機(jī)械精度設(shè)計(jì)與測(cè)量實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)

1、機(jī)械精度設(shè)計(jì)與測(cè)量實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)目錄第一章 量具的使用.3 第二章 隨機(jī)誤差的特性與處理.7第一章 量具的使用第一節(jié) 技術(shù)測(cè)量的基本知識(shí)1.1 測(cè)量的一般概念 技術(shù)測(cè)量主要是研究對(duì)零件的幾何參數(shù)進(jìn)行測(cè)量和檢驗(yàn)的一門(mén)技術(shù)。 所謂“測(cè)量”就是將一個(gè)待確定的物理量，與一個(gè)作為測(cè)量單位的標(biāo)準(zhǔn)量進(jìn)行比較的過(guò)程。他包括四個(gè)方面的因素，即：測(cè)量對(duì)象、測(cè)量方法、測(cè)量單位和測(cè)量精度。 “檢驗(yàn)”具有比測(cè)量更廣泛的含義。例如表面疵病的檢驗(yàn)，金屬內(nèi)部缺陷的檢驗(yàn)，在這些情況下，就不能采用測(cè)量的概念。1.2長(zhǎng)度單位基準(zhǔn)及尺寸傳遞系統(tǒng) 為了保證測(cè)量的準(zhǔn)確度，首先需要建立統(tǒng)一可靠的測(cè)量單位。公制的基本長(zhǎng)度單位為米(m)，機(jī)械制造

2、中常用的公制單位為毫米（mm）,精密測(cè)量時(shí)，多用微米（m）為單位，它們之間的換算關(guān)系為： 1m=1000mm 1mm=1000m使用光速作為長(zhǎng)度基準(zhǔn)，雖然可以達(dá)到足夠的準(zhǔn)確，但卻不便于直接應(yīng)用在生產(chǎn)中的尺寸測(cè)量。為保證長(zhǎng)度基準(zhǔn)量值能夠準(zhǔn)確地傳遞到生產(chǎn)中去，在組織上和技術(shù)上都必須建立一套系統(tǒng)，這就是尺寸傳遞系統(tǒng)。如表1-1為我國(guó)尺寸傳遞圖表，它體現(xiàn)了我國(guó)尺寸傳遞的全過(guò)程。表1-1 尺寸傳遞系統(tǒng) 1.3測(cè)量工具的分類 測(cè)量工具可按其測(cè)量原理、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及用途分以下四類：1 基準(zhǔn)量具：定值基準(zhǔn)量具； 變值量具。2 通用量具和量?jī)x：它可以用來(lái)測(cè)量一定范圍內(nèi)的任意值。按結(jié)構(gòu)特點(diǎn)可分為以下幾種：（1） 固定

3、刻線量具（2） 游標(biāo)量具（3） 螺旋測(cè)微量具（4） 機(jī)械式量?jī)x（5） 光學(xué)量?jī)x（6） 氣動(dòng)量?jī)x（7） 電動(dòng)量?jī)x3 極限規(guī)：為無(wú)刻度的專用量具。4 檢驗(yàn)量具：它是量具量?jī)x和其它定位元件等的組合體，用來(lái)提高測(cè)量或檢驗(yàn)效率，提高測(cè)量精度，在大批量生產(chǎn)中應(yīng)用較多。二、 測(cè)量方法的分類1 由于獲得被測(cè)結(jié)果的方法不同，測(cè)量方法可分為：直接量法間接量法2 根據(jù)測(cè)量結(jié)果的讀值不同，測(cè)量方法可分為：絕對(duì)量法（全值量法）相對(duì)量法（微差或比較量法）3 根據(jù)被測(cè)件的表面是否與測(cè)量工具有機(jī)械接觸，測(cè)量方法可分為：接觸量法不接觸量法4 根據(jù)同時(shí)測(cè)量參數(shù)的多少，可分為：綜合量法分項(xiàng)量法5 按測(cè)量對(duì)機(jī)械制造工藝過(guò)程所起的作用

4、不同，測(cè)量方法分為：被動(dòng)測(cè)量主動(dòng)測(cè)量 1.5測(cè)量工具的度量指標(biāo) 度量指標(biāo)：指的是測(cè)量中應(yīng)考慮的測(cè)量工具的主要性能，它是選擇和使用測(cè)量工具的依據(jù)。1 刻度間隔C：簡(jiǎn)稱刻度，它是標(biāo)尺上相鄰兩刻線之間的實(shí)際距離。2 分度值i：標(biāo)尺上每一刻度所代表的測(cè)量數(shù)值。3 標(biāo)尺的示值范圍：量?jī)x標(biāo)尺上全部刻度所能代表的測(cè)量數(shù)值。4 測(cè)量范圍：標(biāo)尺的示值范圍 整個(gè)量具或量?jī)x所能量出的最大和最小的尺寸范圍。5 靈敏度：能引起量?jī)x指示數(shù)值變化的被測(cè)尺寸的最小變動(dòng)量。靈敏度說(shuō)明了量?jī)x對(duì)被測(cè)數(shù)值微小變動(dòng)引起反應(yīng)的敏感程度。6 示值誤差：量具或量?jī)x上的讀數(shù)與被測(cè)尺寸實(shí)際數(shù)值之差。7 測(cè)量力：在測(cè)量過(guò)程中量具或量?jī)x的測(cè)量面與被

