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第一部分: 互换性与测量技术
实验一 尺寸测量
用立式光学计测量塞规
一、 实验目的
1、 了解立式光学计的测量原理。
2、 熟悉用立式光学计测量外径的方法。
3、 加深理解计量器具与测量方法的常见术语。
二、 实验内容
1、 用立式光学计测量塞规。
2、 根据测量结果, 按国家标准查出被测塞规的尺寸公差和形状公差, 作出适用性结论。
三、 测量原理及计量器具说明
立式光学计是一种精度较高而结构简单的常见光学测量仪。用量块作为长度基准, 按比较测量法来测量各种工件的外尺寸。
图1为立式光学计外形图。它由底座1、 立住5、 支臂3、 直角光管6和工作台11等几
部分组成。光学计是利用光学杠杆放大原理进行测量的仪器, 其光学系统如图2b所示。照明光线经反射镜1照射到刻度尺8上, 再经直角棱镜2、 物镜3, 照射到反射镜4上。由于刻度尺8位于物镜3的焦平面上, 故从刻度尺8上发出的光线经物镜3后成为平行光束。若反射镜 4与物镜 3之间相互平行, 则反射光线折回到焦平面, 刻度尺象7与刻度尺8对称。若被测尺寸变动使测杆5推动反射镜4绕支点转动某一角度α( 图2a) , 则反射光线相对于入射光线偏转2α角度, 从而使刻度尺象7产生位移t( 图2c ) ,它代表被测尺寸的变动量。物镜至刻度尺8间的距离为物镜焦距f, 设b为测杆中心至反射镜支点间的距离, S为测杆5移动的距离, 则仪器的放大比K为。
K==
当α很小时, tg2α≈2α, tgα≈α, 因此:
K=
光学计的目镜放大倍数为12, f=200mm, b=5mm, 故仪器的总放大倍数 n为:
n=12K=12=12×=960
由此说明, 当测杆移动0.001mm时, 在目镜中可见到0.96mm的位移量。
四、 测量步骤
1、 测头的选择: 测头有球形、 平面形和刀口形三种, 根据被测零件表面的几何形状来选择, 使测头与被测表面尽量满足点接触。因此, 测量平面或圆柱面工件时, 选用球形测头。测量球面工件时, 选用平面形测头。测量小于10mm的圆柱面工件时, 选用刀口形测头。
2、 按被测塞规的基本尺寸组合量块。

3、 调整仪器零位
( 1) 参看图1, 选好量块组后, 将下测量面置于工作台11的中央, 并使测头10对准上测
量面中央。
( 2) 粗调节: 松开支臂紧固螺钉4, 转动调节螺母2, 使支臂3缓慢下降, 直到测头与量块上测量面轻微接触, 并能在视场中看到刻度尺象时, 将螺钉4锁紧。
( 3) 细调节: 松开紧固螺钉8, 转动调节凸轮7, 直至在目镜中观察到刻度尺象与μ指示线接近为止( 图3a) 。然后拧紧螺钉8。
( 4) 微调节: 转动刻度尺微调螺钉6( 图2b) , 使刻度尺的零线影象与μ指示线重合( 图3b) , 然后压下测头提升杠杆9数次, 使零位稳定。
( 5) 将测头抬起, 取下量块。
4、 测量塞规: 按实验规定的部位( 在五个横截面上前两个相互垂直的径向位置上) 进行
测量, 把测量结果填入实验报告。
5、 从国家标准查出塞规的尺寸公差和形状公差, 并判断塞规的适用性。

思 考 题

1、 用立式光学计测量塞规属于什么测量方法? 绝对测量与相对测量各有何特点?
2、 什么是分度值、 刻度间距? 它们与放大比的关系如河?
3、 仪器工作台与测杆轴线不垂直, 对测量结果有何影响? 工作台与测杆轴线垂直度如何调节?
4、 仪器的测量范围和刻度尺的示值范围有何不同?

