机械计量基础课件.ppt
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1、机械计量管理机械计量管理第一章第一章 机械计量的基础机械计量的基础第二章第二章 误差与数字修约规则误差与数字修约规则第三章第三章 标准测量仪器标准测量仪器第四章第四章 长度测量仪器长度测量仪器一一.管理的必要性管理的必要性二二.计量单位计量单位三三.形位公差形位公差四四.表面粗糙度的定义与表示表面粗糙度的定义与表示第一章第一章. 机械计量的基础机械计量的基础 为了满足机械产品的功能要求,在正确合理地完成了可为了满足机械产品的功能要求,在正确合理地完成了可靠性、使用寿命、运动精度等方面的设计以后,还须进行加靠性、使用寿命、运动精度等方面的设计以后,还须进行加工和装配过程的制造工艺设计,即确定加工
2、方法、加工设备、工和装配过程的制造工艺设计,即确定加工方法、加工设备、工艺参数、生产流程及检测手段。其中,特别重要的环节就工艺参数、生产流程及检测手段。其中,特别重要的环节就是质量保证措施中的是质量保证措施中的精度检测精度检测。 “检测检测”就是确定产品是否满足设计要求的过程,即判就是确定产品是否满足设计要求的过程,即判断产品合格性的过程。检测的方法可以分为两类:定性检验断产品合格性的过程。检测的方法可以分为两类:定性检验和定量测试。定性检验的方法只能得到被检验对象合格与否和定量测试。定性检验的方法只能得到被检验对象合格与否的结论,而不能得到其具体的量值。因其检验效率高、检验的结论,而不能得到
3、其具体的量值。因其检验效率高、检验成本低而在大批量生产中得到广泛应用。定量测试的方法是成本低而在大批量生产中得到广泛应用。定量测试的方法是在对被检验对象进行测量后,得到其实际值并判断其是否合在对被检验对象进行测量后,得到其实际值并判断其是否合格的方法。格的方法。一一.管理的必要性管理的必要性二二.计量单位计量单位国际单位制(国际单位制(SI)SI 基本单位:基本单位: 七个物理量单位七个物理量单位 - 相互独立相互独立长度长度 质量质量 时间时间 电流电流 热力学温度热力学温度 物质的量物质的量 光量光量(m)(kg)(s)(A)(K)(mol)(cd)长度单位:米的定义长度单位:米的定义 我
4、国和国际的长度单位是米。在1983年第十七届国际计量大会上正式通过米的新定义如下: 米是光在真空中米是光在真空中1299792458秒的时秒的时 间内所经过的距离。间内所经过的距离。米原器米原器 (1)度分秒制)度分秒制 1圆周角圆周角=360,1=60,1=60 (2)弧度制)弧度制 弧长等于圆半径的圆弧弧长等于圆半径的圆弧长度长度所对的圆心角,称为所对的圆心角,称为一个弧度,用一个弧度,用表示。表示。1圆周角圆周角=2 1弧度弧度= =57. 3=3 438=206 265180角度单位角度单位1、定义定义 形位公差 :是指零件的实际形状和实际位置对理想形状和理想位置的允许变动量。 2、形
5、状和位置公差的分类形状和位置公差的分类 形位公差: 形状公差:A:直线度;B:平面度;C:圆度; D:圆柱度; E:线轮廓度;F:面轮廓度。 位置公差:A:定向公差: a:平行度;b:垂直度 c:倾斜度。 B:定位公差: a:同轴度;b:位置度;c:对称度 C:跳动 : a:圆跳动;b:全跳动。三三.形状公差和位置公差形状公差和位置公差面轮廓度线轮廓度圆 柱 度圆 度 平 面 度直 线 度形状公差 符号名 称分类全跳动圆跳动跳动位置度对称度同轴度定位倾斜度垂直度平行度定向位置公差符号名称分类分类3. 形位公差代号、基准代号形位公差代号、基准代号 公差框格 公差要求在矩形框格中给出,必须按标准标
