3. Измерение размеров деталей штангенциркулем, микрометрическими, индикаторными и оптическими приборами

3.1. Цель работы

Ознакомиться со средствами измерения линейных раз­меров, изучить методику проведения контроля линейных размеров.

В результате выполнения лабораторных работ студент должен знать основные универсальные средства контроля линейных и угловых размеров, область применения средств и методику их использования; студент должен уметь выбирать средства измерения и выполнять контроль геометрических параметров типовых деталей.

3.2. Универсальные измерительные средства и их мет- рологическая характеристика

В лабораторной работе студентам предлагается для вы­полнения измерений штангенинструмент, микрометрический инструмент, инструмент с индикаторами часового типа, изме­рительные микроскопы БМИ-1Ц, ДИП-1

3.2.1. Метрологическая характеристика штангенинструмента.

К штангенинструменту относят штангенциркули, штан-генглубипометры, штангенрейсмасы.

Отсчетное устройство в штангенинструменте состоит из основной шкалы, нанесенной на штанге, и нониуса (рис. 3.1).

Отсчет при измерении штангенинструментом определя­ется выражением

А=п,1,+п_г1_г, (3.1)

где: А - величина отсчета;

n, - число делений на основной шкале до нулевой отметки нониуса;

- цена деления основной шкалы;

п₂ - число делений нониуса от нуля до совпадения штриха шкалы нониуса и штриха основной шкалы.

(3.2)

Где цена деления нониуса, мм; полное число делений шкалы нониуса.

На рис. 3.1. отсчет составляет 32,45 мм;

; 1 / 20 = 0.05 мм;

И нтервал для шкалы нониуса определяется из условия

(3.3)

Где: интервал деления шкалы нониуса, мм;

𝛾 – коэффициент увеличения по сравнению , принимаемым равным 1, или 2, или 3.

Предельная погрешность показаний штангенинструмента регламентируется ГОСТ 162-80, ГОСТ 164-80, ГОСТ 166-80. Она не выше чем цена деления шкалы нониуса.

Штангенциркули ГОСТ 166-80 выпускаются нескольких типов:

ШЦ-1 - с двухсторонним расположением губок - для наружных и внутренних измерений с линейкой для измерения глубины;

ШЦ-II - с двухсторонним расположением губок - для измерения наружных и внутренних размеров и для разметки;

ШЦ-Ш- с односторонними губками и дополнительным разметочным устройством;

ШЦЦ- цифровое отсчетное устройство - центромер для измерения межцентровых рас­стояний отверстий или шпилек круглого, овального, прямо­угольного, Т- образного и других сечений имеющих ось симметрии;

ШЦО-Ш- с односторонним расположением губок для измерения отверстий при расточке деталей без вывода борштанги из контролируемого отверстия;

ШЦР - разметочный, для разметки плоскостей на раз­ных высотах и от базовых отверстий.

ШЦК - с отсчетом по круговой шкале.

На рис. 3.2 представлен штангенциркуль типа ШЦЦ.

Рис. 3.2. Штангенциркуль типа ШЦЦ; 1,2 – измерительные губки;

3 – зажимной винт; 4 – рамка со шкалой нониуса;5-цифровое отсчетное табло.

По ГОСТ - 162-80 выпускаются три типоразмера штангенглубино- метров, а по ГОСТ 164-80 шесть типов штангенрейсмасов.

Измерение штангенциркулем осуществляется следую­щим образом (рис. 3.2): Изме­рительные поверхности губок приводят до полного прилегания с поверхностями измеряемой детали; осуществляется включение цифрового отсчетного устройства и снимается отсчет с цифрового отсчетного табло 5. Следует помнить, что при измерении внутренних размеров к отсчету, следует прибавлять толщину двух губок 1,2 . Размер губок маркируется на их поверхности.

3.2.2. Метрологическая характеристика микрометриче­ского инструмента.

Наиболее распространенными видами микрометрического ин­струмента являются микрометры, микрометрические нутроме­ры и глубинометры.

Конструкция микрометрического инструмента осно­вана на принципе винтовой пары.

Известно, что поступательное перемещение винта относитель­но гайки пропорционально величине шага резьбы и углу пово­рота винта, т. е.

