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1、第二章 高精度测量仪器及其应用培训要点 本章重点介绍精密测量仪器的基本原理及其应用，通过学习本章，能够掌握合像水平仪、自准直光学量仪、经纬仪的应用，以及机械装配和维修中常见的精度测量。 第一节 常用精密测量仪器的基本原理一、 合像水平仪 合像水平仪与普通水平仪相比较，它具有测量读数范围大的优点。当被测工件的平面度误差较大、或因放置的倾斜度较大而又很难调整时，若使用框式水平仪就会因其水准气泡已偏移到极限位置而无法测量，而使用合像水平仪时，饮水平位置可以重新调整，所以能比较方便地进行测量，而且精度较高。 合像水平仪的水准器安装在杠杆上，转动调节旋钮可以调整其水平位置。 合像水平仪主要用于直线度、平
2、面度的测量。我国产主要型号有CH66,其刻度值为0.01mm/1000mm。 二自准直光学量仪 自准直光学量仪是根据光学的自准直原理制造的测量仪器，有自准直仪、光学平直仪、测微准直望远镜及经纬仪等多种。1.光学自准直原理 光学自准仪原理可以通过图2-3加以说明，也就是说在物镜焦平面上的物体，通过物镜及物镜后面反射镜的作用，仍可在物镜焦平面上形成物体的实像。2.自准直仪 自准直仪又称为自准直平行光管。自准直仪可用于直线度、平面度、垂直度等误差的测量。3.光学平直仪 光学平直仪是由平直仪本体和反射镜组成。光学平直仪是一种精密光学测量仪器，通过转动目镜，可以同时测出工件水平方向和水平垂直的方向的直线
3、性，还可测出滑板运动的直线性。用标准角度量块进行比较，还可以测量角度。光学平直仪可以用于对较大尺寸、高精度的工件和机床导轨进行测量和调整，尤其适用于各种导轨的测量，具有测量精度高、操作简便的优点。4测微准直望远镜 测微准直望远镜是根据光学的自准直原理制造的测量仪器，主要用来提供一条测量用的光学基准线。5.自准直光学量仪的使用和调整方法6.经纬仪（1）经纬仪的结构和工作原理 经纬仪的光学原理与测微准直望远镜的光学原理没有本质上的区别。它的特点是具有竖轴和横轴，可以使瞄准望远镜管在水平方向作360的方向转动，也可以在垂直面内作大角度的俯仰。其水平面和垂直面的转角大小分别由水平度盘和垂直度盘示出，并
4、由测微尺细分，测角精度为2。经纬仪是一种高精度的测量仪器，主要用于机床精度检查，如坐标镗床的水平转台、万能转台、以及精神滚齿机和齿轮磨床的精度的测量，它常与自准直光学量仪组成光学系统来被一起使用。（2）经纬仪的使用和调整方法三、激光干涉仪由于激光具有良好的方向性、单色性和能量集中、相干性强等优点，因而用激光作光源，以激光稳定的波长作基准，利用光波干涉计数的原理对大尺寸进行精密测量，已经得到广泛的应用。1、单频激光干涉仪2、双频激光干涉仪3、激光干涉仪的应用举例四、三坐标测量机三坐标测量机是一种高效的精密测量仪器。它广泛地用于机械和仪器制造、电子工业、汽车和航空工业中，用于对零件和部件的几何尺寸
5、和相互位置的测量。除此之外，它还可以划线、定中心孔、钻孔、铣切模型和样板、刻制光栅及线纹尺、光刻集成线路板等，并可以对连续曲面进行扫描。由于它的测量范围大、精度高、效率快、性能好，已经成为一种大型精密仪器，具有测量中心之称号。1、基本原理2、机械结构及测量系统（1）结构形式 三坐标测量机的三个轴互成直角配置。三个坐标轴的相互配置位置（即总体布局形式）对测量机的精度及对测量工件的适用性关系很大，目前常用的结构形式有以下几种：1）立轴式，类似于万能工具显微镜的结构。测量范围小，但测量精度较高。2）卧轴式，适用于测量与工作台面相垂直的工件端面上的检测项目，操作方便。这种结构适用于中型精密测量机。3）
6、悬臂式，这种结构工作面开阔，工件可以从三个方面不受限制地装卸，测量，有利于测量操作。4）桥式，这种结构刚性好，三个坐标测量范围较大时也可以保证测量精度，因而适宜作大型测量机的结构。5）龙门式，龙门式可以分为龙门移动式和龙门固定式两种，优缺点同桥式相似。龙门固定式不适宜测量重型工件，否则工作台运动时惯性太大，不易克服，因此只能作为中型测量机的结构。第二节 机械装配维修中的精度测量一、直线度误差测量1、直线度误差测量方法 直线度误差测量是形状误差测量中最基本的测量项目，也是平面度误差测量的基础。直线度误差的测量方法主要分为两大类：一类是直接测量法，即将被测物体与选定的不同形式的基准进行比较，直接测
7、出其直线度误差；另一类是间接测量法，即不用预先选定的基准，而是通过两个或两个以上被测件的相互比较，用误差分离的方法求得各表面的直线度误差。直线度可分为在给定平面内、在给定方向上和在任意方向上的三种情况。在机械装配维修中常用在给定平面内的直线度。2、直线度误差的评定 根据国家形位公差标准规定，直线度误差应按最小条件评定。在满足零件使用功能的条件下，允许采用近似的评定方法。1）两端点连线评定法2）最小条件评定法二、平面度误差测量同直线度误差的测量一样，平面度误差的测量方法也主要分为两大类：一类是直接测量法，该方法主要适用于对较小平面的测量，即用足够精度的实际平面，如平晶工作面、标准平板等为基准，用
8、干涉法、斑点法或平板测微法直接测得各点对基准平面的坐标值；另一类是间接测量法，该方法主要适用于较大尺寸平面的测量，常用水平仪或自准仪等仪器进行测量。这种方法的特点是用测量直线度误差的方法实现平面度误差的测量。平面度误差是指被测量实际表面相对理想表面的变动量。三、垂直度误差的测量1、垂直度误差的测量方法 基本上分为三大类：平面和轴心线间垂直度误差测量；平面和轴心线垂直度误差测量；轴心线间（包括平面内或空间内轴心线）垂直度误差测量第三章 机械振动和零部件的平衡第一节 机械振动一、振动的基本特性旋转机械的种类繁多，这类机械的主要功能都是由旋转动作完成的，只要转子一开始转动，就不可避免地要产生振动。机
9、械产生振动后，会造成一定的危害，它使机械工作性能降低或使机械根本无法工作；它使某些零件因受附加的动载荷而加速磨损、疲劳，甚至破裂，从而影响寿命或造成事故；振动还将产生噪声而危害人身健康。1、转子涡动 一般情况下，旋转机械的转子轴心线是水平的，转子的两个支承点在同一水平线上。2、转子的监界转速 与转子固有频率相对应的转速，称为转子的临界转速。临界转速的值并不等于转子的固有频率，而且在临界转速时发生的剧烈振动与共振是不同的物理现象。转子的质量越大、刚度越小时，其临界转速越低，反之则越高。如果机器蝗工作转速小于一阶临界转速，则转轴称为刚性轴。使转子产生干扰力的因素，最基本的就是由于不平衡而引起的离心
10、力。离心力的作用频率（为每转一次）就等于转子的转速频率，因此，旋转机械的工作转速不应等于或接近临界转速，否则将使转子产生剧烈振动而可能带来严重后果。3、影响转子临界转速的因素（1）陀螺力矩对转子临界转速的影响 陀螺力矩对转子临界转速的影响是：正进动时，它提高了临界转速；反进动时，它降低了临界转速。（2）弹性支承对转子临界转速的影响 弹性支承可使转子的进动角速度或临界转速降低；减小支承刚度可以使临界角速度显著降低。另外，转子在油膜刚度、基础刚度等改变时，其临界转速数值也要有一定的变化。二、旋转机械振动标准振动标准从使用者的角度分为两类，即运行管理标准和制造厂出厂标准。从故障诊断的角度还可以将振动
11、标准划分为绝对标准和相对标准两种。绝对标准是指判断设备状态的振动绝对数值；相对标准是指设备自身振动值变化率的允许值。振动烈度就是振动速度的有效值。用振动烈度来评定机械振动水平时，与机械的旋转速度无关，因为振动烈度与转速已有一定的关系，因此振动烈度能反映出振动的能量，这种标准比较合理。电动机和泵的振动标准是以振动烈度表示的，其余特定机种的振动标准，大多数以轴承、转轴振动位移双幅值表示。用振动位移值来评定机械振动水平时，是按照转速的高低来规定允许的振幅大小。转速低、允许振幅大；转速高，允许的振幅小。这是因为当同样振幅时，对于高速旋转机械将会带来较大的危害。三、振动测量速度型传感器主要是磁电式速度计
12、。这是种接触式传感器用于测量轴承座、壳体等振动。速度传感器主要用于测量低频振动。加速度型传感器也是接触式传感器，主要用来测量轴承振动。加速度传感器不仅能测低频振动，也能测中、高频振动。通过电子同回路积分，也能测振动速度和振动位移，所以应用广泛。一般来说，接触式传感器中，速度型传感器适用于测量不平衡、不对中、松动接触等引起的低频振动，用它测量振动位移，可以得到稳定的数据；加速度传感器适用于测量齿轮、轴承故障等引起的中、高频振动信号，但用它测量振动位移，往往不太稳定。因此，加速度传感器测量仪一般只用于测振动速度。第二节 旋转零部件的平衡常用机械中包含着大量的作旋转运动的零部件。作旋转运动的零部件，
13、可以统称为回转体。不平衡的形式：静不平衡、准静不平衡、偶不平衡、动不平衡平衡的方法：对旋转零件或部件作消除不平衡的工作，叫做平衡。回转体的轴线与中心主惯性轴线必须相重合，使得围绕其轴线旋转的物体的离心力尽可能地小，为此必须做到两点：其一，借助质量校正，使中心惯性线与轴线重合，或处在某些特殊情况下；其二，直接在中心主惯线轴线的位置上构成轴线，这种情况下，在加工支承轴颈以前，必须先测出中心主惯性轴线的位置，并用中心钻将此位置固定下来，这种办法称为定中心平衡（质量中心）。平衡分为静平衡和动平衡两种。静平衡是使回转轴线通过回转体的重心，消除由于质量偏心引起的离心力；而动平衡除了要求达到力的平衡外，还要
14、求校正由于力偶的作用而使主惯性轴绕回转轴线产生的倾斜。对于柔性回转体，必须要进行动平衡。校正方法：不论是刚性回转体，还是柔性回转体，不论是静平衡，还是动平衡，校正方法均可划分为加重、去重或调整校正质量三类方法。1、加重就是在已知该校正面上折算的不平衡量U的大小及方向后，有意在U的负方向上给回传体附加上一部分质量m，并使质量m到旋转轴线的距离r与质量m的乘积。加重可采用补焊、喷镀、胶接、铆接和螺纹联接等多种工艺方法加配质量。2、去重就是在已知该校正面上折算的不平衡量U的大小及方向后，有意在U的的正方向上从回转体上去除一部分质量M。去重可采用钻、磨、铣、錾及激光打孔等多种工艺方法去除质量。3、不论是哪一种校正方法，要求加上、或去掉、或进行高速的不平衡量的大小和方向应该准确。检查静不平衡的设备有要有静平衡架、平衡心轴和静平衡试验机。其中平行导轨式静平衡架应用最广。导轨截面有刃口形、圆形、菱形等多种形式。刚性回转的动平衡。动平衡的方法有两种：平衡机法和现场平衡法。1、平衡机法 平衡机法的优点是可以高效地、精确地平衡转子；租用于平衡失衡较大的、不能在运行转速下平衡的回转体、不能在现场校正的回转体、不能在现场进行无损检测的回转体、以及大修中由于其他原因已经吊出机器的转子。2、现场平衡法 在现场平衡中，需要直接测出转子的振动情况作为平衡操作的原始依据。
