限和选择计量器具。解：（1）确定安全裕度A根据工件公差IT=0.039，查表51得：A=0.003，1=0.0027（2）选择计量器具根据工件尺寸50，查表53，分度值为0.002的比较仪可满足要求，其不确定度为0.0018（3）确定验收极限上验收极限=最大极限尺寸-A =50-0.025-0.003=49.972 下验收极限=最小极限尺寸+A =50-0.064+0.003=49.939 532 光滑极限量规检验孔、轴尺寸 1.量规的作用与分类量规的作用与分类:在车间条件下，当孔、轴单一要素遵守包容原则时，常使用光滑极限量规来检验孔、轴是否合格。量规是一种没有刻度的专用检验工具。光滑极限量规的外形与被检验对象相反。如图54所示.光滑极限量规一般是通规和止规成对使用。通规是检验工件最大实体尺寸的量规，止规是检验工件最小实体尺寸的量规。因此，通规应按工件最大实体尺寸制造，止规应按工件最小实体尺寸制造。 5.3.2 光滑极限量规检验孔、轴尺寸（续）2. 2. 极限尺寸判断原则（泰勒原则）：极限尺寸判断原则（泰勒原则）：孔或轴的作用尺寸（D作用、d作用）不允许超过最大实体尺寸，在任何位置上的实际尺寸（D实际、d实际）不允许超过最小实体尺寸，如图55所示。如果通规做成点状量规，止规做成全形量规，就可能将废品误判为合格品。如图56所示，孔的实际轮廓已超出尺寸公差带，应为废品。若用点状通规检验，则可能沿着y方向通过；用全形止规检验，则不能通过。这样，由于量规形状不正确，就把该孔误判为合格品。 5.3.2 光滑极限量规检验孔、轴尺寸（续）3. 3. 光滑极限量规的公差光滑极限量规的公差: : （1 1）工作量）工作量规的公差的公差带。 （2 2）校）校对量量规的公差的公差带。4 4量量规争争议的解决的解决: :用户代表在用量规验收工件时，通规应接近工件的最大实体尺寸；止规应接近工件的最小实体尺寸。量规仲裁：通规应等于或接近工件最大实体尺寸；止规应等于或接近工件最小实体尺寸。 54 形状和位置误差的检测 541 形状和位置误差的检测原则形状和位置误差的检测原则 1.第一检测原则与理想要素比较原则 2. 第二检测原则测量坐标值原则 3. 第三检测原则测量特征参数原则 4. 第四检测原则测量跳动原则 5. 第五检测原则控制理想边界原则 542形状和位置误差的评定形状和位置误差的评定 1.1.最小条件最小条件 :评定形状误差时，理想要素的位置应符合最小条件，以便得到唯一的最小的误差值。最小条件是指被测实际要素对其理想要素的最大变动量为最小。最小条件是评定形状误差的基本原则。2. 2. 最小区域法最小区域法: :最小区域法实质上是最小条件的具体体现，它是评定被测要素形状误差的基本方法。 543 形状误差的检测 1 1直线度误差直线度误差的检测的检测: :直线度误差是指被测实际直线对理想直线的变动量。检测直线度误差，一般均采用“与理想要素比较原则”。体现该原则的测量与评定方法很多，最常用的有光隙法、节距法等。 543 形状误差的检测(续)【例54】 用分度值为0.02/1000的框式水平仪按节距法测量导轨在1000长度上的直线度误差。桥板长200，分五段进行，水平仪气泡相对于其零线的格数分别为-1、-1、+1、+3、0。试分别用最小区域法和两端点连线法求出导轨的直线度误差值。 解：水平仪分度值为0.02/1000，表示气泡移动一格，在1000长度上相对高度差为0.02。今水平仪放在200长度的桥板上，则气泡移动一格，在200长度上相对高度差为2000.02/1000=0.004。1）用最小区域法评定其直线度误差值。 根据直线度误差最小区域法判别准则，用两平行线包容被测廓线，经过的最高点为0与4点，最低点为2点，且最低点落在两最高点之间。此时两平行线沿纵坐标方向的距离f=12，即为直线度误差。 2）用两端点连线法评定直线度误差值。 以0点与5点连线作为基准，此基准线与被测廓线最高点（4点）和最低点（2点）沿纵坐标方向的距离之和为12.8，即为两端点连线法评定的直线度误差值。 