第3章 安装工程精度及分析

第3章安装工程精度及分析3.1测量基础知识

3.2极限与配合

3.3尺寸链原理3.4安装测量控制网

3.5安装精度与基准3.6安装工程精度实例分析

3.1测量基础知识3.1.1测量的基本概念

3.1.2长度基准与量值传递系统

3.1.3测量器具及基本度量指标

3.1.4常用测量器具

3.1.5测量误差与数据处理

3.1.1测量的基本概念1.测量对象

2.测量单位

3.测量方法

4.测量精度1.测量对象测量对象所对应的是测量“谁的什么量”的问题，是要用数字或符号来进行表达、解释、说明的对象。如几何量的测量包括了长度、角度、表面粗糙度及形位公差等；物理量的测量包括了位移、速度、加速度、应变、温度、湿度、压力、振动、噪声等。2.测量单位测量单位所对应的是“如何表示测量结果”的问题。我国于1984年2月27日由国务院颁发了《关于在我国统一实行法定计量单位的命令》，在采用国际单位制的基础上，规定我国测量单位一律采用《中华人民共和国法定计量单位》。如在几何量测量中，长度单位是米(m），其它常用单位有毫米(1mm=10-3m)、微米(1μm=10-3mm)、纳米(1nm=10-3μm)；角度单位是弧度(rad)，其它常用单位还有度(°)、分(′)、秒(″)。3.测量方法测量单位所对应的是“如何表示测量结果”的问题。我国于1984年2月27日由国务院颁发了《关于在我国统一实行法定计量单位的命令》，在采用国际单位制的基础上，规定我国测量单位一律采用《中华人民共和国法定计量单位》。如在几何量测量中，长度单位是米(m），其它常用单位有毫米(1mm=10-3m)、微米(1μm=10-3mm)、纳米(1nm=10-3μm)；角度单位是弧度(rad)，其它常用单位还有度(°)、分(′)、秒(″)。4.测量精度测量精度反映测量结果与真值接近的程度，它与测量误差的大小相对应，因此可用误差大小来表示精度的高低，误差小则精度高，误差大则精度低。3.1.2长度基准与量值传递系统1.长度基准

2.量值传递系统1.长度基准我国度量衡的计量单位全部采用国际单位制。国际单位制的基本单位规定长度的基本单位是“米”。2.量值传递系统图3-1我国长度量值传递系统3.1.3测量器具及基本度量指标1.测量器具的分类

2.测量器具的基本度量指标1.测量器具的分类(1)量具以固定形式复现量值的测量器具称为标准量具。

(2)量规量规是没有刻度的专用测量器具。

(3)量仪量仪即测量仪器。

(4)测量装置测量装置是一种专用检测设备，是测量器具和辅助设备的总体。2.测量器具的基本度量指标(1)刻度间距a刻度间距是指测量器具标尺或刻度盘上两相邻刻线(通常是等距刻线)中心线间的距离，为了适于人眼观察和读数，刻线间距一般为0.75～2.5mm。

(2)分度值i分度值也称刻度值，是指测量器具标尺或刻度盘上每一个刻度间距所代表的量值，在几何量测量中，常用的分度值如1mm、0.1mm、0.02mm、…、0.0005mm等。

(3)测量范围测量范围是指在允许误差范围内测量器具所能测量的被测量最小值到最大值的范围，测量范围的最大、最小值称为测量范围的“上限值”、“下限值”，其差值称为量程。

(4)示值范围示值范围是指由测量器具所显示或指示的最小值到最大值的范围。

(5)示值误差示值误差是指测量器具显示的读数值与被测量的真值之差。

(6)极限误差极限误差是按国家技术规范、检定规程等对给定测量器具所规定的最大允许误差值。

(7)灵敏度S灵敏度是指测量仪器对被测量微小变化的反应能力。(7)灵敏度S

3.1.4常用测量器具表3-1安装工程中常用测量器具及能达到的测量精度等级和用途3.1.4常用测量器具表3-1安装工程中常用测量器具及能达到的测量精度等级和用途3.1.4常用测量器具表3-1安装工程中常用测量器具及能达到的测量精度等级和用途3.1.4常用测量器具表3-1安装工程中常用测量器具及能达到的测量精度等级和用途3.1.5测量误差与数据处理1.误差的基本概念

2.误差分类

3.测量误差的基本特性和处理方法1.误差的基本概念(1)误差的定义

(2)误差表示方法

(3)引用误差γ(1)误差的定义1)测量误差δi2)偏差υi

3)真值X

1)测量误差δi指实际的测量值与真值之差。2)偏差υi各测量值与其算术平均值之差。3)真值X在测量某一个量时，该量本身所具有的确定值。①理论真值(绝对真值)

②规定真值(约定真值)

③相对真值③相对真值不同精度等级的测量器具，其上一等级的指示值即为下一等级的真值。(2)误差表示方法1)绝对误差是某一测得的值和真值之差，即

2)相对误差是绝对误差与真值的比值，表示某一量的测量值偏离真值的程度，即(3)引用误差γ量仪的示值误差δ与量仪的量程L(或测量范围)的比值。【例3-1】一个测温计量程为0～100℃，水温实际为50℃，测温计测得温度为51℃，则由此可知，“引用误差”表示了量仪本身的精度。2.误差分类(1)系统误差(2)随机误差Δi(3)粗大误差v

