Общие сведения по метрологии

Для обеспечения требуемой посадки и взаимозаменяемости машин необходимо измерить действительные размеры деталей. Высокое качество выполняемой работы во многом зависит от точности применяемых контрольно-измерительных инструментов. К основным причинам, снижающим точность измерения можно отнести неудовлетворительное состояние инструмента (механические повреждения измерительных поверхностей или их загрязнение, неправильное положение нулевых отметок шкалы и нониуса). Неправильное взаимное расположение контролируемой детали и измерительного инструмента, температурные отклонения детали или инструмента от нормального значения температуры измерения (нормальной считается температура 20 ⁰С), незнание устройства измерительного инструмента или неправильное пользование им, неправильный выбор баз. Для повышения точности измерения нужно повторять несколько раз, а затем вычислить их значение. Необходимая точность измерения может быть достигнута только при использовании измерительных инструментов высокого качества с ценой деления шкалы и нониуса, соответствующей точности измерения. Решающими факторами, влияющими на выбор измерительных средств, являются - измеряемый размер, шероховатость поверхности, погрешность, тип производства. В большинстве случаев в машиностроении точность измерений колеблется в пределах 0,1 ¸ 0,001 мм. В соответствии с этим разработаны и конструкции измерительных инструментов и приборов. В процессе изготовления различных деталей в период учебной практики, сборке или разборке сборочных соединений учащемуся необходимо пользоваться различными измерительными и контрольными инструментами. Эти инструменты делятся как контрольные и измерительные. По методу измерения измерительные средства делятся на 4 группы:

- инструменты с непосредственным отсчетом измеряемого размера, к ним относятся штриховые меры длины (линейки, штангенинструмент, микрометрический инструмент, имеющие шкалы);

- инструменты для измерения методом сравнения (калибры: гладкие, резьбовые);

- плоскопараллельные концевые меры, угловые меры;

- измерительные приборы и аппараты, подразделяющиеся как механические, оптико-механические, оптические, электрические, пневматические и жидкостные.

Инструменты 1-ой группы. Измерительные, поверочные линейки и кронциркули. Измерительная или масштабная линейка имеет штрих – деления, расположенные друг от друга на расстоянии 1 мм. Размер этих делений и определяет цену деления линейки и, следовательно, точность измерения, которая может быть достигнута при использовании этого инструмента. Измерительные (масштабные) линейки изготавливают из инструментальной углеродистой стали У7 или У8. Эти линейки позволяют определять наружные и внутренние размеры с точностью до 1 мм. Приемы использования измерительной линейки рис. 2.1.

Если по каким-либо причинам использование измерительной линейки затруднено, то для контроля размеров используют 2 инструмента сравнительного типа. Кронциркуль (рис. 2.2.). Размеры обработанной детали определяют, сравнивая величину разведения ножек со шкалой измерительной линейки (рис. 2.2. б) или штангенциркуля.

Пружинные кронциркули (рис. 2.2. б) более удобны в обращении и обеспечивают большую точность измерений. Проверочные (лекальные) линейки служат для контроля обработанных поверхностей на прямолинейность и плоскостность. Эти линейки могут быть с двусторонними, 3 и 4-х сторонними гранями (рис. 2.3.).

		а - для наружных и внутренних измерений; б - пружинный для наружных и внутренних измерений: 1 - пружина; 2 - гайка; 3 - винт; - определение размера по кронциркулю с использованием измерительной линейки и штангенциркуля   Рисунок 2.2 Кронциркуль

Проверочные линейки изготавливают с высокой точностью. Они имеют узкие ребра с небольшим закруглением 0,1-0,2 мм, что позволяет определить отклонение с достаточно высокой точностью до 0,002 мм, используя метод световой щели. По результатам контроля можно сделать только вывод о наличии или отсутствии дефекта.

		а - формы поперечного сечения; б - прием измерения Рисунок 2.3 Лекальная линейка

Штангенинструменты. К штангенинструментам относятся штангенциркули, штангенглубиномеры, штангенрейсмасы, штангензубомеры. Штангенциркули (ГОСТ 166-73 рис. 2.5.) изготавливаются 4-х типов ШЦ-I с двухсторонним расположением губок для наружных и внутренних измерений и с линейкой для измерения глубин и высот. ШЦТ-1 с односторонним расположением губок, губок для внутренних измерений нет, губки оснащены пластинками твердого сплава. ШЦ-II с двухсторонним расположением губок для наружных и внутренних измерений и для разметки. ШЦ-III с односторонним расположением губок для наружных и внутренних измерений. Штангенглубиномеры (ГОСТ 162-64 рис. 2.5. в) предназначены для измерения глубины и высоты изделий, расстояний до буртиков или выступов, а штангенрейсмасы (ГОСТ 164-64, рис. 2.5. г) для разметки и измерения высоты изделий. Все штангенинструменты имеют основную шкалу с ценой изделия 1 мм и нониус (вспомогательная шкала для отсчета дробных долей мм). П.Нониус – испанский монах 17 век н.э., изобретатель вспомогательной шкалы. Основные типы нониусов показаны на рис. 2.4.