6、注。 0.05 A基准代号字母形位公差数值公差带的形状形位公差符号指引线形位公差代号框格高度为框格中字体高度的2倍1、定义:直线度是用来限制被测实际直线形状误差的一项指标。2、平面上的直线度公差带是夹在距离为公差值的两条理想的平行线之间的区域。0.01f0.013、空间的直线度公差带: 是直径为公差值0.04mm的圆柱面内区域。0.040.041、定义:平面度是用来限制实际平面形状误差的一项指标。0.01f0.012、平面度公差带:是距离为公差值0.01mm的两平行平面间的区域。 1、定义:圆度是限制回转体的正截面或过球心 的任意截面轮廓圆形状误差的一项指标。0.05f0.052、公差带是半径
7、差为公差值0.05mm的两同心圆之间区域。 1、定义:圆柱度是综合限制圆柱体正截面和纵截面的圆柱形状误差的一项指标。0.050.05 2、圆柱度公差带:是半径差为公差值0.05mm的两 同轴圆柱面之间区域。1、定义:是限制平面曲线形状误差的一项指标。0.04f0.042、其公差带是包络一系列直径为公差值0.04mm的园的两包络线之间的区域。且圆心在理想轮廓线上。1、定义:面轮廓度是限制空间曲面轮廓形状的一项指标。0.04f0.042、其公差带是包络一系列直径为公差值0.04mm,的球的两包络面之间的区域,且球心在理想轮廓面上。 位置公差的分类、特点: 1、定向公差:平行度、垂直度、倾斜度 特点
8、:都是关联要素,有基准,公差带位置都是浮动的,方向都为框格指引线所指的方向。 2、定位公差:同轴度、对称度、位置度 特点:都是关联要素,有基准,公差带位置都是固定的,方向都为框格指引线所指的方向。 3、跳动:园跳动、全跳动。 特点:都是关联要素,有基准,公差带位置都是固定的,方向都为框格指引线所指的方向。1、定义:平行度是限制实际要素对基准在平行方向上的变动量的一项指标。A0.01AAf0.012、其公差带为距离为公差值0.01mm,且平行于基准A的两平行平面间区域。1、定义:垂直度是限制实际要素对基准在垂直方向上变动量的一项指标。0.01AAf0.01基准2、垂直度的公差带是直径等于公差值0
9、.01mm,且于基准垂直的圆柱体内的区域。1、定义:倾斜度是限制实际要素对基准在倾斜方向上变动量的一项指标。0.02AA0.022、公差带是距离为公差值0.02mm的两平行平面之间区域,且平行平面与基准成理论正确角度。1、定义:同轴度是限制被测轴线偏离基准轴线的一项指标。0.01AA0.012、同轴度公差带是直径为公差值0.01mm,且与基准轴线同轴的圆柱面内区域。1、定义:对称度是限制被测中心要素偏离基准中心要素的一项指标。0.01AA辅助平面基准轴线f0.012、对称度的公差带是距离为公差值0.01mm,且相对基准轴线对称配置的两平行平面之间的区域。1、定义:位置度是限制被测点线面的实际位
10、置对其理想位置变动量的一项指标。0.01 A BC4-ABCACB0.012、线的位置度公差带是直径为公差值0.01mm,且以线的理想位置为轴线的圆柱面内的区域。1、定义:园跳动是限制指定测量面内被测要素轮廓园的跳动的一项指标。0.05AA0.052、是在垂直于基准轴线的任一测量平面内,半径差为公差值0.05mm,且圆心在基准轴线上的两个同心园之间的区域。1、定义:全跳动是限制整个被测表面跳动的一项指标。A-B0.05AB基准A-B0.052、公差带是半径差为公差值0.05mm,且于基准轴线同轴的两圆柱面之间的区域。四四.表面粗糙度的定义与表示表面粗糙度的定义与表示 表示零件表面具有较小间距和
11、峰谷所组成的微较小间距和峰谷所组成的微观几何形状特性观几何形状特性,称为表面粗糙度。 表面粗糙度对零件的配合性质、耐磨性、强度、抗腐性、密封性、外观要求等影响很大,因此,零件表面的粗糙度的要求也有不同。一般说来,凡零件上有配合要求或有相对运动的表面,配合要求或有相对运动的表面,表面粗糙度参数值要小。评定表面粗糙度的参数评定表面粗糙度的参数 轮廓算术平均偏差Ra 微观不平度十点高度Rz 轮廓最大高度Ry优先选用轮廓算术平均偏差优先选用轮廓算术平均偏差Ral轮廓谷底线轮廓峰顶线中线yyRyYvRa 轮廓算术平均偏差轮廓算术平均偏差: 微观不平度十点高度微观不平度十点高度:5511()/5zpivi