5、測(cè)工件之間的接觸力。8 放大比（傳動(dòng)比）：量?jī)x指針的直線位移（或角位移）與被測(cè)量尺寸變化的比。這個(gè)比等于刻度間隔與分度值之比。1.6 測(cè)量誤差 1測(cè)量誤差：被測(cè)量的實(shí)測(cè)值與真實(shí)值之間的差異。即=XQ 式中：測(cè)量誤差； X實(shí)際測(cè)得的被測(cè)量； Q被測(cè)值的真實(shí)尺寸。 由于X可能大于或小于Q，因此，可能是正值、負(fù)值或零。這樣，上式可寫(xiě)成 Q=X±2測(cè)量誤差產(chǎn)生的原因（即測(cè)量誤差的組成）（1） 測(cè)量?jī)x器的誤差（2） 基準(zhǔn)件誤差（3） 測(cè)量力引起的變形誤差（4） 讀數(shù)誤差（5） 溫度變化引起的誤差3測(cè)量誤差的分類（1）系統(tǒng)誤差：有一定變化規(guī)律的誤差（2）隨機(jī)誤差：變化無(wú)規(guī)律的誤差，隨機(jī)誤差的特性

6、及處理將在第四節(jié)介紹。（3）粗大誤差：由于測(cè)量時(shí)疏忽大意（如讀數(shù)錯(cuò)誤、計(jì)算錯(cuò)誤等）或環(huán)境條件的突變（沖擊、振動(dòng)等）造成的某些較大的誤差。第二節(jié) 機(jī)械式量?jī)x機(jī)械式量?jī)x的種類很多，本節(jié)主要介紹以下內(nèi)容：2.1 游標(biāo)量具與測(cè)微量具i. 常用游標(biāo)量具有（見(jiàn)圖1-3）：游標(biāo)卡尺、高度游標(biāo)卡尺、深度游標(biāo)卡尺。分度值常用的有0.05、0.02mm。圖1-3游標(biāo)量具a游標(biāo)卡尺 b高度游標(biāo)卡尺 c深度游標(biāo)卡尺ii. 常用的測(cè)微量具有外徑千分尺、內(nèi)徑千分尺、深度千分尺等，其中外徑千分尺在生產(chǎn)中應(yīng)用廣泛。如圖1-4，其分度值為0.01mm，測(cè)量范圍有0-25、25-50、50-75、75-100、100-125、1

7、25-150等。 圖1-4 外徑千分尺2.2 百分表：圖1-5是它的外形圖和傳動(dòng)原理圖。圖1-5百分表外形圖和傳動(dòng)原理圖1.表盤(pán) 2.大指針 3.小指針 4.套筒 5.測(cè)量桿 6.測(cè)量頭1、 齒側(cè)間隙的消除：通過(guò)游絲消除齒偶間隙，提高測(cè)量精度。2、 測(cè)量力的控制：彈簧是控制百分表的測(cè)量力的。百分表的分度值為0.01mm，表面刻度盤(pán)上共有100條等分刻線。因此，百分表齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，應(yīng)使量桿移動(dòng)1mm時(shí)，指針回轉(zhuǎn)一圈。百分表的測(cè)量范圍，有0-3、0-5、0-10mm三種。三、內(nèi)徑百分表內(nèi)徑百分表由百分表和表架組成，用于測(cè)量孔的形狀和孔徑，內(nèi)徑百分表的構(gòu)造如圖1-6所示。圖1-6 內(nèi)徑百分表1活動(dòng)量

8、桿 2.等臂杠桿 3.固定量桿 4.殼體 5.長(zhǎng)管 6.推桿 7.9.彈簧 8.百分表 10.定位護(hù)橋內(nèi)徑百分表的活動(dòng)測(cè)頭，其移動(dòng)量很小，它的測(cè)量范圍是由更換或調(diào)整可換測(cè)頭的長(zhǎng)度達(dá)到的。內(nèi)徑百分表的測(cè)量范圍有以下幾種：10-18、18-35、35-50、50-100、100-160、160-250、250-450mm。用內(nèi)徑百分表測(cè)量孔徑是一種相對(duì)量法，測(cè)量前應(yīng)根據(jù)被測(cè)孔徑的大小，在千分尺或其他量具上調(diào)整好尺寸后才能使用。第二章 隨機(jī)誤差的特性與處理第一節(jié) 隨機(jī)誤差的特性我們可以先做這樣一個(gè)實(shí)驗(yàn)，對(duì)某一零件用相同的方法引進(jìn)150次重復(fù)測(cè)量，可得150個(gè)測(cè)得值，然后將測(cè)得的尺寸進(jìn)行分組，從7.3