(4)系统误差与随机误差的转化(5)测量精度(1)系统误差ε

在同一测量条件下，对同一被测对象进行多次重复测量时，其测量值、测量误差及符号保持不变；或在测量条件改变时，按某一确定的规律变化的误差，称为系统误差。(2)随机误差Δi

在同一测量条件下，对同一被测对象进行多次重复测量时，每次测量误差的绝对值和符号都以不可预知的方式变化的误差，称为随机误差。(2)随机误差Δi

产生随机误差的原因主要有以下几个方面：1)测量装置方面的因素。零部件配合的不稳定性、零部件的变形、零件表面油膜不均匀、摩擦等。2)环境方面的因素。噪声干扰、温度微变、电磁场微变、光照强度变化、空气扰动、大地微震、灰尘等。3)人员方面的因素。测量人员感官的无规律变化，如瞄准、读数的不稳定等。(3)粗大误差vi

超出在规定条件下预期的误差称为粗大误差。(4)系统误差与随机误差的转化在任何一次测量中，系统误差与随机误差一般都是同时存在的，系统误差和随机误差之间并不存在绝对的界限，它们在一定条件下是可以互相转化的。(5)测量精度图3-2准确度、精密度、精确度的关系反映测量结果与真值接近程度的量，称为测量精度，它与误差的大小相对应，因此可用误差大小来表示精度的高低，误差小则精度高，误差大则精度低。3.测量误差的基本特性和处理方法在测量过程中，系统误差和粗大误差一般是可以修正或在测量时予以消除的，而随机误差则是不可避免的。误差存在的必然性和普遍性已被大量实践所证明。通常所指的误差，实际上是指随机误差。随机误差正态分布规律的数学表达式为图3-3随机误差的正态分布曲线3.测量误差的基本特性和处理方法3.测量误差的基本特性和处理方法从曲线中可看出随机误差具有如下特性：1)随机误差的单峰性。

2)随机误差的对称性。

3)随机误差的有界性。

4)随机误差的抵偿性。

4)随机误差的抵偿性。图3-4不同σ值对应不同的误差曲线3.测量误差的基本特性和处理方法(1)算术平均值对某一个被测对象进行多次测量时，由于随机误差的存在，其测得值均不相同。

3.测量误差的基本特性和处理方法(2)标准误差(均方根误差)

3.测量误差的基本特性和处理方法(3)算术平均值的标准误差前面所描述的标准误差σ，是指服从正态分布的一组测量值的误差，表示其对算术平均值偏离的程度，故称单次测量误差。

3.测量误差的基本特性和处理方法(3)算术平均值的标准误差图3-5算术平均值的标准误差

与测量次数n的关系3.测量误差的基本特性和处理方法(4)测量结果的置信度图3-6不同的置信区间有不同的度3.测量误差的基本特性和处理方法(5)有限次测量的结果表达方式1)置信概率为99.73%时，测量结果的表示方式

2)置信概率为95.44%时，测量结果的表示方式

3)置信概率为68.27%时，测量结果的表示方式【例3-2】计算例3-1中室温的算术平均值、标准误差、算术平均值的标准误差、取不同置信度的室温测量结果。(1)室温的算术平均值(2)标准误差【例3-2】3.2极限与配合3.2.1基本术语与定义

3.2.2几何公差

3.2.1基本术语与定义1.尺寸要素

2.孔与轴

3.尺寸

4.偏差

5.尺寸公差

6.极限制、零线与公差带

7.配合、配合公差、配合制

8.标准公差和基本偏差

9.极限与配合的代号

10.极限与配合在图样上的标注

11.极限与配合的选用1.尺寸要素由一定大小的线性尺寸或角度尺寸确定的几何形状。2.孔与轴(1)孔孔是指工件圆柱形内尺寸要素，也包括非圆柱形的内尺寸要素(由两平行平面或切面形成的包容面)。

(2)轴轴是指工件圆柱形外尺寸要素,也包括非圆柱形的外尺寸要素(由两平行平面或切面形成的被包容面)。3.尺寸(1)公称尺寸公称尺寸是由图样规范确定的理想形状要素的尺寸。

(2)实际尺寸实际尺寸是由接近实际(组成)要素所限定的工件实际表面的组成要素部分。

(3)极限尺寸极限尺寸是尺寸要素允许的尺寸的两个极端，即以公称尺寸为基数确定允许尺寸变化的界限值。1)上极限尺寸尺寸要素允许的最大尺寸，也称为最大极限尺寸。

2)下极限尺寸尺寸要素允许的最小尺寸，也称为最小极限尺寸。4.偏差(1)实际偏差实际尺寸减去其公称尺寸。

(2)极限偏差1)上极限偏差上极限尺寸减去其公称尺寸所得的代数差，也称为上偏差，用ES或es表示。

2)下极限偏差下极限尺寸减去其公称尺寸所得的代数差，也称为下偏差，用EI或ei表示。5.尺寸公差

6.极限制、零线与公差带(1)极限制经标准化的公差与偏差制度称为极限制。

(2)零线零线是在极限与配合图解(简称公差带图)中表示公称尺寸的一条直线，以其为基准确定偏差和公差。

(3)公差带在公差带图解中，公差带是由代表上、下极限偏差或上、下极限尺寸的两条直线所限定的一个区域。图3-7极限与配合图解6.极限制、零线与公差带7.配合、配合公差、配合制(1)配合配合是公称尺寸相同并且相互结合的孔和轴公差带之间的关系。

(2)配合公差组成配合的孔与轴的公差之和称为配合公差，它是允许间隙或过盈的变动量。

(3)配合制在制造相互配合的零件时，使其中一种零件作为基准件，其基本偏差固定，通过改变另一种非基准件的偏差来获得各种不同性质的配合制度称为配合制。(1)配合1)间隙配合。

2)过盈配合。

3)过渡配合。1)间隙配合。

2)过盈配合。

3)过渡配合。3)过渡配合。图3-8配合类型

a)间隙配合b)过盈配合c)过渡配合(2)配合公差1)间隙配合：配合公差=最大间隙-最小间隙。

2)过盈配合：配合公差=最大过盈-最小过盈。

3)过渡配合：配合公差=最大间隙-最大过盈。

(2)配合公差图3-9极限与配合(3)配合制在制造相互配合的零件时，使其中一种零件作为基准件，其基本偏差固定，通过改变另一种非基准件的偏差来获得各种不同性质的配合制度称为配合制。1)基孔制配合是以基本偏差为一定的孔公差带，与不同基本偏差的轴公差带形成不同松紧程度的各种配合的一种制度。

2)基轴制配合是以基本偏差为一定的轴公差带，与不同基本偏差的孔公差带形成不同松紧程度的各种配合的一种制度。图3-10配合制

a)基孔制配合b)基轴制配合(3)配合制8.标准公差和基本偏差(1)标准公差在GB/T1800.1—2009极限与配合制中，所规定的任一公差，称为标准公差。

(2)基本偏差在GB/T1800.1—2009极限与配合制中，确定公差带相对零线位置的那个极限偏差，称为基本偏差。(1)标准公差在GB/T1800.1—2009极限与配合制中，所规定的任一公差，称为标准公差。

(2)基本偏差

图3-11基本偏差系列9.极限与配合的代号(1)公差带代号公差带代号由公称尺寸、基本偏差代号、公差等级代号组成。

(2)配合代号配合代号由相同的公称尺寸后面跟孔、轴公差带表示。(1)公差带代号图3-12公差带代号(2)配合代号配合代号由相同的公称尺寸后面跟孔、轴公差带表示。10.极限与配合在图样上的标注图3-13极限与配合的标注11.极限与配合的选用(1)配合制的选用孔比轴加工难，一般优先选用基孔制配合，有助于加工孔的刀具系列化、标准化、降低加工成本。

(2)标准公差等级的选用公差等级直接影响零件的尺寸精度和配合性能以及加工成本，应在满足工作要求的前提下尽量选用较低的公差等级。

(3)配合的选用配合选用应首先根据配合要求确定配合制和配合类型。

(4)基本偏差代号的选用在基孔制(基轴制)配合中，基本偏差a～h(A～H)用于间隙配合；j～zc(J～ZC)用于过渡配合和过盈配合。3.2.2几何公差1.几何要素分类

2.几何公差

3.几何公差符号及标注1.几何要素分类(1)按结构特征分

(2)按存在状态分

(3)按测量关系和功能关系分(1)按结构特征分1)组成要素。2)导出要素。1)组成要素。构成零件外形的可直接触及的点、线、面。也称轮廓要素。2)导出要素。由一个或几个尺寸要素的对称中心得到的不可触及的中心点、中心线、中心平面、回转表面的轴线等。也称中心要素。(2)按存在状态分1)理想要素。

2)实际要素。1)理想要素。具有几何学意义的点、线、面，且没有任何误差的要素。2)实际要素。零件在加工后实际存在，且有误差的要素。通常由有限测点组成的测得要素(也称提取要素)代替实际要素。(3)按测量关系和功能关系分1)被测要素。在图样上给出几何公差要求，且需要测量的要素。

①单一要素。仅对其要素本身给出形状公差要求的要素。

②关联要素。对其他要素有功能关系的要素，并在图样上给出位置公差要求。

2)基准要素。用以确定被测要素方向或位置的要素，如基准点、基准直线和基准平面。2.几何公差1)形状公差。

2)位置公差。1)形状公差。形状公差是指单一实际要素的形状所允许的变动全量，形状公差用形状公差带表示，包括公差带形状、方向、位置和大小等四个因素。2)位置公差。位置公差是指关联实际要素的位置对基准所允许的变动全量，其公差带是限制关联实际要素变动的区域，被测实际要素位于此区域内为合格，区域的大小由公差值决定。3.几何公差符号及标注表3-2几何公差分类、项目和符号3.几何公差符号及标注图3-14几何公差的标注3.3尺寸链原理3.3.1尺寸链的基本概念

3.3.2尺寸链分类

3.3.3尺寸链的解算3.3.4装配尺寸链

3.3.1尺寸链的基本概念1.尺寸链的定义

2.尺寸链的特点

3.尺寸链的组成1.尺寸链的定义在设备装配或零件加工过程中有一些相互关联的尺寸组合，把这些相关尺寸抽象出来，构成封闭图形，组成封闭图形的相关尺寸组称为尺寸链。2.尺寸链的特点(1)封闭性组成尺寸链的各个尺寸按一定顺序构成一个封闭的尺寸链系统。

(2)相关性其中一个尺寸变动将会影响其他尺寸变动。3.尺寸链的组成图3-15三环尺寸链3.尺寸链的组成3.3.2尺寸链分类1.按尺寸链应用范围分类

2.按各环尺寸所处的空间位置分类

3.按尺寸链相互联系的形态分类1.按尺寸链应用范围分类(1)设计尺寸链在设计一套装置(多台设备的组合)、一台设备(多个部件的组合)、一个部件(多个零件的组合)、一个零件(多个尺寸的组合)时，这些设备、部件、零件以及各个尺寸相对于设计基准都具有自身独立的空间位置及精度要求，它们在设计图上会重新形成一个个封闭的尺寸组合。

(2)工艺尺寸链在进行零部件加工时，由于加工工艺的需要，加工基准可能与设计基准不重合，则需要运用尺寸链原理来换算出新的加工尺寸或测量尺寸，会重新形成新的封闭尺寸组合，这个新的封闭尺寸组合称为工艺尺寸链。

(3)装配尺寸链全部组成环为不同零件设计尺寸所形成的尺寸链。2.按各环尺寸所处的空间位置分类(1)直线尺寸链尺寸链的各环尺寸在同一平面内，且彼此平行，如图3-16所示。

(2)平面尺寸链尺寸链的各环尺寸在同一平面内，但不一定都平行，如图3-17b所示。

(3)空间尺寸链尺寸链各环尺寸不在同一平面内，且不一定互相平行，如图3-18所示。

(4)角度尺寸链由角度尺寸构成的尺寸链称为角度尺寸链，其各环尺寸为角度、平行度、垂直度等。(1)直线尺寸链

图3-16直线尺寸链(2)平面尺寸链图3-17平面尺寸链(3)空间尺寸链

图3-18空间尺寸链(4)角度尺寸链(4)角度尺寸链图3-19角度尺寸链3.按尺寸链相互联系的形态分类(1)并联尺寸链几个尺寸链具有一个或几个公共环，如图3-20a所示。

(2)串联尺寸链每一后继尺寸链由前一尺寸链的基面开始，如图3-20b所示。

(3)混联尺寸链并联和串联尺寸链的综合，既有公共环又有共同基面，如图3-20c所示。图3-20尺寸链互相联系的形态3.按尺寸链相互联系的形态分类3.3.3尺寸链的解算1.基本计算公式

2.正计算

3.反计算

4.中间计算1.基本计算公式(1)封闭环的基本尺寸

(2)封闭环的极限尺寸

(3)封闭环的上、下偏差封闭环的上偏差应是封闭环最大极限尺寸与基本尺寸之差，也等于各增环上偏差之和减去各减环下偏差之和。

(4)封闭环的公差(1)封闭环的基本尺寸图3-21多环尺寸链(1)封闭环的基本尺寸则(2)封闭环的极限尺寸(3)封闭环的上、下偏差(4)封闭环的公差(4)封闭环的公差图3-22平均尺

寸和平均偏差2.正计算已知各组成环的基本尺寸和上、下偏差，求封闭环的基本尺寸及上、下偏差，称为正计算。这类计算一般用于校核计算。2.正计算图3-23某齿轮与轴的装配关系

a)装配图b)尺寸链图【例3-3】如图3-23a所示为一齿轮部件结构，其中设计要求间隙A0为0.1～0.45mm，试校核实际间隙是否满足要求。解绘出尺寸链图，如图3-23b所示。1)根据结构图查找组成环，并确定增环和减环。间隙A0为封闭环；尺寸A3为增环；尺寸A1、A2、A4、A5为减环。2)根据增环和减环的尺寸与上、下偏差，计算封闭环。封闭环基本尺寸：A0=A3-(A1+A2+A4+A5)=［43-(30+5+3+5)］mm=0mm

【例3-3】封闭环上偏差：

ES0=ES3-(EI1+EI2+EI4+EI5)={0.18-［(-0.13)+(-0.075)+(-0.04)+(-0.075)］}mm=0.50mm封闭环下偏差：EI0=EI3-(ES1+ES2+ES4+ES5)=［0.02-(0+0+0+0)］mm=0.02mm

封闭环实际尺寸：用竖式法验算，见表3-3，得【例3-3】表3-3验算封闭环【例3-3】3.反计算(1)等公差法(2)等精度法4.中间计算已知封闭环及部分组成环，求解尺寸链中某些组成环的计算称为中间计算。尺寸链的中间计算法在安装工程中用得较多。3.3.4装配尺寸链1.装配尺寸链的定义

2.装配尺寸链的建立1.装配尺寸链的定义1)装配尺寸链的封闭环多为设备或部件的某项装配精度指标或技术要求，是装配后间接形成的。

2)装配尺寸链的构成取决于各相关零部件的结构设计。

3)装配尺寸链的形式多样，除常见的线性尺寸链和平面尺寸链外，还有角度尺寸链和空间尺寸链。2.装配尺寸链的建立(1)装配尺寸链的建立方法在装配图上，首先沿着装配精度要求的位置和方向，以装配基准面为联系作为线索，按逆时针或顺时针方向分别查找影响该精度的相关零件的有关尺寸，直至找回到测量装配技术要求的起始基准，然后画出装配尺寸链图，写出尺寸链方程式。

(2)建立装配尺寸链应遵循的原则1)封闭原则。

2)环数最少原则。1)封闭原则。无论是按逆时针或顺时针方向寻找组成环，最后一定要封闭。2)环数最少原则。图3-26传动箱中传动轴的轴向装配尺寸链的建立

a)传动箱结构简图b)尺寸链图2)环数最少原则。图3-27卧式万能铣床装配角度尺寸链3.4安装测量控制网3.4.1概述

3.4.2安装测量控制网的作用

3.4.3安装测量控制网的建立

3.4.4安装测量控制网的应用

3.4.1概述测量工作可分为：1)点控制测量——测定控制点位置。2)平面控制测量——测定控制点平面位置(x、y)。3)高程控制测量——测定控制点高程(H)。4)图根控制测量——测定图根点位置。建立平面控制网的方法主要有：1)导线测量。2)三角测量。3)三边测量。建立高程控制网的方法主要有：1)水准测量。2)三角高程测量。3.4.1概述(1)国家控制网(2)城市控制网(3)小地区控制网(4)图根控制网(5)安装测量控制网(1)国家控制网国家控制网是在全国范围内建立的控制网，它是用精密测量仪器和方法，依照施测精度按一、二、三、四等四个等级建立的，一等精度最高，四等最低，其低级点受高级点逐级控制。

(1)国家控制网图3-28国家三角网(1)国家控制网图3-29国家水准网(2)城市控制网城市控制网是在国家控制点的基础上，在城市地区为测图或进行市政工程和建设工程施工放样而建立的。(3)小地区控制网小地区控制网是在面积小于15km2范围内建立的控制网。(4)图根控制网图根控制网是直接以测地形图为目的而建立的控制网。(5)安装测量控制网当安装工程有特殊要求时，尤其是需要分段、分区安装的设备和结构，或测量精度要求达到计量级(绝对测量精度达到毫米量级，相对测量精度达到10μm)时，例如高能加速器设备部件的安装、卫星和导弹发射轨道及精密机件传送带的铺设、核电工程等，则必须建立安装测量控制网，才能完成大型和特种精密设备与结构安装时的定位放样工作，以满足它们的安装精度要求。3.4.2安装测量控制网的作用1.平面控制网的作用

2.高程控制网的作用1.平面控制网的作用1)为工程施工放样、设备与结构安装、调校和竣工测量提供精密平面控制点的精确数据。

2)为设备基础、建(构)筑物及主要构件或系统的变形监测提供分析、验证和研究水平变形的基础资料。

3)为同一工艺流程中的不同设备或分段、分区安装的设备与结构提供统一、完整的精密控制测量基准。

4)实现工程设计坐标系与控制测量坐标系间的转换。2.高程控制网的作用1)为工程施工放样、设备与结构安装、调校和竣工测量提供高程控制点的精确数据。

2)为设备基础、建(构)筑物的变形监测提供研究垂直变形的基础资料。

3)为同一工程中不同设备与结构或分段、分区安装的设备与结构提供统一的高程控制基准。图3-30广州新电视塔2.高程控制网的作用图3-31一级测量控制网2.高程控制网的作用图3-32一级空中定位导线测量网2.高程控制网的作用图3-33二级测量控制网2.高程控制网的作用图3-34三级轴线控制网和高程控制点2.高程控制网的作用图3-35核心筒高程控制点2.高程控制网的作用图3-36核心筒高程控制点传递2.高程控制网的作用3.4.3安装测量控制网的建立1.安装测量控制网的布设原则

2.安装测量控制网的布设形式

3.安装测量控制网的布设方法1.安装测量控制网的布设原则(1)控制网的大小、图形控制网的大小、图形取决于工程形状、规模和施工方法，以确保工程施工和变形监测的需要为原则。

(2)控制网的精度以国家控制点为基准，尽量使用高精度仪器测量，以满足安装对象的精度要求为原则。

(3)控制网点位的选择控制网点位的选择应重点考虑工程的需要和使用方便。2.安装测量控制网的布设形式安装测量控制网的布设形式应根据工程形状、施工总平面布置图和施工现场地形条件来确定。3.安装测量控制网的布设方法

图3-37高程控制点标志

a)基准板式b)铆钉式3.4.4安装测量控制网的应用图3-38大型精密基础预埋件3.4.4安装测量控制网的应用图3-39施工现场第一次平面控制网3.4.4安装测量控制网的应用图3-40施工现场第二次平面控制网3.5安装精度与基准3.5.1安装精度概述

3.5.2安装精度基准及选择

3.5.3安装工程中主要精度测量方法

3.5.4提高安装精度的方法3.5.1安装精度概述1.位置精度

2.制造精度

3.运行精度1.位置精度位置精度是指结构单元之间以及结构的各个节点之间、各独立设备之间及零部件之间的相互位置要求。2.制造精度制造精度是指对结构与设备本体和零部件表面质量、形状和几何尺寸提出的精度要求。3.运行精度运行精度是指设备在试运转中，各运动部件之间的相对运动精度，如直线运动精度、圆周运动精度、传动精度等。3.5.2安装精度基准及选择1.测量基准

2.过渡基准

3.影响测量基准确定的因素

4.安装精度测量基准的选择原则

5.测量点的选择原则1.测量基准图3-41汽轮机组三个轴承座的同轴度2.过渡基准图3-42汽轮机组安装时的过渡基准3.影响测量基准确定的因素(1)尺寸链的影响

(2)测试方法的影响为了使大型汽轮机各轴承座轴线同轴，首先必须确定一个基准轴承座，使其轴线与基准轴线在垂直平面内平行或重合，然后以该基准轴承座轴线为基准，调整其他轴承座，使其与该基准轴承座轴线同轴，如图3-45所示。