(3.4)

где L - поступательное перемещение винта, мм;

s - шаг винта, мм;

- угол поворота, рад.

Для пары винт - гайка s = const и тогда величина поступатель­ного перемещения зависит от угла поворота.

В большинстве микрометрических приборов шаг винта выполняется равным 0,5 мм, а окружность для отсчета угла поворота винта делится на 50 равных частей. Поэтому поворот на одну часть этой окружности (на одно деление) соответству­ет линейному перемещению винта:

(3.5)

В этом случае цена деления микрометрического инст­румента составляет 0,01 мм.

М икрометрические измерительные инструменты вы­пускаются нескольких типов: микрометры гладкие с ценой де­ления 0,01 мм (ГОСТ 6507-78) гладкого микрометра с электронным цифровым отсчетным устройством с диапазоном измерения 50-75 мм: (ГОСТ 6507-90), настольные (ГОСТ 11195-81), со стрелочным отчетным устройством (ГОСТ 10388-81), ры­чажные (ГОСТ 4381-80), со вставками (ГОСТ 4380-86), нутро­меры микрометрические (ГОСТ 10-75), глубиномеры (ГОСТ 7470-78) для наружных измерений и состоит из трех основных узлов Микрометр

Рис. 3.3. Микрометр:1 - скоба; 2 - пятка; 3 - микрометричес- кий винт; 4 - стебель; 5 - микрометрическая гайка; 6 – регули-ровочная гайка; 7 - барабан; 8 - колпачок; 9 - храповый меха-низм трещотки

служит (рис. 3.3): скобы 1, микрометрического винта 3 и устройства для обеспечения постоянства измери­тельного усилия.

В скобу 1 с одной стороны закреплена пятка 2 с непод­вижной поверхностью, с другой стороны запрессован стебель 4 с продольной риской, по обе стороны от которой расположе­ны штрихи с интервалом 1 мм. Верхние штрихи сдвинуты на 0,5 интервала по сравнению с нижними так, что интервал меж­ду соседними верхним и нижним штрихами составляет 0,5 мм. стебель в левой своей части служит направляющей для микро­винта 3, а в правую часть запрессована гайка 5, с которой мик­ровинт образует винтовую кинематическую пару. Микро гайка 5 имеет продольную прорезь, снаружи на ней нарезана кони­ческая резьба, на которую навинчивается регулировочная гай­ка 6 для регулирования зазора в паре микровинт - микро гайка. С микровинтом 3 жестко соединен барабан 7, на левом кони­ческом поясе которого нанесена круговая шкала с пятьюдеся­тью делениями. Барабан 7 крепится колпачком 8, в котором установлен храповой механизм трещотки 10, предназначенный для того, чтобы измерительное усилие находилось в пределах нормы, установленной ГОСТом.

Микрометрами имеющими микрометрическую головку с электронным цифровым отсчетным устройством производят измерение так же как и микрометрами гладкими, только результат измерения высвечивается на цифровом табло (рис. 3.4).

только результат измерения высвечивается на цифровом табло (рис. 3.4).

Рис. 3.4. Микрометр с электронным цифровым отсчетном устройством: 1 - стебель; 2 - барабан; 3 - электронное цифровое отсчетное устройство

3.2.3. Микрометрическая характеристика индикаторов часового типа.

Индикаторы часового типа относятся к механическим измерительным приборам. Они входят основной составной ча­стью в такие приборы, как индикаторная скоба, индикаторный нутромер, и др. Индикатор часового типа применяется для относитель­ных и абсолютных измерений.

Промышленность выпускает индикаторы нескольких типов ГОСТ 577-68*, ГОСТ 9696-82*, ГОСТ 5584-75* с ценой деления 0,01;4>,001 и 0*002 мм.

На рис 3.5 доказана принципиальная схема индикатора часового типа ИЧ-10 с ценой деления 0,01 мм. Подпружный измерительной стержень 1 имеет зубчатую рейку, находящуюся в зацеплении с зубчатым колесом 7 (шаг t₇ =0,625 мм, число зубьев z₇ =16). На одной оси с этим ко­лесом запрессовано колесо 8 ( = 100)

указатель числа обо­ротов 4.