实验二 用内径百分表或卧式测长仪测量内径
一、 实验目的
1．熟悉测量内径常见的计量器具和方法。
2．加深对内尺寸测量特点的了解。
二、 实验内容
1．用内径百分表测量内径。
2．用卧式测长仪测量内径。
三、 测量原理及计量器具说明
内径可用内径千分尺直接测量。但对深孔或公差等级较高的孔, 则常见内径百分表或卧式测长仪作比较测量。
1．内径百分表
国产的内径百分表, 常由活动测头工作行程不同的七种规格组成一套, 用以测量10一450mm的内径, 特别适用于测量深孔, 其典型结构如图l所示。
内径百分表是用它的可换测头3 (测量中固定不动) 和活动测头2跟被测孔壁接触进行测量的。仪器盒内有几个长短不同的可换测头, 使用时可按被测尺寸的大小来选择。测量时,
活动测头2受到一定的压力, 向内推动镶在等臂直角杠杆1上的钢球4, 使杠杆1绕支轴6回转, 并经过长接杆5推动百分表的测杆而进行读数。
在活动测头的两侧, 有对称的定位板8。装上测头2后, 即与定位板连成一个整休。定位板在弹簧9的作用下, 对称地压靠在被测孔壁上, 以保证测头的轴线处于被测孔的直径截面内。
2．卧式测长仪
卧式测长仪是以精密刻度尺为基准, 利用平面螺旋线式读数装置的精密长度计量器具。该仪器带有多种专用附件, 可用于测量外尺寸、 内尺寸和内、 外螺纹中径。根据测量需要, 既可用于绝对测量, 又可用于相对( 比较) 测量, 故常称为万能测长仪。
卧式测长仪的外观如图2所示。在测量过程中, 镶有一条精密毫米刻度尺( 图3a中
的6) 的测量轴3随着被测尺寸的大小在测量轴承座内作相应的滑动。当测头接触被测部分后, 测量轴就停止滑动。图3a是测微目镜1的光学系统。在目镜l中能够观察到毫米数值, 但还需细分读数, 以满足精密测量的要求。测微目镜中有一个固定分划板4, 它的上面刻有10个相等的刻度间距, 毫米刻度尺的一个间距成象在它上面时恰与这10个间距总长相等, 故其分度值为0.1mm。在它的附近, 还有一块经过手轮3能够旋转的平面螺旋线分划板2, 其上刻有十圈平面螺旋双刻线。螺旋双刻线的螺距恰与固定分划板上的刻度间距相等, 其分度值也为 0.1mm。在分划板2的中央, 有一圈等分为 10 0格的圆周刻度。当分划板2转动一格圆周分度时, 其分度值为:

这样就可达到细分读数的目的。这种仪器的读数方法如下: 从目镜中观察, 可同时看到三种刻线( 图3 b) 先读毫米数( 7mm) , 然后按毫米刻线在固定分划板4上的位置读出零点几毫米数 ( 0.4 mm) 。再转动手轮3, 使靠近零点几毫米刻度值的一圈平面螺旋双刻线夹住
毫米刻线, 再从指示线对准的圆周刻度上读得微米数( 0.051 mm) 。因此从图3b中读得的
数是7.451 mm。
四、 测量步骤
1．用内径百分表测量内径
(1) 按被测孔的基本尺寸组合量块。换上相应的可换测头并拧入仪器的相应螺孔内。
(2) 将选用的量块组和专用侧块( 图4中的1和2) 一起放入量块夹内夹紧( 图4) , 以便仪器对零位。在大批量生产中, 也常按照与被测孔径基本尺寸相同的标准环的实际尺寸对准仪器的零位。
(3) 将仪器对好零位
用手拿着隔热手柄( 图1中的7) , 另一只手的食指和中指轻轻压按定位板, 将活动测头压靠在侧块上( 或标准环内) 使活动测头内缩, 以保证放入可换测头时不与侧块( 或标准环内壁) 摩擦而避免磨损。然后, 松开定位板和活动测头, 使可换测头与侧块接触, 就可在

