阿贝原则【“阿贝原则”的启示】

　　今天来的早了些，早9点钟上课，8点钟就到技师学院的教室里了。由于来得早，教室里很静。卸掉耳孔中的Mp4耳塞，想到了在上节技师培训课上，老师拿出一只圈尺，那是多年前在老师求学的时候，一位外国老师送给他留做纪念的，特别之处就是在尺子的测量端的卡测件与尺条是留有一定余量的活动链接，目的就是在拉直测量或垂直测量过程中通过测量端的余量抵消测量误差，而在之前的精度不是很高的圈尺中测量端与尺条是固铆在一起的，这是不符合阿贝原则的。这是节讲测量的课，在讲到游标卡尺的时候，由于尺子的设计并不符合阿贝原则。所以一般的尺子精度定在0.02mm，要求在测量的时候不能用太大的力推尺套，如果这样会造成测量误差。
　　老师不提起这一段，干了这么长时间的汽车维修工作，学习过的书本里也不多见到这一类关于测量的原则，没有什么其它的想法。只是感觉知道的稍晚了一点。但也算及时。由它联想到我们的实际工作中，如果没有正确地了解工具设备的性能和使用技术要求，自我感觉再好的技能水平也不过平平而已。就如同电影中一位武者，不懂他的兵器一样，很难成为真正的高手。
　　在进行长度测量时需要计量器具的测量头或量臂移动，如游标卡尺、千分尺，其活动部件移动方向的正确性通常靠导轨保证。导轨的制造与安装误差(如直线度误差及配合处的间隙)会造成移动方向的偏斜。为了减小这种方向偏斜对测量结果的影响，1890年德国人艾恩斯特・阿贝(Ernst Abbe)提出了指导性原则：在长度测量中，应将标准长度量(标准线)安放在被测长度量(被测线)的延长线上，这就是阿贝原理。也就是说，量具或仪器的标准量系统和被测尺寸应成串联形式。若为并联排列，则该计量器具的设计，或者说其测量方法原理不符合阿贝原则。游标卡尺便是这样，会因此产生较大的误差，可称阿贝误差。千分尺的结构，若忽略读数装置的直径，也符合阿贝测长原则。
　　
　　一、长度测量的几项基本原则
　　
　　1　最小变形原则
　　长度测量中引起被测件和测量器具的变形，主要是由于热变形和弹性变形(接触变形和自重引起的变形)。这些变形使被测件、测量器具尺寸发生变化，而影响测量结果的准确可靠。为此，在测量过程中，应尽量做到使各种原因引起的变形为最小，这就是测量的最小变形原则。
　　热变形热胀冷缩，这是自然现象，正是这一特性，往往导致测量结果的严重失准。对高精度零件、大尺寸零件进行检测时，温度的影响是不可忽视的因素。
　　(1)热变形引起的测量误差
　　
　　热变形产生的测量误差主要是由于被测件与量具(仪)之间的温度差造成的。如果在测量前把被测件与量具(仪)放置在实验室中进行等温(等温的时间长短与温差大小、物体质量、散热面积、周围介质等因素有关)，然后再进行测试。但尽首进行等温，大型零件表面和内部温度也不一定相等，即使在恒温室中，温度场分布也不一定均匀，对温度测量也有一定误差，测量环境温度由于人体、照明热源等也会波动。因此，可以说，等温后，热变形引起的测量误差会变得很小，在一定精度的测量时，可以忽略不计。
　　(2)弹性变形
　　测量过程中，由于测量力、接触形式、被测件的自重等原因将使测量器具或被测件产生弹性变形。造成测量误差。
　　(3)弹性变形引起的测量误差
　　a　支撑变形
　　当被测件水平放置时，其弯曲变形量的大小和变形状态与支撑方式和支点的位置有密切的关系，对细长被测件而言，自重的影响更为显著。
　　b　接触变形
　　不正确地选择测量力的大小、接触体的材料及接触方式将会引起较大的表面接触变形。
　　(4)测量力引起的接触变形
