Проведение измерений и обработка результатов. 1. Измерить плоскопараллельные концевые меры длины штангенциркулем, увеличивая размер от минимального до мак-симального
1. Измерить плоскопараллельные концевые меры длины штангенциркулем, увеличивая размер от минимального до мак-симального. Вычислить погрешность измерений и, сравнив ее с допускаемой, сделать вывод о результатах поверки. Результаты занести в табл. 1.
2. Измерить концевые меры микрометром, предварительно настроив его на ноль и выполнить все действия, как в п.1. Результаты занести в табл. 1.
Таблица 1
| Инструмент | Размер концевой меры или блока мер (М), мм | Изме-ренный размер (Мr), мм | Погрешность инструмента Δr = ±(Mr - M), мм | Допускаемая погрешность инструмента (±Е), мм | Вывод по результатам поверки (соответст., не соотв.) |
| Штангенциркуль | ±0,05 | ||||
| Микрометр | ±0,01 | ||||
3. Измерить линейные размеры, обозначенные на эскизе штангенциркулем, а размер C измерить штангенциркулем и микрометром. Сделать вывод о годности детали по данному размеру. Результаты занести в табл. 2.
Рис. 17. Эскиз детали
Таблица 2
| Размер | Результат измерения (Zr), мм | Номинальный размер (Z), мм (ближайшее целое число) | Погрешность размера ΔZ = Zr - Z, мм | Допуск (Т) раз-мера по IT ,мм | Вывод по результатам контроля (годен, брак) |
| B | |||||
| C | |||||
| D1 | |||||
| D2 | |||||
| F | - | - | - | - | |
| G | - | - | - | - | |
| A | A'=F-(D1+D2)/2= | ||||
| A''=G+(D1+D2)/2= |
4. Измерить углы, обозначенные на эскизе, универсальным угломером. Сделать вывод о годности. Результаты занести в табл. 3.
Таблица 3
| Угол | Результат измерения, (Zr), град. и мин. | Номинальное значение угла (Z), град. | Погрешность угла ΔZ = Zr - Z , мин. | Допуск угла (АТ'), мин. | Вывод по ре-зультатам контроля (годен, брак) |
5. Определить основные параметры измерительных инструментов и занести их в табл. 4.
Таблица 4
| Параметр Измерительный инструмент | Цена деления по нониусу, мм; мин. | Цена деления основной шкалы, мм; град. | Диапазон показаний, мм; град | Диапазон измерений (наружн) внутр.), мм; град. |
| Штангенциркуль | ||||
| Микрометр | ||||
| Угломер |
Контрольные вопросы и задания
1. Понятие о метрологии, технических измерениях, контроле.
2. Средства измерений.
3. Методы измерений.
4. Основные параметры средств измерений.
5. Эталоны и меры.
6. Измерительные инструменты.
7. Отсчет по нониусу.
8. Условие годности детали по заданному размеру.
Лабораторная работа №12
ИЗМЕРЕНИЕ ИНДИКАТОРНЫМИ НУТРОМЕРАМИ С ЦЕНОЙ ДЕЛЕНИЯ 0,01 ММ
Цель работы: ознакомиться с методами измерения гладких цилиндрических изделий больших и малых размеров с помощью индикаторного нутромера; выполнить измерения индикаторным нутромером; сделать обработку результатов измерений.
Теоретические сведения
Измерительные средства для измерения больших и малых размеров разделяют на следующие основные группы: бесшкальные, штриховые механические и оптические.
Бесшкальные — это калибры, определяющие годность изделия в пределах заданных размеров.
Штриховые — это штангенциркули.
Механические — это микрометрические, индикаторные нутро меры, индикаторные скобы и другие приборы.
Оптические — это микроскопы, проекторы, перфлектометры, теодолиты, лазерные интерферометры и другие приборы.
Пневматические — это пневмопробки, в том числе и со вставными аттестованными проволочками и другие приборы.
По назначению все эти приборы делятся на средства измерения наружных и внутренних размеров.
Механические измерительные средства общего назначения
Измерительные приборы подразделяют на три группы: приборы со встроенными отсчетными устройствами, приборы со съемными отсчетными устройствами, и измерительные головки.
