Универсальные средства измерений линейных размеров

Министерство сельского  хозяйства РФ

Федеральное государственное  бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Алтайский государственный аграрный университет»

Инженерный факультет

Кафедра технологии конструкционных  материалов и ремонта машин

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1

по дисциплине: Метрология, стандартизация и сертификация

Универсальные средства измерений линейных размеров

ЛР 1-МСС-2013

 

 

 

Барнаул 2013 г.

 

 

 

Содержание

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Цель Работы:

1. Изучить устройство, принцип измерения и метрологические характеристики штангенинструментов, микрометрических инструментов и инструментов с механической передачей.
2. Найти и сопоставить метрологические характеристики штангенциркуля,      микрометра, часовой индикаторной головки.
3. Измерить выданную деталь тремя СИ.

ВВЕДЕНИЕ

Техническими измерениями называются измерения различных физических величин с помощью специальных технических методов и средств. В машиностроении наиболее распространены линейные и угловые измерения, то есть измерения линейных и угловых геометрических размеров изделий, шероховатости и волнистости поверхностей, отклонений расположения и формы поверхностей.

Важнейшими требованиями, предъявляемыми к техническим измерениям, являются единство и точность измерений. Единство измерений  –  такое состояние измерений, при котором их результаты выражены в узаконенных единицах и погрешности измерений известны с заданной вероятностью. Единство измерений необходимо, чтобы можно было сопоставлять результаты измерений, выполненных в разных местах, в различное время, с помощью разнообразных приборов. Единство измерений обеспечивает взаимозаменяемость изделий, например деталей, изготовляемых по одному чертежу на разных предприятиях.

Точность измерений  – качество измерений, отражающее близость их результатов к истинному значению измеряемой величины. Чем меньше разность между измеренным и истинным значениями, тем выше точность.

Наука об измерениях, методах и средствах обеспечения  их единства и способах достижения требуемой точности называется метрологией. Слово «метрология» происходит от греческих слов metron (мера) и logos  (понятие).

Основные задачи метрологии  –  это развитие общей теории измерения; установление единиц физических величин; разработка методов и средств измерений; разработка способов определения точности измерений; обеспечение единства измерений и единообразия средств измерений; установление эталонов и образцовых средств измерений; разработка методов передачи размеров единиц от эталонов и образцовых средств измерений рабочим средствам измерений.

 

ШТАНГЕНИНСТРУМЕНТЫ

Для измерения линейных размеров абсолютным методом и для воспроизведения размеров при разметке деталей служат штангенинструменты, объединяющие под этим названием большую группу измерительных средств: штангенциркули, штангенглубиномеры, штангенгрейсмасы, штангензубомеры и т.д.

Наиболее распространенным типом  штангенинструмента является штангенциркуль. Существует несколько моделей штангенциркулей (ГОСТ 166-80).

 

               Рис.1

Штангенциркуль ШЦ-I с двусторонним расположением губок (рис.1,а) для наружных и внутренних измерений и с линейкой для измерения глубин (цена деления нониуса 0,1 мм, предел измерений от 0 до 125 мм) имеет штангу (линейку) 1 с основной шкалой, деления которой нанесены через 1 миллиметр. Штанга имеет неподвижные измерительные двусторонние губки с рабочими поверхностями, перпендикулярными штанге. По линейке перемещается измерительная рамка 2 со второй парой губок; на рамке имеется стопорный винт 4 для ее фиксации в требуемом положении. На измерительной рамке нанесена дополнительная шкала - нониус 3. Наружные размеры измеряют нижними губками, имеющими плоские рабочие поверхности малой ширины. Верхние губки применяют для измерения внутренних размеров. Линейка-глубиномер 5 предназначена для измерения высоты уступов, глубины глухих отверстий и т.п.

Штангенциркуль ШЦ-II с двусторонним расположением губок (рис.1,б) предназначен для наружных и внутренних измерений и разметочных работ. Состоит из тех же основных деталей, что и ШЦ-I, но имеет вспомогательную рамку микроподачи 4 для точного перемещения рамки 1 по штанге 5. Для этого необходимо предварительно зафиксировать вспомогательную рамку 4 стопорным винтом 3, а затем, вращая гайку 6 по микровинту 7, перемещать измерительную рамку по штанге. Как правило, этой подачей пользуются для точной установки размера на штангенциркуле при разметке. Остроконечные губки штангенциркуля ШЦ-II применяют для разметки или измерения наружных размеров в труднодоступных местах. Нижние губки для измерения внутренних размеров имеют цилиндрические рабочие поверхности. Размер губок в сведенном состоянии обычно бывает равен 10 мм и определяет наименьший внутренний размер, который может быть измерен этим штангенциркулем. При внутренних измерениях к отсчету по шкале следует прибавить размер губок, указанный на их боковой стороне. Штангенциркули типа ШЦ-II имеют нониусы с ценой деления 0,1 и 0,05 мм и пределы измерения 0-160, 0-200, 0-250 мм.

