[ ПРИБОРЫ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ
ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ РАЗМЕРОВ
С МЕХАНИЧЕСКИМ
И ОПТИКО-МЕХАНИЧЕСКИМ
ПРЕОБРАЗОВАНИЕМ
Методические указания к лабораторной
работе по дисциплинам «Взаимозаменяемость
и технические измерения», «Взаимозаменяемость,
допуски и посадки», «Основы
взаимозаменяемости деталей и сборочных единиц транспортных и транспортнотехнологических машин и оборудования»
Министерство образования и науки РФ ФГБОУ ВПО «СибАДИ »
Кафедра «Конструкционные материалы и специальные технологии»
ПРИБОРЫ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ
РАЗМЕРОВ С МЕХАНИЧЕСКИМ
И ОПТИКО-МЕХАНИЧЕСКИМ ПРЕОБРАЗОВАНИЕМ
Методические указания к лабораторной работе по дисциплинам «Взаимозаменяемость и технические измерения», «Взаимозаменяемость, допуски и посадки», «Основы взаимозаменяемости деталей и сборочных единиц транспортных и транспортно-технологических машин и оборудования»Составители Б. А. Калачевский, М. С. Корытов, В. В. Акимов, А. Ф. Мишуров (в авторской редакции) Омск СибАДИ УДК ББК 20.4. Рецензент канд. техн. наук, доц. Ю. Б. Тихонов Методические указания к лабораторным работам по дисциплинам «Взаимозаменяемость и технические измерения», «Взаимозаменяемость, допуски и посадки», «Основы взаимозаменяемости деталей и сборочных единиц транспортных и транспортно-технологических машин и оборудования»
разработаны в помощь студентам очной и заочной форм обучения для технических специальностей и направлений факультетов «Автомобильный транспорт», «Нефтегазовая и строительная техника» в соответствии с требованиями ФГОС ВПО.
Приборы для измерения геометрических размеров с механическим и оптико-механическим преобразованием:
Методические указания к лабораторной работе по дисциплинам «Взаимозаменяемость и технические измерения», «Взаимозаменяемость, допуски и посадки», «Основы взаимозаменяемости деталей и сборочных единиц транспортных и транспортно-технологических машин и оборудования » / Сост.:
Б. А. Калачевский, М. С. Корытов, В. В. Акимов, А. Ф. Мишуров – Омск: Изд-во СибАДИ, 2011. – 32 с.
Даны краткие сведения о конструкции и принципе работы измерительных приборов с механическим и оптикомеханическим преобразованием: микрокаторов, оптиметров, длиномеров, индикаторов часового типа, индикаторных нутромеров. Приводится методика проведения технических измерений при помощи данных приборов. Методические указания могут быть использованы студентами как дневной, так и заочной форм обучения.
Ил. 15. Табл. 6. Прил. 1. Библиогр.: 3 назв.
СибАДИ, Введение Настоящие методические указания ставят своей целью знакомство с основами технических измерений геометрических размеров в машиностроении при помощи измерительных приборов.
Прежде чем переходить к выполнению лабораторной работы, напомним вам, что измерительные приборы – устройства высокого класса.
Они требуют особого подхода к их эксплуатации. Необходимо проявлять осторожность и аккуратность при работе, это условие является залогом получения с достаточной степенью точности (в пределах точности приора) достоверных результатов измерений.
Название лабораторной работы: исследование поверхности детали по геометрическим параметрам (размер, форма) на предмет соответствия условиям взаимозаменяемости на микрокаторе (горизонтальном оптиметре, вертикальном оптиметре, вертикальном длиномере).
Цель лабораторной работы:
1. Ознакомление с конструкцией и принципом работы измерительного прибора (вид прибора указывается преподавателем).
2. Измерение геометрических параметров исследуемой поверхности детали.
3. Проведение исследования на предмет соответствия контролируемой поверхности детали условиям взаимозаменяемости по геометрическим параметрам.
5. Оформление отчета по лабораторной работе.
1. НАУЧНО-ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ВЫПОЛНЕНИЯ
ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ
1.1. Общие положения. Классификация приборов, методы измерения, виды погрешностей формы цилиндрической поверхности По назначению измерительные приборы делят на универсальные и специализированные. По конструкции универсальные приборы линейных измерений делят: 1) на штриховые приборы, снабженные нониусом (штангенинструменты); 2) приборы, основанные на применении микрометрических винтовых пар (микрометрические инструменты); 3) рычажно-механические приборы, которые по типу механизма подразделяют на рычажные (миниметры), зубчатые (индикаторы часового типа), рычажно-зубчатые (индикаторы или микромеры), пружинные (микрокаторы и микаторы) и рычажно-пружинные (миникаторы); 4) оптико-механические (оптиметры, длиномеры, измерительные микроскопы и т. д.).В настоящих методических указаниях рассматриваются измерения при помощи нескольких распространенных приборов, входящих в пп. 3 и данной классификации: микрокаторов, индикаторов часового типа (п. 3), оптиметров и длиномеров (п. 4).
Приборы с механическим преобразованием (п. 3) основаны на преобразовании малых перемещений измерительного стержня в большие перемещения указателя (стрелки, шкалы и т. д.).
