Выбор объекта измерений и средств измерений

Объектом измерения в данной работе будет измерение диаметра цилиндрической детали. Измерение проводится в следующей последовательности:

а) выполнить в отчете эскиз заданной детали, указать размеры по заданию предложенных вариантов (смотри таблицу по п. 5.7).

б) занести в отчет чертежные размеры измерительных поверхностей. По таблице допусков СТ СЭВ 145 – 75 «Таблица допусков», определить допустимые отклонения проверенных размеров, указать их на эскизе детали и посчитать предельные размеры.

в) произвести замеры по схеме 1 в двух (трех) сечениях в двух (трех) взаимно перпендикулярных направлениях и занести результаты в таблицу как результаты наблюдений.

г) определить наибольшее отклонение от правильной геометрической формы для самой точной из поверхностей по результатам наблюдений.

д) проанализировать результаты наблюдений и определить наличие промахов.

е) определить коэффициент точности полученных результатов наблюдений и принять решение о правильности выбора средства измерения для оценки параметров объекта измерения.

Рычажный микрометр, показан на рисунке 5.1 (МР 25 – с отсчетным устройством, встроенным в скобу, по ГОСТ 4381 – 87)

Принципиальная схема прибора приведена на рисунке 5.2. Устройство правой части рычажного микрометра, как видно на рисунке, такое же, как и у обычного микрометра с той разницей, что отсутствует механизм трещотки. В корпусе 1 помещен измерительный стержень 2, перемещение которого влево заставляет поворачиваться рычаг 4, зубчатый сектор 5 и зубчатое колесо 6, на оси которого закреплена стрелка 7. Пружина 8 устраняет зазор в зацеплении сектора с колесом и возвращает стрелку и рычаг в первоначальное положение. Устройство, состоящее из рычага 9, пружины 10 и кнопки 11, служит для отвода измерительного стержня влево (арретир). Пружина 12 предназначена для создания определенного измерительного усилия. Стопор 13 фиксирует микрометрический винт 3 в требуемом положении. Ограничители 14 ограничивают ход рычага 4.

1—скоба: 2—подвижная пятка: 3— микрометрический винт: 4— стопорное устрой­ство: 5—стебель: 6— барабан; 7—отсчетное устройство; 8—арретир;

9—теплоизоляционная накладка.

Рисунок 5.1 – Рычажный микрометр, по ГОСТ 4381 – 87

1 - корпус; 2 - измерительный стержень; 3 – микрометрический винт;

4 - рычаг; 5 - зубчатый сектор; 6 - зубчатое колесо;7 - стрелка;

8-пружина; 9 - рычаг;10 - пружина; 11 - кнопка;12 - пружина;

13 – стопор; 14 - ограничитель.

Рисунок 5.2 – Принципиальная схема рычажного микрометра по ГОСТ 4381 – 87.

Выбор средств измерений вспомогательных устройств определяется измеряемой величиной, принятым методом измерения и требуемой точностью результата измерения. Измерения с применением средств измерений с недостаточной точностью малоценны. Применение измерения точных средств измерений экономически невыгодно. Необходимо при этом учитывать диапазон средств измерений, условия измерений, эксплуатационное качество и их стоимость. Основное внимание уделяют погрешности средств измерений. Необходимо добиться выполнения условия:

5.4 Погрешности результатов измерений, средств измерений, мероприятия по их устранению

При расчете погрешностей измерения цилиндрических деталей было установлено, что влияние указанной составляющей по сравнению с другими составляющими невелико, и этот случай объединен с плоскостным контактом. При таком объединении вносимая погрешность находится в пределах 0,1 – 0,5мкм.

Виды контактов, а также условия применения рычажного микрометра приведены в таблице 5.1.

Таблица 5.1 - Условия применения рычажного микрометра

Наименование измерительного средства и его применение	Вариант пользования	Вид контакта
Микрометры рычажные при настройке на ноль по установочной мере и использование на полном пределе измерения (25 мм)	* **   **	Все виды плоскостной и линейчатый. Точечный.
При настройке на размер по концевым мерам длины 5-го разряда и использование отсчета на ± 10 делений шкалы	**   **	Плоскостной и линейчатый. Точечный.
Использование отсчета на ± 10 делений шкалы	**	Точечный.
* - Микрометр при работе находится в руках ** - Микрометр при работе закрепляется в штативной стойке

В таблице 5.2, далее по тексту, приведены значения предельных погрешностей измерения для рычажных микрометров, выпускаемых отечественной специализированной промышленностью, по ГОСТ 4381 – 87.