Штангенциркуль ШЦ-III не имеет верхних остроконечных губок и устройства для микроподачи измерительной рамки. Он применяется для наружных и внутренних измерений с помощью таких же, как у ШЦ-II, нижних губок. Цена деления нониуса 0,1 и 0,05 мм, пределы измерений от 0 до 2000 мм.

Микрометрические инструменты (рис. 2) позволяют производить измерения с точностью до 0,01 мм, К ним относятся микрометры служащие для измерения наружных размеров (рис. 2, а) микрометры резьбовые со вставками, применяемые для измерении среднего диаметра резьбы (рис. 2, б); микрометрические глубиномеры предназначенные для измерения глубины пазов, отверстии и высоты уступов (рис. 2, в); микрометрические нутромеры, применяемые при измерении внутренних размеров (рис. 2, г).

Рис. 2. Микрометрические инструменты:

а — микрометр (1 — скоба; 2 — пятка; 3 — микрометрический винт;

4 — стопор; 5 — стебель; 6 — барабан; 7 — трещотка; 8 — установочные меры);

 б — микрометр  резьбовой со вставками; в — микрометрический глубиномер;

 г — микрометрический нутромер (1и 8 — измерительные наконечники;   2 — гайка; 

3 — стебель; 4 — стопор; 5 — микрометрический винт; 6 — барабан; 7 — трещотка);

д — пример отсчета.

 

Принципиальное устройство всех указанных  микрометрических инструментов основано на использовании одинакового измерительного механизма — микрометрического винта.

Рассмотрим устройство наиболее распространенного  микрометрического инструмента-микрометра для измерения наружных размеров с точностью до 0,01 мм (см. рис. 2, а). Он состоит из скобы 1 с пяткой 2 и стебля 5, внутрь которого ввернут микрометрический винт 3. Торцы пятки и микрометрического винта являются измерительными поверхностями. Винт жестко скреплен с барабаном 6. На стебле нанесена шкала с полумиллиметровыми (верхняя часть шкалы) и миллиметровыми (нижняя часть) делениями. На конической части барабана также нанесена шкала, делящая окружность на 50 равных частей. Главной частью микрометра является точный микрометрический винт с шагом резьбы

0,5 мм. При повороте на один  полный оборот он перемещается  вдоль оси на 

0,5 мм, за пол-оборота  - на 0,25 мм, а за одну пятидесятую  часть оборота— на 0,01 мм. Если  коническая часть барабана микрометра разделена на 50 равных частей, то при повороте барабана на одно деление винт переместится в продольном направлении на 0,01 мм, при повороте барабана на два деления—на 0,02 мм и т. д.

Так как излишний нажим винта  на измеряемую деталь может вызвать  неточность измерения, то для регулирования нажима микрометр имеет трещотку 7. Трещотка соединена с винтом так, что при увеличении измерительного усилия свыше 9 Н она не вращает  винт, а проворачивается с характерными щелчками. Для фиксирования полученного размера служит стопор 4.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ГОЛОВКИ С ЗУБЧАТЫМ МЕХАНИЗМОМ  
ИЛИ ИНДИКАТОРЫ ЧАСОВОГО ТИПА

Измерительными головками называются отсчетные устройства, преобразующие малые перемещения измерительного стержня в большие перемещения стрелки по шкале (индикаторы часового типа, рычажно-зубчатые индикаторы, многооборотные индикаторы, рычажно-зубчатые головки).

 

Рис.3. Индикатор часового типа ИЧ-10

В качестве отдельного измерительного устройства головки использоваться не могут и для измерения их устанавливают на стойках, штативах или оснащают приборы и контрольно-измерительные приспособления.

Измерительные головки предназначены  в основном для относительных  измерений. Если размеры деталей  меньше диапазона показаний прибора, то измерения могут быть выполнены абсолютным методом.

Наиболее распространенными измерительными головками с зубчатой передачей являются индикаторы часового типа.

Принцип действия индикатора часового типа состоит в следующем (рис.3):

Измерительный стержень 1 перемещается в точных направляющих втулках. На стержне нарезана зубчатая рейка, находящаяся в зацеплении с трибом 4 ( =16). Трибом в приборостроении называют зубчатое колесо малого модуля с числом зубьев ≤18. На одной оси с трибом 4 установлено зубчатое колесо 3 ( =100), которое передает вращение трибу 2 ( =10). На одной оси триба 2 закреплена большая стрелка 8, которая двигается по шкале 7, отсчитывая десятые и сотые доли миллиметра перемещения измерительного стержня с наконечником 12 .

