第二章机械基础实验常用测量器具

1、第二章常用尺寸测量器具尺寸测量器具按其原理可以分为实物量具和测量仪器两类；通常把具有传动放大系统的测量器具称为测量仪器，而没有传动放大系统的测量器具则称为实物量具。本章介绍了几种常用的实物量具，以及游标类、千分类和指示表类的常用测量仪器。第一节实物量具实物量具没有传动放大系统，使用时以固定形式复现或提供量值，常用的实物量具有量块、光滑极限量规、塞尺、钢直尺、线纹尺、半径样板等。一、量块量块（亦称块规）是具有两平行测量面、且两平面间具有准确尺寸，横截面为矩形的实物量具。量块一般由耐磨材料制成，精度较高。1量块的用途(1) 进行尺寸的传递，如检查、校正仪器和其他量具；(2) 在进行相对测量时，作为

2、比较用的标准；(3) 直接测量某些高精度工件的尺寸。2量块的长度和标记量块的外形如图2-1(a)所示，量块长度l 是指量块一个测量面上的任意一点到与其相对的另一测量面相研合的辅助体（如平晶）表面之间的垂直距离。量块中心长度lc 是指对应于量块未研合测量面中心点的量块长度，是量块长度的一种特定情况。量块的标称长度ln 也称为量块长度的示值，通常标记在量块上用以表明其与主单位之间的关系。当量块的标称长度（基本尺寸）不大于5.5mm 时，长度数字标记所在面即为上测量面上，与其相背的则为下测量面；当标称长度大于5.5mm 时，长度数字标记在较大的一个侧面上，且当此侧面朝向观察者、长度数字正置时，其右侧

3、面为上测量面，左侧面为下测量面（见图 2-1(b)）。1(a)量块的外形和长度(b)量块的各表面和标记图 2-1量块3量块的精度量块按制造精度分为5 级，即K、 0、1、 2 和 3 级，其中K 级为最高；按检定精度分为 5 等，即 1、 2、 3、4 和 5 等，其中 1 等为最高。量块各等、级对量块长度变动量和其他性能均有相应的要求。按级使用量块时，是用量块的标称长度；按等使用量块时，是用量块的实际长度。4量块的组合在使用量块时，为了满足一定尺寸的要求，可以利用量块的可研合性，将几块量块组合为所需尺寸的一个量块组。成套的量块有 91 块、 83 块、 46 块和 38 块等组成，其标称长度

4、如表 2-1 所示。为了减少量块组的长度累计误差，选取的块数一般不超过四块，从小数最后一位选起，逐级递减，直到选完整数，满足组合尺寸要求。例：用量块组成29.745mm 的尺寸。选择83 块一套的量块（见表2.1）来组成上述尺寸的量块组。选择量块的步骤如下：29.7451.005第一块28.7401.240第2二块27.5007.500第三块20.000第四块即选择尺寸为1.005、 1.24、 7.5 和 20mm 的量块各一块，组成尺寸29.745mm。表 2-1成套量块的标称长度（摘自GB/T 6093 2001 ）3进行量块的组合时，应先用竹镊子将选用的量块从量块盒中取出，用棉花蘸航空

5、汽油清洗干净，再用绸布或麂皮擦净上、下测量面；然后，将一块量块的下测量面与另一块量块的上测量面相互研合，并以大尺寸量块为基础，顺次将小尺寸量块研配在一起，其操作方法见图 2-2 所示。研合时，用力要适当，避免引起小尺寸量块的变形，手指勿触摸研合面，以免汗渍手印影响研合性。（a）和（ b）的操作正确（ c）和（ d）的操作错误1 为施力方向2 为旋转方向3 为研合方向图 2-2量块研合的操作方法5量块使用的注意事项（ 1）组合量块时要正确研合，不要划伤测量面；（ 2）使用量块时，最好用竹镊子夹持或戴手套，减少用手直接接触量块的时间，防止手温可能导致的测量误差；（ 3）量块在作为测量标准对仪器零位