　　接触测量时，测量仪器必须有足够的测量力，以保证测头与被测件可靠地接触。但测量力的存在将在接触位置产生压陷变形而造成测量误差。
　　常见的接触方式分为点接触、线接触和面接触。从变形与接触面的关系讲，接触面积越小、压强越大，变形也越大。显然在相同的测量力的情况下点接触变形最大。面接触变形最小。
　　接触方式在一般的测量要求中都有规定。如量块测量是用球测头对平面；外径千分尺测直径是平面测头对圆柱面；内径千分表测内径是球测头对圆柱面等。在测量过程中一般都应遵循上述原则。
　　
　　2　阿贝原则
　　阿贝原则是德国的E.阿贝于19世纪60年代提出的关于测量工具的设计原则。他认为，在长度测量中，被测长度应位于线纹尺刻度中心线的延长线上。按此原则设计的测量工具，由导轨直线度误差引起的测量误差是二阶误差，一般可以忽略不计，这样就可以获得精确的测量结果。阿贝原则又称布线原则、串联原则，是长度测量中一个重要的原则。
　　符合阿贝原则所产生的误差是二次误差，当表尺与被称为测件测量中心线的夹角很小时，此误差可忽略不计。不符合阿贝原则所产生的误差是一次误差，标准尺与被测件的距离越大，误差越大，它是一种不可忽视的误差。
　　
　　3　封闭原则
　　封闭原则又称闭合原则，它是角度测量的基本原则。
　　圆周被分割成若干等分，每等分实际上都不会是理想的等分值，都存在误差，但圆周分度首尾相接的间距误差的总和为0(即0度和360度总是重合的)。因此，在测量中，如能满足封闭条件，则其误差的总和必然为零，在没有更高精度的圆分度标准器的情况下，采用“自检法”可以实现高精度测量的目的。如在圆周分度器件(圆刻度盘、圆柱齿轮)的测量，方形类器件(方箱、方形角尺)的测量，都可以利用封闭原则进行“自检”。封闭原则和阿贝原则一样都是长度测量中基本重要原则之一，凡能形成圆周封闭条件的场合均可适用。
　　
　　4　最短测量链原则
　　为保证一定的测量准确度，测量链的环节应该最少，即测量链最短。可使总的测量误差控制在最小的程度，这就是最短测量链原则。
　　
　　5　基面统一原则
　　测量基面的选择必须遵守基面统一的原则，即测量基面应和设计基面、工艺基面、装配基面相一致。
　　
　　二、基础测量工具介绍及应用
　　
　　源由几位学员对专用游标卡尺使用方法的疑惑，所以结合自身学习在讲如何使用的同时，也收集了一些测量知识用以复习和分享。
　　大学毕业好几年了，在学校毕业实操考试中也进行了机件测量与公差配合方面的应试，算是勉强过了吧，可是在单位实际工作了这么些年头了，有相当部分维修技师仍局限于在学校学的量具使用那点知识。有数据统计分析结果显示在学校学习到的知识只占社会实践中10％，而且我们目前所具备的全部知识含量以每年15％的速度遭到淘汰。就本行业来讲，原因就是一时的自我蒙蔽思想的作祟：“现在修车谁还使用量具啊?都是原厂标准件，装上就行了。”这样想就大错特错了。通上面的点滴知识点，希望能够引起行业内从业人员。尤其是学员的重视。 　　在这里特别介绍一款德国Hazet工具。在实际维修工作中使用比较适用于测量制动盘磨损的游标卡尺，如图1所示。
　　这是一款用来测量制动盘磨损量的游标卡尺，也可以进行外缘带有凸台的部件检测，与普通的游标卡尺不同设计是游标与测量尺套是分开的，并通过一段滑杆相连接，而在测量爪端有凸起测量头。测量尺套与游标之间留有活动尺规间隙，作用是在测量部件定准后，锁定标尺后，可以拉回测量尺套，从带有凸台的部件上便于测量爪脱离，而在取下卡尺后，读取测量数值。这样就减少了测量空间对读取数值时的限制，便于就车测量部件，从而保证了人的视线与读取数据值所保持的正确位置。
