Измерения линейных размеров универсальными измерительными средствами

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Введение

Цели работы: 1) ознакомиться со структурными элементами средств измерений; 2) изучить конструкцию универсальных средств измерений линейных размеров; 3) получить навыки работы с универсальными средствами измерений линейных размеров.

Оборудование: 1) штангенциркуль; 2) микрометр; 3) скоба (рычажная или индикаторная); 4) измеряемая деталь; 5) чертеж детали; 6) набор концевых мер длины.

1. Структурные элементы средств измерения

Средство измерений - техническое средство, предназначенное для измерений, имеющее нормированные метрологические характеристики, воспроизводящее и (или) хранящее единицу физической величины, размер которой принимают неизменным (в пределах установленной погрешности) в течение известного интервала времени.

Конструкция подавляющего большинства средств измерений (СИ) состоит из последовательно расположенных деталей и устройств, каждое из которых при измерении выполняет определенную задачу.

Чувствительный элемент - часть измерительного преобразователя в измерительной цепи, воспринимающая входной измерительный сигнал. Т.е. это та часть средства измерений, которая осуществляет его соприкосновение с объектом измерения и воспринимает величину этого объекта. Например, измерительные губки штангенциркуля, измерительный наконечник индикатора.

Показывающее устройство - совокупность элементов СИ, которые обеспечивают визуальное восприятие значений измеряемой величины или связанных с ней величин.

Составными частями показывающего устройства являются шкала и указатель.

Указатель - часть показывающего устройства, положение которой относительно отметок шкалы определяет показания СИ. Указатель выполняется в виде подвижных стрелок разной формы (клиновидной, ножевидной и др.), луча света, пера самописца и т.п. Например, у штангенциркуля указателем является нулевой штрих нониуса, а у ртутного термометра - поверхность столбика жидкости.

Шкала - часть показывающего устройства СИ, представляющая собой упорядоченный ряд отметок вместе со связанной с ними нумерацией. Шкала наносится на прямолинейном участке или дуге окружности. Отметки на шкалах могут быть нанесены равномерно или неравномерно. В связи с этим шкалы называют равномерными и неравномерными. Практически равномерной считается шкала, длины делений которой отличаются не более чем на 30% и имеют постоянную цену деления. Шкалы с числовыми отметками часто называют именованными.

Отметка шкалы - знак на шкале СИ (черточка, зубец, точка и др.), соответствующий некоторому значению физической величины. Отметки наносятся на шкалу при градуировке прибора, т.е. при подаче на его вход сигнала с выхода образцовой многозначной меры.

Числовая отметка шкалы - отметка шкалы средства измерений, у которой проставлено число.

2. Штангенинструменты

Штангенинструменты предназначены для абсолютных измерений линейных размеров наружных и внутренних поверхностей, а также для воспроизведения размеров при разметке деталей.

Отличительный признак штангенинструментов - наличие у них двух штриховых шкал: основной и дополнительной.

Основными частями штангенинструментов являются штанга (измерительная линейка) в качестве отсчетного устройства основной шкалы с ценой деления через 1 мм (миллиметровые деления) и перемещающаяся по ней дополнительная шкала - нониус, по которой отсчитывают дробные доли деления основной шкалы. Нониусы изготовляют с ценой деления 0,1 и 0,05 мм.

Штангенциркули выпускают трех типов: ШЦ-I (рисунок 1,а), ЩЦ-II (рисунок 1,б) и ШЦ-III (тип ШЦ-II без верхних губок) (рисунок 1,в).

Штангенциркуль состоит из штанги-линейки 1 с неподвижными губками, по которой перемещается подвижная рамка 3 с губками 2 и стопорным винтом 4. На подвижной рамке 3 установлен нониус 5. Точная установка и плавное перемещение подвижной рамки 3 по штанге-линейке 1 обеспечивается устройством микрометрической подачи 7, состоящая из хомутика с зажимом и гайкой микрометрической подачи.

В штангенциркуле типа ШЦ-I (рисунок 1,а) на штанге и рамке имеются нижние губки для наружных измерений и верхние для внутренних измерений. Для измерения высотных размеров используют линейку глубиномера 6.

В штангенциркуле типа ШЦ-II (рисунок 1,б) наружные измерения выполняют верхними и нижними губками. Для разметки служат верхние губки, концы которых шлифуют под острым углом. Для внутренних измерений предназначены нижние губки.

В штангенциркуле типа ШЦ-III (рисунок 1,в) наружные и внутренние измерения выполняют только нижними губками.

Порядок измерения. При измерении наружных размеров измеряемое изделие охватывают губками штангенциркуля (рисунок 1), прижимая неподвижную губку прибора к одной из поверхностей изделия, например вала, а вторую губку с рамкой и нониусом приближают к противоположной (второй) поверхности изделия, обеспечивая нормальную силу измерения. Застопорив рамку 3 винтом 4, снимают показания по шкалам прибора.

При разметке пользуются микроподачей для точной установки размера на штангенциркуле (рисунки 1,б, в): стопорят устройство 7 винтом 8, вращением гайки 9 подводят рамку 3 до нужного размера, стопорят рамку 3 винтом 4.

При внутренних измерениях нижними губками 2 штангенциркулей типов ЩЦ-II (рисунок 1,б) и ШЦ-III (рисунок 1,в) к отсчету по шкале следует прибавить размер губок. Размер губок в сведенном состоянии указан на их боковой стороне и определяет наименьший внутренний размер, который может быть измерен штангенциркулем.

Рисунок 1 - Конструкция штангенциркулей: а - тип ШЦ-I; б - тип ШЦ-II; в - тип ШЦ-III: 1 - штанга-линейка; 2 - измерительные губки; 3 - рамка; 4 - винт зажима рамки; 5 - нониус; 6 - линейка глубиномера; 7 - рамка микрометрической подачи; 8 - винт; 9 - гайка

Порядок отсчета показаний. Сначала определяют по основной шкале (рисунок 2) целое число миллиметров, расположенных слева от нулевого (крайнего левого) штриха нониуса. Затем находят штрих нониусной шкалы, совпадающий с каким-либо штрихом основной шкалы, и порядковый номер нониусного штриха умножают на цену деления нониуса. Показания суммируют.

Таким образом, отсчет размера выполняют по формуле:

А = n1•i1 + n2•i2, (1)

где i1 - цена деления основной шкалы (1 мм);

n1 - число целых делений основной шкалы;

i2 - цена деления нониуса (0,1 или 0,05 мм);

n2 - порядковый номер штриха нониуса, совпадающего со штрихом основной шкалы.

Так, приведенное на рисунке 2,а положение шкал соответствует размеру 7•1 + 0•0,1 = 7 (мм); приведенное на рисунке 2,б положение шкал соответствует размеру 7•1 + 7•0,01 = 7,7 (мм).

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Рисунок 2 - Отсчет размеров по нониусной шкале (цена деления 0,1 мм): а - 7 мм; б - 7,7 мм.

3. Микрометрические инструменты

Микрометрические инструменты, предназначены для абсолютных измерений наружных и внутренних размеров, высот уступов, глубин отверстий и пазов и т.д. К ним относятся гладкие микрометры, предназначенные для наружных измерений; микрометрические глубиномеры для измерения глубин и высот, микрометрические нутромеры для измерения отверстий.

Принцип действия этих инструментов основан на использовании винтовой пары (винт - гайка) для преобразования вращательного движения микрометрического винта в поступательное движение подвижной измерительной пятки, являющейся торцовой поверхностью микровинта.

Отсчетное устройство микрометрических инструментов состоит из двух шкал: продольной и круговой. По продольной шкале отсчитывают целые миллиметры и 0,5 мм, по круговой шкале - десятые и сотые доли миллиметра.

Микрометр (рисунок 3). В скобу (корпус) 1 запрессованы неподвижная пятка 2 и стебель 5 с отверстием, которое обеспечивает точное направление перемещению микрометрического винта 3. Другой конец микровинта неподвижно соединен с барабаном 6 (тонкостенная втулка со скошенным краем, на котором нанесена шкала), перемещающимся по стеблю микрометра. Трещотка 8 на колпачке барабана ограничивает измерительное усилие. Стопорное устройство 4 для закрепления винта в нужном положении необходимо, чтобы сохранить показания микрометра при снятии его с детали и облегчить установку микрометра на нуль.

Порядок измерений. Деталь помещают между пяткой 2 (рисунок 3) и торцом микрометрического винта 3. Затем вращают барабан 6 до тех пор, пока торец микрометрического винта не приблизится к поверхности детали. Дальнейшее продвижение винта производят при помощи трещотки 8. Услышав характерный треск, вращение барабана прекращают. После этого стопором 4 стопорят микрометрический винт, отделяют микрометр от детали и считывают показания.

Рисунок 3 - Конструкция гладкого микрометра: 1 - корпус-скоба; 2 - неподвижная пятка; 3 - микрометрический винт; 4 - стопор; 5 - стебель; 6 - барабан; 7 - корпус трещотки; 8 - трещотка

Порядок отсчета показаний. Отсчеты измерений (рисунок 4) производятся по продольным шкалам 2 и 5 на стебле 1 и круговой шкале 3 на конической части барабана 4. Шкала на стебле имеет 25 делений, нанесенных вдоль оси стебля 1 сверху и снизу. По нижним штрихам отсчитывают целое число миллиметров, а по верхним - 0,5 мм. Каждый штрих верхней шкалы расположен точно посередине между штрихов нижней шкалы. Поэтому, если после целого числа миллиметров, определенного по нижней шкале, вверху виден половинчатый штрих, то отсчет составляет целое число миллиметров плюс 0,5 мм. Если половинчатый штрих не виден, то по шкале 5 берут только целое число миллиметров. К этому показанию нужно прибавить показания круговой шкалы 3 на конической части барабана 4 в сотых долях миллиметра. Таким образом, если после целого числа миллиметров, определенного по нижней продольной шкале, вверху виден половинчатый штрих, то отсчет размера выполняют по формуле:

А = n1 + 0,5 + n2•i2, (2)

где n1 - число целых делений нижней продольной шкалы;

n2 - показания круговой шкалы;

i2 - цена деления круговой шкалы (0,01 мм).

Если после целого числа миллиметров, определенного по нижней продольной шкале, половинчатый штрих верхней продольной шкалы не виден, то отсчет размера выполняют по формуле:

штангенинструмент микрометр штриховой

А = n1 + n2•i2, (3)

Так, приведенное на рисунке 4,а положение шкал соответствует размеру 4 + 0,5 + 0•0,01 = 4,5 (мм); на рисунке 4,б положение шкал соответствует размеру 8 + 0•0,01 = 8,0 (мм); на рисунке 4,в положение шкал соответствует размеру 8 + 0,5 +32•0,01 = 8,82 (мм).

Рисунок 4 - Отсчет размеров по шкалам микрометра: а - 4,5 мм; б - 8,0 мм; в - 8,82 мм.: 1 - ось стебля; 2 - верхняя продольная шкала; 3 - круговая шкала; 4 - барабан; 5 - нижняя продольная шкала

4. Скобы

Скобы применяют для относительных измерений (измерения отклонений размеров деталей).

Скоба индикаторная (рисунок 5). Основанием индикаторной скобы служит ее корпус 5, снабженный выемкой для руки. В рабочем пространстве скобы расположены подвижная пятка 2, воспринимающая изменения размеров измеряемой детали, а с другой стороны - переставная пятка 1. Сбоку может быть размещен упор 8, положение которого можно менять. Движения подвижной пятки 2 передаются измерительному наконечнику индикатора 4 часового типа. Арретир 6 перемещает подвижную пятку 2, чтобы предохранить измерительные поверхности прибора от износа при установке и снятии блока концевых мер длины и детали.

Рисунок 5 - Скоба индикаторная: 1 - переставная пятка; 2 - подвижная пятка; 3 - пружина; 4 - индикатор; 5 - корпус; 6 - арретир; 7 - деталь; 8 - упор

Скоба рычажная (рисунок 6). Основанием рычажной скобы служит корпус-скоба 8, которая обладает значительно большей жесткостью, чем индикаторная скоба. Перемещения подвижной пятки 2 и переставной пятки 1 у рычажной скобы происходят значительно точнее. Подвижная пятка 2 соединена с рычагом 3 арретира 5. Движение подвижной пятки 2 преобразуется рычажно-зубчатой передачей в поворот стрелки 4.

Настройка (рисунок 6). Скобу устанавливают на размер по блоку концевых мер длины. Переставную пятку 1 приводят в соприкосновение с поверхностью меры микровинтом 7 так, чтобы стрелка 4 установилась на нуль. Установленное положение микровинта 7 закрепляют защитным колпачком 6. С целью уменьшения износа и предотвращения повреждения измерительных поверхностей при установке детали подвижная пятка 2 отводится от детали с помощью кнопки арретира 5.

Рисунок 6 - Скоба рычажная: 1 - переставная пятка; 2 - подвижная пятка; 3 - рычаг арретира; 4 - стрелка; 5 - кнопка арретира; 6 - защитный колпачок; 7 - микровинт для настройки; 8 - корпус

Порядок отсчета показаний. Действительный размер изделия определяют как сумму размера блока мер и показания отсчетного устройства (с учетом знака и цены деления) при установке изделия. Таким образом, отсчет размера выполняют по формуле:

А = L + n•i, (4)

где L - размер блока концевых мер, соответствующий номинальному (или наибольшему предельному) размеру измеряемой детали;

n•i=N - показание отсчетного устройства с учетом знака;

n - число штрихов шкалы от 0 до указанного стрелкой;

i - цена деления отсчетного устройства.

На рисунке 7,а показание отсчетного устройства соответствует отклонению (+)18•0,01 мм = +0,18 (мм); на рисунке 7,б показание отсчетного устройства соответствует отклонению (-)9•0,001 мм = - 0,009 (мм).

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Рисунок 7 - Показания отсчетного устройства скоб: а - «+0,18» мм; б - «- 0,009» мм

5. Концевые меры длины

Плоскопараллельные концевые меры длины (КМД) предназначены для передачи размеров от эталона к изделию. Помимо прочего, они используются для настройки инструментов на заданный размер.

За размер плоскопараллельной КМД принимается ее срединная длина, номинальное значение которой наносится на каждую меру: на мерах 5,5 мм и менее значение номинальной длины наносится на одну из измерительных поверхностей, а на мерах более 5,5 мм - на нерабочей поверхности.

Одним из основных свойств КМД, обеспечивающим их широкое применение, является притираемость, т.е. способность прочно сцепляться при прикладывании или надвигании одной меры на другую.

Правила составления блока заданного размера. При составлении блока заданного размера из концевых мер нужно руководствоваться следующим правилом: блок заданного размера следует составлять из возможно меньшего числа мер. Сначала следует выбирать концевые меры, позволяющие получить тысячные доли миллиметра, затем сотые, десятые и, наконец, целое число миллиметров.

Так, для получения блока размером 28,495 мм необходимо из набора взять концевые меры в последовательности: 1,005+1,49 + 6 +20 = 28,495 (мм). Минимальное число концевых мер в блоке уменьшает, с одной стороны, суммарную погрешность размера блока (повышает точность блока), а с другой - повышает надежность блока от разрушения. Число концевых мер в блоке не должно превышать пяти.

6. Последовательность выполнения работы

1) Изучить конструкцию штангенциркуля, микрометра и скобы;

2) Произвести поочередно измерения детали штангенциркулем, микрометром и скобой в трех сечениях и в двух взаимно перпендикулярных направлениях (рисунок 8). Результаты наблюдений записать в таблицу 1.

Таблица 1 - Результаты наблюдений

Рисунок 8

3) Рассчитать действительное значение размера dд по формуле:

, (5)

где - результат i-го измерения, мм.

Результаты расчетов dД записать в таблицу 1.

7. Содержание отчета

Лабораторная работа оформляется в соответствии с требованиями руководящего нормативного документа РД ГОУВПО «КнАГТУ» 013-2008 «Текстовые студенческие работы. Правила оформления».

Содержание отчета:

1) Цели работы;

2) Оборудование;

3) Таблица 1;

4) Расчет отсчетов показаний (согласно формулам 1 - 4);

5) Расчет действительных размеров (согласно формуле 5).

8. Контрольные задания

1) Описать конструкцию предложенного средства измерения;

2) Указать структурные элементы предложенного средства измерения;

3) Согласно правилу составления блоков КМД, составить блок КМД для размеров, указанных в миллиметрах:

а) - 8,44; 39,795; 6,7; 9,78; 66,885; 7,8;

б) - 77,775; 19,1; 24,56; 55,555; 26,2; 38,43;

в) - 98,765; 34,8; 42,77; 56,785; 47,3; 59,22;

г) - 86,865; 55,5; 61,96; 44,445; 69,6; 75,38;

д) - 33,3; 11,64; 22,225; 77,7; 16,67; 33,335.

Литература

1. Ганевский, Г.М. Допуски, посадки и технические измерения в машиностроении. / Г.М. Ганевский, И.И. Гольдин. - 2-е изд. - М.:ИРПО; Издательский центр «Академия», 1999. - 288с.

2. Зайцев, С.А. Контрольно - измерительные приборы и инструменты/ С.А. Зайцев, Д.Д. Грибанов, А.Н. Толстов. - М.: Издательский центр «Академия»; ПрофОбрИздат, 2002. - 46с.

3. Аристов, А.И. Метрология, стандартизация и сертификация/ А.И. Аристов, Л.И. Карпов, В.М. Приходько. - М.: Издательский центр «Академия», 2006. - 384с.

4. Димов, Ю.В. Метрология, стандартизация и сертификация/ Ю.В. Димов. - 2-е изд. - СПб.: Питер, 2006. - 432с.

5. Никифоров, А.Д. Взаимозаменяемость, стандартизация и технические измерения/ А.Д. Никифоров. - М.: Высшая школа, 2000. - 510с.

6. Зайцев, С.А. Нормирование точности/ С.А. Зайцев. - М.: Издательский центр «Академия», 2004. - 256с.

7. Основы стандартизации, метрологии и сертификации/ А.В. Архипов [и др.]. - М.: ЮНИТИ-ДАНА, 2007. - 447с.

Размещено на Allbest.ru