6、进行调整时，仪器测头必须提起才能将量块放入或取出，当量块与测头处于接触状态时严禁移动量块，以免划伤测量面；（ 4）防止量块碰撞或掉落地上；（ 5）量块用毕，要及时用汽油擦净，并涂上防锈油。二、光滑极限量规光滑极限量规（简称量规）是指具有以孔或轴的最大极限尺寸和最小极限尺寸为标准测量面，能以包容原则反映被检孔或轴边界条件的实物量具。1量规的分类4根据检验对象的不同，量规可分为塞规和环规。塞规用于检验孔径，其测量面为外圆柱面；圆柱直径具有被检孔径最小极限尺寸的为孔用通规，具有被检孔径最大极限尺寸的为孔用止规。环规用于检验轴径，其测量面为内圆柱面；圆环直径具有被检轴径最大极限尺寸的为轴用通规，具有被

7、检轴径最小极限尺寸的为轴用止规。根据用途的不同，量规可分为工作量规和校对量规。工作量规是在生产中用以检验工件的量规；工作量规的通规记为“ T ”，止规记为“ Z ”。校对量规是用来检验工作量规在制造中是否符合制造误差、在使用中是否已达到磨损极限的量规。2量规的型式根据塞规的基本尺寸从小至大，可以制成不同的型式，常见的塞规型式如图2-3、 2-4和 2-5所示。环规的型式一般为圆柱形，如图2-6所示。图 2-3锥柄圆柱塞规（基本尺寸 1mm 至 50mm ）图 2-4非全形塞规（基本尺寸180mm 至260mm ）图 2-6 球端杆规（基本尺寸120mm 至 500mm ）图 2-5 圆柱环规（

8、基本尺寸1mm 至100mm ）3量规的公差带5量规是一种精密检验工具，在制造过程中不可避免地会产生误差，因此必须规定量规的制造公差。工作量规的“通规”在使用时要经常通过被检工件，其表面不可避免地会发生磨损，因此除规定制造通端公差外，还应规定磨损公差以保证其有一合理的使用寿命。而工作量规的止端“止规”由于不经常通过被检工件，磨损很少，故未规定磨通损端公差。止端图 2-7 为量规的公差带图。其中，T1 为工作量规的尺寸公差；Z1 为工作量规通端尺寸公差带的中心线至工件最大尸体尺寸之间的距离；Tp 为校对量规的尺寸公差。图 2-7 量规的公差带及其位置根据工件孔或轴的基本尺寸及其公差等级，可以从表

9、2-2 中查出相应的工作量规的公差，再依照图2-7 中量规的公差带表示法来进行量规公差带的绘制。表 2-2 工作量规的公差等级（选自GB/T 1957-2006光滑极限量规技术条件）64量规使用的注意事项（ 1）量规的制造和使用均以待测工件的尺寸及公差为依据，使用前应确认量规尺寸无误方可进行测量；（ 2）使用前，须用清洁的细棉纱或软布把量规的工作表面擦干净，可在工作表面涂一层薄油，以减少磨损；（ 3）使用时需辨别量规的通止端，防止误判；（ 4）不可用量规测量表面粗糙或有污损的工件，以免影响测量结果和损伤量规工作表面。三、钢直尺钢直尺是指一种钢制板状的实物量具，其表面有一组或多组有序的标尺标记及

10、标尺标数。四、半径样板半径样板是指带有一组准确内、外圆弧半径尺寸的薄板，用于检验圆弧半径，又称7为 R 规，如图2-8 所示。图 2-8 半径样板思考题1测量工件时如何选择量块？2如何检验光滑极限量规的尺寸？第二节卡尺卡尺泛指装有游标装置的一类测量器具，它们可以帮助我们比较精确地评定长度和角度刻线的分数值，从而提高了刻线尺或度盘的读数精度。用于长度测量的卡尺除常用的游标卡尺外，还有深度卡尺和高度卡尺；用于角度测量的有万能角度尺。一、卡尺卡尺具有中等精度，应用范围很广，可以用来测量工件的外径、内径、长度、宽度、深度及孔距等。常用的卡尺分度值（或分辨力）有 0.10mm 、 0.05mm 、 0.