　　对于制动盘磨损的检测，游标卡尺精确度不是很高，但与使用外径千分尺测量比较，使用起来更为方便适用。
　　
　　1　普通游标卡尺的基本结构
　　游标卡尺是工业上常用的测量长度的仪器，它由尺身及能在尺身上滑动的游标组成，若从背面看，游标是一个整体。游标与尺身之间有一弹簧片(图3中未能画出)。利用弹簧片的弹力使游标与尺身靠紧。游标上部有一紧固螺钉，可将游标固定在尺身上的任意位置。尺身和游标都有量爪。利用内测量爪可以测量槽的宽度和管的内径。利用外测量爪可以测量零件的厚度和管的外径。深度尺与游标尺连在一起，可以测槽和筒的深度。
　　尺身和游标尺上面都有刻度。以准确到0.1mm的游标卡尺为例，尺身上的最小分度是1mm，游标尺上有10个小的等分刻度，总长9mm，每一分度为0.9mm，比主尺上的最小分度相差0.1mm。量爪并拢时尺身和游标的零刻度线对齐，它们的第一条刻度线相差0.1mm，第二条刻度线相差0.2mm，……，第10条刻度线相差1cm，即游标的第10条刻度线恰好与主尺的9mm刻度线对齐。
　　当量爪问所量物体的线度为0.1mm时，游标尺向右应移动0.1mm。这时它的第一条刻度线恰好与尺身的1mm刻度线对齐。同样当游标的第五条刻度线跟尺身的5mm刻度线对齐时，说明两量爪之间有0.5mm的宽度，依此类推。
　　在测量大于1mm的长度时，整的mm数要从游标“0”线与尺身相对的刻度线读出。
　　
　　2　游标卡尺的使用
　　用软布将量爪擦干净，使其并拢，查看游标和主尺身的零刻度线是否对齐。如果对齐就可以进行测量，如没有对齐则要记取零误差：游标的零刻度线在尺身零刻度线右侧的叫正零误差，在尺身零刻度线左侧的叫负零误差(这种规定方法与数轴的规定一致，原点以右为正，原点以左为负)。
　　测量时，右手拿住尺身，大拇指移动游标，左手拿待测外径(或内径)的物体，使待测物位于外测量爪之间，当与量爪紧紧相贴时，即可读数。
　　
　　3　游标卡尺的读数
　　读数时首先以游标零刻度线为准在尺身上读取mm整数，即以mm为单位的整数部分。然后看游标上第几条刻度线与尺身的刻度线对齐，如第6条刻度线与尺身刻度线对齐，则小数部分即为0.6mm(若没有正好对齐的线，则取最接近对齐的线进行读数)。如有零误差。则一律用上述结果减去零误差(零误差为负，相当于加上相同大小的零误差)，读数结果为：
　　L=整数部分+小数部分－零误差
　　判断游标上哪条刻度线与尺身刻度线对准，可用下述方法：选定相邻的三条线，如左侧的线在尺身对应线之右，右侧的线在尺身对应线之左，中间那条线便可以认为是对准了。
　　如果需测量几次取平均值，不需每次都减去零误差，只要从最后结果减去零误差即可。
　　
　　4　游标卡尺的使用注意事项
　　游标卡尺使用完毕，用棉纱擦拭干净。长期不用时应将它擦上防护油，两量爪合拢并拧紧紧固螺钉，放入卡尺盒内盖好。
　　(1)游标卡尺是比较精密的测量工具，要轻拿轻放，不得碰撞或跌落地下。使用时不要用来测量粗糙的物体，以免损坏量爪，不用时应置于干燥地方防止锈蚀。
　　(2)测量时。应先拧松紧固螺钉，移动游标不能用力过猛。两量爪与待测物的接触不宜过紧。不能使被夹紧的物体在量爪内挪动。
　　(3)读数时，视线应与尺面垂直。如需固定读数，可用紧固螺钉将游标固定在尺身上，防止滑动。
　　(4)实际测量时，对同一长度应多测几次，取其平均值来消除偶然误差。
　　