Колесо 8 находится в зацеплении с колесом 9 ( = 10), которое посажено на одну ось со стрелкой 2 и нахо­дится в зацеплении с колесом 10 (z_I0 = 100), подпружиненным волоском 12 для выбора кругового зазора механизма.

Уравнение передаточного отношения выводится следующим образом: зададим измерительному стержню 1 перемещение на одну единицу длины (например 1 мм). Колесо 7 при этом пе­реместится на такую же длину дуги, считая по делительной окружности, а угол его поворота будет равен

угол поворота стрелки 2 будет больше в раз, а ее дуговое перемещение составит

где: L₂ - длина дуги, мм;

R - радиус окружности, на которой нанесена шкала 3, мм;

где: n_ц=100 - число делений на шкале циферблата;

с_ц = 1,2 - цена деления шкалы.

В итоге получим:

(3.6)

где: i - передаточное отношение прибора;

t₁,t₂ - перемещение измерительного стержня и указате­ля соответственно, мм.

Для нашего случая получим

Цена деления шкалы составит 0,01 мм, цена деления шкалы указателя оборотов 1 мм.

По такой схеме выполняются индикаторы с диапазона­ми измерения от 2 до 10 мм. Измерительное усилие зависит от жесткости пружины 11 стержня и не должно превышать тре­бования соответствующего ГОСТа.

3.2.4. Метрологическая характеристика измерительных приборов с микроскопами.

В лабораторной работе для измерений используется двух координатный измерительный прибор ДИП1. Этот при­бор предназначен для измерения в проходящем или отражен­ном свете линейных и угловых размеров различных изделий в прямоугольной или полярной системах координат. Прибор ис­пользуется, в основном, для бесконтактного измерения проек­ционным методом или непосредственным наблюдением через окуляр.

С помощью прибора можно измерить диаметры валов и отверстий, межцентровые расстояния, угловые и линейные размеры резцов, фрез, кулачков, шаблонов, резьбы и т. п. Та­кими приборами комплектуются инструментальные цехи, из­мерительные лаборатории.

Измеряемое изделие, закрепленное на столе приборов, может перемещаться с высокой точностью в плоскости стола по двум координатам, а также поворачиваться вокруг верти­кальной оси. Кроме того, вертикальная колонка, на которой закреплен измерительный микроскоп, может поворачиваться (наклоняться) вокруг горизонтальной оси. Отсчет перемещений изделия относительно штрихов сетки производиться по нониусу лимбов или по табло цифровой системы отсчета.

В состав прибора измерительного двух координатного ДИП-1, кроме измерительного микроскопа входит вычисли­тельное устройство, которое обеспечивает автоматическую обработку результатов измерения и вычисление требуемых размеров с выдачей контролируемых параметров на цифропе-чатающее устройство.

Для измерения радиуса R или диаметра D окружности по трем (или восьми) на цифровой клавиатуре наберите номи­нальную величину R или D. Нажмите клавишу вида операции r ИЛИ d. При этом загорается сигнальная лампа "ВВЕДИТЕ КООРДИНАТЫ", а на табло 'ТОЧКА" высветится цифра "О".

Наведите визирную систему микроскопа на первую точку окружности. Нажмите клавишу "ВВОД" и убедитесь, что на табло "ТОЧКА" высветилась цифра 1. Наведите визир­ную систему микроскопа на вторую точку окружности и на­жмите клавишу "ВВОД". Ввод точек проводится соответст­венно 3 или 8 раз. Убедитесь, что на бумажной ленте печа­тающего устройства отпечатались номинальный радиус или диаметр, размеры измерения, отклонения результата измере­ния от номинального размера. Координата центра окружности и значение радиуса (диаметра) помещаются в память вычисли­тельного устройства.

Для измерения угла между прямыми нажмите клавишу /1. Введите точки 1 и 2, лежащие на одной прямой. Нажмите клавишу 12. Введите цифры 3 и 4, лежащие на второй прямой. На цифровой клавиатуре наберите номинальную величину уг­ла W„ в градусах. Нажмите клавишу

при этом вычисляется величина угла и его отклонения от но­минального значения. Для вычисления дополнительного угла набирать номинальную величину дополнительного угла (160 -Wh) на цифровой клавиатуре пульта и нажать клавишу

результаты выводятся на печать.

