Средства измерения линейных размеров. Проверка микрометра. Контроль размеров цилиндрических деталей

Размещено на http://www.allbest.ru/

Лабораторная работа № 1

ВЫБОР МЕТОДОВ И СРЕДСТВ ИЗМЕРЕНИЙ ЛИНЕЙНЫХ РАЗМЕРОВ

Цель работы:

- учебная - получить навыки работы с нормативными документами для выбора методов и средств измерений линейных размеров;

- практическая - выбрать для измерения линейных размеров детали, выданной руководителем в соответствии с номером подгруппы, соответствующие универсальные измерительные средства и указать их метрологические характеристики.

1. Общие сведения

В отраслях машиностроения и приборостроения, а также при ремонте до 70...80% всех видов измерений составляют линейные измерения. Любой линейный размер может быть измерен различными измерительными средствами, обеспечивающими разную точность измерения. В каждом конкретном случае точность измерения зависит от принципа действия, конструкции и точности изготовления измерительного прибора, а также от условий его настройки и применения.

Требуемая точность измерения может быть получена только при правильном выборе средств, условий и методики измерения, качественной подготовке их к работе и правильному их использованию.

Выбор средств измерения осуществляют с учетом метрологических и экономических факторов. При выполнении производственных измерений в первую очередь учитывают следующие метрологические характеристики приборов: пределы измерений, измерительное усилие, диапазон показаний шкалы, цену деления, чувствительность, погрешность измерения. При этом следует помнить, что показателем точности приборов, измеряющих линейные размеры, является предельная абсолютная погрешность измерения, которая выражается в микрометрах. К экономическим показателям относятся: стоимость и надежность измерительных средств; метод измерения; время, затрачиваемое на установку, настройку и сам процесс измерения; а также необходимая квалификация контролера и оператора.

Выбор средств измерения зависит от характера и массовости производства (годовой программы выпуска).

Например, в массовом производстве с отработанным технологическим процессом, включая контрольные операции, используют высокопроизводительные механизированные и автоматизированные средства измерения и контроля. Универсальные измерительные средства применяются преимущественно для наладки оборудования.

В серийном производстве основными средствами контроля должны быть жесткие предельные калибры, шаблоны, специальные контрольные приспособления. Возможно применение универсальных средств измерения.

В мелкосерийном и индивидуальном производствах основными являются универсальные средства измерения, поскольку другие организационно и экономически применять невыгодно: неэффективно будут использоваться специальные контрольные приспособления или потребуется большое количество калибров различных типов размеров.

При выборе и назначении средств измерения необходимо одновременно стремиться к более жесткому ограничению действительных размеров предельными размерами, предписанными стандартами, и к возможно большему расширению производственных допусков, остающихся за вычетом погрешности измерения.

В практике метрологического обеспечения производства существует правило "средство измерения должно быть оптимальным", т.е. одинаково нецелесообразно назначать излишне точный прибор и прибор с малой точностью. В первом случае это обусловлено экономическими потерями, вызванными использованием более дорогих, как правило, СИ, требующих более дорогих методик и средств их поверки (калибровки). Во втором случае потери будут создаваться более высоким уровнем брака.

Правильность выбора измерительного средства определяется отношением величины погрешности измерения, к величине допуска на обработку в процентах, поскольку действительный размер - это размер, установленный измерением с допустимой погрешностью.

Выбор измерительных средств с учетом допускаемых погрешностей измерений до 500 мм регламентирует ГОСТ 8.051-81. Допускаемые значения случайной погрешности измерения приняты при доверительной вероятности 0,954 (±2у, где у - среднее квадратическое отклонение погрешности измерения), исходя из предположения, что закон распределения погрешностей - нормальный. Случайная составляющая может быть уменьшена за счет многократности наблюдений, при которых она уменьшается в раз, где n - число наблюдений.

Значения предельных погрешностей измерений выбираемых средств измерений (СИ) приведены в РД 50-98-86. Для оценки пригодности выбираемого средства измерения сопоставляют величину наибольшей предельной погрешности измерения СИ со случайной составляющей погрешности измерения. Если наибольшая предельная погрешность измерения выбранного средства измерения не превышает случайной составляющей погрешности измерения при оценке годности данного размера, то данное средство можно применить для заданного измерения.

Нормальные условия измерений

Реальные условия выполнения линейных измерений, как правило, не совпадают с нормальными условиями, которые должны обеспечиваться с целью исключения дополнительных погрешностей.

Нормальные условия выполнения линейных измерений регламентирует ГОСТ 8.050-73: температура окружающей среды 20°С; атмосферное давление 101324,72Па ( 760 мм рт.ст. ); относительная влажность воздуха 58% и др., по которым приводятся допускаемые от них отклонения.

2. Методика выбора средств измерения

Приближенная

Данная методика широко применяется при ориентировочном выборе средств измерения, при проведении метрологического контроля и экспертизы нормативно-технической и конструкторской и технологической документации.

Определяется допуск размера детали.

Допуск размера детали (Тдет) выбирается в зависимости от заданного квалитета точности по ГОСТ 25347-81 и ГОСТ 25346-81.

Рассчитывается допускаемая погрешность измерения: Допускаемая погрешность измерения принимается 25% от величины допуска на размер, то есть уизм = 0,25 * Тдет

Рассчитывается случайная составляющая допускаемой погрешности измерения.

Допускаемая погрешность измерения в целом является комплексной погрешностью и включает погрешность измерительных средств, погрешность метода измерений и ряд других погрешностей, зависящих от температуры, базирования, измерительного усилия и пр. Наилучшее соотношение между погрешностью самого средства измерения уси и остальными погрешностями удоп будет при уси?удоп.

Допускаемые погрешности измерения уизм определяют случайные и неучтенные систематические составляющие погрешности измерения. При этом случайная составляющая погрешности измерения уси должна быть на 25...30% ниже, чем уизм (т.е. уси = 0,7 уизм). В этом случае оптимальное значение коэффициента

К = уси / уизм = 0,7

при уизм = .

Обычно выбирают К = 0,6...0,8 .

Случайную составляющую можно выявить практически при всех видах измерений. Однако эту часть погрешности иногда принимают за всю предельную погрешность измерения. Ограничивать неучтенную систематическую погрешность измерения не представляется возможным, поскольку для ее непосредственного определения необходимо иметь рабочие эталоны, что особенно при точных измерениях практически сделать невозможно.

По справочным таблицам выбирается средство измерения в зависимости от детали (вал или отверстие).

Выбор измерительного средства заключается в том, чтобы наибольшая предельная погрешность ± , являющаяся нормированным метрологическим показателем данного измерительного средства, не превышала случайной составляющей допускаемой погрешности измерения, т.е. при этом должно выполняться условие: ± ? (0,6 … 0,8) уизм.

В метрологическую карту (прил.1) заносятся метрологические
характеристики выбранного средства измерения.

Расчетная

Данная методика применяется при выборе средств измерения для единичного и мелкосерийного производства, для экспериментальных исследований, для измерения выборки при статистическом методе контроля, для повторной перепроверки деталей, забракованных контрольными автоматами.

Определяется допуск размера детали.

Допуск размера детали (Тдет) выбирается в зависимости от заданного квалитета точности по ГОСТ 25347-81 и ГОСТ 25346-81.

Определяется расчетная допускаемая погрешность измерения.
При расчете по данной методике необходимо пользоваться таблицей процентного соотношения допускаемой погрешности измерения и допусков деталей для различных квалитетов точности (табл. 1).

Процентное соотношение допускаемой погрешности измерения в зависимости от точности объекта измерения

Табл. 1

Квалитет точности объекта измерения по ГОСТ 25347-81	Предельная погрешность измерения, % от допуска
Валы 5-го квалитета	35
Отверстия и валы 6-го и 7-го квалитетов Отверстия 5-го квалитета	30
Отверстия 8-го и 9-го квалитетов Валы 8-го квалитета	25
Отверстия 10-16-го квалитетов Валы 9-16-го квалитетов	20

В соответствии с табл.1, определяют расчетную допускаемую погрешность измерения из выражения

100% ? табличной величины.

Рассчитывается случайная составляющая допускаемой погрешности измерения (аналогично п. 2.1.3.)

По справочным таблицам выбирается средство измерения в зависимости от детали (вал или отверстие) при условии

± ? (0,6 … 0,8) уизм .расч..

В метрологическую карту (прил.1) заносятся метрологические характеристики выбранного средства измерения.

Табличная

Табличная методика рекомендуется для выбора средств измерения при серийном, крупносерийном и массовом производстве, если предусмотрены измерения, а не контроль с применением калибров.

Определяется допуск размера детали.

Допуск размера детали (ТДЕТ) выбирается в зависимости от заданного квалитета точности по ГОСТ 25347-81 и ГОСТ 25346-81.

Определяется допускаемая погрешность измерения.

В основе табличной методики лежит ГОСТ 8.051-81 "Погрешности, допускаемые при измерении линейных размеров до 500 мм". Данный стандарт устанавливает значения допускаемых погрешностей измерения уизм в зависимости от допуска IT и 13 основных интервалов номинальных размеров для 2... 17-го квалитетов, которые приведены в данных методических указаниях в прил.2. Значение уизм определяют для любых значений допуска. При допусках, не соответствующих значениям, указанным в прил.2., допускаемая погрешность выбирается по ближайшему меньшему значению допуска для соответствующего размера.

Рассчитывается случайная составляющая допускаемая погрешность измерения (аналогично п. 2.1.3.)

По справочным таблицам выбирается средство измерения в зависимости от детали (вал или отверстие) при условии

± ? (0,6 … 0,8) уизм.

В метрологическую карту (прил.1) заносятся метрологические характеристики выбранного средства измерения.

Следует помнить, что наименования средств измерений выбираются из специальных таблиц предельных погрешностей измерений РД 50-98-86. Метрологические характеристики некоторых широко распространенных средств измерений приводятся в прил.З данных методических указаний.

3. Выбор метода измерений

Выбранное средство измерений линейных размеров, его конструкция определяют метод измерений.

Метод измерений представляет собой прием или совокупность приемов применения средств измерений и характеризуется совокупностью тех физических явлений, на которых основаны измерения.

По способу получения и характеру результатов измерения разделяют соответственно на прямые, косвенные, абсолютные и относительные. Данные виды измерений линейных размеров представлены в табл.2.

Табл.2

Виды измерений линейных величин

Измерение	Определение	Примеры измерения
Прямое	Измерение, при котором искомое значение величины находят непосредственно из опытных данных	Измерение глубины линейкой глубиномера штангенциркуля; диаметра вала - микрометром
Косвенное	Измерение, при котором искомое значение величины находят на основании известной зависимости между этой величиной и величинами, подверженными прямым измерениям	Измерение среднего диаметра методом трех проволочек, устанавливаемых во впадины резьбы
Абсолютное	Измерение, основанное на прямых измерениях одной или нескольких основных величин и (или) использовании значений физических констант	Измерение линейных размеров штангенциркулем, микрометром, глубиномером, на инструментальном микроскопе и т.д.
Относительное	Измерение отношения величины к одноименной величине, играющей роль единицы, или измерение величины по отношению к одноименной величине, принимаемой за исходную	Измерение диаметра отверстия индикаторным нутромером, настроенным по концевым мерам; диаметра вала - рычажной скобой

В производственных условиях наиболее широко применяются методы прямых измерений: метод непосредственной оценки и метод сравнения с мерой.

При методе непосредственной оценки значение измеряемой величины получают непосредственно по отсчетному устройству средства измерений, например штангенциркуля, микрометра и т.д. Кроме того, этот метод по характеру результата измерений является абсолютным, так как весь измеряемый параметр фиксируется непосредственно средством измерения.

Метод прост, не требует особых действий оператора и дополнительных вычислений. Особое внимание при измерениях этим методом уделяется используемым средствам измерений, так как они служат основными источниками погрешности измерений. Это обусловливает необходимость тщательного выбора средств измерений, обеспечивающих высокую точность.

При методе сравнения с мерой измеряемую величину сравнивают с величиной, воспроизводимой мерой. В литературе этот метод называется также относительным, так как средство измерения фиксирует лишь отклонение параметра от установочного значения.

Метод используют при проведении более точных измерений. Погрешность метода характеризуется в основном погрешностью используемой высокоточной меры.

Мера - средство измерений, предназначенное для воспроизведения физической величины заданного размера. Примерами используемых мер являются плоскопараллельные концевые меры и штриховые меры.

Метод сравнения с мерой при линейных измерениях реализуется в следующих разновидностях, среди которых различают:

дифференциальный метод;

метод совпадений.

Дифференциальный (нулевой) метод измерений - метод сравнения с мерой, в котором на измерительный прибор воздействует разность измеряемой величины и известной величины, воспроизводимой мерой. Так, диаметр отверстия измеряют индикаторным нутромером, предварительно настроенным на размер с помощью концевых мер длины. Наружные размеры измеряют рычажными и индикаторными скобами. Рычажные скобы имеют большую жесткость по сравнению с индикаторными и как следствие меньшую предельную погрешность измерения.

Метод совпадений - метод сравнения с мерой, в котором значение измеряемой величины оценивают, используя совпадение ее с величиной, воспроизводимой мерой (т. е. с фиксированной отметкой на шкале физической величины). К примеру, при измерении длины штангенциркулем, наблюдают совпадение отметок на шкалах штангенциркуля и нониуса.

Если рассмотренные методы прямых измерений не позволяют решить измерительную задачу, прибегают к косвенным измерениям, что значительно расширяет диапазон измеряемых величин и возможности измерений.

4. Порядок выполнения работы

Освоить табличную методику выбора универсальных измерительных средств, которая рекомендуется для серийного, крупносерийного и массового производства.

По чертежу детали (см. рис.1) определить заданные контролируемые размеры согласно своего варианта (табл.3).

Рис.1.

Табл.3.

Номер	Контролируемые параметры детали
образцов	А1	А2	А3	А4	А5	А6	А7
1	130±	40a11	30±	50±	18,5H9	32h12	34h8
2	130±	39,5h9	30±	50±	18,5D10	32h12	34h8
3	140±	42h9	35±	45±	20,5D10	34h12	36h8
4	140±	42h9	35±	45±	20,5D10	34h12	36h8
5	150±	43,5h9	40±	40±	22,5D10	36h12	38u8
6	150±	43,5h9	40±	40,5±	20,5Js10	36js10	38u8
7	160±	46u8	45±	35±	24,5Js10	38h12	40h8
8	160±	46u8	45±	35±	24,5Js10	38h12	40h8
9	170±	46u8	50±	30±	26,5D10	40h12	42u8

Заданные контролируемые размеры представлены в следующем виде:

130± ; 40a11; 20,5D10, где:

130, 40 и 20,5 - номинальный (теоретический) размер данного параметра детали,

IT, a и D - характеристика вида параметра детали (линейный размер, внутренний или внешний диаметры соответственно),

15, 11 и 10 - квалитет - характеристика класса точности изготовления данного размера.

3. Определить номинальный размер, квалитет, предельные отклонения элемента детали, используя ГОСТ 25347-81, ГОСТ 25346- 81.

Для чего:

= в соответствии с буквенной частью условного обозначения допустимых предельных отклонений (IT, a, h или D, H) определить ГОСТ, из которого следует выбирать численные значения предельных отклонений:

- IT - линейные размеры - ГОСТ 8.051-81

- a, h - внешние диаметры - ГОСТ 25347-81

- D, H - внутренние диаметры - ГОСТ 25346- 81.

= по номеру квалитета в соответствующем ГОСТе выбрать таблицу для определения предельных отклонений,

= по условному обозначению предельных отклонений (±, a11 и D10) и номинальному размеру (130, 40 и 20,5) из таблицы выбрать численные значения допустимых предельных отклонений на изготовление заданного размера (максимальное - верхнее число и минимальное - нижнее, в мкм).

4. Рассчитать предельно допустимую погрешность средства измерения.

Для чего:

= определить допуск на изготовление заданного размера Т, который равен

Т = ДHmax - ДHmin

с учетом знаков.

= рассчитать предельную погрешность измерения данного параметра

уизм = (0,2 - 0,3) * Т.

Величину коэффициента выбирают в зависимости от важности объекта, в который входит данная деталь. Чем ответственнее объект, тем меньше численное значение коэффициента.

= рассчитать значение предельно-допустимой погрешности СИ, которое может быть использовано для контроля качества изготовления заданного размера детали ? (0,6 … 0,8) уизм.

Величину коэффициента выбирают в зависимости от квалификации человека, который будет использовать СИ. Чем выше квалификация, тем большую погрешность может иметь СИ.

5. Выбрать средства измерения для контроля параметров детали (штангенциркуль, микрометр, рычажная скоба, индикаторный нутромер) и указать их метрологические характеристики (предел измерения, цену деления и предельную погрешность СИ).

Средство измерения выбирается исходя из анализа его метрологических характеристик, указанных в паспорте (технической документации, справочнике) и сравнения их с размером измеряемого параметра и предельно-допустимой погрешностью, определенной в п.4., причем:

- измеряемый (номинальный) размер должен входить в предел измерения выбираемого СИ (0,7-0,8 от предела измерений),

- предельная погрешность выбираемого СИ должна быть меньше предельно допустимой погрешности, определенной в п.4.

В работе метрологические характеристики СИ линейных размеров приведены в таблице Приложения 3. Для входа в таблицу сначала определяется интервал размеров, в который входит измеряемый. Затем по этому столбцу опускаются до строки, в которой указана предельная погрешность СИ, способного измерять данный параметр, меньшая, чем допустимая. После этого в данной строке таблицы определяют вид СИ и его метрологические характеристики, которые заносят в метрологическую карту (характеристика объекта измерения; метрологические характеристики выбранных СИ), (прил.1).

6. Сделать соответствующие выводы по выбранным средствам измерения.

Приложение 1

Метрологическая карта

Контролируемые параметры детали	А1	А2	А3	А4	А5	А6	А7
Характеристика объекта измерения
Тип элемента детали
Условное обозначение
Обозначение на чертеже
Номинальный размер
Квалитет
Допуск, мкм
Допустимая погрешность измерения, мкм
Предельная допустимая погрешность средства измерения
Метрологические характеристики СИ
Вид СИ
Интервал измеряемых размеров, мм
Предельная погрешность СИ, мкм
Предел измерения, мм
Цена деления шкалы, мкм
Метод измерения

Интервалы	Для квалитетов
номинальных	2-го	3-го	4-го	5-го	6-го	7-го	8-го
размеров, мкм	IT	у	IT	у	IT	у	IT	у	IT	у	IT	у	IT	у
До 3	1,2	0,4	2,0	0,8	3,0	1,0	4,0	1,4	6,0	1,8	10	3,0	14	3,0
Св. 3 до 6	1,5	0,6	2,5	1,0	4,0	1,4	5,0	1,6	8,0	2,0	12	3,0	18	4,0
Св. 6 до 10	1,5	0,6	2,5	1,0	4,0	1,4	6,0	2,0	9,0	2,0	15	4,0	22	5,0
Св. 10 до 18	2,0	0,8	3,0	1,2	5,0	1,6	8,0	2,8	11	3,0	18	5,0	27	7,0
Св. 18 до 30	2,5	1,0	4,0	1,4	6,0	2,0	9,0	3,0	13	4,0	21	6,0	33	8,0
Св. 30 до 50	2,5	1,0	4,0	1,4	7,0	2,4	11	4,0	16	5,0	25	7,0	39	10,0
Св. 50 до 80	3,0	1,2	5,0	1,8	8,0	2,8	13	4,0	19	5,0	30	9,0	46	12,0
Св. 80 до 120	4,0	1,6	6,0	2,0	10	3,3	15	5,0	22	6,0	35	10,0	54	12,0
Св. 120 до 180	5,0	2,0	8,0	2,8	12	4,0	18	6,0	25	7,0	40	12,0	63	16,0
Св. 180 до 250	7,0	2,8	10	4,0	14	5,0	20	7,0	29	8,0	46	12,0	72	18,0
Св. 250 до 315	8,0	3,0	12	4,0	16	5,0	23	8,0	32	10,0	52	14,0	81	20,0
Св. 315 до 400	9,0	3,0	13	5,0	18	6,0	25	9,0	36	10,0	57	16,0	89	24,0
Св. 400 до 500	10,0	4,0	15	5,0	20	6,0	27	9,0	40	12,0	63	18,0	97	26,0

Интервалы	Для квалитетов
номинальных	9-го	10-го	11-го	12-го	13-го	14-го	15-го
размеров, мкм	IT	у	IT	у	IT	у	IT	у	IT	у	IT	у	IT	у
До 3	25	6	40	8	60	12	100	20	140	30	250	50	400	80
Св. 3 до 6	30	8	48	10	75	16	120	30	180	40	300	50	480	100
Св. 6 до 10	36	9	58	12	90	18	150	30	220	50	360	80	580	120
Св. 10 до 18	43	10	70	14	110	30	180	40	270	60	430	90	700	140
Св. 18 до 30	52	12	84	18	130	30	210	50	330	70	520	120	840	180
Св. 30 до 50	62	16	100	20	160	40	250	50	390	80	620	140	1000	200
Св. 50 до 80	74	18	120	30	190	40	300	60	460	100	740	160	1200	240
Св. 80 до 120	87	20	140	30	220	50	350	70	540	120	870	180	1400	280
Св. 120 до 180	100	30	160	40	250	50	400	80	630	140	1000	200	1600	320
Св. 180 до 250	115	30	185	40	290	60	460	100	720	160	1150	240	1850	380
Св. 250 до 315	130	30	210	50	320	70	520	120	810	180	1300	260	2100	440
Св. 315 до 400	140	40	230	50	360	80	570	120	890	180	1400	280	2300	460
Св. 400 до 500	155	40	250	50	400	80	630	140	970	200	1550	320	2500	500

Приложение 2

Допустимые отклонения линейных размеров до 500 мм по ГОСТ 8.051-81, мкм

Средство	Условное	Цена	Предел	Интервалы измеряемых размеров
измерений	обозначе	деления	измерения	До 10	10-50	50-80	80-120	120-180
	ние	шкалы, мкм	мм	Предельная погрешность СИ, Д, мкм
Штангенинструмент
Штангенциркуль		0,1	0-125	100	150	150	170	190
(при измерении		0,1	0-160	100	150	150	170	190
вала)	ШЦ	0,05	0-160	80	80	90	100	100
		0,02	0-250	40	40	45	45	45
Штангенциркуль		0,1	0-125	100	150	150	170	190
(при измерении		0,1	0-160	100	150	150	170	190
отверстий)	ШЦ	0,05	0-160	100	80	90	100	100
		0,02	0-250	100	40	45	45	45
Микрометрические инструменты
Микрометры	МК 0-го кл.	0,01	0-25	4,5	5,5	-	-	-
гладкие	МК 1-го кл	0,01	0-25 и более	7	8	9	10	12
	МК 2-го кл	0,01	0-25 и более	12	13	14	15	18
Микрометрический	МГ 1-го кл	0,01	0-25 и более	14	16	18	22	30
глубиномер	МГ 2-го кл	0,01	0-25 и более	22	25	30	35	45
Микрометрический	МН 1-го кл	0,01	25-75 и более	-	-	18	22	30
нутромер	МН 2-го кл	0,01	25-75 и более	-	-	20	25	30
Рычажно-механические приборы
Скоба индикаторная	СИ	0,1	0-50 и более	7	7	7,5	7,5	8
Скоба рычажная	СР 0-го кл.	0,002	0-25 и более	3	3	3,5	3,5	4
	СР 1-го кл	0,002	0-25 и более	3	3,5	4	4,5	5
Микрометры	МР	0,02	0-25	3	4	-	-	-
рычажные	МРИ	0,02	100…125	-	-	-	-	5
Нутромер индика-			3-6	3	3	-	-	-
торный с измерит.	НИ	0,001	6-10	-	-	-	-	-
головкой типа ИГ			10-18	-	-	-	-	-
Нутромер индика-
торный с измерит.	НИ	0,002	18-50	3,5	4	4	-	-
головкой типа 2ИГ
Нутромер индика-
торный с измерит.	НИ 0 кл.	0,01	18-50	5,5	5,5	-	-	-
головкой типа ИЧ	НИ 1 кл.	0,01	18-50	8	8	-	-	-
Глубиномер инди- каторный с инди- катором типа ИЧ
	ГИ 0 кл.	0,01		11	11	12	12	13
	ГИ 1 кл.	0,01		16	16	17	17	18

Лабораторная работа № 2

ПОВЕРКА МИКРОМЕТРА

Цель работы:

- изучить устройство и принцип действия микрометра;

- получить первичные практические навыки в выполнении поверки СИ,

- осуществить поверку микрометра,

- определить пригодность микрометра к использованию.