543 形状误差的检测(续)2 2平面度误差的检测：见右图平面度误差的检测：见右图3 3圆度度误差的差的检测：圆度误差可用圆度仪、光学分度头、坐标测量装置或带电子计算机的测量显微镜、投影仪等测量。 a)测量工件 b)轮廓绘制 c)等距同心圆透明板 d)找包容误差轮廓图 e)圆度误差评定1圆度误差回转仪 2传感器 3测量头 4被测零件 5转盘 6-放大器 7记录笔 544 位置误差的检测 1 1基准及其体现基准及其体现 ：基准即理想基准要素，基准在位置公差中对被测要素的位置起着定向或定位的作用，也是确定位置公差带方位的依据。按几何特征，基准可分为基准点、基准直线（轴线、中心线）和基准平面。（1）基准的建立。基准应由基准实际要素根据最小条件（或最小区域法）建立。如图5-175-19。（2）基准的体现。实际上测量位置误差时常常采用模拟法来体现基准。如图5-20。544 位置误差的检测（续）2 2 位置误差的检测位置误差的检测 （1）平行度误差的检测1）面对面的平行度测量。图5-15a 。2）线对线的平行度测量。图5-21图5-22。3）面对线的平行度测量。图5-23图5-24。 （2）垂直度误差的检测 1）线对线的垂直度测量。图5-25，5-26。2）线对面的垂直度测量。图5-27，5-28。（3）对称度误差的检测 1）面对面的对称度测量。图5-29，5-30。 2）面对线的对称度测量。图5-31，5-32。 544 位置误差的检测（续）（4）跳动误差的检测1）径向圆跳动。图5-33，5-34。 2）端面圆跳动。图5-35，5-36。 3）径向全跳动。图5-37，5-38。 4）端面全跳动。图5-39，5-40。 55 圆柱齿轮误差检测 5.5.1 齿轮、齿轮副公差齿轮、齿轮副公差与极限偏差项目与极限偏差项目 根据GB1009588渐开线圆柱齿轮精度的规定，法向模数mn1的渐开线圆柱齿轮及齿轮副的主要公差与极限偏差项目按影响齿轮使用要求分成三个公差组及侧隙公差，如表55所示。GB1009588对齿轮及齿轮副规定12个精度等级，第1级精度最高，第12级的精度最低。 齿轮工作图见图5-41。 5.5.2圆柱齿轮误差检测 渐开线圆柱齿轮误差的检测可分为单项检测、综合检测以及齿轮副检测等。1 1齿轮误差（偏差）的差（偏差）的单项测量量 ：(1)齿圈径向跳动误差（Fr）的测量 ：齿圈径向跳动误差是指在齿轮一转范围内，测头在齿槽内或轮齿上，位于齿高中部双面接触，测头相对于齿轮轴线的最大变动量。如图542 。 (2) 齿厚偏差（Es）的测量：齿厚偏差是指分度圆柱面上，齿厚实际值与公称值之差。如图543所示，测量齿厚的常用测量器具是齿厚游标卡尺或光学齿厚卡尺。如图544 。5.5.2圆柱齿轮误差检测（续）(3) 公法线长度变动（Ew）的测量：在齿轮一周范围内，实际公法线长度最大值与最小值之差。如图545所示 。齿轮的公法线，即基圆上的切线，它的长度W是指跨K个齿的异侧齿形平行线间的距离或在基圆切线上所截取的长度。常用公法线百分尺测量，见图546所示。测量时一般要求测量点分布在分度圆附近。因此，所跨齿数k及公法线长度W之间满足一定的关系。对标准直齿圆柱齿轮，跨齿数k及公法线长度W可查阅有关手册。 (4)公法线平均长度偏差（Fwm ）的测量：公法线平均长度偏差是指在齿轮一周内，公法线长度平均值与公称值之差。 5.5.2圆柱齿轮误差检测（续）2.2.齿轮误差的综合测量齿轮误差的综合测量 ：齿轮综合测量是将被测齿轮与测量元件（指高精度的理想精确齿轮或齿条等）按单面或双面啮合作连续啮合运动，沿啮合线方向或径向测出齿轮的综合误差。 （1）齿轮径向综合误差（Fi和fi）的测量 ：见图547所示 (2)齿轮切向综合误差（Fi和fi）的测量 ：光栅式单啮仪的测量原理如图548所示，单啮测量的误差曲线，如图549所示。 5.5.2圆柱齿轮误差检测（续）3 3齿轮副误差的检测：齿轮副误差的检测：齿轮副误差包括齿轮副传动误差和齿轮副安装误差。(1)齿轮副接触斑点的检测：装配好的齿轮副，在轻微的制动下，运转后齿面上分布的接触擦亮痕迹，见图550所示。 接触斑点的检测方法主要有两种：擦痕法和涂色法。 (2)齿轮副侧隙的测量.齿轮副侧隙分圆周侧隙（jt）和法向侧隙（jn）。