Приборы со встроенными измерительными устройствами предназначены для определенных измерений (микромеры и рычажные скобы для наружных, а индикаторные, микрометрические нутромеры и другие — для внутренних измерений).
Приборы со съемными отсчетными устройствами представляют собой многомерные измерительные приспособления, оснащаемые измерительными головками соответствующего назначения.
Измерительными головками называются съемные отсчетные устройства с измерительным механизмом, преобразующим малые измеряемые отклонения в увеличенное перемещение стрелки. Измерительными головками оснащают измерительные приборы и приспособления. Возможность быстрой замены их при поверке или при выходе из строя обеспечивает им необходимые преимущества.
Механические измерительные головки и приборы со встроенными измерительными устройствами в зависимости от используемых в них передаточных механизмов делятся на следующие основные приборы:
1) штангенинструменты с индикаторным и цифровым отсчетом;
2) микрометрические, основанные на применении винтовой пары;
3) головки измерительные рычажно-зубчатые (индикаторы и микромеры) с ценой деления 0,001 и 0,002 мм; встроенные измерительные механизмы рычажных скоб и др.;
4) зубчатые (индикаторы часового типа и др.);
5) нутромеры, глубиномеры, приборы для измерения резьбы и зубчатых колес;
6) головки пружинные (микрокаторы, микаторы и др.).
Кроме того, их также подразделяют по назначению: для измерения наружных и внутренних диаметров.
Сведения об измерительных средствах
для измерения внутренних больших и малых размеров
Как известно, приборы для измерения наружных размеров, в основном, оснащены плоскими измерительными наконечниками с параллельными измерительными поверхностями, самоустанавливающимися по поверхностям измеряемой детали.
При измерении внутренних размеров имеет место линейчатый контакт на небольшой глубине только при использовании штангенциркуля, в остальных случаях средства измерения должны находиться на большой глубине, поэтому необходимо совмещение осей измерительных сферических наконечников с диаметром отверстия в контролируемом сечении.
Средства измерения внутренних размеров разделяются на накладные (нутромеры) и станковые.
Нутромеры — приборы, устанавливаемые внутри измеряемой детали, при этом линию измерения с диаметром отверстия совмещают вручную.
Станковыми называются приборы, у которых деталь устанавливается на приборе, снабженном механизмами для точного совмещения линии измерения с диаметром отверстия измеряемой детали.
В зависимости от габаритных размеров средства измерения разделяются на средства измерения малых размеров (менее 1 мм) и больших размеров (до 500 мм и более).
Для измерения внутренних больших размеров, применяются нутромеры:
- микрометрический;
- индикаторный;
- проволочный.
Предельная погрешность измерения нутромерами характеризуется составляющими погрешностей: длины нутромера δ1 шкалы δ2, микрометрической головки δ3, индикатора δ4, настройки δ5, отсчета по шкалам δ6, свинчивания δ7, упругих деформаций δ8, температурных δ9, смещения нутромера δ10.
Предельная погрешность измерения внутренних диаметров и длин деталей микрометрическими нутромерами для интервалов длин от 500 до 12500 мм составляет соответственно от 14 до 470 мкм при допустимой разности температуры детали и нутромера, не превышающей 2 °С; микрометрическими нутромерами с индикаторной головкой при тех же условиях от 21 до 470 мкм; индикаторными нутромерами с интервалами измерения от 500 до 1000 мм при допустимой разности температуры детали и нутромера 2 °С от 22 до 40 мкм.
У приборов, предназначенных для измерений внутренних диаметров малого размера, а в отличие от приборов для наружных измерений и нутромеров сравнительно больших размеров, отсутствуют центрирующие элементы самоустанавливающиеся относительно детали, поэтому при измерении малых отверстий процесс совмещения оси измерительного наконечника с диаметром отверстия в контролируемом сечении резко усложняется, а в ряде случаев такое совмещение оказывается невозможным.
Малые отверстия (до 3 мм) контролируют гладкими предельными калибрами-пробками, нутромерами с конической иглой (конусными и индикаторными), микроскопами; проекторами; перфлектометрами; дифракционными, пневматическими и другими приборами.
Индикаторный нутромер с ценой деления 0,01 мм
ГОСТ 868 - 82
Настоящий стандарт распространяется на индикаторные нутромеры (далее — нутромеры) с ценой деления 0,01 мм для измерения внутренних размеров 6 мм — 1000 мм.