При использовании таблицы следует помнить:

а) в таблице приведены предельные значения погрешности измерения при указанных условиях измерения;

б) расчеты даны для разовых измерений; многократными измерениями и введением поправок на систематическую погрешность можно уменьшить погрешность измерения;

в) при определении повышенной точности измерения от того или иного мероприятия следует учитывать, что составляющие погрешность складывают квадратически и их удельный вес в суммарной погрешности измерения пропорционален квадратам их величин.

Мероприятия, которые необходимо выполнить перед началом измерений по данной работе:

а) каждый человек, выполняющий измерения выступает в качестве оператора измерений. При подготовке к измерениям оператор должен ознакомиться в МВИ и последовательностью выполнении операций. Проверить наличие необходимого комплекта и проверить наличие вспомогательных материалов;

б) убедиться в том, что основные вспомогательные СИ имеют действующие свидетельства о поверке или калибровке метрологической аттестации. Если свидетельства нет, то нужно посмотреть поверительные клейма или пломбы. Вспомогательные устройства должны пройти регламентное обслуживание;

в) выполнить операции по созданию необходимых условий измерения, включая требования безопасности;

г) подготовить объект измерений (измеряемую деталь). Сверить фактические условия и создать по НД условия измерений, установить объект измерения в рабочее положение;

д) опробовать СИ, проверить действия органов управления, убедиться в том, что рычажный микрометр реагирует на ручное управление регулировки, настройки;

ж) провести 2, 3 пробных наблюдений и сравнить результаты наблюдений с ожидаемыми результатами измерений. Принять меры для устранения ошибок.

Различают измерения с однократными и многократными наблюдениями. В производстве распространены однократные измерения. Они обусловлены экспериментальной и производственной необходимостью. Измерения известны с незапамятных времен. Как правило, измерения проводились методом сравнения однородной величины, характеризующие различные объекты. Размер одной из них принимается за единицу, и с ней сравниваются другие измерительные величины. Источниками погрешностей могут быть изменения условий наблюдений (влажность, температура, давление), совершенство применяемого метода измерения класс точности – это обобщенная характеристика СИ, определяющая допустимые пределы для всех погрешностей по МХ (метрологическим характеристикам), а также и все другие свойства СИ, влияющих на их точность.

В суммарную погрешность отсчета входит погрешность отсчета, производимого по шкале стрелочного устройства. При расчете суммарной погрешности рычажным микрометром и пределами измерения свыше 50 мм, погрешность установочной меры не принималась во внимание, поскольку в инструкциях по поверке микрометра указано, что сначала микрометр устанавливают на ноль по установочной мере, а потом проверяют по концевым мерам длины, поэтому погрешность установочных мер входит в нормируемую погрешность прибора и её не следует еще раз учитывать.

5.5 Технические требования (ГОСТ 4381 – 87 «Рычажный микрометр»)

Метрологические характеристики.

Рычажные микрометры следует изготавливать в соответствии с требованиями настоящего стандарта по конструкторской документации, утвержденной в установленном порядке.

Предел допускаемой погрешности микрометра вместе с отсчетным устройством в любом положении, допуск параллельности плоских измерительных поверхностей при нормируемом измерительном усилии, при температуре окружающей среды (20+4) ^оС, относительной влажности до 80 % (при температуре 23 ^оС), а также допускаемое изменение показаний микрометра от изгиба скобы при усилии 10 Н, направленном по оси микрометрического винта, должны соответствовать значениям, указанным в таблице 5.2 и таблице 5.3.

Пределы допускаемой погрешности отсчетного устройства с ценой деления 0,002 мм микрометров типа МР в любом рабочем положении на участках шкалы + 0,03 мм при условиях равны + 0,001 мм, а на участках шкалы + 0,14 мм равны + 0,002 мм. Допускаемый размах показаний из 10 измерений, характеризующий случайную составляющую погрешности отсчетного устройства, равен 0,0006 мм.