Эти рычажно-механические приборы применяют главным образом для относительных измерений, проверки радиального и торцового биения, а также для контроля отклонений формы деталей (отклонение от круглости – овальность, огранка; отклонение от цилиндричности – конусность, бочкообразность, седлообразность; отклонение от плоскостности – вогнутость, выпуклость и др.).
Оптико-механические измерительные приборы (п. 4) находят широкое применение в измерительных лабораториях и в цехах для измерения размеров калибров, плоскопараллельных концевых мер длины, точных изделий, а также для настройки и проверки средств активного и пассивного контроля. Эти приборы основаны на сочетании оптических схем и механических передач.
относительными, в зависимости от вида прибора.
Абсолютное измерение – измерение, основанное на прямых измерениях одной или нескольких основных величин. Данный метод реализован в длиномерах.
Относительное измерение – измерение отношения искомой величины к одноименной величине, играющей роль единицы, или изменение величины по отношению к одноименной, принимаемой за исходную. Они основаны на сравнении измеряемой величины с известным значением меры. Искомую величину при этом находят алгебраическим суммированием размера меры и показаний прибора. Данный метод измерений реализован в микрокаторах, оптиметрах, индикаторных нутромерах.
Значительное влияние на объективную оценку отклонений геометрических параметров любой формы деталей оказывает выбор схемы измерения.
При установлении отклонений геометрических параметров цилиндрических деталей измерение должно проводиться в 3-х сечениях и в 2-х взаимно перпендикулярных диаметральных направлениях. На рис. показана схема измерения детали при относительном и абсолютном методах измерений.
Рис. 1. Схема измерения детали при относительном и абсолютном методах измерений: 1, 2, 3 – поперечные сечения детали; 1д, 2д – диаметральные направления; l1, l2, l3 – действительные отклонения в 1, 2 и 3 сечениях в 1д диаметральном направлении; l1, l2, l3 – действительные в 2д диаметральном направлении; PП – размер концевой меры длины При абсолютном методе измерений данная схема остается без изменения, только оценка отклонений геометрических параметров проводится по действительным размерам (показания прибора – абсолютные значения размеров).
Для цилиндрической погрешности на рис. 2 представлены элементарные погрешности формы поперечного сечения (овальность (а), огранка (б)) и продольного сечения (конусообразность(в), бочкообразность (г), седлообразность (д), изогнутость (е)). Погрешность формы DF определяется как разность диаметров: DF=d1–d2.
Погрешность формы DF для овальности, конусности, вогнутости и бочкообразности находится как разность диаметров: DF=d1–d2. Также погрешность формы может быть определена по численным значениям действительных отклонений размеров l1, l2, l3 (для диаметрального направления 1д) и l1, l 2, l3 (для диаметрального направления 2д, см. рис. 1):
– овальность l1 – l1 ; l2 – l 2 ; l3 – l3 для трех сечений соответственно;
– конусность l1 – l3; l1 l3 для двух диаметральных направлений;
– вогнутость 1 3 l 2 ; 1 3 l 2 для двух диаметральных направлений;
– бочкообразность l 2 1 3 ; l 2 1 3 для двух диаметральных направлений.
1.2. Конструкция и принцип работы микрокатора Микрокатор является одним из представителей механических измерительных приборов, он относится к группе рычажно-механических устройств.
В основу принципа работы в этих приборах положено преобразование малых перемещений измерительного стержня в большие перемещения указателя (стрелки).
При разработке данного средства измерения для устранения зазоров в преобразовательной цепи использовали передачи, составленные из ряда последовательно расположенных пружин. Наиболее удачной оказалась передача, в которую была включена спиральная пружина, состоящая из двух участков, имеющих противоположные направления завивки спирали.
Представить себе такую двухспиральную пружину легко по несложной модели. Такой моделью может служить обертка обычной конфеты – карамели. Возьмите карамель двумя руками за концы обертки и слегка потяните в разные стороны – карамель немного повернется вокруг продольной оси. Теперь слегка сдвиньте руки навстречу друг другу – карамель повернется немного в обратную сторону. Вглядевшись внимательно, можно обнаружить, что эти повороты карамели происходят потому, что обертка на концах закручена в разные стороны. Модель станет еще нагляднее, если в тело карамели воткнуть перпендикулярно ее продольной оси обычную булавку. Теперь, двигая концы обертки в разные стороны, увидим, что углы поворота булавки пропорциональны величине продольного растяжения (сжатия) обертки. Если нанести на плотную бумагу ряд штрихов, имитируя шкалу, и поставить эту бумагу перед булавкой перпендикулярно продольной оси карамели, то мы получим простейшую модель отсчетно-преобразующего устройства пружинной измерительной головки.
передачи и преобразования (измерительная На рис. 3, а показана конструктивная схема пружинной головки – микрокатора. Здесь пружинно-передаточная лента 1 выполняет роль обертки карамели в нашей модели. Эта лента представляет собой пружину, закрученную в разные стороны на участках, находящихся по разные стороны от центральной площадки, к которой прикреплена стрелкауказатель 2. Перемещения стрелки-указателя отсчитываются по шкале, расположенной в плоскости, перпендикулярной оси пружиннопередаточной ленты; растягивание и сжатие ленты 1 выполняются вертикальным плечом-катетом пружинного рычага-треугольника 3, который отклоняется от вертикального положения вправо или влево при перемещениях вверх-вниз измерительного стержня 7 с измерительным наконечником 8. Вся пружинная передача и шкала смонтированы в корпусе 5, введенном в верхнюю часть присоединительной трубки 10.