　　三、测量在车辆维修思路中的策略
　　
　　下面的两侧案例虽然与本文中的主要专用工具好似关联不大，但作为一则启示，这其中必有测量思路的成分，并且觉得这两则案例具有可借鉴意义。
　　
　　案例1
　　曾在维修一台德国MAND2866柴油发动机，这是一辆刚使用了不到10万km的发动机，如果在正常保养维护和正确使用条件下，这台发动机的使用寿命应在100万～150万km。由于经过施工路面时行驶路况恶劣导致发动机机油底托伤，致使发动机润滑油外漏没能及时发现，行驶中曲轴轴承与曲轴间缺油烧结抱死的故障。很常见的一例故障，正常拆检后发现只有中间的主轴承损伤较重，其它主轴径没有损坏迹象。决定采用修理工艺进行主轴径的磨修，按当时的国内装配修理工艺，柴油发动机的主轴承间隙多是留在0.08～0.12mm之间(因为本车要进行主轴修理)，这里正好有几乎没有磨损的主轴承及主轴径，找到量具后一测量，原装间隙都在0.03～0.05mm之间，柴油发动机的主轴径间隙这么小?在当时都连经常镗缸磨轴的专业人员都不敢给下定这样的数据的。为了保证维修质量，只对中间轴加大0.50级磨修，间隙取0.03～0.05mm，而没有采用磨修人员提议的0.08mm以上的修理标准。发动机装复后，试车和正常使用中未出现故障现象。后来仔细一想，还是部件使用的材料热膨胀性能优越的原故，才使得整机的综合使用寿命得以提升。假如这次没有进行测量，还按每0.01mm使用寿命10万km计算，原始不变的维修思路将导致最少30～40万km发动机使用寿命损失。
　　通过上述案例，给维修技师的提示是在车辆诊断维修过程中及时和准确地对车辆数据的拾取和积累的重要性。
　　
　　案例2
　　在维修一例Passat 1.8T不着车的故障，修这台车的时候，有一点不同，当时车主要求进行全过程的车辆故障诊断和排除跟随，要看个究竟是什么故障原因?
　　当时接手这台故障车后，没有马上进行故障诊断，先做了一个故障诊断策略，即诊断车辆故障的流程要准确无误，这是针对车；再有就是诊断每进一步之前都要对车主讲明诊断的过程和主要数据标准值后，再进行实测，让车主参与分析故障数据的实测分析，用以增加车辆维修的可信度。
　　1　首先用专用检测仪检测发动机控制单元，无故障记录。
　　2　进行燃油系统检测，连接汽油压力表，启动发动机无着车迹象，燃油压力显示为零，同时在燃油箱附近，没有听到燃油泵工作的声响。
　　3　检查燃油泵控制电路系统。电路工作正常，用万用表测量油泵供电端子电压12.6V，用与油泵功率相近的试灯测试并确定无线路压降损失。
　　4　确定更换燃油泵，更换后车辆顺利起动。
　　注：向车主特别说明故障到此还没有彻底排除，还需要时行燃油系统的燃油压力检测，打开点火开关或怠速时应为200～250kPa，加速2000r／min时为300～350kPa，断开燃油压力调节器时为大干500kPa。
　　5　进行燃油压力检测，发现怠速时燃油压力就达到560kPa，断开燃油压力调节器的真空管，无明显变化(已达到燃油泵最高调定压力)。征得车主同意，更换燃油压力调节器后，再次测量恢复正常压力。
　　6　随后向车主说明燃油压力过高，会缩短燃油泵的使用寿命，同时会造成燃油消耗的增加，同时排放性能也有明显恶化。
　　该车主在车辆维修竣工后，对此次车辆维修服务非常满意。并翘出了标志性的大拇指。
　　引用这个故障诊断案例想说明一点：测量工具的熟练使用及对其性能的精确掌握，结合严密的维修诊断思路，是现代汽车维修技师必不可少的技能提升需要，因为“工欲著其事，必先利其器”!