Нутромеры с диапазоном измерений 6 ‑ 10, 10 ‑ 18, 18 ‑ 50, 50 ‑ 100, 100 ‑160, 160 ‑ 250 мм следует изготовлять двух классов точности: 1 и 2.
Нутромеры с диапазоном измерений 250 ‑ 450, 450 ‑ 700, 700 ‑ 1000 мм следует изготовлять 2-го класса точности.
Индикаторный нутромер показан на рис. 1.
Рис. 1. Индикаторный нутромер
В корпусе 13 закреплена втулка 10, в которую ввернут регулируемый неподвижный винтовой стержень (пятка) 12, законтренный гайкой 11. В направляющих втулки с другого конца нутромера помещен подвижный измерительный стержень 1, поступательное перемещение которого преобразуется вращающимся
Г-образным измерительным рычагом 9 в осевое перемещение стержня 2 и измерительного стержня индикатора. Измерительные контакты рычага образуются запрессованными в него шариками 14. Измерительное усилие создается суммарным действием индикатора и пружины 5. Стержень 2 вмонтирован в металлическую трубку 3, защищенную от теплового воздействия оператора теплоизоляционной втулкой 6. В отверстия корпуса вставлены направляющие стержни центрирующего мостика 7, перемещающегося под действием пружин 8 до упора в винтоограничитель. Центрирующий мостик устанавливает линию измерения в плоскости осевого сечения. Для измерения диаметра нутромер покачивается от плоскости осевого сечения. При этом наибольшее показание индикатора соответствует диаметру отверстия.
Нутромеры следует изготовлять в соответствии с требованиями стандарта по рабочим чертежам, утвержденным в установленном порядке.
Основная погрешность нутромеров, включая погрешность индикатора, при температуре (20 ±5) °С и относительной влажности до 80 % при температуре 25 °С, не должна превышать значений, указанных в табл. 1.
Таблица 1
| Диапазон измерений | Предел допускаемой основной погрешности | |||||
| на поверяемом любом участке диапазона измерений | при перемещении измерительного стержня на величину нормируемого наименьшего значения | |||||
| 0,1 | 1-й класс | 2-й класс | ||||
| 1-й класс | 2-й класс | 1-й класс | 2-й класс | |||
| 6 ‑ 10 10 ‑ 18 | 0,005 | 0,008 | 0,008 | 0,012 | ||
| 18 ‑ 50 | 0,012 | 0,015 | ||||
| 50 ‑ 100 100 ‑ 160 160 ‑ 250 | ‑ | ‑ | 0,01 | 0,012 | 0,015 | 0,018 |
| 250 ‑ 450 450 ‑ 700 700 ‑1000 | ‑ | ‑ | ‑ | 0,014 | ‑ | 0,022 |
Примечание. Под основной погрешностью нутромера на любом участке диапазона измерений следует понимать алгебраическую разность наибольших положительной и отрицательной погрешностей.
Размах показаний нутромеров не должен превышать 1/3 цены деления шкалы индикатора.
Под размахом показаний, понимают наибольшую разность между отдельными повторными показаниями нутромера, соответствующими одному и тому же действительному значению измеряемой величины (из 10 измерений) при неизменных внешних условиях. Погрешность нутромеров, вносимая неточным расположением центрирующего мостика, не должна превышать 1/3 цены деления шкалы индикатора при вертикальном расположении нутромера.
Измерительные поверхности стержней должны быть оснащены твердым сплавом. По заказу потребителя измерительные поверхности стержней следует изготовлять хромированными из стали твердостью не менее 57 HRC3 по ГОСТ 9013 - 59 . Измерительные поверхности стержней для нутромеров с диапазоном измерения 6 ‑ 10 мм допускается изготовлять хромированными из стали твердостью не менее 57 HRC3 по ГОСТ 9013 - 59.
Параметр шероховатости измерительных (поверхностей стержней ‑ Rа < 0,16 мкм, а опорных поверхностей центрирующих мостиков ‑ Rа < 0,63 мкм по ГОСТ 2789-73.
Нутромеры должны иметь ручку из материала с малой теплопроводностью.
Наружные металлические поверхности нутромеров должны иметь надежное антикоррозионное покрытие по ГОСТ 9.303 - 84 или ГОСТ 9.032 - 74.