Измерительное усилие создается пружиной 6. Установка нулевого штриха против стрелки 2 производится поворотом винта 4. Чтобы полностью ликвидировать погрешности в передаче из-за трения и проскальзывания, измерительный стержень 7 подвешен на двух плоских пружинах: мембране 9 и горизонтальном плече-катете пружинного треугольника 3.
Эта конструктивная схема стала основой для разработки целого семейства пружинных головок. На ее основе разработаны и широко применяются следующие пружинные головки: рассматриваемый в лабораторной работе микрокатор (см. рис. 3, а), а также микатор, рычажнопружинный миникатор и пружинно-оптический оптикатор.
Пружинные измерительные головки настолько чувствительны и точны, что с их помощью можно измерять отклонения в долях микрона.
Широко распространено применение этих головок для измерения линейных размеров высокой точности методом сравнения с мерой, измерения отклонений формы и расположения поверхностей.
Точность измерения на лабораторном микрокаторе 1 мкм, т.е. 0, мм. Цена деления шкалы 1 мкм. Предел измерения по шкале ±30 мкм.
Предел измерения прибора в целом 180 мм. Измерительная сила – 400 г ( Н).
Прибор состоит из следующих составных частей (см. рис. 2, б): 20 – массивного основания корпуса; 19 – направляющей колонки; 13 – предметного столика; 16 – кронштейна для установки на нем измерительной головки прибора; 15 – корпуса, внутри которого расположен весь пружинный механизм микрокатора.
Микрокаторы применяют главным образом для относительных (сравнительных) измерений.
Микрокатор не определяет действительного размера детали, а дает с точностью до 0,001 мм отклонение действительного размера контролируемой поверхности детали от какого-либо «эталона», размер которого должен быть заранее известен. В качестве таких «эталонов»
длины применяются плоскопараллельные концевые меры или плитки. Эти «эталоны» длины-плитки изготовляются с высокой степенью точности 0, мкм и более.
Предварительно для измерения контролируемой детали ее необходимо вначале измерить каким-либо «более грубым» измерительным инструментом нежели микрокатор, но с точностью не менее чем ±30 мкм, т.е. в пределах шкалы микрокатора. Для этой цели может служить обычный микрометр, точность которого 0,01 мм.
Получив по микрометру размер детали, необходимо подобрать блок плиток, соответствующих этому размеру. При этом набор плиток подбирают с таким расчетом, чтобы их было минимальное количество в блоке. Полученный эталон устанавливают на предметный столик микрокатора. Далее, используя методические указания, проводят настройку прибора.
Грубая настройка микрокатора достигается вращением гайки 18, но перед этим необходимо опустить зажим 17. При этом измерительный штифт микрокатора 12 еще не должен касаться блока плиток. Винт после этого нужно зажать. Теперь вращая микрометрический винт против часовой стрелки при помощи рифленой шайбы 11, поднимают осторожно предметный стол до тех пор, пока часовая стрелка микрокатора не установится на нулевом делении шкалы. Нажав осторожно вниз на рычаг 14, приподнимают штифт 12 и снимают со столика прибора блок плиток.
После этого вместо снятого эталона устанавливают измеряемую деталь под измерительный наконечник микрокатора, предварительно нажав на рычаг 14. При опускании штифта 12 рычагом 14 штифт коснется поверхности детали. Стрелка шкалы микрокатора покажет, насколько действительный размер детали отклоняется от размера блока плиток (эталона). Отклонение может быть положительное или отрицательное в зависимости от погрешности первого измерения микрометром. Это отклонение и будет поправкой для действительного размера детали, которую прибавляют или вычитают из размера блока плиток (в зависимости от знака). Схему измерения см. на рис. 1.
Следовательно, действительный размер детали Pд будет определяться по формуле Pд=PП+l, где l – отклонение стрелки микрокатора, мм (действительное отклонение в избранном сечении); PП – размер блока плиток, мм.
Полученные результаты измерения заносятся в отчет (см. табл. 3), обрабатываются и делаются соответствующие выводы о годности детали по контролируемым параметрам.
1.3. Конструкция и принцип работы горизонтального оптиметра Оптиметр – измерительный прибор, позволяющий определить как наружные, так и внутренние размеры детали с точностью до 0,001 мм.
В конструкции используется принцип автоколлимации – свойства объекта превращать пучок расходящихся лучей, исходящих из точечного источника света, расположенного в фокусе объектива, в пучок параллельных лучей, который после отражения плоским зеркалом собирается в том же фокусе объектива.
Способ измерения относительный. Предел измерения по шкале прибора ±100 мкм. Пределы измерения прибора в целом 0…350 мм, измерительная сила 2Н (200 г).
На рис. 4 представлен общий вид этого прибора, настроенного для измерения наружных размеров.
Для измерения внутренних размеров применяются дуги, устанавливаемые на пинолях, на концах которых находятся измерительные агатовые наконечники 7.