11、02mm 和 0.01mm 等四种。8图 2-9卡尺的结构1卡尺的结构卡尺的结构如图 2-9 所示，主要由尺身和尺框组成。外测量爪用来测量工件的外径或长度，内测量爪用来测量孔径或槽宽，制动螺钉可将尺框固定在尺身上，滚花便于均匀地推拉尺框。深度尺为可选结构，可用来测量工件的深度。当测量范围上限大于 200mm 时，一般带有尺框的微动装置。配合不同形式的测量爪，可以测量不同的尺寸。如孔距卡尺可以测量两个小孔的中心距，内沟槽卡尺可以测量内沟槽的直径等等。以主标尺和游标尺配合进行读数的卡尺称为游标卡尺（图2-10(a)）；以圆标尺代替游标尺，以指针的回转角度指示尺框的微动距离，配合主标尺进行读数的卡尺

12、，则称为“带表卡尺”（图 2-10(b) ）；以数字显示屏代替游标尺，直接显示最终读数的卡尺，则称为“数显卡尺”（图 2-10(c) ）。图 2-10 卡尺的指示装置2游标原理与读数方法以分度值为0.1mm 的游标卡尺为例，其主标尺的分度值为1mm，游标尺则将主标尺的 9mm 分为 10 格，故这一游标卡尺分度值为0.9mm（如图2-11(a)）；当主标尺的标记“ 5”与游标尺上的标记“5”对齐时，两标尺零刻线之间相差0.5mm （如图2-11(b) ）。由此可知，游标卡尺的分度值则等于主标尺分度与游标尺分度之差（如此例中即为0.1mm ），这就是游标的原理。9图 2-11 游标的原理读数时，

13、应首先根据游标尺上零刻线所处位置读出主标尺刻度的整数部分，然后判断游标尺的哪一根刻线与主标尺刻线对齐，由该刻线的游标尺读数即可得到主标尺刻度的小数部分，将两者相加即得到测量结果。带表卡尺的主标尺读数方法与游标卡尺一样，而圆标尺的读数方法与指示表类似（详见本章第四节 指示表），在此不再赘述。数显卡尺的读数可直接由显示屏读取，较为简单，亦不详述。二、深度卡尺常用深度卡尺的结构如图 2-12 所示，主要由尺身和尺框组成。将尺框测量爪和尺身测量面配合，可以较为简便地测量深度。若将尺身测量面变化为测量爪，还可得到单钩型深度卡尺（图 2-13(a) ）和双钩型深度卡尺（图 2-13(b) ）两种形式，用于

14、沟槽深度、台阶高度等不同的测量场合。以主标尺和游标尺配合进行示数的深度卡尺，称为“游标深度卡尺”。以圆标尺代替游标尺，以指针回转角度来指示游标移动距离的深度卡尺，则称为“带表深度卡尺”。以数字显示屏代替游标尺，直接显示最终读数的深度卡尺，则称为“数显深度卡尺”。深度卡尺的测量原理与卡尺一样，故其测量和读数方法也与卡尺大致相当，在此不再赘述。10图 2-12 深度卡尺(a)单钩型深度卡尺的测量爪(b)双钩型深度卡尺的测量爪图 2-13另外两种形式的深度卡尺测量爪三、高度卡尺高度卡尺的结构如图 2-14 所示，主要由底座、尺身、尺框、量爪、制动螺钉等部分组成。高度卡尺除可用来测量高度外，还可用作划

15、线工具，因此其量爪又称为“划线量爪”。以主标尺和游标尺配合进行示数的高度卡尺，称为“游标高度卡尺”。以圆标尺代替游标尺，以指针回转角度来指示游标移动距离的高度卡尺，则称为“带表高度卡尺”。以数字显示屏代替游标尺，直接显示最终读数的高度卡尺，则称为“数显高度卡尺”。高度卡尺的测量原理与卡尺、深度卡尺一样，故其测量和读数方法也与其大致相当，在此不再赘述。11图 2-14高度卡尺四、万能角度尺12I 型游标万能角度尺（测量范围：0 °320 °）II 型游标万能角度尺（测量范围：0 °360 °）图 2-15 游标万能角度尺万能角度尺可用于测量角度，其分度值（