Под условным измерением понимают однократное возвратно-поступательное движение подвижного измерительного стержня нутромера на величину нормируемого наименьшего перемещения измерительного стержня.
Средний срок службы нутромеров ‑ не менее 5 лет.
Средний срок сохраняемости нутромеров в упаковке ‑ не менее 3 лет, при условии переконсервации через 2 года.
Среднее время восстановления нутромеров ‑ не более 4 ч.
Методы контроля и испытаний.
Поверка нутромеров осуществляется по МИ 2194 - 92.
Погрешность измерения индикаторным нутромером, расчет суммарной погрешности.
При измерении диаметра отверстий индикаторными нутромерами возникают погрешности от прибора; температурных деформаций; вариаций показаний; совмещения линии измерения с диаметром в плоскости, перпендикулярной к оси отверстия, и в осевой плоскости; от установки нутромера на заданный размер; из-за шероховатости поверхности контролируемого отверстия.
Температурные погрешности нутромеров определены с учетом рекомендаций и материалов при оптимальных температурных условиях измерения. Наиболее часто нарушают эти условия, когда нутромер держат не за теплоизолирующую ручку, а за корпус. При этом температурные погрешности будут значительно больше расчетных.
Погрешность от совмещения линии измерения с диаметром в плоскости, перпендикулярной к оси отверстия, равна погрешности центрирования из-за неточного расположения центрирующего мостика. Эта погрешность нормируется в ГОСТ 868 - 82.
У индикаторного нутромера необходимо различать погрешность собственно нутромера, которая нормируется по ГОСТ 868 - 82 и погрешность нутромера при измерении, определяемую расчетом. Второй вид погрешности возникает из-за отсутствия фиксированного положения начала отсчета, и приводит к различным погрешностям прибора, выявляемым при его проверке (нормируемая погрешность) и проявляющимся при измерении.
Суммарная погрешность результата измерений состоит из не исключенной систематической погрешности (НСП) и случайной погрешности.
Находим доверительную границу НСП результата измерений P(Θ), согласно РМГ 29 – 99:
Θ(Р)= ±Σ│Θi│,
где Θi — граница i-й составляющей неисключенной систематической погрешности при N ≤ 3, N – число слагаемых, состоящих из пределов допускаемых основных и дополнительных погрешностей средств измерений, рабочих эталонов и т. д.
при N ≥ 4 – составляющих НСП.
Находим среднее арифметическое от наблюдений:
где xi– результат i-го единичного измерения;
n – число наблюдений.
Вычисляем среднеквадратическое отклонение:
Если , то однократные измерения имеют право на осуществление и тогда суммарная погрешность намного меньше цены деления СИ и поля допуска, пренебрегают случайной погрешностью СКО и принимают ∆(Р) = Θi(Р). В этих случаях методика выполнения измерений по ГОСТ Р 8.563 - 96 может быть совмещена с инструкцией на эксплуатацию СИ и норму, заложенную в нормативно-техническую документацию.
Если , то величиной Θi(Р) - НСП пренебрегают и окончательно принимают за погрешность результата измерения
E(Р) = Z(р/2) · S(x) = ԑ(Р),
при доверительной вероятности (P),
где Z1,2 – коэффициент Лапласа по специальным таблицам от вероятности (P).
Если, , то доверительную границу погрешности результата измерений вычисляют по формуле
∆=K(P)·[Θ(P)+ԑ(P)]
В квадратных скобках K(P) принимается по табл. 3 от формулы
где K(P) – коэффициент, определяемый принятой P и числом m составляющих НСП;
m – число составляющих НСП;
Θj – найденные нестатистическими методами границы j-ой составляющей НСП (границы интервала, внутри которого находится эта составляющая, определяемые при отсутствии сведений о вероятности ее нахождения в этом интервале).
При P = 0.90, K(P) = 0.95, при P = 0.95, K(P) = 1.1 соответственно при любом числе слагаемых m. Значения K(P) от m при P = 0.99 сведены в табл. 2.
Таблица 2
| При P= 0.99 значения K (P) следующие: | |
| m | K (P) |
| 1,2 | |
| 1,3 | |
| 1,4 | |
| 1,45 | |
| 1,45 |
Результат измерения имеет вид: