機(jī)械精度設(shè)計與測量實驗指導(dǎo)書

1、機(jī)械精度設(shè)計與測量實驗指導(dǎo)書目錄第一章 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)測量的基本知識1.1 測量的一般概念 技術(shù)測量主要是研究對零件的幾何參數(shù)進(jìn)行測量和檢驗的一門技術(shù)。 所謂“測量”就是將一個待確定的物理量，與一個作為測量單位的標(biāo)準(zhǔn)量進(jìn)行比較的過程。他包括四個方面的因素，即：測量對象、測量方法、測量單位和測量精度。 “檢驗”具有比測量更廣泛的含義。例如表面疵病的檢驗，金屬內(nèi)部缺陷的檢驗，在這些情況下，就不能采用測量的概念。1.2長度單位基準(zhǔn)及尺寸傳遞系統(tǒng) 為了保證測量的準(zhǔn)確度，首先需要建立統(tǒng)一可靠的測量單位。公制的基本長度單位為米(m)，機(jī)械制造

2、中常用的公制單位為毫米（mm）,精密測量時，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)中的尺寸測量。為保證長度基準(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為我國尺寸傳遞圖表，它體現(xiàn)了我國尺寸傳遞的全過程。表1-1 尺寸傳遞系統(tǒng) 1.3測量工具的分類 測量工具可按其測量原理、結(jié)構(gòu)特點及用途分以下四類：1 基準(zhǔn)量具：定值基準(zhǔn)量具； 變值量具。2 通用量具和量儀：它可以用來測量一定范圍內(nèi)的任意值。按結(jié)構(gòu)特點可分為以下幾種：（1） 固定

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

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

5、測工件之間的接觸力。8 放大比（傳動比）：量儀指針的直線位移（或角位移）與被測量尺寸變化的比。這個比等于刻度間隔與分度值之比。1.6 測量誤差 1測量誤差：被測量的實測值與真實值之間的差異。即=XQ 式中：測量誤差； X實際測得的被測量； Q被測值的真實尺寸。 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，上式可寫成 Q=X±2測量誤差產(chǎn)生的原因（即測量誤差的組成）（1） 測量儀器的誤差（2） 基準(zhǔn)件誤差（3） 測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：由于測量時疏忽大意（如讀數(shù)錯誤、計算錯誤等）或環(huán)境條件的突變（沖擊、振動等）造成的某些較大的誤差。第二節(jié) 機(jī)械式量儀機(jī)械式量儀的種類很多，本節(jié)主要介紹以下內(nèi)容：2.1 游標(biāo)量具與測微量具i. 常用游標(biāo)量具有（見圖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原理圖。圖1-5百分表外形圖和傳動原理圖1.表盤 2.大指針 3.小指針 4.套筒 5.測量桿 6.測量頭1、 齒側(cè)間隙的消除：通過游絲消除齒偶間隙，提高測量精度。2、 測量力的控制：彈簧是控制百分表的測量力的。百分表的分度值為0.01mm，表面刻度盤上共有100條等分刻線。因此，百分表齒輪傳動機(jī)構(gòu)，應(yīng)使量桿移動1mm時，指針回轉(zhuǎn)一圈。百分表的測量范圍，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活動量

8、桿 2.等臂杠桿 3.固定量桿 4.殼體 5.長管 6.推桿 7.9.彈簧 8.百分表 10.定位護(hù)橋內(nèi)徑百分表的活動測頭，其移動量很小，它的測量范圍是由更換或調(diào)整可換測頭的長度達(dá)到的。內(nèi)徑百分表的測量范圍有以下幾種：10-18、18-35、35-50、50-100、100-160、160-250、250-450mm。用內(nèi)徑百分表測量孔徑是一種相對量法，測量前應(yīng)根據(jù)被測孔徑的大小，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實驗，對某一零件用相同的方法引進(jìn)150次重復(fù)測量，可得150個測得值，然后將測得的尺寸進(jìn)行分組，從7.3

9、1、7.327.41mm，每隔0.01mm為一組，分十一組，各測得值及出現(xiàn)次數(shù)見表測得值xi出現(xiàn)次數(shù)ni相對出現(xiàn)次數(shù)ni /N隨機(jī)誤差的分布曲線（a）實際分布曲線（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)表示測得值Xi，縱座標(biāo)表示相對出現(xiàn)次數(shù)ni/N（ni為某一測得值 出現(xiàn)的次數(shù)，N為測量總次數(shù)），則得如圖1-10a所示的圖形。連接每個小方圖的上部中點，得一折線，稱為實際分布曲線。如果測量總次數(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。從測量結(jié)果中可以看出，隨機(jī)誤差具有下列四大特性：（1）、對稱性；絕對值相等的正態(tài)誤差與負(fù)誤差出現(xiàn)的概率相等；（2）、單峰性：絕對值小的誤差出現(xiàn)的概率比絕對值大的誤差出現(xiàn)的概率大；（3）、有界性：在一定的測量條件下，誤差的絕對值不會超過一定的界限；（4）、抵償性：在相同條件下，進(jìn)行

11、重復(fù)測量時各誤差的算術(shù)平均值隨測量次數(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（=測得值真值）e自然對數(shù)的底（e=2.71828）標(biāo)準(zhǔn)偏差，也稱為均方根誤差， 可見，越小則12n也越小，即隨誤差的分布范圍也越小，說明測量精度比較高。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量精度的高低。通過計算，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。 由于被測量的真值是未知量，在實際應(yīng)用中常常進(jìn)行多次測量，測量次數(shù)n足夠多時，可以測量x1x2xn

12、的算術(shù)平均值x作為真值，即：測量列中各測得值與測量列的算術(shù)平均值的代數(shù)差，稱為殘余誤差vi ，即： 通過推導(dǎo)，得：為了減少隨機(jī)誤差的影響，可以采用多次重復(fù)測量，一般為5-15次，取多次測量的算術(shù)平均值作為測量結(jié)果，以提高測量精度。若在相同條件下，重復(fù)測量n次，單次測量的標(biāo)準(zhǔn)偏差為，則n次測量的算術(shù)平均值標(biāo)準(zhǔn)偏差，測量結(jié)果為±3例：對一軸進(jìn)行10次測量，其測得值列表如下，求測量結(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）得測量結(jié)果 l=30.4570.002µm