Кроме этих измерений, на приборе ДИП-1 можно измерить: межцентровые расстояния, расстояния между точками пересе­чения, габаритные размеры деталей прямоугольной формы, на параллельность и неперпендикулярность, углы между пря­мыми, проходящими между центрами окружности, углы меж­ду биссектрисой и прямыми, параметры резьбовых изделий, выполнить ряд комбинированных расчетов при измерениях. Подробнее с возможностями и правилами эксплуатации ДИП-1 можно ознакомиться в его техническом описании.

Пределы основной допускаемой погрешности при из­мерении прибором ДИП-1 линейных размеров проекционным методом

мкм,

где: L - номинальная длина в мм;

при измерении плоского угла ±1,5'. Цена деления линейной шкалы стола 1 мм; лимба угломерной головки 1°; минутной шкалы угломерной головки ; дискретность отсчета линейных размеров (цена деления) 0,5 мкм.

3.3. Задание

3.3.1.Ознакомиться с устройством и принципом измерения штангенинструментом, микрометрическим инструментом, индикаторными измерительными приборами и измерительным микрометрическим инструментом, индикаторными измерительными приборами и измерительным микроскопом ДИП-1.

Занести в таблицу метрологические характеристики приборов.

2. По заданию преподавателя произвести установку каждого измерителя на заданный размер. Результаты предъя­вить преподавателю и зафиксировать в отчете.

3. Ознакомиться с чертежом детали, требованиями к точности ее размеров. Измерить деталь различными мерительными приборами. Схему измерений и результаты измерений зафиксировать в отчете.

4. Оценить точность детали. Сделать вывод о ее пригодности.

5. Оформить отчет пол лабораторной работе и предъявить его преподавателю. Ответить на контрольные во­просы.

3.4. Последовательность выполнения работы

3.4.1. Ознакомиться с устройством штангенинструмента и методикой измерения с его помощью.

Занести в таблицу 3.1 метрологические характеристики инструмента

2. По заданию преподавателя установить на шкале инструмента требуемый размер. Результат занести в таблицу.

3. Ознакомиться с деталью. Из чертежа детали вы­яснить номинальный размер детали и допускаемые отклонения от него. Занести в таблицу.

4. Составить схему измерения детали штангенинст-рументом. Эскиз схемы занести в отчет.

3.4.5. Измерить деталь. Данные занести в таблицу. Из­мерения производить трижды, каждый раз, заново устанавли­вая инструмент. Вычислить среднеарифметическое значение от результатов измерения. Данные занести в таблицу.

3.4.6. Определить отклонения измеренного размера от номинала. Сравнить с величиной допуска по чертежу. Дать за­ключение о годности детали. Данные занести в таблицу.

Таблица 3.1

Метрологическая характеристика						Номинальный размер	Отклонение по чертежу		Результаты измерения					Заключение о годности
Цена деле- ния, мм		Допуск пог-реш-ности, мм		Преде-лы измере-ния, мм					1		2	3	Сред. арефм. зн
L		L		L
1	2	3	4	5	6	7	8	9		10	11	12	13
0.1	-	0.1	-	0- 150	-	43	+0.2 -0.1	43. 2		43.0	43.1	43.1	Отклонения в пред. норм

7. Пункты 2.6.1. - 2.6.6. повторить соответственно при измерении микрометром, индикаторным прибором, мик­роскопом.

8. Оформить отчет по лабораторной работе. Отве­тить на контрольные вопросы.

3.5. Контрольные вопросы

1. Напишите формулу для определения величины отсчета при измерении штангенинструментом.

2. Как определяется величина поступательного пе­ремещения микрометрического винта относительно гайки?

3. Перечислите составляющие суммарной погреш­ности при измерении микрометром.

1. Охарактеризуйте составляющие погрешности при измерении штангенинструментом.

2. Перечислите виды штангенинструментов.

3. Назовите виды микрометрического инструмента.

4. Объясните принцип действия индикатора часово­го типа.

5. Расскажите, как устанавливается ноль индикатор­ного прибора.

6. Сформулируйте преимущества автоматизирован­ных методов измерения на примере прибора ДИП-1.

Лабораторная работа № 2