9、1、7.327.41mm，每隔0.01mm為一組，分十一組，各測(cè)得值及出現(xiàn)次數(shù)見(jiàn)表測(cè)得值xi出現(xiàn)次數(shù)ni相對(duì)出現(xiàn)次數(shù)ni /N隨機(jī)誤差的分布曲線（a）實(shí)際分布曲線（b）正態(tài)分布曲線X1 =7.31N1 =10.007X2 =7.32N2 =30.020X3 =7.33N3 =80.053X4 =7.34N4 =180.120X5 =7.35N5 =280.0187X6 =7.36N6 =340.227X7 =7.37N7 =290.193X8 =7.38N8 =170.113X9 =7.39N9 =90.060X10 =7.40N10 =20.013X11 =7.41N11 =10.007若以

10、橫座標(biāo)表示測(cè)得值Xi，縱座標(biāo)表示相對(duì)出現(xiàn)次數(shù)ni/N（ni為某一測(cè)得值 出現(xiàn)的次數(shù)，N為測(cè)量總次數(shù)），則得如圖1-10a所示的圖形。連接每個(gè)小方圖的上部中點(diǎn)，得一折線，稱為實(shí)際分布曲線。如果測(cè)量總次數(shù)N很大（N），而間隔x分得很細(xì)(x0)，則可以得到如圖1-10b所示的光滑曲線，即隨機(jī)誤差的正態(tài)分布曲線，也稱高斯曲線。從測(cè)量結(jié)果中可以看出，隨機(jī)誤差具有下列四大特性：（1）、對(duì)稱性；絕對(duì)值相等的正態(tài)誤差與負(fù)誤差出現(xiàn)的概率相等；（2）、單峰性：絕對(duì)值小的誤差出現(xiàn)的概率比絕對(duì)值大的誤差出現(xiàn)的概率大；（3）、有界性：在一定的測(cè)量條件下，誤差的絕對(duì)值不會(huì)超過(guò)一定的界限；（4）、抵償性：在相同條件下，進(jìn)行

11、重復(fù)測(cè)量時(shí)各誤差的算術(shù)平均值隨測(cè)量次數(shù)的增加而趨近于零。 根據(jù)概率論原理，正態(tài)分布曲線可用下列數(shù)學(xué)公式表示，即y= e式中：y概率密度； 隨機(jī)誤差（=測(cè)得值真值）e自然對(duì)數(shù)的底（e=2.71828）標(biāo)準(zhǔn)偏差，也稱為均方根誤差， 可見(jiàn)，越小則12n也越小，即隨誤差的分布范圍也越小，說(shuō)明測(cè)量精度比較高。因此標(biāo)準(zhǔn)偏差的大小反映了隨機(jī)誤差的分散特性和測(cè)量精度的高低。通過(guò)計(jì)算，隨機(jī)誤差在±3范圍內(nèi)出現(xiàn)的概率為99.±73%，已接近100%，所以一般以±3作為隨機(jī)誤差的極限誤差。 由于被測(cè)量的真值是未知量，在實(shí)際應(yīng)用中常常進(jìn)行多次測(cè)量，測(cè)量次數(shù)n足夠多時(shí)，可以測(cè)量x1x2xn

12、的算術(shù)平均值x作為真值，即：測(cè)量列中各測(cè)得值與測(cè)量列的算術(shù)平均值的代數(shù)差，稱為殘余誤差vi ，即： 通過(guò)推導(dǎo)，得：為了減少隨機(jī)誤差的影響，可以采用多次重復(fù)測(cè)量，一般為5-15次，取多次測(cè)量的算術(shù)平均值作為測(cè)量結(jié)果，以提高測(cè)量精度。若在相同條件下，重復(fù)測(cè)量n次，單次測(cè)量的標(biāo)準(zhǔn)偏差為，則n次測(cè)量的算術(shù)平均值標(biāo)準(zhǔn)偏差，測(cè)量結(jié)果為±3例：對(duì)一軸進(jìn)行10次測(cè)量，其測(cè)得值列表如下，求測(cè)量結(jié)果。x(mm)u=x-(µm)u(µm)30.454-39 30.459+2430.459-2430.454-39 30.458+14 30.459+24 30.456-2430.458+1430.458-3430.455-2430.457=0=35解:（1）求算術(shù)平均值； =30.457mm （2）求殘余誤差； =0, =38µm （3） 求單位測(cè)量的標(biāo)準(zhǔn)偏差；=-=2.05µm (4)求算術(shù)平均值的標(biāo)準(zhǔn)偏差； =0.65µm=µm （5）得測(cè)量結(jié)果 l=30.4570.002µm