Лицевая сторона шкалы отсчетного устройства микрометров типа МР должна быть светлого тона с четкими штрихами и цифрами. Длина деления должна быть не менее 0.9 мм, ширина штрихов - 0.15 - 0.25 мм.

Разность ширины отдельных штрихов в пределах одной шкалы не должна превышать 0.05мм. Каждое пятое деление должно быть отмечено удлиненным штрихом, а каждое десятое – оцифровано.

Ширина части стрелки, которая находится над штрихами шкалы, должна быть в пределах 0.15 - 0.20 мм. Конец стрелки должен перекрывать короткие штрихи шкалы не менее чем на 0.3 мм и не более чем на 0.8 их длины. Высота расположения стрелки над шкалой не должна превышать 0.5 мм.

Отсчетное устройство должно быть закрыто чистым и прозрачным материалом без дефектов, препятствующих отсчету показаний или ухудшающих внешний вид микрометра.

На стебле микрометров должен быть нанесен продольный штрих с миллиметровыми и полумиллиметровыми делениями. Отсчётная коническая часть барабана должна иметь 50 делений. Начальные штрихи на шкалах и штрихи, соответствующие каждому пятому миллиметру на шкале стебля и каждому пятому делению на шкале барабана, должны быть удлиненными и оцифрованными.

Рисунок 5.3 Рычажный микрометр МР 50 с ценой делениия 0,001 мм, по ГОСТ 4381 – 87.

Микрометр рычажный.Тип МР

Предназначен для измерения линейных наружных размеров прецизионных изделий методом сравнения с мерой длины в условиях промышленного производства. Микрометры имеют подвижный измерительный наконечник и встроенную индикаторную головку. Отклонения размера считываются по индикаторной головке после установки номинального размера на микрометрической головке. Измерительный наконечник выдвигается с помощью кнопки. Измерительные поверхности плоские, оснащены твердым сплавом.

Цена деления 0,001/0,002мм. Отсчет - по шкалам стебля и барабана с ценой деления 0,01 мм, и стрелочному индикатору, встроенному в скобу c ценой деления 0,001/0,002 мм. Типоразмеры: МР – 25 (0 – 25мм), МР – 50 (25 – 50мм), МР – 75 (50 – 75мм), МР – 100 (75 – 100мм). DIN 878, соответствует ГОСТ 4381 – 87.

Основные параметры рычажных микрометров должны соответствовать таблице 5.2 по ГОСТ 4381 – 87 «Рычажный микрометр».

Таблица 5.2 – Основные параметры микрометра.

Тип микро-метра	Диапазон измерений, мм	Отсчетное устройство индикатора	Измеритель- ное усилие, Н	Колебание измеритель- ного уси- лия, Н, не более	Масса, кг не более
цена деления, мм	диапазон показаний, мм, не менее
МР	0-25 25-50 50-75 75-100	0,001, 0,002	± 0,14	6 ± 1	1,0	0,7 0,8 0,9 1,0
100-125 125-150 150-200 200-250 250-300 300-400 400-500	± 0,10	8 ± 2	2,0	0,8 0,9 1,8 2,0 2,5 3,5 4,0 3,5 4,0 5,5
300-400 400-500 500-600	0,01
600-700 700-800 800-900 900-1000		10 ± 2	2,5	6,5 9,5 12,5 14,0   15,0 20,0 26,0 29,0 32,0
1000-1200 1200-1400 1400-1600 1600-1800 1800-2000

Микрометры типа МР с верхним пределом измерений до 100 мм допускается изготовлять с измерительным усилием (4 ± 0,5) Н с колебанием усилия не более 0,8 Н. Цена деления шкалы барабана микрометра должна быть 0,01 мм; диапазон перемещения микрометрического винта — не менее 25 мм.

Номинальный диаметр измерительных поверхностей микрометров должен быть 8 мм.