12、iiRyy轮廓最大高度轮廓最大高度:maxmaxypvRyy1()/naiiRyn第二章第二章 误差与数字修约规则误差与数字修约规则一.有关误差的几个概念二.误差的分类一一.有关误差的几个概念有关误差的几个概念n仪表指示装置所显示的被测值称为示值示值,它是被测真值的反应。n实际中常将用适当精度的仪表测出的或者用特定的方法确定的约定真值约定真值代替真值。n例如:用国家标准计量机构标定过的标准仪表进行测量,其测量值既可作为约定真值。n误差公理:一切测量都具有误差,误差自始至终存在于所有科学实验的过程之中绝对误差和修正值绝对误差和修正值n示值与公认的约定真值之差成为绝对误差绝对误差绝对误差 = 示值
13、 约定真值n 绝对误差简称为误差误差。n误差为正时,示值偏大,反之偏小。n绝对误差的负值称为修正值修正值0AAAxxAAAC0例题1 某电流表的量程为1mA,通过检定知其修正值为0.02mA。用该电流表测量某一电流,示值为0.78mA,试问被测电流的实际值和测量中存在的绝对误差各为多少? 解 : 求被测电流的实际值 A0=C+Ax = 0.02+0.78=0.76mA 求绝对误差 A =0.78-0.76=0.02mA 本例中,绝对误差也可以由修正值直接求得,即A =C=0.02mA。相对误差和引用误差相对误差和引用误差n绝对误差与约定真值之比成为相对误差相对误差。 相对误差 =n如果用量程取
14、代约定真值,得到引用误差引用误差。 引用误差 =%100约定真值绝对误差%100量程绝对误差最大引用误差最大引用误差n考虑整个量程范围内的最大绝对误差与量程的比值,则得到最大引用误差最大引用误差。n最大引用误差 =n最大引用误差与仪表的具体示值无关,可以更好地说明仪表测量的准确程度。它是仪表基本误差的主要形式,是仪表的主要性能指标之一。%100量程差量程范围内最大绝对误允许误差允许误差n仪表出厂时要规定引用误差的允许值,称为允允许误差许误差。n如将允许误差记为Q,最大引用误差记为Qmax,那么Q和Qmax在大小上应该满足什么关系?Qmax Q基本误差和附加误差基本误差和附加误差n任何测量都是与
15、环境条件相关的,这些条件包括环境温度、相对湿度、电源电压和安装方式等多方面的因素。n仪表严格按照规定的环境条件(即参比工作条件)工作时,此时获得的误差称为基本误差基本误差;如果在非参比工作条件进行测量,还会产生额外的误差成为附加误差附加误差。n误差=基本误差+附加误差准确度的表示准确度的表示n仪表的准确度通常是用允许的最大引用误差去掉百分号后的数字来衡量。n按仪表工业规定,仪表的准确度化分成若干等级,简称精度等级,如0.1级、 0.2级、0.5级、1.0级、1.5级、2.0级等。等级的数字越小,精度越高。n精度等级0.5级:基本误差不超过量程的0.5%二二.测量误差的分类测量误差的分类测量误差
16、一般按其性质分为1.系统误差2.随机误差3.粗大误差1.系统误差系统误差的定义系统误差的定义是在重复条件下,对同一被测量进行无限多次测量所得结果的平均值与被测量的真值之差。在实际应用中,真值是用约定真值和相对真值来代替的,系统误差只能是近似估计。 系统误差的性质系统误差的性质是大小、方向恒定不变或按一定规律变化。前者为已定系统误差,在误差处理中是可被修正的;后者为未定系统误差,在实际测量工作中方向往往是不确定的,在误差估计时可归结为测量不确定度。 系统误差的来源系统误差的来源包括测量设备的基本误差、偏离额定工作条件多而产生的附加误差、测量方法理论不完善所带来的方法误差及试验人员测量素质不高产生
17、的人身误差。系统误差的消除方法系统误差的消除方法 从产生系统误差的来源上消除 n选择准确度等级高的仪器设备以消除仪器的基本误差n使仪器设备工作在其规定的工作条件下,使用前正确调零、预热以消除仪器设备的附加误差n选择合理的测量方法。n提高测量人员的测量素质,改善测量条件以消除人身误差。系统误差的消除方法系统误差的消除方法 利用修正的方法来消除n 从有关资料中查取n 通过理论推导求取n 通过实验求取CAAx系统误差的消除方法系统误差的消除方法 利用特殊的测量方法来消除 系统误差的特点是大小方向恒定不变、具有可预见性,所以,可选用特殊的测量方法予以消除。 (1)替代法 (2)差值法 (3)正负误差补
