【知识目标】

1.各种常用量具的测量原理。

2.各种常用量具的使用方法。

【技能目标】

1.能根据测量对象,正确选用合适的量具。

2.能使用常用量具进行测量,并正确读数。

5.1.1　实验设备

①游标卡尺。

②外径千分尺。

③百分表、千分表。

④量块。

5.1.2　实验内容

认识并正确使用量具进行测量。

5.1.3　实验原理

(1)游标卡尺

1)游标卡尺的结构

游标卡尺属于游标量具。它是一种常见的中等精度量具,应用范围很广,可用来测量零件的外径、内径、长度及深度等尺寸,如图5.1 所示。游标卡尺因类型不同,结构也有所不同,但一般由主尺、游标尺、外测量爪、内测量爪及锁紧机构等组成。主尺最小刻度为毫米,游标尺上的刻线因间距不同,其所能读出的最小单位量值(分度值)也不同。常见的为0. 1,0. 05,0.02 mm 3 种。数显式的游标卡尺分度值常为0.01,0.005 mm 两种。

图5.1　游标卡尺

2)读数原理

游标读数(游标细分)原理是利用主尺刻线间距与游标刻线间距的间距差实现的。

常用的主尺刻度间距a=1 mm,若使主尺刻度(n-1)格的宽度等于游标刻度n 格的宽度,则游标的刻度间距b=a(n-1)/n。若主尺刻度间距为1 mm,游标刻度间距为0.9 mm,当游标尺零刻线与主尺零刻线对准时,除游标的最后一根刻线(第10 根刻线)与主尺上第9 根刻线重合外,其余刻线均不重合。若将游标向右移动0.1 mm,则游标的第一根刻线与主尺的第一根刻线重合;游标向右移动0.2 mm 时,则游标的第二根刻线与主尺的第二根刻线重合。以此类推。这就是说,游标在1 mm 内(1 个主尺刻度间距),向右移动距离可由游标刻线与主尺刻线重合时游标刻线的序号来决定。

3)游标卡尺的读数

读数时,首先根据游标尺的零刻度线所处的位置读出主尺上的整数部分,然后确定游标尺上的哪一根刻度线与主尺上的刻度线对齐,游标刻度线的序号乘以游标尺的分度值,即可得到小数部分(小数部分一般可从游标尺上直接读出而不必计算),将整数部分与小数部分相加即可得到测量的尺寸。如图5.2 所示的读数应为22.44 mm。

图5.2　游标卡尺的读数

4)注意事项

①使用前,应将测量面擦干净,检查并确定两测量爪间不能存在明显的间隙,并校对零位。

②不能测量超出测量范围的尺寸。

③移动游标时力量要适度,测力不能过大。

④注意防止温度对测量精度的影响,特别是游标卡尺与被测件不等温产生的测量误差。

⑤读数时,视线要与标尺刻线方向一致,以免造成视差。

⑥测量时,量爪的位置要正确,避免如图5.3 所示的错误。

图5.3　游标卡尺量爪错误的测量位置

(2)千分尺

千分尺按用途可分为外径千分尺、内径千分尺、深度千分尺及螺旋千分尺等。如图5.4 所示为外径千分尺。图5.4(a)为机械式千分尺,图5.4(b)为数显式千分尺。机械式千分尺分度值通常为0.01 mm;数显式千分尺分度值通常为0.001 mm。

图5.4　外径千分尺

1—测量头;2—测杆;3—固定套筒;4—测力装置;5—微分筒;6—锁紧装置;7—尺架

1)外径千分尺的结构

外径千分尺一般由尺架、微分筒、固定套筒、测力装置、测量头、测杆及锁紧装置等组成。其结构特征如下:

①结构设计符合阿贝原则。

②丝杠螺距作为测量的基准量,丝杠和螺母的配合精密,配合间隙可调整。

③固定套筒和微分筒作为示数装置,按刻度线读数。

④具有保证一定测力的棘轮棘爪机构。

2)读数原理

千分尺的读数原理是通过螺旋传动,将被测尺寸转换成丝杠的轴向位移和微分筒的圆周位移,并以微分筒上的刻度对圆周的位移进行计量,从而实现对螺距的放大细分。当测量丝杠连同微分筒转过ϕ 角时,丝杠沿轴向位移量为L。因此,千分尺的传动方程式为

式中　p——丝杠螺距;(www.daowen.com)

ϕ——微分筒转角。

当p=0.5 mm、微分筒的圆周刻度数为50 等份时,每一等份所对应的读数值为0.01 mm,通过微分筒可读出被测值0.5 mm 以下的读数。

3)读数方法

测量时,首先从固定套筒的上下两排刻度读数,再加上微分筒的读数(微分筒长横线为固定指标线)即为被测尺寸的读数。如图5.5 所示的读数为7.935 mm,最后一位为估读。