垂直和水平两个方向上摆动内径百分表找最小值。重复摆动几次, 并相应地旋转表盘, 使百分表的零刻度正好对准示值变化的最小值。零位对好后, 用手指轻压定位板使活动测头内围, 当可换测头脱离接触时, 缓缓地将内径百分表从侧块( 或标准环) 内取出。
( 4) 进行测量
将内径百分表插入被测孔中, 沿被测孔的轴线方向测几个截面, 每个截面要在相互垂直的两个部位上各测一次。测量时轻轻摆动内径百分表( 图5) , 记下示值娜的最小值．根据测量结果和被测孔的公差要求, 判断被测孔是否合格。
2．用卧式测长仪测量内径
( 1) 接通电源, 转动测微目镜的调节环以调节视度。
( 2) 参看图2: 松开紧固螺钉12, 转动手抢6, 使工作台5下降到较低的位置。然后在工作台上安好标准环或装有量块组的量块夹子, 如图4所示。
( 3) 将一对测钩分别装在测量钢和尾管上( 图6) 。测钩方向垂直向下, 沿轴向移动测量轴和尾管, 使两测钩头部的楔槽对齐, 然后旋紧测钩上的螺钉, 将测钩固定。
( 4) 上升工作台, 使两测钩伸入标准环内或量块组两侧块之间, 再将手轮6的紧固螺钉12拧紧。
( 5) 移动尾管10( 11 是尾管的微调螺钉) , 同时转动工作台横向移动手轮7, 使测钩的内测头在标准环端面上刻有标线的直线方向或量块组的测块上接触, 用紧固螺钉13锁紧尾管; 然后用手扶稳测量轴3, 挂上重锤, 并使测量轴上的测钩内测头缓慢地与标准种或测块接触。
( 6) 找准仪器对零的正确位置( 第一次读数) 。
如为标准环, 则需转动手轮7, 同时应从目镜中找准转折点( 图7a中的最大值) , 在此
位置上, 扳动手柄8, 再找转折点( 图7 b中的最小值) , 此处即为直径的正确位置。然后,
将手柄9压下固紧。
如为量块组, 则需转动手柄4, 找准转折点( 最小值) , 在此位置上扳动手柄8仍找最小值的转折点, 此处即为正确对零位置。要特别注意, 在扳动手柄4和8时, 其摆动幅度要适当, 千万避免测头滑出侧块, 由于重锤的作用使测量轴急剧后退产生冲击, 将毫米刻度尺损坏。为防止这一事故的发生, 经过重锤挂绳长度对测量轴行程加以控制。当零位找准后, 即可按前述读数方法读数。
( 7) 用手扶稳测量轴3, 使测量轴右移一个距离, 固紧螺钉2( 尾管是定位基准, 不能移动) , 取下标准环或量块组。然后安装被测工件, 松开螺钉2, 使测头与工件接触, 按前述的方法进行调整与读数, 即可读出被测尺寸与标准环或量块组尺寸之差。
( 8) 沿被测内径的轴线方向测几个截面。每个截面要在相互垂直的两个部位上各测一次。根据测量结果和被测内径的公差要求, 判断该内径是否合格。

思 考 题

1．用内径千分尺与内径百分表测量孔的直径时, 各属何种测量方法?
2．卧式测长仪上有手柄4( 图2) , 能使万能工作台作水平转动, 测量哪些形状的工件需要用它来操作?

实验三 形位误差测量

用合象水平仪测量直线度误差
一、 实验目的
1．掌握用水平仪测量直线度误差的方法及数据处理。
2．加深对直线度误差定义的理解。
二、 实验内客
用合象水平仪测量直线度误差。
三、 测量原理及计量器具说明
机床、 仪器导轨或其它窄而长的平面, 为了控制其直线度误差, 常在给定平面( 垂直平面、 水平平面) 内进行检测。常见的计量器具有框式水平仪、 合家水平仪、 电子水平仪和自准直仪等。使用这类器具的共同特点是测定减小角度的变化。由于被测表面存在着直线度误差, 计量器具置于不同的被测部位上, 其倾斜角度就要发生相应的变化。如果节距( 相邻两测点的距离) 一经确定, 这个变化的微小倾角与被测相邻两点的高低差就有确切的对应关系。经过对逐个节距的测量, 得出变化的角度, 用作图或计算, 即可求出被测表面的直线度误差值。由于合象水平仪的测量准确度高、 测量范围大( ±10rnrn／rn) 、 测量效率高、 价格便宜、
携带方便等优点, 故在检测工作中得到了广泛的采用。

合象水平仪的结构如图la、 d所示, 它由底板l和壳体4组成外壳基体, 其内部则由
杠杆 2、 水准器 8、 两个棱镜 7、 测量系统 9、 10、 11以及放大镜 6所组成。使用时将合象水平仪放于被测表面上。如果被测表面无直线度误差, 并与自然水平面基准平行, 此时水准器的气泡则位于两棱镜的中间位置, 气泡边缘经过合象棱镜7所产生的影象, 在放大镜6中观察将出现如图1b所示的情况。但在实际测量中, 由于被测表面安放位置不理想和被测表面本身不直, 导致气泡移动, 其视场情况将如图1c所示。此时可转动测微螺杆10, 使水准器转动一角度, 从而使气泡返回棱镜组7的中间位置, 则图1c中两影象的错移量Δ消失而恢复成一个光滑的半圆头( 图1b) 。测微螺杆移动量s导致水准器的转角a( 图1d) 与被测表面相邻两点的高低差h有确切的对应关系, 即

