互换性与测量技术 实验指导书(2017-2018)

《互换性与技术测量实验》实验指导书

（2017-2018）

互换性与技术测量教研组编

机械工程学院

2017年08月

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姓名：

目录

实验一长度测量 (3)

实验二表面粗糙度测量 (9)

实验三齿轮齿圈径向跳动的测量 (13)

实验一长度测量

一、实验目的

1.了解和掌握杠杆千分尺、和立式数显光学计的测量原理、主要结构及使用方法。

2.应用上述仪器检验光滑极限量规。

3.巩固尺寸公差的概念,学会由测得数据判断零件合格性的方法。

二、仪器结构及工作原理

1.杠杆千分尺

杠杆千分尺相当于外径千分尺与杠杆式卡规组合而成，其外形如图1-1（a）所示。它的工作原理与杠杆式卡规及千分尺相同。可以用作相对测量，也可以作绝对测量。杠杆式卡规的工作原理如图1-1（b）所示。

（a）（b）

图1-1杠杆式卡规的工作原理图

当测量杆1移动时，使杠杆2转动，在杠杆的另一端装有扇形齿轮，可使小齿轮3和装牢在小齿轮轴的指针4转动，在刻度盘5上便可读出示值。为了消除传动中的空程，装有游丝6。测量力由弹簧8产生。为了防止测量面磨损和测量方便，装有退让器9。

杠杆千分尺刻度值有0.001毫米和0.002毫米两种（现在使用的是前者），表盘的示值范围±0.02毫米，测量力是500-800克，测力变化不大于100克。

2.立式数显光学计

立式光学计又称光学比较仪，集光电、机电于一体，是我国最先进的数显式光学仪器。直接测量可以达到10毫米。测量结果可以根据需要选择工、英制在显示屏上显示，也可以在任意位置置零。当被测工件大于10毫米时，在测量前用量块（或标准件）对准零位，被测尺寸与量块尺寸的差值在屏幕上读得。

立式数显光学计对五等量块和一级精度的量块，球形和圆柱形工件得直径和不圆度，线型、板型、金属及非金属薄膜的厚度和平行度进行高精度测量。

仪器基本度量指标：

数显最小显示值0.0001毫米

直接测量显示值范围10毫米

仪器比较测量范围0～200毫米

示值误差：0－0.2mm比较测量时：±0.00025mm

0－10mm直接测量时：±0.0005mm

⑴仪器结构：见图1-5.

图1-5 立式数显光学计结构简图

1－数字显示器 2－测量计管锁紧螺钉 3－光学计管 4－测杆

5－测帽锁紧螺钉 6－工作台 7－电源开关 8－打印键 9－公英制转换键 10－置零键 11－底座 12－调平手轮 13－测帽 14－提升器 15－信号电缆 16－升降螺母 17－横臂锁紧螺钉 18－横臂 19－立柱

⑵仪器工作原理

JDG-S2立式光学计使用的是每㎜100线的光栅，栅距为10μm.光电接收后，经过软件进行100细分后，显示当量为10μm/100=0.1μm 。JDG-S2立式光学计电器部分工作原理如图1-6所示。

图1-6 JDG-S2立式光学计电器部分工作原理

※光电转换

①器材：100线光栅付；激光管；田字形光电接收管；

②原理：100线标尺光栅与100线指示光栅在一定栅距下进行相对移动时，会产生莫尔条纹，莫尔条纹的数量和方向与移动的距离和方向成严格的对应关系；也就是说，每移动1毫米就会产生100个黑白周期的条纹数。激光管发出的光照射在田字形光电接收管的管芯上。

田字形光电接收管的管芯光电接收管有四个芯片，成田字形排列，这四个芯片会按90°的相位差产生“全黑”→“黑白”→“全白”→“白黑”→“全黑”→“黑白”…的变化；也就是在连续移动时四个芯片会产生相位差互为90°的正弦波信号，分别记作：sin t 、cos t 、-sin t 、-cos t；这四路信号送到前置放大器的输入进行放大。

※前置放大器

将由光电转换送来的sin t 、cos t 、-sin t 、-cos t四路信号将sin t 和-sin t两路信号及cos t 和-cos t两路信号分别进行放大成信号、直流电平的sin t和cos t两路正交的正弦波信号。因为细分的需要，两路正交的正弦波信号的幅度和直流电平必需保持稳定，否则细分的误差将会很大。

※100细分

选用的光栅是100线/mm，就是每移动1mm将会移动100个莫尔条纹周期，一个莫尔条纹周期就是一个光栅周期，即0.01mm＝10μm。而我们需要的分辨率是0.1μm，因此必需对其进行100细分，以满足分辨率为0.1μm。100细分是通过软件进行细分的。

上面说过放大器输出是幅度、直流电平的sin t和cos t两路正弦和余弦信号。在双踪示波器的X输入端接入正弦信号，而在Y输入端接入余弦信号，那么在示波器的显示屏上会出

现一个圆心在X轴和Y轴处，半径的正圆，如图1-7所示，移动一个光栅周期，在示波器上光点正好移动一圈。

图 1-7 李沙育圆

以X轴为0°，那么光点会按顺时针或逆时针（与光栅移动方向有关）。每个光点与圆心的连线也就是该圆的半径，该半径与X轴的夹角为α，移动一个光栅周期，夹角α由0°沿逆时针方向移动到360°或由360°沿顺时针方向移动到0°。

100细分也就是将360°分成100份，每一份为3.6°。

由平面几何可知：tgα＝Y／X ，

所以软件100细分的思路就是α分别为（0±1.8）°、（3.6±1.8）°、（7.2±1.8）°、……（352.8±1.8）°、（356.4±1.8）°时（共100个数据）列出表格（略）。

（3）测帽及工作台的型式

测帽规格：R20、Φ2平面、Φ8平面、2×8刀刃

工作台：平面、带筋两种。

测量球形、圆柱形、薄膜、量棒高度选用平面工作台。测量量块、板形、平面零件需选用带筋工作台。

测帽的选择依据：

仪器备有两种工作台和多种测帽以供选择。选择应能准确反映被测工件的实际尺寸为原则。例如测量量快用带筋工作台和球形测帽，测量球体直径选用平面工作台和平面测帽，测量线形工件用平面工作台和刃型测帽。

注意事项：

使用精密仪器时操作应该小心谨慎，切忌猛烈地冲击和碰撞。安置仪器的地方要干燥清洁，不得有腐蚀性气体。