16、或分辨力）有30 、 2 和 5 等几种。1. 万能角度尺的结构万能角度尺根据读数原理的不同，分为游标万能角度尺、带表万能角度尺和数显万能角度尺。游标万能角度尺的结构有两种形式（如图2-15 ），主要由直尺、基尺、主尺、游标和锁紧装置等部分组成。I 型游标万能角度尺的测量范围有0° 320°和0° 360°两种。仅有II型万能角度尺具有带表和数显万能角度尺的型式，测量范围一般为0° 360°。数显万能角度尺分辨力较高，可达30。2. 万能角度尺的测量与读数方法常用的 I 型万能角度尺（测量范围 0° 320°）测量

17、原理与游标卡尺类似；测量方法如图 2-16 所示。13图 2-16万能角度尺的测量方法五、卡尺的使用1. 卡尺的选择按工件形状、各被测部位的基本尺寸与公差大小，分别选择分度值或分辨力、测量范围合适的卡尺。2. 检查零点读数对于卡尺，用棉花浸汽油将其测量面擦净后，将两测量面合拢检查零点读数，记下零点示值误差，取其负值作为校正值。对于深度卡尺和高度卡尺，可使其测量面与平板接触来进行检查，取零点示值误差的负值作为校正值。调整万能角度尺的零位时，须将直尺和直角尺装上，使直角尺和基尺的底边与直尺之间无间隙接触，取零点示值误差，取其负值作为校正值。3. 进行测量将工件表面擦净后，以测量爪的测量面与工件被测

18、部位接触，然后进行读数。每一部位测量三次，取其平均值作为测量结果。4. 注意事项14（ 1）被测工件尽可能靠近尺身放置，以减少由于测量爪在测力作用下歪斜而引起的测量误差。（ 2）控制测力凭测量者的感觉控制。工件在测量面间或测量面与基准面间不应被压得太紧，但也不允许松动。（ 3）寻找正确的测量部位测量面接触工件的部位必须正确，图2-17 为用卡尺测量工件时的几个例子。图 2-17 寻找正确的测量部位（ b 为应测尺寸， a 为实测尺寸）（ 4）正确读数应尽量避免因斜视引起的误差。（ 5）保护测量面为减少卡尺的测量面磨损，应在测量工件时进行读数，读数完毕，再松开两测量面，从工件上取出测量器具。测量

19、完毕后应用或酒精擦拭测量面，涂上防锈油，装入专用盒进行存放。思考题第三节 千分尺千分尺又称螺旋测微量具，是利用螺旋的转角位移与直线位移成比例的原理进行测量和读数的一类测量器具。千分尺的精度要比卡尺高，分度值（或分辨力）有 0.01mm 、0.001m、 0.002mm 和 0.005mm 等四种。15属于这类测量器具的有外径千分尺、内径千分尺、内测千分尺和深度千分尺等。一、外径千分尺外径千分尺是一种用来测量外尺寸的千分尺。外径千分尺的测微螺杆螺距为0.5mm或 1.0mm，示值范围一般为 25mm，测量范围上限至 1000mm 。1. 外径千分尺的结构图 2-18 所示为外径千分尺的结构，尺架

20、4 的左边有测砧1，右边有测微螺杆2，可由锁紧装置 8 锁紧，两个测量面 6 镶有硬质金属；固定套管 9 右端内有锥形内螺纹，与测微螺杆 2 相配合；棘轮 3 用来控制测量力；尺架 4 上装有隔热装置 5，用来避免手持操作时手温对测量结果的影响。1 测砧2测微螺杆3 棘轮4 尺架5 隔热装置6 测量面7 模拟显示8锁紧装置9 固定套管10 基准线11 微分筒12 数值显示图 2-18外径千分尺的结构外径千分尺若带有较小的测量面，则称为“小测头千分尺”；若带有锥形球测量面或锥形平测量面，则称为“尖头千分尺”，用于测量较小部位尺寸；若带有球形测量面和平测量面及特殊形状的尺架，则称为“板厚千分尺”或