Определяемый размер детали предварительно измеряется какимлибо более грубым прибором, точность которого не должна быть ниже 0, мм. Для этой цели может служить штангенциркуль с точностью до 0, или 0,02 мм, а также микрометр.
Рис. 4. Общий вид горизонтального этого поднимают стол, вводя блок оптиметра ОГО-1 плиток между мерными наконечниками.
После чего прибор настраивают по этому эталону. Чтобы измерительные наконечники сблизились, предварительно нужно освободить стопорные винты 6. При этом блок плиток должен находиться на середине предметного стола. Точная подводка наконечника к поверхностям блоков плиток проводится головкой микрометрического винта 5. После освобождения стопора 4 в поле зрения окуляра 8 оптиметра должна появиться шкала с делениями (вид шкалы показан на рис. 5).
Рис. 5. Вид шкалы прибора 8 оптиметра. Предметный столик оптиметра может перемещаться в трех направлениях вверх и вниз при помощи вращающегося маховика 2 со стопором 1, а в горизонтальной плоскости перпендикулярно оси пинолей путем вращения головки 9 может вращаться около вертикальной оси, для чего служит рукоятка 3, и вокруг горизонтальной оси, перпендикулярной пинолям, путем вращения головки 10, а кроме того, может свободно перекатываться на шариковых опорах параллельно осям пинолей.
Эти движения предметного столика необходимы для правильной установки «эталонов» длины плиток изделия. При первоначальной установке плиток и зажиме их струбцинами мерительные наконечники могут оказываться неперпендикулярными мерным поверхностям этих плиток. Неправильность положения плиток может быть в двух плоскостях – вертикальной и горизонтальной.
На рис. 6 показан перекос в быть повернут, как указано производят до тех пор, пока дойдет до наименьшего показания.
Дальнейшее вращение стола в этом же направлении создает перекос в другую сторону, и шкала будет перемешаться вновь в сторону больших показаний. Вращение прекращают, когда шкала будет показывать наименьшее отклонение.
Теперь необходимо установить плитку правильно и в горизонтальной плоскости, возможный перекос в этой плоскости показан на рис. 7 (вид сверху). Очевидно, для правильной установки столик должен быть повернут, как указано стрелкой.
Этот поворот рукояткой прекращается при наименьшем показании по шкале прибора, затем микрометрическим винтом 5 шкалу устанавливают на нулевое деление.
Закрепляют все стопоры, разжимают струбцины и снимают плитки, опустив стол вниз маховиком 2, открепив стопор 1.
устанавливается измеряемое изделие, зажимается струбцинами и со столиком поднимается вверх. Так как изделие при первоначальной установке может быть также перекошено относительно пинолей, то процедура правильной ориентировки проводится вновь как и с плитками, но при этом вращение маховика 5 микрометрического винта не допускается. Наименьшее показание шкалы прибора и будет той поправкой к размеру блока плиток, которую нужно будет прибавить или вычесть, смотря по знаку отклонения. Полученный таким образом размер и будет действительным размером детали с точностью до 0,001 мм. Работа с оптиметром требует осторожности и аккуратности. Схема измерений дана на рис. 1.
Действительный размер Pд подсчитывается по формуле Pд=PП+l, где l – действительное отклонение (показание прибора), мм; PП – размер блока плиток, мм.
Полученные результаты измерения заносятся в отчет (см. табл. 3), обрабатываются и делаются соответствующие выводы о годности детали по контролируемым параметрам.
1.4. Конструкция и принцип работы вертикального оптиметра Вертикальный оптиметр, как и горизонтальный, относится к типу рычажно-оптических приборов, основанных на принципе автоколлимации – свойстве объекта превращать пучок расходящихся лучей, исходящих из точечного источника света, расположенного в фокусе объектива, в пучок параллельных лучей, который после отражения плоским зеркалом собирается в том же фокусе объектива.
Методы измерений – контактный и относительный, или сравнительный. Предел погрешности измерений не превышает 1 мкм при измеряемом размере, не превышающем 180 мм. Пределы измерений по шкале прибора ± 0,1 мм, или 100 мкм. Цена деления шкалы 0,001 мм, или мкм. Пределы измерения прибора в целом 0…180 мм. Измерительная сила 2 Н (200 г).
Вертикальный оптиметр служит только для измерения наружных размеров.
Рис. 8. Общий вид вертикального оптиметра вызовет нарушение в положении столика.
Кронштейн оптиметра при помощи рифленой гайки 3 может плавно перемещаться по стойке. Предварительно необходимо отстопорить винт 4.
После установки кронштейна винт 4 должен быть вновь завернут.
Предметный столик также может перемещаться в вертикальном направлении вращением микрометрической гайки – кольца 14, для чего предварительно необходимо открутить зажимной винт 13.
Коленчатая трубка оптиметра также может перемещаться в кронштейне, для этого нужно ослабить винт 9.
После установки трубки винт 9 вновь должен быть зажат. Винт предметного столика служит для фиксации положения предметного столика. Оптиметр снабжен зеркалом 7, при помощи которого лучи от источника света могут быть направлены в узкую щель для освещения шкалы прибора.
На горизонтальном участке в трубке оптиметра имеется окуляр 6 с регулирующим устройством на резкость, через который можно наблюдать шкалу прибора.