Таблица 5.3 – Пределы допускаемой погрешности и допуски микрометра

Диапазон измерений мм	Пределы допускаемой погрешности, мкм, микрометров типа МР, МРИ с ценой деления отсчетного устройства, мм 0,001, 0,002	Допуск параллельнос-ти плоских измерительных поверхностей микрометра, мкм	Допускаемое изменение показаний микрометра от изгиба скобы при усилии 10 Н, мкм
на участках шкалы, мм
±0,03	±0,10	0,10	1,00
0-25	±1,5	-	-	-	0,9
25-50	±3	-	-	-	1,0
50-100	±3	-	-	-	1,2
100-150	-	±4	-	-	3,0
150-200	-	±4	-	-	3,5
200-300	-	±5	-	-	4,0
300-400	-	±6	±7	-	-
400-500	-	±7	±8	-	-
500-600	-	-	±10	-	-
600-700	-	-	-	±12	-
700-800	-	-	-	±14	-
800-900	-	-	-	±16	-
900-1000	-	-	-	±18	-
1000-1200	-	-	-	±20	-
1200-1400	-	-	-	±25	-
1400-1600	-	-	-	±28	-
1600-1800	-	-	-	±32	-
1800-2000	-	-	-	±36	-

П р и м е ч а н и е. Микрометры с верхним пределом измерений до 100 мм должны обеспечивать нормы, указанные в таблице 5.3, в любом рабочем положении при одной нулевой установке. Микрометры с верхним пределом измерений более 100 мм следует устанавливать на нуль в том же положении, что и при измерении.

Ширина продольного штриха на стебле и штрихов шкал на стебле и на барабане должна быть не более 0.25 мм. Разность в ширине продольного штриха на стебле и штрихов барабана не должна превышать 0.05 мм. Разность в ширине поперечных штрихов на стебле не должна превышать 0.05 мм.

Поверхности, на которых нанесены штрихи и цифры, не должны быть блестящими. Штрихи и цифры должны быть отчетливыми.

Микрометры должны иметь стопорное устройство для закрепления микрометрического винта. Микрометры должны иметь устройство, арретирующее подвижную пятку. Конструкцией микрометров должна быть обеспечена возможность установки их в нулевое положение при соприкасании измерительных поверхностей между собой или с установочной мерой. При таком совмещении начальный штрих шкалы стебля должен быть виден целиком, но расстояние от торца конической части барабана до ближайшего края штриха не должно превышать 0,1 мм. Микрометры с верхним пределом измерений более 150 мм должны иметь передвижные ил сменные пятки, обеспечивающие возможность измерения любого размера в пределах измерения данного микрометра. Пятки микрометров должны перемещаться плавно. Измерительная поверхность микрометрического винта должна быть плоской. Измерительная поверхность подвижной пятки микрометров с верхним пределом измерений до 300 мм должна быть плоской, а свыше 300 мм – сферической.

Пример отчета по лабораторной работе

Цель работы: Ознакомиться с микрометрическим инструментом. Познакомиться с конструкцией и назначением измерительных инструментов и приборов. Приобрести навыки в обращении с инструментами.

Вал - объект измерения. Согласно НД, задано измерить 7,5±0,006

Рисунок 5.4 - Определение формы детали

Анализ объекта измерений позволяет сделать вывод, что поле допуска равно 0,012. Выбор средства измерения по коэффициенту точности не даёт основание выбрать микрометр типа МК – 25 – 1 или МК 50 с пределом систематической погрешности 0,002, если таковой имеется в наличии, поэтому следует провести измерения сравнительно, сначала МК – 25 – 1, а затем МР 25 по ГОСТ 4381 – 87 «Рычажный микрометр». Для полной иллюстрации приводится рисунок микрометра МК 50, хотя для проведения лабораторной работы необходимо применить микрометр МК 25.

1 - пятка, 2 - установочная схема, 3 -микрометрический винт,

4 -стебель, 5 -барабан, 6 - трещотка, 7 - стопор, 8 - скоба.

Рисунок 5.5 - Микрометр типа МК 50

Коэффициент точности для МК 25 будет равен: ; однако цена деления у МК 25 равна 0,01 мм, что не обеспечит достаточную точность отсчёта допуска 0,006 мм, поэтому необходимо выбрать МР 25 с ценой деления на индикаторе 0,001 мм и предельно допустимой погрешностью Δ = 0,0015мм.