(3)基准件自身形状误差及表面粗糙度的影响实际工作中，经常用水平面、铅垂面或轴线要素作为测量基准，而这类要素一般需要利用一个过渡基准来体现。(1)尺寸链的影响1)并联尺寸链。

2)串联尺寸链。(1)尺寸链的影响安装工程涉及的不仅是一台单独的设备，更多的是多台设备组合而成的装置或生产线，有时甚至是多条生产线的组合。1)并联尺寸链。图3-43尺寸链的影响2)串联尺寸链。图3-44串联尺寸链(2)测试方法的影响图3-45激光准直仪调整大型汽轮机各轴承座同轴度(3)基准件自身形状误差及表面粗糙度的影响实际工作中，经常用水平面、铅垂面或轴线要素作为测量基准，而这类要素一般需要利用一个过渡基准来体现。4.安装精度测量基准的选择原则常用的测量基准面有：1)设备的主要结合面。

2)加工与装配一致的基准面。

3)部件上加工精度较高的表面。

4)设备上应为水平或铅垂的轮廓面。

5)支持滑动部件的导向面。

6)相关零部件几个装配尺寸链的公共环。5.测量点的选择原则1)测量点的选择应具有代表性，能代表其所在的测量面或线。

2)测量点数量的确定不宜太多，以保证调整的效率。3.5.3安装工程中主要精度测量方法1.位置精度

2.形状精度1.位置精度(1)平行度平行度是指被测要素相对于基准要素平行(或呈0°)的程度，其公差值是按与基准要素平行的理想要素方向包容被测实际要素所构成的最小区域的宽度t或直径ϕt，如图3-46所示。

(2)垂直度垂直度是指被测要素相对于基准要素垂直(或呈90°)的程度，其公差值是按与基准垂直的理想要素方向包容被测实际要素所构成的最小区域的宽度t或直径ϕt，如图3-55所示。

(3)同轴度同轴度是指被测轴线相对于基准轴线同轴的程度，其公差值是直径为ϕt，且与基准要素(基准轴线)同轴的圆柱面内的区域，如图3-64a所示。(1)平行度图3-46平行度公差

a)面与面b)线与面c)线与线(1)平行度图3-47平行度的三种类型

a)压板机活动压板与下压板的平行度b)铣床主轴与工作平台的平行度c)变速箱两齿轮轴的平行度(1)平行度1)平行度测量方法

①内径千分尺法。测量的基本原理是以其中某一被测对象为测量基准，测量另一被测对象与之的平行度误差。②拉钢丝法。测量的基本原理是以拉紧的钢丝为测量基准，在水平方向互为180°两位置测量卡尺上测点与钢丝的间隙值，来确定两轴的平行度误差。2)平行度特例—水平度测量方法。①内径千分尺法。

图3-48内径千分尺测量卷板机轧辊间平行度②拉钢丝法。图3-49拉钢丝法测量平行度2)平行度特例—水平度测量方法。①水平仪法。测量的基本原理是以水平面为测量基准，分别测量被测对象实际表面与水平面的平行度误差。水平仪构造如图3-50所示，水准器由玻璃制成，内壁是一个具有一定曲率半径的曲面，管内装有液体，当水平仪发生倾斜时，水准器中气泡就向水平仪升高的一端移动，从而可以确定测量面的倾斜程度。水平仪刻度值用角度(秒)或斜率表示，它的含义是以气泡偏移一格，测量面倾斜的角度表示，或以气泡偏移一格，测量面在1m长度上倾斜的高度表示。如图3-50b所示，水平仪刻度值为0.02mm/m，表示气泡偏移一格时，1m测量长度上的高度误差为0.02mm，相当于测量面倾斜角度为4″。

②液体连通器法。测量的基本原理是以连通管内的水平面为测量基准，分别测量被测对象实际表面上的测点与连通管

③光学仪法。测量的基本原理是以光学仪器成像中心点(十字线交点)或激光仪发射的激光束为测量基准，分别测量光学仪器成像中心点(十字线交点)在标尺上的读数或光靶在铅垂方向的读数，其水平度误差为最大读数和最小读数差值与被测面长度之比值。①水平仪法。图3-50水平仪构造及测量原理

a)水平仪构造b)测量原理①水平仪法。图3-51水平仪与检具配合测量床身导轨平行度

a)水平仪与特制垫块(平尺、圆棒)配合b)框式水平仪与检验桥配合②液体连通器法。图3-52液体连通器测量水平度原理

a)测微螺钉读数b)钢板尺读数②液体连通器法。图3-53液体连通器测量水平度示意图

a)测微连通管水平仪测量大型设备底座水平度b)普通连通管水平仪测量结构基础板水平度③光学仪法。图3-54光学仪器测量标高(2)垂直度图3-55垂直度公差

a)面与面b)线与面c)线与线(2)垂直度图3-56面与面、线与面、线与线的垂直度

a)机床床身导轨面与立柱导轨面垂直度b)塔体母线与基础表面垂直度

c)压缩机气缸中心线与曲轴轴线垂直度(2)垂直度1)垂直度测量方法

①水平仪法。测量的基本原理是以水平面为测量基准，分别测量被测对象实际要素与水平面的垂直度误差。水压机立柱与下横梁的垂直度可用水平仪来测量，如图3-57所示。先用框式水平仪测量下横梁的水平度并达到允差要求，然后在每一根立柱的上、中、下三个位置的外圆柱面上用框式水平仪互为90°方向测量，取其平均值作为垂直度误差。