В нижней части коленчатой трубы оптиметра на хомутике закреплен небольшой рычажок 10, при помощи которого можно слегка приподнимать измерительный наконечник трубки оптиметра.
Прибор оптиметра снабжается измерительными наконечниками, надеваемыми на измерительный штифт и имеющими сферическую или плоскую форму. Последние бывают круглые и ножевидные. Контакт между измерительным наконечником и поверхностью объекта измерения должен быть по возможности точечным, поэтому для измерения плоских поверхностей применяют сферические наконечники, для цилиндрических – сферические или ножевые, а для сферических – плоские.
Перед измерением детали на оптиметре необходимо знать приблизительно размер объекта с точностью до 0,1 мм.
Для этой цели можно применить или штангенциркуль, точность которого 0,05 мм, или микрометр с точностью 0,01 мм.
По полученному приближенному размеру объекта набирается блок плоскопараллельных концевых мер (плиток). Этот блок плиток устанавливается на измерительном столике под измерительным наконечником прибора.
Отстопорив винт 4, осторожно вращаем рифленой гайкой 3, при этом опускается кронштейн прибора до тех пор, пока измерительный наконечник почти коснется поверхности плиток (удар недопустим).
Затем вращая микрометрическую гайку столика 15 при отстопоренном винте и наблюдая в это же время в окуляр, устанавливают прибор на ноль.
Указатель (стрелка) должен находиться против нулевого деления шкалы. Легким нажатием на рычажок 10 приподнимают измерительный штив и снимают блок плиток со столика. После этого устанавливается объект. Нажав на рычажок 10, вводят под измерительный наконечник объект измерения и замеряют по шкале прибора величину отклонения от нуля. Это отклонение будет поправкой на размер блока плиток, по которым была проведена настройка с учетом знака отклонения.
Если измеряемая деталь имеет цилиндрическую форму, то подведя ее под наконечник и наблюдая в окуляр, нужно слегка передвигать или «перекатывать» цилиндр, находя наибольшее значение измеряемого параметра относительно оси наконечника прибора.
Поправкой на размер будет наибольшее из отклонений, отмеченное шкалой прибора. Схема измерений дана на рис. 1.
Действительный размер Pд подсчитывается по формуле Pд=PП+l, где l – действительное отклонение (показание прибора), мм; PП – размер блока плиток, мм.
Полученные результаты измерения заносятся в отчет (см. табл. 3), обрабатываются и делаются соответствующие выводы о годности детали по контролируемым параметрам.
1.5. Конструкция и принцип работы вертикального длиномера Длиномер относится к группе оптических измерительных приборов, предназначенных для абсолютных и относительных измерений контактным методом наружных размеров.
Пределы измерений по шкале лабораторного прибора: при абсолютном методе 0…100 мм; при относительном (сравнительном) методе 0…250 мм.
При длине от 100 до 250 мм измерительную головку поднимают на 100 или 150 мм, а окулярный микроскоп устанавливают по плоскопараллельным мерам.
Цена деления лабораторного прибора равна 1 мкм, т.е. 0,001 мм.
Измерительная сила 2 Н (120...200 г). Общий вид вертикального длиномера ИЗВ-5 показан на рис. 9, б, схема прибора – на рис. 9, а.
Оптический длиномер (ГОСТ 14028–68) состоит из измерительной головки и вертикальной или горизонтальной стойки. Конструкция длиномера соответствует принципу Аббе, т. е. основная шкала является продолжением измеряемой детали 3 (см. рис. 9, а). В пиноли 5 закреплен измерительный наконечник 4, входящий в соприкосновение с измеряемой деталью 3. Сила тяжести пиноли 5 уравновешена противовесом 1, который перемещается внутри масляного демпфера 2. Пиноль 5 соединена с противовесом стальной лентой 9, перекинутой через блоки, причем измерительная сила длиномера определяется разностью масс пиноли 5 и противовеса 1. Эта сила регулируется с помощью грузовых шайб 8.
Отсчеты по стеклянной шкале 6, освещаемой источником света S, проводят с помощью отсчетного микроскопа 7 со спиральным нониусом.
Рис. 9. Схема работы оптического длиномера (а) и общий вид прибора (б) На массивном основании прибора 10 (см. рис. 9, б) установлена стойка 11 и ребристый предметный столик 14. На стойке 11 смонтирован кронштейн 12, перемещающийся вверх-вниз на стойке при вращении гайки. Перед перемещением кронштейна необходимо предварительно ослабить его стопорный винт. После установки кронштейна в требуемом положении он должен быть застопорен. В кронштейне может свободно перемещаться шпиндель прибора 13, перемещение которого стопорится своим стопорным винтом (для этого достаточно только «слегка» завернуть этот винт, не применяя большого усилия). Отстопоренный шпиндель должен медленно опускаться вниз под собственным весом. На нижнем конце шпинделя имеется тонкий стержень, на котором крепятся измерительные наконечники различной формы. Шпиндель при помощи стальной ленты, перекинутой через два блока, уравновешен противовесом 1, находящемся в масляной ванне 2 (см. рис. 9, а).