式中 ——合象水平仪的分度值( mm／m) ;
——桥板节距( mm) ;
——角度读数值( 用格数来计数) 。
如此逐点测量, 就可得到相应的值, 为了阐述直线度误差的评定方法, 后面将用实例加以叙述。
四、 实验步骤
1．量出被测表面总长, 确定相邻两测点之间的距离( 节距) 。
2．将合象水平仪放于被测表面上, 然后将合象水平仪依次放在各节距的位置。每放一个节距后, 要旋转微分筒9合象, 使放大镜中出现如图1b比所示的情况, 此时即可进行读数。先在放大镜11处读数, 它是反映螺杆10的旋转圈数; 微分简9( 标有十、 一旋转方向) 的读数则是螺杆10旋转一圈 ( 100格) 的细分读数; 如此顺测( 从首点至终点) 、 回测( 由终点至首点) 各一次。回测时合象水平仪不能调头, 各测点两次读数的平均值作为该点的测量数据。必须注意, 如某测点两次读数相差较大, 说明测量情况不正常, 应检查原因并加以消除后重测。

3．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( 见后面的
例题) 。
4．根据各测点的相对差, 在坐标纸上取点。作图时不要漏掉首点( 零点) , 同时后一测
点的坐标位置是以前一点为基准, 根据相邻差数取点的。然后连接各点, 得出误差折线。
5．用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( 最低) 点
相切, 在两切点之间, 应有一个最低( 最高) 点与另一条平行直线相切。这两条平行直线之间的区域才是最小包容区域。从平行于纵坐标方向画出这两条平行直线间的距离, 此距离就是被测表面的直线度误差值f( 格) 。
6．将误差值f( 格) 按下式折算成线性值f( μm) , 并按国家标准评定被测表面直线度的公差等级。
f( μm) ＝ 0.01 Lf( 格)
例: 用合象水平仪测量一窄长平面的直线度误差, 仪器的分度值为 0.01mm／m, 选用的桥
板节距L=200mm, 测量直线度记录数据见附表。若被测平面直线度的公差等级为5级, 试用作图法评定该平面的直线度误差是否合格?
测点序号i
0
1
2
3
4
5
6
7
8
仪器读数( 格)
顺测
－
298
300
290
301
302
306
299
298
回测
－
296
298
288
299
300
306
297
296
平均
－
297
299
289
300
301
306
298
296
相对差( 格)
△=－

0
0
2
－8
3
4
9
1
－1
注: ①表列读数: 百分数是从图1的11处读得, 十位、 个位数是从图1的9处读得。
②a值可取任意数, 但要有利于相对差数字的简化, 本例取a= 297(格)。
按国家标准, 直线度5级公差值为 2 5μm。误差值小于公差值, 因此被测工件直线度误差合格。
思 考 题
1．当前部分工厂用作图法求解直线度误差时, 仍沿用以往的两端连线法, 即把误差折线的首点( 零点) 和终点连成一直线作为评定标准, 然后再作平行于评定标准的两条包容
直线, 从平行于纵坐标来计量两条包容直线之间的距离作为直线度误差值。
( 1) 以例题作图为例．试比较接两端点连线和按最小条件评定的误差值, 何者合理?
为什么?
( 2) 假若误差折线只偏向两端点连线的一侧( 单凸、 单凹) , 上述两种评定误差值的方法的情况如何?
2、 用作图法求解直线度误差值时, 如前所述, 总是按平行于纵坐标计量, 而不是垂直
于两条平行包容直线之间的距离。原因何在?

实验四 表面粗糙度测量
用双管显微镜测量表面粗糙度
一、 实验目的
1、 了解用双管显微镜测量表面粗糙度的原理和方法．
2、 加深对微观不平度十点高度和单峰平均间距的理解．
二、 实验内容
用双管显微镜测量表面粗糙度的和值．
三、 测量原理及计量器具说明
参看图1, 微观不平度十点高度是在取样长度 内, 从平行于轮廓中线m的任意一条线算起, 到被测轮廓的五个最高点( 峰) 和五个最低点( 谷) 之间的平均距离, 即

