《机械精度设计与测量》实验指导书教学教材

1、Good is good, but better carries it.精益求精，善益求善。机械精度设计与测量实验指导书-机械精度设计与测量实验指导书编制：张维合审核：日期：目录量具的使用.3随机误差的特性与处理.7量具的使用技术测量的基本知识1.1测量的一般概念技术测量主要是研究对零件的几何参数进行测量和检验的一门技术。所谓“测量”就是将一个待确定的物理量，与一个作为测量单位的标准量进行比较的过程。他包括四个方面的因素，即：测量对象、测量方法、测量单位和测量精度。“检验”具有比测量更广泛的含义。例如表面疵病的检验，金属内部缺陷的检验，在这些情况下，就不能采用测量的概念。1.2长度单位基准及尺

2、寸传递系统为了保证测量的准确度，首先需要建立统一可靠的测量单位。公制的基本长度单位为米(m)，机械制造中常用的公制单位为毫米（mm）,精密测量时，多用微米（m）为单位，它们之间的换算关系为：1m=1000mm1mm=1000m使用光速作为长度基准，虽然可以达到足够的准确，但却不便于直接应用在生产中的尺寸测量。为保证长度基准量值能够准确地传递到生产中去，在组织上和技术上都必须建立一套系统，这就是尺寸传递系统。如表1-1为我国尺寸传递图表，它体现了我国尺寸传递的全过程。表1-1尺寸传递系统1.3测量工具的分类测量工具可按其测量原理、结构特点及用途分以下四类：基准量具：定值基准量具；变值量具。通用量

3、具和量仪：它可以用来测量一定范围内的任意值。按结构特点可分为以下几种：固定刻线量具游标量具螺旋测微量具机械式量仪光学量仪气动量仪电动量仪极限规：为无刻度的专用量具。检验量具：它是量具量仪和其它定位元件等的组合体，用来提高测量或检验效率，提高测量精度，在大批量生产中应用较多。测量方法的分类由于获得被测结果的方法不同，测量方法可分为：直接量法间接量法根据测量结果的读值不同，测量方法可分为：绝对量法（全值量法）相对量法（微差或比较量法）根据被测件的表面是否与测量工具有机械接触，测量方法可分为：接触量法不接触量法根据同时测量参数的多少，可分为：综合量法分项量法按测量对机械制造工艺过程所起的作用不同，测

4、量方法分为：被动测量主动测量1.5测量工具的度量指标度量指标：指的是测量中应考虑的测量工具的主要性能，它是选择和使用测量工具的依据。刻度间隔C：简称刻度，它是标尺上相邻两刻线之间的实际距离。分度值i：标尺上每一刻度所代表的测量数值。标尺的示值范围：量仪标尺上全部刻度所能代表的测量数值。测量范围：标尺的示值范围整个量具或量仪所能量出的最大和最小的尺寸范围。灵敏度：能引起量仪指示数值变化的被测尺寸的最小变动量。灵敏度说明了量仪对被测数值微小变动引起反应的敏感程度。示值误差：量具或量仪上的读数与被测尺寸实际数值之差。测量力：在测量过程中量具或量仪的测量面与被测工件之间的接触力。放大比（传动比）：量仪

5、指针的直线位移（或角位移）与被测量尺寸变化的比。这个比等于刻度间隔与分度值之比。测量误差1测量误差：被测量的实测值与真实值之间的差异。即=XQ式中：测量误差；X实际测得的被测量；Q被测值的真实尺寸。由于X可能大于或小于Q，因此，可能是正值、负值或零。这样，上式可写成Q=X2测量误差产生的原因（即测量误差的组成）测量仪器的误差基准件误差测量力引起的变形误差读数误差温度变化引起的误差3测量误差的分类（1）系统误差：有一定变化规律的误差（2）随机误差：变化无规律的误差，随机误差的特性及处理将在第四节介绍。（3）粗大误差：由于测量时疏忽大意（如读数错误、计算错误等）或环境条件的突变（冲击、振动等）造成