		Рисунок 2.4 Типы нониусов

Характеристики нониусов: цена деления нониуса и модуль нониуса, V – определяются по формулам ; , где i – цена деления основной шкалы в мм; n – число делений нониуса; i - длина шкалы нониуса в мм.

Разновидности штангенинструментов смотрите на рис. 2.5.

		а, б - штангенциркули: 1 - штанга; 2 - губки для измерения (наружных и внутренних); 3 - рамка; 4 - винт для фиксации рамки; 5 - нониус; 6 - линейка глубиномера; 7 - устройство для точного перемещения рамки; в - штангенглубиномер: 1 - штанга; 2 - основание; 3 - рамка; 4 - нониус; г - штангенрейсмас: 1 - выступ рамки; 2, 4 - измерительные ножки; 3 - держатель измерительной ножки; 5 - нониус; 6 рамка; 7 - штанга; 8 - основание; d - диаметр измеряемой детали; b - толщина измерительных губок; h - глубина отверстия или высота уступа Рисунок 2.5 Штангенинструменты

а - приблизительная установка размера; б - зажим рамки микроподачи; в - измерение размера гайкой микроподачи; г - зажим гайки и чтение размера Приемы измерения штангенциркулем с величиной отсчета по нониусу 0,05 мм

При измерении штангенинструментом следует проверить:

- плавность перемещения рамки по всей длине штанги;

- плотность прилегания измерительных губок друг к другу (в сведенном положении не должно быть просвета между губками);

- точность совпадения нулевого штриха нониуса с нулевым штрихом основной шкалы;

- точность совпадения торца линейки глубиномера с торцом штанги.

Микрометрические инструменты. К микрометрическим инструментам относятся микрометры, микрометрические глубиномеры и микрометрические нутромеры. Все эти инструменты имеют микрометрическую головку с ценой деления 0,01 мм и с диапазоном показаний от 0 – 25 мм (иногда 0 – 5; 0 – 10 и 0 – 15 мм). Показания со шкалы микрометра считываются следующим образом (рис. 2.6.):

Рисунок 2.6 Отсчет показаний по шкале микрометра

- по основной шкале, расположенной на стебле микрометрической головки, считываются целые миллиметры и половины миллиметров, размер определяют по штриху основной шкалы, видному из-под сноса барабана;

- по круговой шкале барабана определяют сотые доли миллиметров по штриху шкалы барабана, совпадающему с продольным штрихом основной шкалы;

- к показаниям, считанным по основной шкале, прибавляют показания, считанные со шкалы барабана, полученная сумма и будет являться размером проверяемой детали.

В соответствии с ГОСТ 6507-60 устанавливаются следующие типы микрометров:

МК – микрометры гладкие для измерения наружных размеров изделий;

МЛ – микрометры листовые с циферблатом для измерения толщины листов и линий;

МТ – микрометры трубные для измерения толщины стенок труб с внутренним диаметром от 12 мм и более;

МЗ – микрометры зубомерные для измерения длины общей нормали зубчатых колес.

Гладкий микрометр (рис. 2.7.) состоит из скобы – 1, пятки – 2, микрометрического винта – 4, стопора – 5, стебля – 6, барабана – 7 и трещотки – 8.

Микрометры выпускаются с диапазоном измерения 0 – 25, 25 – 50, 50 – 75 и т.д.

Глубиномер микрометрический (ГОСТ 7470-67) (рис. 2.8.) предназначен для измерения глубины пазов, отверстий и высоты уступов. Основные детали: основание – 1, стебель – 2, барабан – 3, трещотка – 4, стопор – 5, измерительный стержень – 6.

Микрометрические глубиномеры обеспечивают диапазоны измерения – 0…25; 25…50; 50…75; 75…100; за счет замены сменных стержней – 6.

Микрометрический нутромер (рис. 2.9.).

1 - корпус; 2 - стопор обода; 3 - циферблат; 4 - обод; 5 - стрелка; 6 - указатель полных чисел оборотов; 7 - гильза; 8 - стержень; 9 - наконечник; 10 - измерительный шарик; 11- головка Рисунок 2.10. Индикатор (измерительная головка)

Схема механизма индикатора часового типа

Индикаторы (рис. 2.10.) часового типа (ГОСТ 577-68) применяются для измерения размеров и отклонений формы и взаимного скольжения поверхностей изделий, а также в качестве отсчетных устройств в различных измерительных приборах и контрольно-измерительных приспособлениях.

Большая шкала (см. рис. 2.10.) разделена по окружности на 100 частей, что обеспечивает цену деления 0,01 мм. Целое число миллиметров отсчитывается малой стрелкой указателя оборотов по малой шкале.

Приемы измерения индикатором часового типа показаны на рис. 2.11.