双管显微镜能测量1一80的表面粗糙度的值。
双管显微镜的外形如图2所示。它由底座1、 工作台2、 观察光管3、 投射光管11、 支臂7和立柱8等几部分组成。
双管显微镜是利用光切原理来测量表面粗糙度的, 如图3所示。被测表面为、 阶梯表面。当一平行光束从45°方向投射到阶梯表面上时, 就被折成和两段。从垂直于光束的方向上就可在显微镜内看到 和两段光带的放大象和。同样和之间的距离也被放大为和之间的距离。经过测量和计算, 可求得波测表面的不平高度。

图4为双管显微镜的光学系统图。由光源1发出的光, 经聚光镜2、 狭缝3、 物镜4,
以45°方向投射到被测工件表面上。调整仪器使反射光束进入与投射光管垂直的观察光管内, 经物镜5成象在目镜分划板上, 经过目镜可观察到凹凸不平的光带( 图5b) , 光带边缘即工件表面上被照亮了的的放大轮廓象为, 测量亮带边缘的宽度, 可求出被测表面的不平度高度:

式中 ——物镜放大倍率。
为了测量和计算方便, 测微目镜中十字线的移动方向( 图5a) 和被测量光带边缘宽度
成45°斜角( 图5b) , 故目镜测微器刻度套筒上的读数值与不平度高度的关系为:

因此
式中, , 为刻度套筒的分度值或称为换算系数, 它与投射角、 目镜测微器的结构和物镜放大倍数有关。
四、 测摄步骤
1、 微观不平度十点高度的测量
( 1) 根据被测工件表面粗糙度的要求, 按表1选择合适的物镜组, 分别安装在投射光管
和观察光管的下端。
( 2) 接通电源。
( 3) 擦净被测工件, 把它安放在工作台上, 并使被测表面的切削痕迹的方向与光带垂直。当测量圆柱形工件时, 应将工件置于V形块上。
( 4) 粗调节: 参看图2, 用手托住支臂7, 松开锁紧螺钉9, 缓慢旋转支臂调节螺母10; 使支臂7上下移动, 直到目镜中观察到绿色光带和表面轮廓不平度的影家( 图5b) 。然后, 将螺钉9固紧．要注意防止物镜与工件表面相碰, 以免损坏物镜组。
( 5) 细调节: 缓慢而往复转动调节手轮6, 调焦环12和调节螺钉13, 使目镜中光带最狭窄, 轮廓影家最清晰并位于视场的中央。
( 6) 松开螺钉5, 转动目镜测微器4, 使目镜中十字线的一根线与光带轮廓中心线大致
平行( 此线代替平行于轮廓中线的直线) 。然后, 将螺钉5固紧。
( 7) 根据被测表面粗糙度的数值、 按国家标准GB1031—83的规定选取取样长度和评定长度．
( 8) 旋转目镜测微器的刻度套筒, 使目镜中十字线的一根线与光带轮廓一边的峰( 或谷) 相切, 如图5b实线所示, 并从测微器读出被测表面的峰( 或谷) 的数值．以此类推, 在取样长度范围内分别测出五个最高点( 峰) 和五个最低点( 谷) 的数值．然后计算出的数值。
( 9) 纵向移动工作台, 按上述第8项测量步骤在评定长度范围内。共测出个取样长
度上的值, 取它们的平均值作为被测表面微观不平度十点高度．按下式计算。

2．单峰平均间距的测量
用测微目镜( 图5b) 中的垂直线, 对准光带轮廓的第一个峰, 从工作台的纵向移动千分尺上, 读取第一个读数。纵向移动工作台, 在取样长度范围内, 用垂直线对准光带轮廓的第个单峰, 从纵向千分尺上, 读出第个单峰的读数单峰平均间距s按下式计算:

根据上述计算结果, 判断被测表面粗糙度值和。值的适用性．
附: 目镜测微器分度值C的确定
由前述可知, 目镜测微器套筒上每一格刻度间距所代表的实际表面不平度高度的数值( 分度值) 与物镜放大倍率有关。由于仪器生产过程中的加工和装配误差, 以及仪器在使用过程中可能产生的误差, 会使物镜的实际倍率与表1所列的公称值之间有某些差异。因此, 仪器在投人使用时以及经过较长时间的使用之后, 或者在调修重新安装之后, 要用玻璃标准刻度只来确定分度值C, 即确定每一格刻度间距所代表的不平度高度的实际数值。确定方法如下:
( 1) 将玻璃标准刻度尺置于工作台上, 调节显微镜的焦距, 并移动标准刻度尺, 使在目镜视场内能看到清晰的刻度尺刻线( 图6) ．
( 2) 参看图2, 松开螺钉5, 转动目镜测微器4, 使十字线交点移动方向与刻度尺象平行, 然后因紧螺钉5．
( 3) 按表2选定标准刻度尺刻线格数Z, 将十字线交点移至与某条刻线重合( 图6中实线位置) , 读出第一次读数。然后, 将十字线交点移动Z格( 图6中虚线位置) , 读出第二次读数 两次读数差为:

( 4) 计算测微器刻度套筒上一格刻度间距所代表的实际被测值( 即分度值) C．

式中 ——标准刻度尺的刻度间距( 10) 。
把从目镜测微器测得的十点读数的平均值乘上值, 即可求得值:

思 考 题
1、 为什么只测量光带一边的最高点( 峰) 和最低点( 谷) ?
2、 测量表面粗糙度还有哪些方法? 其应用范围如何?
3、 用双管显微镜测量表面粗糙度为什么要确定分度值C? 如何确定?

实验五 用干涉显微镜测量表面粗糙度
一、 实验目的
1、 熟悉用干涉显微镜测量表面粗糙度的原理和方法。
2、 加深对微观不平度十点高审和轮廓最大高度的理解．
二、 实验内容
用6JA型干涉显微镜测量表面粗糙度的值和值。
三、 测量原理及计量器具说明
干涉显微镜是干涉仪和显微镜的组合, 用光波干涉原理来反映出被测工件的粗糙程度。由于表面粗糙度是微观不平度, 因此用显微镜进行高倍放大后以便观察和测量。干涉显微镜一般用于测量1~0.03表面粗糙度的值和值。

图1为6JA型干涉显微镜的外观图。图2为该仪器的光学系统图, 由光源1发出的光束, 经过聚光镜2、 4、 8( 3是滤色片) , 经分光镜9分成两束。其中一束经补偿板10、 物镜11至被测表面18, 再经原光路返回至分光镜9, 反射至目镜19。另一光束由分光镜9反射( 遮光板20移出) , 经物镜 12射至参考镜 13上, 再由原光路返回, 并透过分光镜9也射向目镜19。两路光束相遇迭加产生干涉, 经过目镜19来观察。由于被测表面有微小的峰、 谷存在, 峰、 谷处的光程不一样, 造成干涉条纹的弯曲。相应部位峰、 谷的高度差与干涉条纹弯曲量和干涉条纹间距 b有关( 图5b) , 其关系式为:

式中, 为测量中的光波波长。本实验就是利用测量干涉条纹弯曲量 a和干涉条纹间距 b来确定值和值。
四、 测量步骤
1、 调整仪器
测量时调整仪器的方法如下:
（1） 开亮灯泡, 转动手轮10和6( 图1) , 使图2中的遮光板14从光路中转出．如果视场亮度不均匀, 可转动调节螺丝4a, 使视场亮度均匀．

( 2) 转动手轮8, 使目镜视场中弓形直边清晰, 如图3所示．
( 3) 在工作台上放置好洗净的被测工件。被测表面向下, 朝向物镜。转动手轮6, 遮去图2中的参考镜13的一路光束。转动滚花轮2C, 使工作台升降直到目镜视场中观察到清晰的工件表面象为止, 再转动手轮6, 使图2中的遮光板从光路中转出．
( 4) 松开螺丝1b, 取下测微目镜1, 直接从目镜管中观察, 能够看到两个灯丝象。转动手轮11, 使图2中的孔径光阑6开至最大, 转动手轮7和9, 使两个灯丝象完全重合, 同时调节螺丝4a, 使灯丝象位于孔径光阑中央, 如图4所示, 然后装上测微目镜, 旋紧螺丝动。
( 5) 在精密测量中, 一般采用光波波长稳定的单色光( 本仪器用的是绿光) , 此时应将手柄12椎到底, 使图2中的滤色片3插入光路．当被测表面粗糙度数值较大而加工痕迹又不很规则时, 干涉条纹将呈现出急剧的弯曲和断裂现象, 这时则不推动手柄12, 而采用白光, 因为白光干涉成彩色条纹, 其中零次干涉条纹可清晰地显示出条纹的弯曲情况, 便于观察和测量。如在目镜中看不到干涉条纹, 可慢慢转动手轮 14直到出现清晰的干涉条纹为止( 图5a) 。
( 6) 转动手轮7和9以及手轮8和14, 能够得到所需的干涉条纹亮度和宽度。
( 7) 转动工作台2b, 使加工痕迹的方向与干涉条纹垂直。
( 8) 松开螺丝1b, 转动测微目镜1, 使视场中十字刻线之一与于涉条纹平行, 然后拧紧螺丝1b, 此时即可进行具体的测量工作。
2、 测量方法
在此仪器上, 表面粗糙度能够用两种方法测量。
( 1) 用测微目镜测量
①转动测微目镜的测微器1a, 使视场中与干涉条纹平行的十字线中的一条线对准一条干涉条纹峰顶中心( 图5 b) , 这时在测微器上的读数为。然后再对准相邻的另一条干涉条纹峰顶中心, 读数为。即为干涉条纹间距b。
②对准一条干涉条纹峰顶中心读数后, 移动十字线, 对准同一条干涉条纹谷底中心。读数为。即为干涉条纹弯曲量a。按微观不平度十点高度的定义, 在取样长度范围内测量同一条于涉条纹的5个最高峰和5个最低谷, 这个干涉条纹弯曲量的平均值为:

被测表面的微观不平度十点高度为;

采用白光时, ; 采用单色光时, 则按仪器所附滤色片检定书载明的波长取值。

按评定长度要求, 各取样长度的值还需平均后才能作为评定表面粗糙度的可靠数据。
上述测量中, 在各个取样长度范围内的最大峰值读数和最小谷值读数之差, 为各个取样
长度的轮廓最大高度值, 选取其中最大的值, 按下式计算轮廓最大高度值。

( 2) 用目视估计判定
用肉眼观察视场, 直接估读出弯曲量a为干涉条纹间距b的多少倍或几分之一, 用目视估读的值来代替测微目镜的读数。在取样长度范围内, 对同一条干涉条纹估读5个这样的比值, 取其平均值, 然后再计算值。同样, 根据求得的各取样长度的值再平均后作为最后的评定数据。
目视估读法效率高、 方法简便, 但不够准确, 因此只能作为一种近似的测量方法。

思 考 题

仪器使用说明书上写着: 用光波干涉原理测量表面粗糙度, 就是以光波为尺子来计量被
测面上微观峰谷的高度差。这把尺子的刻度间距和分度值如何体现?

实验六 齿轮齿厚偏差测量
一、 实验目的
l、 掌握测量齿轮齿厚的方法。
2、 加深理解齿轮齿厚偏差的定义。
二、 实验内容
用齿轮游标尺测量齿轮的齿厚偏差。
三、 测量原理及计量器具说明
齿厚偏差是指在分度圆柱面上, 法向齿厚的实际值与公称值之差。

图1为测量齿厚偏差的齿轮游标尺。它是由两套相互垂直的游标尺组成。垂直游标尺用于控制测量部位( 分度圆至齿顶圆) 的弦齿高。水平游标尺则用于测量所测部位( 分度圆) 的弦齿厚。齿轮游标尺的分度值为 0.02 mm, 其原理和读数方法与普通游标尺相同。
用齿轮游标尺测量齿厚偏差, 是以齿顶圆为基准。当齿顶圆直径为公称值时, 直齿圆柱
齿轮分度圆处的弦齿高和弦齿厚由图 2可得:

式中 ——齿轮模数( mm) ;
Z——齿轮齿数。

当齿轮为变位齿轮且齿顶圆直径有误差时, 分度圆处的弦齿高和弦齿厚应按下式计算:

式中 ——移距系数;
——齿形角;
——齿顶圆半径的公称值;
——齿顶圆半径的实际值。
四、 测量步骤
l、 用外径千分尺测量齿顶圆的实际直径。
2、 计算分度圆处弦齿高和弦齿厚, ( 可从表一查出) 。
3、 按值调整齿轮游标尺的垂直游标尺。
4、 将齿轮游标尺置于被测轮齿上, 使垂直游标尺的高度尺与齿顶相接触。然后, 移动水平游标尺的卡脚, 使卡脚靠紧齿廓。从水平游标尺上读出弦齿厚的实际尺寸( 用透光法判断接触情况) 。
5、 分别在圆周上间隔相同的几个轮齿上进行测量。
6、 按齿轮图样标注的技术要求, 确定齿厚上偏差的和下偏差, 判断被测齿厚的
适用性。

思 考 题

1、 测量齿轮齿厚偏差的目的是什么?
2、 齿厚极限偏差( , ) 和公法线平均长度极限偏差( , ) 有何关系?
3、 齿厚的测量精度与哪些因素有关?