②回转法。测量的基本原理是以水平面或拉紧的钢丝为测量基准，分别测量被测对象实际测点与水平面或钢丝的距离，其差值与测点间距离之比为垂直度误差。(2)垂直度③角尺、塞尺、百分表法。角尺和塞尺是测量垂直度的常用标准量具。测量的基本原理是以角尺的一边为测量基准，测量被测对象两测点与基准的偏离值，其偏离值的差值与两测点距离的比值即为垂直度误差。当需要测量的两表面间距离较近时，可直接用角尺靠贴被测面测量，如图3-59a所示，被测面和角尺测量边之间的间隙可用塞尺测量。当需要测量的两表面间不能直接放置角尺时，可按图3-59b的方法测量。测量时，使角尺的测量面和立柱的侧导轨面平行，将主轴箱垂直上、下移动，则百分表分别在角尺a和b两个互为90°位置时，使百分表垂直上、下移动的读数差与其移动的距离之比即为两个方向的垂直度误差。

④光学仪法。测量的基本原理是以光学仪器成像中心点(十字线交点)或激光仪发射的激光束为测量基准，分别测量测点与成像中心点(十字线交点)在水平方向上的偏离值或光靶与激光束在水平方向上的偏离值，其垂直度误差为最大读数和最小读数差值与测点间距离之比值。也可根据水平方向偏离值大小，实时调整即可满足垂直度允差。

2)垂直度特例——铅垂度测量方法。①水平仪法图3-57用水平仪测量水压机立柱的垂直度②回转法。图3-58回转法测量垂直度

a)摇臂钻床主轴与工作平台垂直度测量b)轴与水平基准线的垂直度测量③角尺、塞尺、百分表法。图3-59角尺、塞尺、百分表测量垂直度

a)角尺、塞尺测量b)角尺、百分表测量④光学仪法。图3-60用光学仪法测量垂直度2)垂直度特例——铅垂度测量方法。

①经纬仪法。测量的基本原理是以经纬仪成像中心点(十字线交点)为测量基准，分别测量测点或测线是否与成像中心点(十字线交点)重合，如不重合则存在铅垂度误差。其误差大小为两测点投影偏差与测点距离之比值。

②吊线锤法。测量的基本原理是以所吊线锤钢丝为测量基准，分别测量测点与钢丝的偏离值。两测点间偏离值的差值与测点间距离的比值即为被测对象的铅垂度。①经纬仪法。图3-61用经纬仪测量铅垂度

a)经纬仪测量塔类设备铅垂度示意图b)经纬仪测量球罐柱脚铅垂度示意图②吊线锤法。图3-62用线锤测量设

备立柱铅垂度②吊线锤法。图3-63球罐支柱的径向

和周向垂直度测量(3)同轴度图3-64同轴度公差与误差

a)同轴度公差b)同轴度误差同轴度是指被测轴线相对于基准轴线同轴的程度，其公差值是直径为ϕt，且与基准要素(基准轴线)同轴的圆柱面内的区域，如图3-64a所示。(3)同轴度1)孔与孔间同轴度测量。

2)孔与轴间同轴度的测量。

3)轴与轴间同轴度的测量。

1)孔与孔间同轴度测量。①拉钢丝法。测量的基本原理是先以一个被测对象为基准孔，调整拉紧的钢丝与其同轴，然后以拉紧的钢丝为测量基准，测量非基准孔(另一被测对象)测量断面上铅垂和水平方向四个测点与钢丝的偏离值，以判断是否与基准孔同轴。偏离值的差值的1/2即为同轴度误差，但铅垂方向的偏离值应考虑钢丝的挠度。

②光学仪法。测量的基本原理是以光学仪器成像中心点(十字线交点)或激光仪发射的激光束为测量基准，分别测量测点与成像中心点(十字线交点)的偏离值或光靶与激光束的偏离值，根据偏离值大小，可实时调整被测对象的位置，即可满足同轴度允差。①拉钢丝法。图3-65拉钢丝法测两孔的同轴度

a)测量位置示意图b)测量截面上的测点布置①拉钢丝法。①拉钢丝法。图3-66被测面上钢丝与孔的位置关系及钢丝挠度示意图

b)钢丝挠度示意图②光学仪法。图3-67常用三点定心器结构②光学仪法。图3-68光学仪测量大型孔类设备同轴度示意图②光学仪法。图3-69其他定心器结构型式

1—定心器套筒2—光靶3—内径千分尺4—支架5—调节螺钉2)孔与轴间同轴度的测量。图3-70汽轮机转子与隔板间的同轴度测量方法

a)测量示意图b)实测图3)轴与轴间同轴度的测量。图3-71无挠度轴系与有挠度轴系平滑连接

a)无挠度的轴系b)有挠度的轴系①联轴器及两轴的相对位置。图3-72联轴器及两轴的四种相对位置②测量原理与方法。图3-73轴与轴间同轴度测量方法

a)用直尺塞尺直接测量b)用塞尺和专用工具测量c)单表法测量

d)双表法测量e)三表法测量

a—径向间隙b—端面间隙②测量原理与方法。图3-74激光对中仪测量轴与轴间同轴度②测量原理与方法。图3-75双表法与三表法测量时的记录图

a)a、b值的几何意义b)双表法记录图或三表法综合图c)三表法记录图②测量原理与方法。③同轴度误差计算方法。同轴度误差分为径向误差和倾斜误差两种情况。径向误差是指被调整轴联轴器中心在垂直于基准轴方向的偏移量；轴的倾斜误差可以用两个半联轴器端面角度大小或开口量来表示。A.径向误差(径向位移)A.径向误差(径向位移)B.端面倾斜误差。a.用角度表示：b.用端面开口量表示：③轴承调整量计算方法与调整方向确定。图3-76轴承调整量计算通式推导

a)θ<0b)θ>0③轴承调整量计算方法与调整方向确定。③轴承调整量计算方法与调整方向确定。2.形状精度(1)直线度直线度是指提取(实际)线对理想直线的变动量。1)安装工程中常用的理想直线。2)直线度测量方法。3)直线度误差评定方法及数据处理。

(2)平面度1)安装工程中常用的理想直线。

2)平面度误差评定方法。

图3-77三种类型直线度标注方法及公差带

a)给定平面直线度b)给定方向直线度c)任意方向直线度(1)直线度(1)直线度1)安装工程中常用的理想直线。

①以贴切直线作为理想直线。将刀口尺或平尺贴紧被测对象实际面(线)，则精加工底面的贴切直线可以作为理想直线，如图3-78所示。

②以两端点连线作为理想直线。如图3-79a、b所示，分别以平尺底平面和拉紧的钢丝作为理想直线。

③以符合最小条件的包容线作为理想直线如图3-80所示的ABC为某一给定截面的被测线，作一组平行线包容该被测线，这组平行线称为包容线。能包容该被测线的平行线可以有好几组，可选两平行线间距离最小的一组作为理想直线。从图上看出，h1<h2<h3，所以应以符合被测线低(A)、高(C)、低(B)或高(A)、低(C)、高(B)原则的那组包容线为准，满足这一条件的平行线为A1B1∥AB,其距离h1即为被测线ACB的直线度误差。

①以贴切直线作为理想直线。图3-78刀口尺、平尺作为理想直线

a)刀口尺b)平尺c)管道校正②以两端点连线作为理想直线。图3-79以两端点连线作为理想直线

a)以平尺底平面作为理想直线b)以拉直的钢丝作为理想直线③以符合最小条件的包容线作为理想直线图3-80以符合最小条件的包容线作为理想直线(1)直线度2)直线度测量方法。

①拉钢丝法。测量的基本原理是以拉紧的钢丝作为测量基准(理想直线)，用量具来测量被测对象实际线的直线度误差。②平尺、等高块法。测量的基本原理是在被测表面上用两组等高块支承平尺，以平尺的精加工底面作为测量基准(理想直线)，③光学仪法。用光学仪器测量直线度主要是以激光准直仪为主，测量的基本原理是以激光束为测量基准，测量被测点在互为90°方向与其偏离的距离，作为铅垂方向和水平方向的直线度误差。因此可用于同时测铅垂面和水平面内的直线度。④水平仪法。测量的基本原理是以水平面为测量基准，测量被测对象实际表面在铅垂平面内与水平面的角度，并经过换算得到被测线的直线度误差。①拉钢丝法。图3-81拉钢丝测量机床导轨直线度示意图②平尺、等高块法。

图3-82平尺、等高垫块法③光学仪法。图3-83激光准直仪测量机床床身导轨直线度④水平仪法。(1)直线度3)直线度误差评定方法及数据处理。①图解法。图解法是针对水平仪法测量直线度的误差处理方法，其基本原理是用水平仪测得的运动曲线(折线)来代替导轨的实际直线度误差曲线。②计算法。通过换算，直接求得导轨实际曲线与理想直线间的坐标偏差。精度要求高时,用计算法求解。计算法求导轨直线度的实质仍是以图解法为依据，用一条近似的折线代替导轨表面的实际曲线。①图解法。图3-84导轨直线度测量原理②计算法。图3-85图解法和计算法(2)平面度图3-86平面度标注方法及公差带(2)平面度1)平面度测量方法。

①以被测面上最大直线度误差作为平面的平面度误差。②三点法。③对角线法。④着色法(研点法)。

⑤水平面法。①以被测面上最大直线度误差作为平面的平面度误差。图3-87工作台面测量线的布置②三点法。图3-88三点法测平面度示意图③对角线法。图3-89对角线法测线布置④着色法(研点法)。将被测平面直接用涂色法与精度较高的平板对研，根据接触斑点的面积和分布的均匀程度(一般用单位面积内的点数度量)来判断平面的平面度，此法最简单。但只能作定性判断，不能测出具体的平面度误差值。斑点分布越均匀、细密，说明被测表面越平整，但只能用来测定较小的平面。⑤水平面法。测量的基本原理是在被测表面上的某一点建立基准平面，此平面是一与水平面平行的几何平面，测出被测表面各测点相对于基准平面的距离，则可得到平面度误差的原始数据；再以平行于该基准平面的两包容平面间最小距离作为平面度误差。在整个测量过程中需要保持被测表面的原始位置不变。(2)平面度2)平面度误差评定方法。

①评定基准。②判别符合最小条件的法则。A.三角形法则。B.交叉法则。③基面旋转法。①评定基准。平面度误差严格来讲要按最小条件评定，