Поверкой называется комплекс мероприятий (проверок) по определению пригодности СИ к использованию путем определения фактических (полученных путем измерений) метрологических характеристик и сравнения их с допустимыми (взятыми из нормативных документов).

1. Общие сведения

Устройство и принцип действия микрометра. Микрометр относится к классу микрометрических измерительных инструментов, принцип действия которых основан на использовании винтовой пары (винт - гайка), позволяющей преобразовать вращательное движение микровинта в поступательное.

Приборостроительная промышленность изготавливает микрометры в соответствии с требованиями ГОСТ 6507-90 с пределами измерений от 0 до 300 мм с интервалом 25 мм. (0-25, 25-50 и т.д. до 275-300). При необходимости микрометры могут быть укомплектованы специальной стойкой с зажимом, позволяющей исключить дополнительную погрешность из-за нарушения температурных условий измерений.

Устройство микрометра изображено на рис.1.

Рис.1. Устройство микрометра с диапазоном измерения от 0 до 25 мм

Основанием микрометра является скоба 1, а передаточным механизмом служит винтовая пара, состоящая из микрометрического винта 3 и микрометрической гайки, расположенной в стебле 5. В скобу 1 запрессована пятка 2 и стебель 5. Измеряемая деталь охватывается измерительными поверхностями микровинта и пятки. Барабан 6 присоединен к микровинту установочным колпачком 8. Вращение барабана должно осуществляться с помощью трещотки 9 для создания одинакового калибровочного и измерительного усилия, которое для микровинта равно F = 7 ± 2Н. Превышение измерительного усилия ограничивается трещоткой. Закрепляют микровинт в требуемом положении стопорным винтом 4. Накатной выступ 7 служит для удобства работы с микрометром.

Отсчетное устройство микрометра состоит из двух шкал (Рис.2.):

- продольной (на стебле измерительной системы) и

- круговой (на круговой поверхности барабана).

Продольная (грубого отсчета) шкала имеет два ряда штрихов, расположенных по обе стороны горизонтальной линии и сдвинутых один относительно другого на 0,5 мм. Оба ряда штрихов образуют одну продольную шкалу с ценой деления 0,5 мм, равной шагу микровинта. Отсчет снимается по последнему делению, которое видно.

Круговая (точного отсчета) шкала имеет 50 делений с ценой деления 0,01 мм (при шаге винта S - 0,5 мм), нанесенных на поверхности барабана по окружности. Индексом для снятия отсчета служит продольная линия грубой шкалы. По продольной шкале отсчитывают число целых миллиметров и 0,5 мм, по круговой - десятые и сотые доли миллиметра. Третий десятичный знак отсчитывают приближенно, зрительно интерполируя цену деления шкалы барабана до 0,1 деления (до 0,001 мм).

Результат получают суммированием отсчетов по шкале стебля и отсчета по шкале барабана.

Например, на рис.2 полный отсчет показания микрометра равен:

Lm = LCT + Lб = 2,5 + 0,31 = 2,81 мм.

Для обеспечения нормированной точности использования СИ необходимо проведение поверочных (калибровочных) работ, содержащих ряд отдельных проверок и регулировок. Любое СИ имеет общие для всех средств проверки (регулировки) и индивидуальные для каждого конкретного типа СИ..

Из числа общих для микрометра относятся:

- установка (проверка) прибора на нуль (начало отсчета) и

- определение инструментальных погрешностей.

К индивидуальной - проверка параллельности (непараллельности) измерительных поверхностей.

2. Методика поверки микрометра

Поверка - это совокупность действий, выполняемых для определения или оценки погрешностей средств измерений и установления их пригодности к применению.

Операции поверки

При проведении Поверки микрометра должны быть выполнены следующие операции:

- внешний осмотр;

- опробование;

- установка шкалы микрометра на нуль,

- определение (контроль) метрологических характеристик (определение погрешности шага и профиля микровинта;

- определение отклонения от параллельности и плоскостности измерительных поверхностей; погрешности расположения штрихов измерительных шкал; погрешности деформации скобы, возникающей под действием измерительного усилия и т.д.).

Микрометры, находящиеся в эксплуатации, поверяются по погрешностям показаний и по отклонениям от параллельности измерительных плоскостей.

Условия поверки и подготовка к ней

На правильность поверки микрометров влияет температурный режим, при котором проводится поверка. Допустимые по ГОСТ 6507-90 отклонения температуры от 20 градусов при поверке микрометров приведены в табл.1.

Микрометр и установочные меры, подлежащие поверке, выдерживаются в помещении, где проводится поверка не менее 3 часов.

Допустимые отклонения температуры от 20о,С

Табл. 1.

Поверяемое	Пределы измерения, мм
СИ	До 150	Свыше 150 до 500	Свыше 500 до 600
Микрометр	4	3	2
Установочные меры	3	2	1

Проведение поверки

Внешний осмотр

При проведении внешнего осмотра должно быть установлено соответствие микрометра требованиям ГОСТ 6507-90 в части формы измерительных поверхностей микрометра и установочной меры, качества поверхностей, оцифровки и штрихов шкал, комплектности. Измерительные поверхности микрометра необходимо очистить от смазки.

Опробование

При опробовании проверяют плавность перемещения барабана микрометра вдоль стебля; отсутствие вращения микрометрического винта, закрепленного стопорным устройством, обеспечивающим измерительное усилие (при этом показания микрометра не должны изменяться); неизменность положения закрепленной пятки.

Установка микрометра на нуль.

Микрометр устанавливается на нуль или соответствующее начальное показание шкалы 25 мм, 50 мм. и т.д. с помощью установочных мер в зависимости от интервалов измерений микрометра

В положении плотного соприкосновения измерительных поверхностей микрометра (измерительного винта и пятки) или измерительных поверхностей с установочной мерой, соответствующей начальному показанию шкалы (25 мм, 50 мм. и т.д.) закрепить стопор микровинта вращением винта стопора по часовой стрелке до прочного зажатия (рис.3).

Рис.3. Закрепление винтового стопора гладкого микрометра

Разъединить барабан и микровинт, для чего охватить левой рукой барабан за накатный выступ, а правой установочный колпачок повернуть против часовой стрелки (на себя) до появления осевого люфта барабана на микровинте (рис.4).



Рис.4. Освобождение барабана микрометра

Совместить нулевой штрих шкалы барабана с продольным штрихом шкалы стебля, для чего скобу микрометра охватить левой рукой, как показано на (рис.5), причем пальцами левой руки удерживать барабан в положении совпадения нулевых штрихов, а правой вращать установочный колпачок по часовой стрелке до полного закрепления барабана на микровинте.

Освободить стопор микровинта, вращая его против часовой стрелки.

Проверить правильность выполненной установки микрометра, для этого отвести микровинт от пятки, вращая его за трещотку против часовой стрелки на 3 - 4 оборота и затем вращая измерительный барабан за трещотку снова подвести микровинт к пятке. В этом положении нулевой штрих шкалы барабана должен совпасть с продольным штрихом шкалы стебля, а срез барабана должен находиться над нулевым штрихом шкалы стебля. Погрешность установки (отсчет по точной шкале) не должна превышать одного деления точной шкалы (10 мкм).

Рис.5. Закрепление барабана микрометра установочным колпачком

Если установка с первого раза не удалась, то ее повторяют до тех пор, пока не будет достигнута необходимая точность совпадения нулевых штрихов. Если погрешность установки не будет обеспечена, то микрометр считается не пригодным к использованию.

Определение инструментальных погрешностей

В основе измерительной системы микрометра лежат винт с гайкой. Гайка соединена со скобой, а винт с измерительным барабаном. Качество измерительной системы зависит от точности изготовления резьбы на гайке и винте и их сопряжения. Так как изготовить резьбу с высокой точностью на всей длине измерительной системы невозможно, то погрешности микрометра на разных участках предела измерения будут разные. Поэтому оценки погрешностей (систематической и случайных), определенные в какой-то определенной точке диапазона измерений не будут соответствовать погрешностям в других точках диапазона. В следствии этого для качественной оценки пригодности микрометра необходимо определить погрешности через некоторые интервалы по всему диапазону измерения.

Для этого назначаются размеры, по которым будет проведена поверка микрометра. Число поверяемых точек должно быть не менее шести, и располагаться они должны равномерно по шкале. Например, если микрометр имеет диапазон измерения от 0 до 25 мм, то в качестве поверяемых точек можно выбрать 0, 5, 10, 15, 20 и 25 мм.

Показания микрометра поверяются по каждому контролируемому размеру. Соответствующие размеры устанавливаются с помощью плоскопараллельных мер длины (плиток). Для получения более достоверных результатов измерений каждое измерение повторяют 10 раз. Среднее арифметическое значение повторных измерений снижает влияние случайных погрешностей измерений.

Так как целью работы является определение погрешностей, то в качестве результата измерений можно определять не численное значение результата измерения размера плоскопараллельных мер длины, а значение погрешности, снимаемое по точной шкале. Это уменьшит время работы и упростит расчеты.

Значение погрешности снимается со шкалы микрометра следующим образом (рис. 6.):

- если осевая линия грубой шкалы выше нулевой риски на шкале барабана, то погрешность имеет положительное значение, а если ниже - то отрицательное.

- величина погрешности определяется в микрометрах.

Например, на рис. 6. погрешность микрометра равна д = + 10 мкм.

Результаты измерений заносятся в табл.2.

Результаты измерений погрешности показаний микрометра

Табл. 2.

1 замер	2 замер	3 замер	4 замер	5 замер	Хср	уxi	Дxср	х1	х2

Обработка результатов измерений

Пользуясь статистическими методами обработки результатов, определим погрешности измерения для каждой исследуемой точки шкалы следующим образом:

а) вычисляется среднее арифметическое значение измерений

Xср = ,

где n - число измерений;

хi - значение каждого измерения (случайная величина);

б) вычисляется среднее квадратическое отклонение

у =

в) выбирается уровень надежности (доверительная вероятность) результатов измерений: Р = 0,90; Р = 0,95; Р = 0,99. По табл.4 находим коэффициент Стьюдента tp(n) для выбранной вероятности Р и числа измерений n ;

Значения коэффициента tp(n) для выбранной вероятности Р и числа измерений n

Табл. 4

Число	При доверительной вероятности, Р
измерений, n	0,90	0,95	0,99
5	2,13	2,77	4,60
6	2,02	2,57	4,03
7	1,94	2,45	3,71
8	1,89	2,36	3,50
9	1,86	2,31	3,36
10	1,83	2,26	3,25
11	1,81	2,23	3,17
12	1,80	2,20	3,11
13	1,78	2,18	3,06
14	1,77	2,16	2,98

г) рассчитываются предельные значения абсолютных погрешностей измерений

Дx = tp(n)

и определяются границы доверительного интервала

x1,2 = xср ± Дx.

Значения вычисленных величин Xср и x1,2 заносятся в табл. 2 и наносятся на график погрешностей микрометра (рис.6)

Математическая обработка результатов измерений может быть произведена на компьютере с помощью прикладных программ.

При работе с программами пользователю предоставляется возможность выбора требуемого исследования микрометра на точность шкалы или на параллельность. В процессе работы с программой учитываются:

количество измерений;

количество поверяемых точек шкалы.

Определение отклонения от параллельности измерительных поверхностей микрометра

Отклонения от параллельности измерительных поверхностей микрометра измеряются в двух взаимно перпендикулярных направлениях. Разность размеров в двух противоположных точках будет характеризовать непараллельность рабочих плоскостей. Для измерения составляется блок концевых мер, равный примерно среднеарифметическому размеру между наибольшим и наименьшим размерами, измеряемыми микрометром. Например, для микрометра с пределами измерений 0-25 рекомендуется для поверки непараллельности брать размер 12...13 мм. При составлении блока концевых мер измерительные поверхности должны быть обезжирены, протерты с помощью замшевого материала и тщательно притерты друг к другу.

Рис.5. Касание измерительной поверхности микровинта с концевой мерой при поверке микрометра:

а - сверху; б - снизу; в - спереди; г - сзади

Измерение и отсчет аналогичны методу определения погрешности показаний микрометра, только касание измерительных поверхностей микрометра с блоком плиток ограничивается сегментом высотой приблизительно 1/4 диаметра микрометра. Схема расположения концевой меры при поверке микрометра с измерительной поверхностью микровинта представлена на рис.5. Для повышения точности отсчета показаний следует пользоваться увеличительным стеклом, позволяющим определить значение с погрешностью до 25 % от цены деления шкалы. Результаты измерений и расчетов оформляются в соответствии с табл.3.

Результаты измерений отклонения от параллельности измерительных поверхностей

Табл. 3

	Верх	Низ	Право	Лево
1
2
3
4
5
Хср
Дx
Х1
Х2

3. Заключение о годности микрометра

Микрометр считается годным для работы, если ни одно отклонение не превышает допустимых по ГОСТ 6507-90. Допустимые погрешности микрометра даны в табл.5.

Допустимые погрешности микрометра по ГОСТ 6507-90

Табл. 5

Верхний предел измерений, мм	Допустимая погрешность микрометра, мкм	Допустимая непараллельность измерительных поверхностей, мкм
5, 10, 25	±4	±2
50	±4	±2,5
75, 100	±5	±3
125, 200	±5	±4
225, 250, 300	±5	±6

Если отклонение превышает допустимое, но имеет один знак, микрометр следует настроить, и заключение давать с учетом перенастройки. Если настройкой добиться показаний микрометра в пределах допустимых отклонений не удается, микрометр подлежит браковке.

Если отклонения от параллельности измерительных поверхностей превышают допустимые по ГОСТ 6507-90, а погрешности показаний микрометра удовлетворяют требованиям ГОСТ 6507-90 или этим требованиям не могут удовлетворять после перенастройки, следует дать заключение, что требуется исправление (доводка) измерительных поверхностей.

Таким образом, сравнивая результаты эксперимента с нормами допустимых отклонений по ГОСТ 6507-90, дается заключение о годности микрометра.

Лабораторная работа №3

КОНТРОЛЬ РАЗМЕРОВ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ ДЕТАЛЕЙ

линейный измерение микрометр

Цель работы - приобрести первичные практические навыки в выполнении измерений с помощью различных универсальных измерительных средств,

- приобрести навыки в оценке годности детали по линейным размерам,

1. Перечень вопросов, требующих изучения для выполнения работы

1. Знать:

- определения номинального, действительного, предельного размеров, отклонений размеров, допуска и поля допуска на размер;

основного отклонения и квалитета точности.

- обозначение предельных размеров на чертежах.

- методику выбора универсальных измерительных средств в зависимости от точности изделий (работа №1).

2. Содержание работы

I. Освоить методику выбора универсальных измерительных средств в зависимости от точности изготовления деталей (лаб. работа №1).

2. Ознакомиться с конструкцией и работой простейших универсальных измерительных средств (штангенинструмента, микрометра, индикаторного нутромера, рычажной скобы).

3. Подготовить таблицу для фиксирования результатов работы (табл.1).

4. В соответствии со своим вариантом выполненной лабораторной работы №1 заполнить 1-6 столбцы таблицы 1.

4. С помощью выбранных универсальных измерительных средств определить действительные размеры проверяемой детали, результаты занести в столбцы 7-12 таблицы 1 и дать заключение о ее годности.

В качестве объекта измерения предусмотрена деталь (рис. 1) с заданными размерами (табл.2) в соответствии с вариантом лабораторной работы №1.



Таблица 2

Варианты заданий

Номер	Контролируемые параметры детали
образцов	А1	А2	А3	А4	А5	А6	А7
1	130±	40a11	30±	50±	18,5H9	32h12	34h8
2	130±	39,5h9	30±	50±	18,5D10	32h12	34h8
3	140±	42h9	35±	45±	20,5D10	34h12	36h8
4	140±	42h9	35±	45±	20,5D10	34h12	36h8
5	150±	43,5h9	40±	40±	22,5D10	36h12	38u8
6	150±	43,5h9	40±	40,5±	20,5Js10	36js10	38u8
7	160±	46u8	45±	35±	24,5Js10	38h12	40h8
8	160±	46u8	45±	35±	24,5Js10	38h12	40h8
9	170±	46u8	50±	30±	26,5D10	40h12	42u8

3. Порядок выполнения работы

1. Ознакомиться с объектом измерения и измерительными приборами на рабочем месте. Установить предельные размеры согласно чертежу, записать их в табл.1 и представить схемы расположения полей допусков. Выбрать для контроля соответствующие универсальные измерительные средства и указать их метрологические характеристики.

2. Краткие сведения об универсальные измерительных средствах и работе с ними.

Штангенциркуль - предназначен для измерения линейных размеров, внешних и внутренних диаметров.

Штангенциркуль (рис.2) состоит из штанги 2, выполненной из одного с неподвижными губками 1 и 8, рамки 4 с подвижными губками 3 и 7 - используется для измерений наружных и внутренних линейных размеров. На штанге нанесена основная миллиметровая шкала 5 с делениями, а на скосе рамки - дополнительная шкала 6 (нониус).

Рис.2. Конструкция штангенциркуля

Отсчетное приспособление а виде дополнительной шкалы - нониуса позволяет определять дробные доли деления основной шкалы. При сведанных губках нулевой штрих шкалы нониуса также совпадает со штрихом основной шкалы, определяющим длину шкалы нониуса.

При измерении шкала нониуса, как правило, смещается относительно основной шкалы. Если нулевой штрих нониуса располагается между штрихами основной шкалы, то следующие за ними штрихи нониуса также занимают промежуточные положения между штрихами основной шкалы. В этом случае отсчёт измеряемой величины А по шкале с нониусом складывается из отсчета полных значений N по основной шкале и отсчета дробной части делений по шкале нониуса, т.е.

А = N + КС

где К - порядковый номер штриха нониуса, совпадавший со штрихом основной шкалы;

С - цена деления нониуса.

Например, при С = 0,1 мм нулевой штрих нониуса находится между двадцатым и двадцать первой штрихом основной шкалы, совпадает пятый штрих нониусе, отсчет будет составлять 20 + 0,1х5 = 20,5 мм.

Штангенциркули выпускаются с ценой деления 0,1; 0,05; 0,02 мм.

С помощью выбранного штангенциркуля произвести 6 измерений контролируемого параметра в разных сечениях и направлениях, в соответствии с рис.3.



Микрометр - предназначен для измерения внешних диаметров.

Рис.4. Микрометр

Основанием микрометра является скоба 1, а передаточным механизмом служит винтовая пара, состоящая из микрометрического винта 3 и микрометрической гайки, расположенной в стебле 5. В скобу 1 запрессована пятка 2 и стебель 5. Измеряемая деталь охватывается измерительными поверхностями микровинта и пятки. Барабан 6 присоединен к микровинту установочным колпачком 8. Вращение барабана осуществляется трещоткой 9 для создания постоянного калибровочного усилия, которое для микровинта равно F = 7 ± 2Н. Превышение измерительного усилия ограничивается трещоткой. Закрепляют микровинт в требуемом положении стопорным винтом 4. Накатной выступ 7 служит для удобства работы с микрометром.

Отсчетное устройство микрометра состоит из двух шкал:

- продольной и

- круговой.

Продольная (грубого отсчета) шкала имеет два ряда штрихов, расположенных по обе стороны горизонтальной линии и сдвинутых один относительно другого на 0,5 мм. Оба ряда штрихов образуют одну продольную шкалу с ценой деления 0,5 мм, равной шагу микровинта.

Круговая (точного отсчета) шкала имеет 50 делений (при шаге винта S - 0,5), нанесенных на торце барабана.

По продольной шкале отсчитывают число целых миллиметров и 0,5 мм, по круговой - десятые и сотые доли миллиметра. Третий десятичный шаг отсчитывают приближенно, интерполируя цену деления шкалы барабана с точностью до десятых долей деления (микрометров). Цена деления шкалы барабана равна отношению шага S к числу делений n на торце барабана

Результат получают суммированием отсчетов по шкале стебля и отсчета по шкале барабана.

Например, на рис.4 полный отсчет показания микрометра

Lm = LCT + Lб = 8,45 мм.

Перед началом измерений с помощью концевых мер необходимо произвести установку (проверку) нуля (начала шкалы) микрометра.

В соответствии с выводами лабораторной работы №1 (для своего варианта) произвести измерения соответствующих параметров (внешних диаметров) детали в трех равноотстоящих сечениях и в двух взаимно перпендикулярных направлениях (рис.3). Результаты занести в 7-12 столбцы таблицы 1.

Рычажная скоба - предназначена для измерения внешних диаметров.

Рычажная скоба (рис.5) относится к группе измерительных инструментов с рычажно-зубчатой передачей, При измерении чувствительная пята I, перемещаясь, действует на рычаг 2 и зубчатым сeктором 3 вызывает поворот колеса и стрелки 4, укрепленной неподвижно на его оси.

Рис.5. Скоба рычажная

Цена деления рычажной скобы - 0,002 мм. Размер контролируемой детали определяют относительным методом. Для этого размер детали необходимо предварительно измерить штангенциркулем и полученный размер принять за номинальный. По номинальному размеру набирается блок плоскопараллельных концевых мер длины. По собранному блоку настраивается скоба на определенный (номинальный) размер. Для чего блок помещается между измерительной пятой 1 и винтом настройки 5 и, вращая винт настройки 5 в сторону уменьшения расстояния между измерительной пятой и винтом настройки, добиваются, чтобы стрелка скобы показывало нуль. Удерживая стрелку на нуле, с помощью зажима 7, фиксируют винт настройки в установленном положении.

После настройки блок концевых мер убирается и на его место помещается измеряемая деталь 6 и производятся измерения отклонений фактических размеров детали от номинального ДХизмi в трех равноотстоящих сечениях и в двух взаимно перпендикулярных направлениях (рис.3).

Затем рассчитываются фактические размеры детали (внешние диаметры) по каждому направлению по формуле

dизмi = Хном + ДХизмi

и заносятся в таблицу 1.

Нутромер индикаторный - предназначен для измерения внутренних диаметров.

Нутромер индикаторный (рис.6,а) имеет рычажную передачу 2, которая служит для передачи перемещения измерительного штифта 3 к индикатору 1. Перед выполнением измерений нутромер индикаторный должен быть настроен на номинальный размер подобно рычажной скобе. Для этого с помощью плоскопараллельных концевых мер набирается размер, равный номинальному. Блок помещается в станину струбцины 2 между боковиками 4 и зажимается винтом 3 (рис.6,б). В этом случае расстояние между боковиками равно номинальному. После этого производится настройка нутромера на заданный (номинальный) размер. Сначала по номинальному размеру (внутреннему диаметру) подбирается сменный штифт необходимой длины и вкручивается в установочное отверстие штанги нутромера.



Рис.6. Нутромер индикаторный

Длина штифта подбирается такой, чтобы ее значение по номиналу было немного больше номинального диаметра измеряемого отверстия. Номинальные значения регулировочных штифтов изменяются через 2 мм. Затем проверяют правильность выбора регулировочного штифта. Для чего измерительную часть нутромера вводят в измеряемое отверстие или помещают между боковиками подготовленной струбцины, предварительно при этом немного наклонив штангу нутромера. При правильном подборе штифта во время введения штанги нутромера в отверстие его измерительный щуп входит внутрь штанги, что приводит к вращению стрелки часового индикатора 1 (рис.6,в). Причем, стрелка должна иметь возможность перемещаться как в сторону (+), так и в сторону (-) по шкале часового индикатора. Затем штангу нутромера помещают между боковиками струбцины, удерживая ее перпендикулярно корпусу струбцины (рис.6,б), и поворотом шкалы нутромера за внешний ободок устанавливают стрелку индикатора на нуль. Для контроля правильности установки нуля нутромер покачивается относительно перпендикулярного положения в обе стороны (рис.6,в). Нулевое показание должно быть только в перпендикулярном положении штанги нутромера относительно корпуса струбцины.

После настройки индикаторного нутромера его штанга вводится в измеряемое отверстие и производятся измерения отклонений фактических размеров детали (внутренних диаметров) от номинального ДХизмi в трех равноотстоящих сечениях и в двух взаимно перпендикулярных направлениях, удерживая штангу нутромера параллельно оси отверстия.

Затем рассчитываются фактические размеры детали (внутренние диаметры) по каждому направлению по формуле

Dизмi = Хном + ДХизмi

и заносятся в таблицу 1.

3. Полученные при измерениях действительны размеры сопоставляются с заданными предельными размерами проверяемой детали по чертежу и делается вывод о ее годности. Обработка и форма представления результатов измерений производится в соответствии с указаниями ГОСТ 8,011-72.

Условное обозначение размера

Предельные размеры по чертежу

Наимнование средства имерения

Метрологические характеристики измерительного средства

Результаты измерения, мм

Заключение о годности

max

min

Цена деления

Погрешность прибора

1

2

3

4

5

Размещено на Allbest.ru