В кронштейне прибора расположены измерительные шкалы, окуляр отсчетного микроскопа 7 и патрон для осветительной лампы. Над окуляром имеем рифленую головку, служащую для установки прибора на «0» (на схеме не показана). Вращение этой головки возможно только при отстопоренном винте, расположенном с левой стороны окуляра.
После установки прибора на «0» этот винт вновь должен быть слегка затянут. Снизу окулярного устройства имеется колесо, служащее для вращения спирального конуса и микронной круговой шкалы.
Отсчет размера измеряемого объекта проводится при помощи трех шкал, видимых через окуляр микроскопа длиномера (рис. 10).
Первая шкала – вертикальная с миллиметровыми делениями от 0 до 100 мм, связанная со шпинделем прибора (см. короткие утолщенные горизонтальные линии на рис. 10).
Вторая шкала – спиральная, имеющая 10 делений с интервалом 0, мм (двойные витки спирали на рис. 10).
Третья шкала – круговая, имеющая 100 делений, с ценой деления 0,001 мм, т. е. 1 мкм (в верхней части фокальной плоскости окуляра).
Рис. 10. Три шкалы длиномера (а), установка прибора на «0» (б) С круговой микронной шкалой связан спиральный нониус (Архимедова спираль), выполненный в виде двойной спирали с шагом 0, мм. Шкалы эти освещаются лампочкой. В поле зрения окуляра видны короткий участок миллиметровой шкалы (одно или два крупных деления), часть спирального конуса и участок микронной круговой шкалы (см. рис.
10, а).
Перед началом измерений необходимо включить осветительную лампочку (подключить прибор к сети напряжения). После чего прибор нужно установить на ноль. Для этой цели необходимо отстопорить шпиндель прибора. Шпиндель должен медленно опускаться вниз под собственным весом. Ни в коем случае нельзя допускать удара измерительного наконечника о столик прибора. Если шпиндель двигается очень быстро, его нужно придержать рукой.
Наблюдая в окуляр прибора, можно увидеть шкалы, описанные выше. Нулевое деление миллиметровой шкалы должно быть в положении, указанном на рис. 10, б, т.е. нулевой горизонтальный штрих должен находиться внутри двойной линии первой спирали кругового конуса.
Нулевое деление микронной шкалы также должно находиться против соответствующего указателя.
Если данные условия не соблюдаются, то сначала нужно установить на «0» микронную шкалу. Эта установка производится вращением колесика под окуляром до тех пор, пока «0» на круговой шкале (вверху) не окажется против указателя.
Затем отстопорить винт, расположенный с левой стороны окуляра, и вращать рифленую головку над окуляром до тех пор, пока горизонтальная отметка «0» миллиметровой шкалы не займет положение внутри самой верхней двойной линии спирали, как показано на рис. 10, б.
Этим заканчивается установка прибора на «0» перед измерением наружного размера контролируемого объекта.
Отстопорив шпиндель, его осторожно приподнимают, и на измерительный столик устанавливается измеряемый объект (деталь).
Шпиндель прибора опускается под собственным весом (рекомендуется придерживать рукой во избежание удара) до соприкосновения мерительного наконечника с объектом измерения. После этого через окуляр прибора проводится отсчет размера.
Целые миллиметры и десятые доли отсчитывают сразу по миллиметровой шкале и шкале десятых долей (спиральной), как показано на рис. 10, а. Отсчет будет 46,2. Теперь необходимо определить сотые и тысячные доли миллиметра. Для этой цели вращением колесика под окуляром совместить в данном случае третий сверху двойной виток спирали со штрихом 46 – миллиметровой шкалы. По указателю микронной шкалы (сверху) отсчитываем сотые и тысячные доли миллиметра.
В рассматриваемом случае полный отсчет будет 46,262 мм (рис. 10, в).
Действительный размер Pд при абсолютном методе измерений на длиномере будет равен показаниям прибора, а отклонение l действительного размера от эталонного размера блока плиток PП подсчитывается по формуле l=Pд – PП, мм.
Полученные результаты измерения заносятся в отчет в журнал наблюдений (см. табл. 4), обрабатываются и делаются соответствующие выводы о годности детали по контролируемым параметрам.
1.6. Конструкция и принцип работы индикаторов часового типа Индикатором часового типа называется измерительная головка, т. е.
средство измерений, имеющее механическую передачу, которая преобразует малые перемещения измерительного наконечника в большие перемещения стрелки, наблюдаемые по шкале циферблата.
По внешнему и внутреннему устройству этот индикатор похож на карманные часы, почему за ним и закрепилось такое название.
Конструктивно прибор представляет собой измерительную головку с продольным перемещением измерительного наконечника.
Индикаторы часового типа (рис. 11), являющиеся типовыми представителями приборов с зубчатой передачей, содержат стержень 4 с нарезанной зубчатой рейкой 6, зубчатые колеса 2, 3, 10 и 7, спиральную пружину 1, стрелку 8. Возвратно-поступательное перемещение измерительного стержня 4 преобразуется в круговое движение стрелки 8.
Один оборот стрелки соответствует перемещению измерительного стержня на 1 мм. Целые миллиметры отсчитываются по малой шкале при помощи стрелки 9. Круговая шкала прибора имеет 100 делений, цена деления индикатора равна 0,01 мм.