18、偿法 (4)对称观测法2.随机误差随机误差的定义随机误差的定义测量结果与在重复条件下,对同一被测量进行无限多次测量所得结果的平均值之差。 随机误差产生于实验条件的微小变化,如温度波动、电磁场扰动、地面振动等。由于这些因素互不相关,人们难以预料和控制,所以随机误差的大小、方向随机不定,不可预见,不可修正。因为测量只能进行有限次数,故可能确定的只是随机误差的估计值。 可以预计,当可以预计,当测量次数无限增多测量次数无限增多时,曲线将表现为时,曲线将表现为单峰、有界单峰、有界、严格严格对称对称的特征。在有的特征。在有限次测量下,得到限次测量下,得到的所有曲线,是以的所有曲线,是以对称曲线为中心,对称
19、曲线为中心,左右摆动的曲线族。左右摆动的曲线族。n nx xi i3030次次6060次次100100次次3.粗大误差粗大误差 粗大误差是明显超出规定条件下预期的误差,它是统计异常值。也就是说含有粗大误差的测量结果明显偏离被测量的期望值。 产生粗大误差的原因有读错或记错数据,使用有缺陷的计量器具,实验条件的突然变化等。显然,含有粗大误差的测量值是对被测量的歪曲,故应从测量数据中删除。三三.温度带来的长度测量误差温度带来的长度测量误差 n物体随温度 “ 热胀冷缩 ” 是物理常识。基准器长度和机械零件图纸所标注长度的温度条件默认值是 20 。n物理材料的热膨胀系数是影响长度变化的主要参数。它的定义
20、是:温度每变化 1 ,物体在单位长度上的伸长量。系数的单位是 1/ 。 n材料的热膨胀系数表见P26-表2-4温度引起的误差计算温度引起的误差计算 被测体和标准置于同一室内,尽管温度相同,但温度偏离 20 ,如果二者线膨胀系数不同,伸长量会不同,也将造成测量误差 L : L=L ( 20 )( b j )(温度相同温度相同)式中: T :二者实际实际温度; b :被测件材料膨胀系数; j : 仪器基准尺材料膨胀系数; L :被测长度。例 1 :万工显和被测件温度同为 T= 25 ;万工显基准尺材料线膨胀系数 j =10 10 -6 ;被测件(钢)的线膨胀系数 b = 11.2 10 -6 ;
21、被测长度 L=200 。则可以算出所造成的测量误差 L : L=200 (25 20) (11.2 10 -6 10 10 -6 )= 0.0012 mm 。 温度引起的误差计算温度引起的误差计算 如果在被测件和标准器温度不等和条件下进行测量,所造成的测量误差按下式计算: L=L ( b 20 ) b ( j 20 ) j (温度不同温度不同) 例 2 :在上例中:如果被测件 b = 25 ;基准尺温度 j = 20 ,其它条件不变,则所造成的测量误差 L : L=200 ( 25 20 ) 11.2 10 -6 ( 20 20 ) 10 10 -6 = 0.0112 mm 。 例例 2 比例
22、比例 1 的结果大的结果大 10 倍。倍。 要减小温度对测量结果和影响,一是被测件要与仪器基准尺充分等温,要减小温度对测量结果和影响,一是被测件要与仪器基准尺充分等温,二是要进行实际测温,通过上述计算对误差进行修正。二是要进行实际测温,通过上述计算对误差进行修正。 四四.测量力的变形测量力的变形n测量值的压缩变形 (虎克定律Hooke)在弹性限度内产生的应力与形变成正比。n弯曲面的接触 (赫兹定律Hertz)虎克定律公式推导虎克定律公式推导SEPll 拉(压)杆的拉(压)杆的虎克定律虎克定律E 弹性模量弹性模量(杨氏模量杨氏模量)Spalll1Ea1SPEll1SEPll p p dll1d1
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