图5.5　千分尺的读数

4)注意事项

①使用前,必须用校对杆校对零位。

②不能测量超出测量范围的尺寸。

③手应握在隔热垫处,千分尺与被测件必须等温,以减少温度对测量精度的影响。

④要注意减少测力对测量精度的影响,当测量面与被件表面将要接触时,就必须使用测力装置。

⑤读数时,要特别注意固定套筒上0.5 mm 刻度的读取,微分筒读数需估读到千分位。

(3)指示表

1)指示表结构

指示表按分度值,可分为千分表(分度值为0.001 mm)和百分表(分度值为0.01 mm)。按传动系统,又可分为钟表型千(百)分表和杠杆型千(百)分表。

机械式指示表是将微量直线位移通过杠杆和齿轮的放大机构转变为角位移,在刻度盘上指示出来。如图5.6 所示,当带有齿条的测杆9 上移时,带动齿轮1 和2 转动,通过齿轮3 和4的二级传动,使齿轮5 及其轴上的指针转动。弹簧8 的作用是使齿轮传动时在同侧齿面啮合,以消除侧隙误差。游丝7 的作用是产生一定的测力。

图5.6　千分表结构图

1— 6—齿轮;7—游丝;8—弹簧;9—测杆;10—大指针;11—小指针

2)指示表读数方法

指示表长指针转动一周时,短指针转动一格。根据长、短指针转动的格数,就可读出测杆移动的距离。

3)注意事项

①指示表应固定在可靠的表架上,根据测量需要,可选择带平台的表架或万能表架。

②指示表应牢固地装夹在表架夹具上,但夹紧力不宜过大,以免使装夹套筒变形卡住测杆,应检查测杆移动是否灵活。因此需多次提拉指示表测杆,使之略微离开工件表面,放下测杆使之与工件接触,在读数稳定后方可进行测量。

③在测量时,轻提测杆,将工件移至测头下面,缓慢下降测头,使之与工件接触。不准把工件强迫推至测头下,也不准急骤下降测头,以免产生瞬时冲击测力,给测量带来误差。在测头与工件表面接触时,测杆应有0.3~1 mm 的压缩量,以保持一定的初始测力。

④测杆与被测表面必须垂直,否则将产生较大的测量误差。

⑤测量时注意表的测量范围,不要使测头位移超出量程,以免过度伸长弹簧,损坏指示表。

⑥不要使测头测杆作过多无效的运动,否则会加快零件磨损,使指示表失去精度。

(4)量块

如图5.7 所示,量块用铬锰钢等特殊合金钢或线膨胀系数小、性质稳定、耐磨以及不易变形的其他材料制成。其形状有长方体和圆柱体两种。常用的是长方体。长方体的量块有两个平行的测量面,其余为非测量面。测量面极为光滑、平整,其表面粗糙度Ra 值达0.012 μm 以上,两测量面之间的距离即为量块的工作长度(标称长度)。标称长度到5.5 mm 的量块,其公称值刻印在上测量面上;标称长度大于5.5 mm 的量块,其公称长度值刻印在上测量面左侧较宽的一个非测量面上。

图5.7　量块

国家计量检定规程JJG 146—2003,将量块分为1~5 等。量块的“级”和“等”是从成批制造和单个检定两种不同的角度出发,对其精度进行划分的两种形式。按“级”使用时,以标记在量块上的标称尺寸作为工作尺寸,该尺寸包含其制造误差。按“等”使用时,必须以检定后的实际尺寸作为工作尺寸,该尺寸不包含制造误差,但包含了检定时的测量误差。就同一量块而言,检定时的测量误差要比制造误差小得多。因此,量块按“等”使用时其精度比按“级”使用要高,能在保持量块原有使用精度的基础上延长其使用寿命。

量块是长度计量的量值传递系统中的标准器,用于检定低一等的量块、千分尺、卡尺、比较仪及一些光学量仪等,也常与比较仪一起利用相对法(见长度计量技术)测量工件尺寸。量块和量块附件在一起可组成不同尺寸用以检验一些内外尺寸,如孔径、孔距等,配以划线爪还可进行钳工划线等工作。其主要用途如下:

①作为长度标准,传递尺寸量值。

②用于检定测量口齿的示值误差。

③作为标准件,用比较法测量工件尺寸,或用来校准、调整测量器具的零位。

④用于直接测量零件尺寸。

⑤用于精密机床的调整和机械加工中精密划线。

量块在使用过程中,应注意以下7 点:

①量块必须在使用有效期内,否则应及时送专业部门检定。

②使用环境良好,防止各种腐蚀性物质及灰尘对测量面的损伤,影响其黏合性。

③分清量块的“级”与“等”,注意使用规则。

④所选量块应用航空汽油清洗、洁净软布擦干,待量块温度与环境湿度相同后方可使用。

⑤轻拿、轻放量块,杜绝磕碰、跌落等情况的发生。

⑥不得用手直接接触量块,以免造成汗液对量块的腐蚀及手温对测量精确度的影响。

⑦使用完毕,应用航空汽油清洗所用量块,并擦干后涂上防锈脂存于干燥处。