Основная стрелка 8 при измерении может делать как часть оборота, так и несколько оборотов в зависимости от величины перемещения чувствительного элемента – наконечника 4. Для отсчета числа оборотов основной стрелки 8 на оси реечного колеса 7 и передаточного колеса укреплена малая стрелка – указатель числа оборотов 9, движение которой отсчитывается по малой секторной шкале. В действии механизма существенную роль играют пружины: пружина измерительного усилия 5, обеспечивающая постоянство силы, прижимающей измерительный наконечник 4 к поверхности измеряемой детали, и пружинный волосок 1, который через контактное зубчатое колесо 2 обеспечивает постоянство контакта всех зубьев передачи индикатора одними профилями независимо от направления движения измерительного стержня-рейки 6 – вверх или вниз. Этим ликвидируется «мертвый ход» при перемене направления хода стержня-рейки 6.
Индикаторы часового типа во время измерений устанавливают в стойках или штативах с помощью гильзы на корпусе индикатора (см. рис.
11). Поворотом ободка 11 с закрепленным циферблатом стрелку совмещают с любым делением шкалы (при настройке на «0»).
Индикаторы часового типа выпускают двух классов точности (0 и 1) в двух модификациях: индикаторы типа ИЧ с перемещением измерительного стержня параллельно шкале и индикаторы типа ИТ (торцевые) с перемещением измерительного стержня перпендикулярно шкале. Выпускаются также индикаторы часового типа с цифровым (электронным) отсчетом.
Пределы измерений индикаторов часового типа: 0…2, 0…5 и 0… мм для индикаторов ИЧ-2 (ИТ-2), ИЧ-5 и ИЧ-10 соответственно.
Предельные погрешности прибора во всем диапазоне измерений составляют 10, 12 и 15 мкм для индикаторов ИЧ-2 (ИТ-2), ИЧ-5 и ИЧ- соответственно.
При измерении различных элементов рабочих поверхностей и их взаимного расположения (применительно к сложным корпусным и другим цилиндрическим ступенчатым деталям) часто применяют в качестве измерительного устройства индикаторы часового типа. Широкое их использование обусловлено тем, что их можно применять как для непосредственной оценки, так и для метода сравнения (относительного).
Основные типовые схемы измерения индикатором часового типа приведены на рис. 12. В первом случае (рис. 12, а) деталь при измерении геометрических параметров устанавливается в центрах. При этом мерительная и технологическая базы совпадают, т. е. погрешность установки равна нулю. При данной схеме измерения представляется возможным за счет перемещения вертикальной стойки с индикатором по поверочной плите с учетом схем измерения, т.е. в 3-х сечениях в 2-х диаметральных направлениях, провести измерение погрешностей формы как в продольном (за счет перемещения стойки с индикатором вдоль оси), так и в поперечном (за счет вращения детали вокруг своей оси) сечении.
В случае измерения методом сравнения или относительным методом величина диаметра вала (в качестве примера) сопоставляется при помощи индикатора с величиной концевой меры длины (рис. 12, б).
1. Закрепление индикатора на стойке или в штативе.
2. На стол стойки или поверочную плиту под измерительным наконечником поместить блок концевых мер, равный номинальному размеру изделия.
3. Опустить индикатор так, чтобы наконечник соприкоснулся с поверхностью меры и стрелка отклонилась от нуля, создавая «натяг прибора». Значение его должно быть больше, чем допускаемые отклонения размера изделия от номинального значения. Обычно стрелке дают сделать один оборот. Это можно выполнить с помощью микровинта на стойке.
4. Зафиксировав положение индикатора, шкалу устанавливают на нулевое положение, поворачивая ободок.
5. Поднимая и опуская измерительный стержень за головку, проверить постоянство показаний индикатора. Если есть отклонение от нуля, настройку повторить.
6. Отводя стержень, снять блок мер.
При измерении меру заменяют изделием и наконечник опускают на его поверхность. Отсчет по шкале показывает отклонение размера изделия от размера меры в сотых долях миллиметра. При абсолютных измерениях порядок настройки тот же. Базой для настройки служит поверхность предметного стола стойки или поверочная плита. По указателю определяют число миллиметров в размере. Результаты измерений с соответствующим выводом заносят в отчет.
1.7. Конструкция и принцип работы индикаторного нутромера Нутромеры типа НИ с мостиками характеризуются следующим устройством: измерительные стержни подвижный и неподвижный (сменная вставка) расположены по одной оси; подвижный стержень связан с измерительным стержнем индикатора часового типа при помощи механической (клиновой, рычажной) передачи или непосредственно;
соосно с подвижным стержнем установлен центрирующий мостик. По устройству нутромеры без мостиков отличаются только отсутствием мостиков.
Рис. 13. Общий вид (а) и конструкция (б) индикаторного нутромера В данной работе используется нутромер с мостиком. Индикаторные нутромеры предназначены для относительных измерений отверстий от до 1000 мм. Они состоят из корпуса 11, отсчетного устройства (индикатор), подвижного (измерительного) 13 и неподвижного (регулируемого) 9 стержней, равноплечего (Г-образного) рычага 8, центрирующего мостика 15 и подвижного штока 2. При измерении отверстия стержень 13, перемещаясь в направлении, перпендикулярном оси отверстия, поворачивает Г-образный рычаг 8 вокруг оси и перемещает на ту же величину шток 2 и измерительный наконечник индикатора 5.