21、“壁厚千分尺”，用于测量板材厚度或管材壁厚；若带有两条形测量面，则称为“叶片千分尺”，用于测量叶片尺寸；若带有特制的 V 形测砧，则称为“奇数沟千分尺” 用于测量带有奇数个沿圆周均匀分布沟槽的工件；若在尺架上装杠杆传动机构，将两测量面间的相对轴向运动转变为指示表指针的回转运动，由指示表读取两测量面间的微小移动量，则为“杠杆千分尺”。16外径千分尺的读数装置如图 2-18 A 部详图所示，以微分筒和固定套管配合进行读数；以机械式数字显示装置进行读数的外径千分尺，则称为“带计数器千分尺”；通过电子测量、电子显示屏进行直接示数的外径千分尺，则称为“电子数显外径千分尺”。2. 外径千分尺的测量原理与读

22、数方法图 2-19 外径千分尺的读数以分度值为0.01mm 的外径千分尺为例（如图2-19 所示），其固定套管上刻有上下两排基准线，标尺间隔均为1mm ，相邻上下两刻线相距0.5mm，与测微螺杆的螺距相等。微分筒上刻有50 个等分刻度。这样，微分筒转一周，测微螺杆相应的轴向位移为0.5mm ；微分筒转一格（1/50 转），测微螺杆相应的轴向位移为0.01mm ，即为微分筒的标尺间隔。读数时，首先应从固定套管的基准线上读出整数毫米或0.5 毫米（二者均以微分筒端面作为活动指标线），再由微分筒上读得的的读数（以固定套管上的长横线作为固定指标线），二者相加，即可得到最终的测量结果。二、深度千分尺深度

23、千分尺主要用于深度测量，其结构如图2-20 所示。深度千分尺的示值范围一般为 25mm，测量范围上限至 300mm。通过电子测量、数字显示的深度千分尺，则称为“数显深度千分尺”。17图 2-20 深度千分尺三、测量内尺寸千分尺图 2-21两点内径千分尺图 2-22三爪内径千分尺图 2-23 内测千分尺用来测量内尺寸的千分尺有两点内径千分尺（图 2-21 ）、三爪内径千分尺（图 2-22）和内测千分尺（图 2-23 ）。两点内径千分尺简称内径千分尺，可带接长杆，应用范围较广，可用于测量工件的内径、槽宽或两个内表面之间的距离。内径千分尺的测微螺杆螺距一般为0.5mm 或1.0mm ，示值范围有13

24、mm、 25mm 或 50mm 等三种，测量范围上限至6000mm 。若不带接长杆即为整体结构的内径千分尺，称为“单杆式内径千分尺”。以指示表作为读数装置的内径千分尺，称为“带表内径千分尺”。三爪内径千分尺又称孔径千分尺，利用螺纹锥体或光滑锥体的转动或移动来推动三只测量爪进行孔径的测量，进行深孔测量时须使用接长杆。三爪内径千分尺的测量范围上限至 300mm。通过电子测量、数字显示的孔径千分尺，称为“数显三爪式内径千分尺”。18内测千分尺是一种具有两个圆弧测量面的千分尺，主要用于测量槽宽或孔径。内测千分尺的分度值一般为 0.01mm，测微螺杆螺距为 0.5mm，示值范围为 25mm，测量范围上限

25、至 150mm 。四、千分尺的使用1. 选择千分尺按工件形状、各被测部位的基本尺寸与公差大小，分别选择分辨力与测量范围适合的千分尺。2. 调零和校对在使用前，应用棉花浸汽油将千分尺的测量面擦净后进行检验。外径千分尺在检验时，将两测量面合拢，读数应为零，否则，记下零点示值误差，取其负值作为校正值。对测量范围下限大于等于 25mm 的外径千分尺，应使用相应的校对杆进行校对。深度千分尺在检验时，可先用 025mm 的测量杆进行调零，然后更换可换测量杆，以相应的测量杆下限尺寸的量块为基准，得出示值误差，取其负值作为校正值。内径千分尺应使用专门的调整工具进行零位调整。3. 进行测量将工件表面擦净后，手持

26、千分尺尺架（隔热装置部分）旋转微分筒，使测微螺杆前进。当螺杆前端的测量面与工件表面接近时，改为旋转棘轮使其相接触，由于弹簧被压缩，棘轮便会相对棘爪打滑（听到“咯咯”声），此时测微螺杆不再继续旋转前进，用锁紧装置锁紧测微螺杆后即可进行读数。每一部位测量三次，取其平均值作为测量结果。4. 注意事项(1) 控制测力测力由棘轮定压机构控制。为使棘轮定压机构能起到保持测力恒定的作用，测量时需在测微螺杆尚未与工件表面接触时即旋转棘轮，且应平稳，不得有任何加速和冲击。(2) 寻找正确的测量部位19可参见卡尺注意事项第(3) 条。(3) 正确读数尽量减少斜视引起的误差，勿漏读0.5mm 的刻度。(4) 保护测