При таком выборе коэффициент точности будет: ; что гарантировано обеспечит необходимую точность. Вычислим неисключённую систематическую погрешность по формуле (5.1):

, (5.1)

Δ_С=0,0015, Δ_ОП=0,000075, Δ_УСЛ=0

Θ (Р) = 0,0015+0,000075 = 0,001575

В результате проведения сравнительных измерений получили:

х₁ = 7,501

х₂ = 7,499

х₃ = 7,500

Определим среднее значение

Определим размах наблюдений по формуле (5.2):

, (5.2)

7,501 - 7,499 = 0,002

Рассчитываем промахи:

ν₁ = 7,501 - 7,5 = 0,001; ν₂ = 7,500 - 7,5 = 0; ν₃ = 7,499 - 7,499 = - 0,001

Если ν_i < Z_(Р,n)· S(x), то результат наблюдения не является промахом.

Z_(Р,n = 1,96 по таблицам Лапласа для Р = 0,95.

Определим дисперсию и среднеквадратическое отклонение

D= (7,501 – 7,5)² + (7,500 – 7,5)² + (7,499 – 7,5)² = 0,000002;

S(x) = = 0,001.

Зная теперь СКО, можно определить признак промахов в результатах наблюдений.

ν₁ = 7,501 - 7,5 = 0,001 < Z_(Р,n)· S(x) = 1,96 · 0,001= 0,00196.

На основании полученного результата неравенства, принимаем решение о том, что промахов нет.

Определяем отношение Θ (Р)/ S(x):

Θ (Р)/ S(x)= 0,001575/0,001 = 1,575;

Так как 0,8≤ 1,575 ≤8, то ΔР вычисляем по формуле (5.3):

, (5.3)

, (5.4)

К_р= = = 0,717 = 0,7 с округлением (5.5)

, (5.6)

где Z_р/2 - Коэффициент Лапласса, определяемый по таблице и равный 1,414.

= 1,414 · 0,001 = 0,001414 = 0,0014 мм

ΔР = 0,7 [0,0016 + 0,0014] = 0,0021;

Результат измерений теперь можно записать следующим образом:

А = 7,5 ± 0,0021 мм

Вывод по проведенной лабораторной работе:с доверительной вероятностью 0,99 определили, что реальное значение размера вала находится в доверительных границах ΔР = 7,5 ± 0,0021 мм.

По заданию НД, предписывалось произвести измерения диаметра вала с допустимыми пределами 7,5 ± 0,006 мм, результат получили 7,5 ± 0,0021 мм, что свидетельствует о правильности выбора средства измерения. Если выбрать рычажный микрометр МР 25 с ценой деления 0,002 мм, то результаты наблюдений будут грубее. Так как цена деления 0,002 мм, то отсчёты будут 7,502 мм, 7,500 мм, 7,498 мм. Δ(Р) = 0,7 (0,00315 + 0,00283) = 0,00418 = 0,0042 мм. Тогда результат будет грубее, но в пределах НД - А = 7,5 ± 0,0042 мм. Этот результат меньше, чем задание по НД, поэтому выбор рычажного микрометра правильный.

Рычажный микрометр позволяет с достаточной точностью оценить прецизионность вала на неравномерность диаметров по кругу в разных сечениях по эллипсности или шестигранности. Такую оценку обычно проводят при измерении плунжерных пар в топливной аппаратуре и иглах форсунок.

5.7 Варианты и исходные данные для выполнения лабораторной работы:

№ по списку гр.	Dвала(мм)	№ по списку гр.	Dвала(мм)
	8,7		9,3
	7,7		9,4
	8,8		9,5
	7,8		9,6
	7,9		8,6
	8,9		8,65
	7,03		9,7
	8,1		9,8
	8,2		9.9
	8,75		10,9
	9,0		10,0
	8,3		10,15
	9,1		10,25
	8,4		10,4
	8,5		10,5
	9,2		10,6

Вопросы для самоконтроля

5.8.1 Какие вы знаете микрометрические инструменты?

5.8.2 Что называется измерением? Какие методы вы знаете?

5.8.З Что называется абсолютным методом измерения?

5.8.4 В чем сущность относительного метода измерения?

5.8.5 Устройство и назначение микрометра.

5.8.6 Перечислите погрешности, возникающие при измерении микрометром.

5.8.7 Порядок измерения среднего диаметра вала рычажным микрометром.

5.8.8 Сделайте выводы по работе, если бы при выборе СИ, был бы взят микрометр МК 25 с ценой деления 0,01 мм.