При перемещении измерительного стержня  в диапазоне показаний большая стрелка совершает несколько оборотов, поэтому в конструкции индикатора часового типа установлена дополнительная стрелка 5 на оси триба 4 и колеса 3.      При перемещении измерительного стержня на 1 мм большая стрелка 8 совершает один оборот, а стрелка 5 перемещается на одно деление малой шкалы 6.

Число делений малой шкалы определяет диапазон показаний индикаторов часового типа в мм.

С трибом 2 находится в зацеплении второе зубчатое колесо 9 ( =100). К оси этого колеса одним концом присоединена спиральная пружина 10, второй конец которой закреплен в корпусе индикатора. Пружина обеспечивает работу зубчатых колес в режиме однопрофильного зацепления, уменьшая тем самым влияние зазоров в зубчатых парах на погрешность измерений.

В индикаторе часового типа предусмотрена  винтовая пружина 11, один конец которой  укреплен на измерительном стержне, а другой – на корпусе индикатора. Эта пружина создает измерительное  усилие на стержне Р=150±60 сН.

Все индикаторы часового типа имеют  цену деления большой шкалы равную 0,01 мм. Большинство индикаторов имеет  диапазон показаний 2 мм (ИЧ-2), 5 мм (ИЧ-5), 10мм (ИЧ-10) и реже выпускаются индикаторы с диапазоном показаний 25 мм (ИЧ-25) и 50 мм (ИЧ-50).

Погрешность измерений  индикатором часового типа зависят  от перемещения измерительного стержня. Так в диапазоне показаний 1÷2 мм погрешность измерения находится в пределах 10÷15 мкм, а в диапазоне 5÷10мм погрешность находится в пределах 18÷22 мкм.

 

ИЗМЕРЕНИЕ ИНДИКАТОРОМ  ЧАСОВОГО ТИПА

Индикатор 1 крепится на индикаторной стойке 2 винтом 3 (рис.4,а). Ослабляя винт 5, опускаем индикатор до касания наконечником измерительного столика 4, после чего опускаем дополнительно еще на 1…2 мм (создаем «натяг»). Фиксируем это положение затягиванием винта 5. Поворачиваем за ободок 6 круговой шкалы индикатора до совмещения «0» шкалы с большой стрелкой. Записываем показания индикатора (например, 1,00 мм при натяге 1 мм).

Не изменяя положение корпуса  индикатора, поднимаем измерительный наконечник и кладем на измерительный столик деталь. Отпускаем стержень (рис.2,б) и записываем показание индикатора (например, 2,15 мм) Разница между показанием индикатора при измерении и при настройке дает значение перемещения стержня относительно столика при измерении  
(b=2,15-1,00=1,15 мм). Это и будет размер b. Таким способом производят измерения абсолютным методом.

В тех случаях, когда размер детали больше диапазона показаний прибора, пользуются относительным методом. Для этого определяем приблизительно размер детали (например, около 42 мм), набираем блок из плоскопараллельных концевых мер длины (тоже 42 мм) настраиваем прибор на «0» относительно плоскопараллельных концевых мер длины (ПКМД) (рис.2,в) аналогично настройке при абсолютном методе. Записываем показания индикатора (например, 1,00 мм), убираем блок ПКМД и ставим деталь. Записываем показания индикатора (например, 2,15 мм). Определяем перемещение стержня при измерении относительно ПКМД (D=2,15-1,00=1,15 мм) (рис.4,г). Действительный размер детали d=ПКМД+D (например, d=42+1,15=43,15 мм). При сложении необходимо учитывать знак относительного перемещения: если размер детали окажется меньше блока ПКМД, то D получится отрицательным. Например, если индикатор показывал при настройке 1,00 мм, а при измерении 0,42 мм, то  
D=0,42-1,00=-0,58 мм.

 

Рис.4. Измерение индикатором

 

Относительным методом пользуются и в тех случаях, когда необходимо уменьшить погрешность измерения, т.е. уменьшить измерительное перемещение с тем, чтобы избавиться от накапливающейся погрешности прибора.

Паспортные метрологические характеристики СИ

СИ	Метрологические характеристики
	Цена деления шкалы, мм	Класс             точности	Диапазон    измерения, мм
ЩЦ-1-150-0,1	0,1	1	0	150
МК - 25	0,01	2	25	50
ИЧ – 10	0,01	1	0	10