27、量面可参见卡尺注意事项第 (5) 条。第四节 指示表指示表泛指利用机械传动系统，将直线位移转变为角位移进行长度测量的一类测量器具。指示表在机械制造业中应用非常广泛，可以采用微差比较法测量小尺寸，或用作其他测量仪器的读数装置，或用来测量工件的形位误差等。指示表依其精度亦可分别称为千分表（分度值或分辨力为 0.001mm、 0.002mm 或 0.005mm）、百分表（分度值或分辨力为 0.01mm）和十分表（分度值为 0.10mm ）。量程超过 10mm 的指示表又称为大量程指示表。一、指示表指示表按其指示形式可分为指针式和电子数显式两种。指针式指示表利用齿轮齿条传动系统，将测量杆的直线位移转变

28、为指针在圆度盘上的角位移，并由圆度盘进行读数。下面介绍其外形和传动系统（见图2-23）。201测量杆2指针3抗拉弹簧4转数指针5度盘6小度盘7卷簧8轴套9表圈图 2-23指针式指示表如图所示，当带有齿条的测量杆1 向上移动时，使齿轮Z 1 及齿轮 Z 2 转动，通过齿轮Z3 和齿轮Z4 的二级传动，使中心齿轮Z5 及其轴上的指针2 随之转动；卷簧7 保证齿轮正反转时都沿同一齿侧啮合，以消除空程引起的误差；抗拉弹簧3 使之产生测力；转数指针指示指针回转的圈数；旋转表壳9 可以使指针对到刻度盘的零位。指示表的放大倍数K 为：K= 770式中， m 为齿轮与齿条的模数，R 为度盘半径， z12345

29、分别为各齿轮齿、 z 、 z 、 z和 z数。取刻线间距C = 0.77 mm ，则指示表的分度值为i= C / K = 0.77 mm / 770 = 0.001 mm即当测量杆1 移动 1mm 时，指针2 转五圈（ 1000 格），转数指针4 在度盘 5 上转动5 格。电子数显指示表（图 2-24）利用电子传感器和数显技术，将测量杆的直线位移量直接显示出来。21图 2-24电子数显指示表二、深度指示表深度指示表对于基座测量面与测头测量面间被分隔的距离，可借助标准块（或量块）来进行读数，用以测量盲孔、凹槽等深度尺寸。深度指示表分为指针式和电子数显两种。指针式深度指示表的结构如图2-25 所示

30、，由指示表、锁紧装置、基座、可换测杆和测头等组成。电子数显深度指示表的结构与之类似，圆度表以电子显示屏代替，直接进行示数。图 2-25指针式深度指示表22三、杠杆指示表杠杆指示表的用途和普通指示表类似，但因其结构特殊（如图2-26 所示），测量杆可以在垂直平面内转动，利用杠杆齿轮或杠杆螺旋等传动机构，可将测量杆的摆动转换为指针的角位移或数字显示，故可用来测量普通指示表难以测到的小结构尺寸。图 2-26指针式杠杆指示表四、内径指示表顾名思义，内径指示表是用来测量内尺寸的指示表。内径指示表主要由指示表和带有杠杆传动或线性传动机构的表架组成，按其结构可分为带定位护桥（杠杆式或滚道式）、涨簧式和钢球式三种。图 2-27带定位护桥内径指示表23图 2-28 涨簧式内径指示表图 2-29钢球式内径指示表五、厚度指示表厚度指示表用于测量板材厚度，分度值或分辨力有0.1mm 、 0.01mm 、 0.001mm和0.002mm 等四种，测量范围上限一般不大于30mm。厚度表的结构型式有四种，如图2-30 所示，除I 型外，指示表均为不可拆卸。24I 型厚度指示表II 型厚度指示表25III 型厚度指示表IV 厚度指示表图 2-30四种型式的