6、的某些较大的误差。第二节机械式量仪机械式量仪的种类很多，本节主要介绍以下内容：游标量具与测微量具常用游标量具有（见图1-3）：游标卡尺、高度游标卡尺、深度游标卡尺。分度值常用的有0.05、0.02mm。图1-3游标量具a游标卡尺b高度游标卡尺c深度游标卡尺常用的测微量具有外径千分尺、内径千分尺、深度千分尺等，其中外径千分尺在生产中应用广泛。如图1-4，其分度值为0.01mm，测量范围有0-25、25-50、50-75、75-100、100-125、125-150等。图1-4外径千分尺百分表：图1-5是它的外形图和传动原理图。图1-5百分表外形图和传动原理图1.表盘2.大指针3.小指针4.套筒5

7、.测量杆6.测量头齿侧间隙的消除：通过游丝消除齿偶间隙，提高测量精度。测量力的控制：弹簧是控制百分表的测量力的。百分表的分度值为0.01mm，表面刻度盘上共有100条等分刻线。因此，百分表齿轮传动机构，应使量杆移动1mm时，指针回转一圈。百分表的测量范围，有0-3、0-5、0-10mm三种。三、内径百分表内径百分表由百分表和表架组成，用于测量孔的形状和孔径，内径百分表的构造如图1-6所示。图1-6内径百分表1活动量杆2.等臂杠杆3.固定量杆4.壳体5.长管6.推杆7.9.弹簧8.百分表10.定位护桥内径百分表的活动测头，其移动量很小，它的测量范围是由更换或调整可换测头的长度达到的。内径百分表的

8、测量范围有以下几种：10-18、18-35、35-50、50-100、100-160、160-250、250-450mm。用内径百分表测量孔径是一种相对量法，测量前应根据被测孔径的大小，在千分尺或其他量具上调整好尺寸后才能使用。第二章随机误差的特性与处理第一节随机误差的特性我们可以先做这样一个实验，对某一零件用相同的方法引进150次重复测量，可得150个测得值，然后将测得的尺寸进行分组，从7.31、7.327.41mm，每隔0.01mm为一组，分十一组，各测得值及出现次数见表测得值xi出现次数ni相对出现次数ni/N随机误差的分布曲线（a）实际分布曲线（b）正态分布曲线X1=7.31N1=10

9、.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若以横座标表示测得值Xi，纵座标表示相对出现次数ni/N（ni为某一测得值出现的次数，N为测量总次数），则得如图1-10a所示的图形。连接每个小方图的上部中点，得一折线，称为实际分布曲线。如果测量总次数N很大（N），而间隔x分得很细(x0)，则可以得到

10、如图1-10b所示的光滑曲线，即随机误差的正态分布曲线，也称高斯曲线。从测量结果中可以看出，随机误差具有下列四大特性：（1）、对称性；绝对值相等的正态误差与负误差出现的概率相等；（2）、单峰性：绝对值小的误差出现的概率比绝对值大的误差出现的概率大；（3）、有界性：在一定的测量条件下，误差的绝对值不会超过一定的界限；（4）、抵偿性：在相同条件下，进行重复测量时各误差的算术平均值随测量次数的增加而趋近于零。根据概率论原理，正态分布曲线可用下列数学公式表示，即y=e式中：y概率密度；随机误差（=测得值真值）e自然对数的底（e=2.71828）标准偏差，也称为均方根误差，可见，越小则12n也越小，即随

11、误差的分布范围也越小，说明测量精度比较高。因此标准偏差的大小反映了随机误差的分散特性和测量精度的高低。通过计算，随机误差在3范围内出现的概率为99.73%，已接近100%，所以一般以3作为随机误差的极限误差。由于被测量的真值是未知量，在实际应用中常常进行多次测量，测量次数n足够多时，可以测量x1x2xn的算术平均值x作为真值，即：测量列中各测得值与测量列的算术平均值的代数差，称为残余误差vi，即：通过推导，得：为了减少随机误差的影响，可以采用多次重复测量，一般为5-15次，取多次测量的算术平均值作为测量结果，以提高测量精度。若在相同条件下，重复测量n次，单次测量的标准偏差为，则n次测量的算术平均值标准偏差，测量结果为3例：对一轴进行10次测量，其测得值列表如下，求测量结果。x(mm)u=x-(m)u(m)30.454-3930.459+2430.459-2430.454-3930.458+1430.459+2430.456-2430.458+1430.458-3430.455-2430.457=0=35解:（1）求算术平均值；=30.457mm（2）求残余误差；=0,=38m（3）求单位测量的标准偏差；=-=2.05m(4)求算术平均值的标准偏差；=0.65m=m（5）得测量结