实验七 齿轮公法线平均长度偏差及
公法线长度变动的测量
一、 实验目的
1、 掌握测量齿轮公法线长度的方法。
2、 加深理解齿轮公法线平均长度偏差和齿轮公法线长度变动的定义。
二、 实验内容
用公法线千分尺测量齿轮公法线平均长度偏差和齿轮公法线长度变动。
三、 测量原理及计量器具说明
公法线平均长度偏差是指在齿轮一周范围内, 公法线实际长度的平均值与公称值之差。公法线长度变动是指实际公法线的最大长度与最小长度之差。
公法线长度可用公法线千分尺( 图1) 、 公法线指示卡规或万能测齿仪测量。
图 ( 1)

四、 测量步骤
1、 按公式计算直齿圆柱齿轮公法线公称长度;

式中——被测齿轮的模数( mm) ;
——齿形角;
——被测齿轮齿数;
——跨齿数( , 取成整数) 。
当, 变位系数时, 则

和值也能够从表1查出。

2、 在公法线千分尺的两个卡脚中卡入齿轮( 跨齿数和计算出的相同) , 沿齿圈的不同方位测量4—5个以上的值( 最好测量全齿圈值) 。调整公法线千分尺的小套筒使两个卡脚与齿面充分接触, 此时的读数值就是公法线长度。测量时注意应尽量使用公法线千分尺的小套筒, 以免测力过大影响测量精度。
5、 将所有的读数值减去公称长度值再平均, 它们的平均值即为公法线平均长度偏差。所有读数中最大值与最小值之差即为公法线长度变动, 按齿轮图样标注的技术要求, 确定公法线长度上偏差和下偏差以及公法线长度变动公差并判断被测齿轮的适用性。
思 考 题
1、 测量公法线长度偏差, 取平均值的原因何在?
2、 有一个齿轮经测量后确定: 公法线平均长度偏差合格而公法线变动不合格, 试分析
其原因。

第二部分: 机械原理

实验一 机构运动简图的测绘

一、 实验目的
1、 学会根据实际机械的结构测绘机械运动简图的技能
2、 巩固机构活动度的计算

二、 实验设备和工具
1、 机构。
2、 钢直尺、 内外卡钳、 。
3、 同学自备: 量角器、 铅笔、 橡皮、 草稿纸。

三、 实验原理和方法
1、 足够说明实际机构的运动特征的最简单的图形。由于机构的运动仅与机构中所有的构件数目的构件所组成的运动副数目、 种类、 相对位置有关, 因此在机构运动简图中能够撇开构件的复杂外形和运动副的具体构造, 而用简略的符号来代表相应的构件和运动副。
2、 测绘运动简图的方法:
（1） 使被测的机器缓慢地运动, 从原动件开始仔细观察机构的运动, 从而确定组成机构的构件数目。
（2） 根据相联接的两构件间的接触情况及相对运动的性质, 确定各个运动副的种类和级别。
（3） 从原动件开始, 按规定符号及构件的联接次序( 一个构件至少与二个构件用运动副相联接) 逐步画出机构简图的草稿。然后用数字( 1, 2, 3, 4……) 分别标注各构件, 用英语字母( A, B, C……) 分别标注各运动副。
（4） 仔细测量机构的运动学尺寸( 如构件上回转副的中心距和移动副导路间的夹角等) 。选定一个使各构件均能看得见的机构位置, 按适当的比例尺将草稿画成正规的机构运动简图。
长度比例尺 = 实际长度( 厘米) : 图上长度( 厘米)
（5） 按公式计算机构活动度, 但须注意局部自由度和消极约束。

四、 实验步骤
1、 草稿纸上徒手绘制机构运动简图的草稿, 标注出必要的测量出的运动学尺寸, 按适当比例画成正规的机构运动简图, 如果只要求画机构简图则可不进行测量, 但应凭目测使图与实物大致成比例。
2、 列出运动副及其构件, 计算机构的活动度, 并将结果与实际机构相对照, 观察是否相符。

五、 思考题
a) 机构运动简图有什么用途? 一个正确的”机构运动简图”应能说明哪些内容?
b) 绘制机构运动简图时, 原动构件的位置为什么能够任意选定? 会不会影响运动简图的正确性?
c) 机构活动度的计算对测量绘制机构运动简图有何帮助?