Перемещение стрелки индикатора указывает на отклонение действительного размера проверяемого отверстия от размера настройки нутромера. Установка индикатора на нуль осуществляется либо по установочному кольцу, либо по блоку концевых мер с боковиками, которые зажимаются в державке.
Промышленность выпускает индикаторные нутромеры с ценой деления 0,01 и нутромеры с ценой деления 0,001 и 0,002 мм. Основные метрологические характеристики индикаторных нутромеров представлены в табл. 1.
Т а б л и ц а 1. Метрологические характеристики индикаторных нутромеров Нутромеры: по ГОСТ 868– Вынув из футляра нутромер, проверьте ход измерительного стержня 13 (рис. 13, б). Для этого нажмите пальцем на измерительную поверхность стержня 13. Последний должен легко без заеданий перемещаться в направляющей втулке корпуса.
Выберите соответствующую измеряемому размеру вставку 9 (если она не ввернута в корпус нутромера), а вставку, ввернутую в нутромер, выверните. Для этого ключом отверните контргайку 10 вставки 9, свинтите контргайку 10 со вставки совсем и выверните из втулки ненужную вставку 9 и уложите ее в соответствующее гнездо футляра. Затем выбранную соответственно измеряемому размеру вставку 9 вверните на глубину, несколько меньшую измеряемого размера, и от руки наверните на вставку контргайку 10, не затягивая ее.
Далее проверьте положение индикатора 5 следующим образом:
нажмите пальцем на измерительную поверхность стержня 13 и вдавите его до совпадения кольцевой риски на стержне 13 с торцом корпуса.
При этом стрелка индикатора должна сделать два-три оборота. Если этого не будет, то необходимо освободить винт зажима индикатора и отрегулировав положение стрелки индикатора, как указано выше, закрепить винт и еще раз проверить по кольцевой риске измерительного стержня ход стрелки индикатора.
Центрирующий мостик 15 должен при нажиме на него пальцем и освобождении легко и плавно без заеданий перемещаться вдоль направляющей втулки.
Наиболее практичным является способ настройки по образцовому кольцу. Настройка нутромера по образцовому кольцу проводится следующим образом: после установки (приблизительно) в плоскости, перпендикулярной оси образцового кольца, оси измерительного стержня и вставки вывинчивается сменная вставка 9 (см. рис. 13, б) до тех пор, пока кольцевая риска измерительного стержня 13 не совпадет с торцом направляющей втулки. При этом еще раз проверяется и в случае необходимости регулируется натяг индикатора, который должен быть в пределах двух-трех оборотов стрелки. Далее прибор выводится из кольца и измерительная вставка 9 законтривается гайкой 10.
После этого нутромер опять вводят в образцовое кольцо и покачивают в осевой плоскости, находя наименьшее расстояние между измерительными поверхностями измерительного стержня и вставки (в нормальном сечении кольца), которое фиксируется показанием стрелки индикатора.
Определив это положение, шкалу индикатора поворачивают до точного совпадения нулевого штриха шкалы с острием стрелки. Правильность установки и ее стабильность проверяются несколькими покачиваниями прибора в осевой плоскости. При этом минимальный размер между измерительными поверхностями нутромера должен соответствовать совпадению стрелки с нулевым штрихом шкалы индикатора.
Настройка прибора по микрометру или по блоку концевых мер проводится аналогично вышеизложенному лишь с той разницей, что находится наименьшее расстояние между параллельными измерительными плоскостями установочных мер, в случае установки нутромера по микрометру мостик не участвует, что несколько затрудняет настройку.
Необходимо помнить, что при увеличении размера между измерительными поверхностями прибора стрелка индикатора поворачивается против часовой стрелки, а при уменьшении размера – по часовой.
После того, как нутромер установлен на размер, его вводят в измеряемое отверстие и, слегка покачивая, как показано на рис 14, определяют минимальное показание индикатора.
Отсчитывая отклонение стрелки индикатора от нулевого штриха, определяют отклонение размера в данном сечении от установочного размера.
Действительный размер детали Pд будет определяться по формуле Pд=PП+l, где l – показание индикатора, мм (действительное отклонение в избранном сечении); PП – размер по которому нутромер устанавливался на «0», мм.
Полученные результаты измерения заносятся в отчет в журнал наблюдений (см. табл. 3), обрабатываются и делаются соответствующие выводы о годности детали по контролируемым параметрам.
2. ОБОРУДОВАНИЕ И ИЗМЕРЯЕМЫЕ ДЕТАЛИ
Измерительные приборы: микрокатор, горизонтальный оптиметр, вертикальный оптиметр, вертикальный длиномер, индикатор часового типа, индикаторный нутромер.Вид прибора для выполнения лабораторной работы указывается преподавателем.
В качестве вспомогательных средств измерения при относительном методе измерений могут использоваться штангенциркуль (с=0,05 мм), микрометр (с=0,01 мм) и набор плоскопараллельных концевых мер.
Измеряемые детали –кольца подшипников качения и пальцы двигателей внутреннего сгорания. Конкретная деталь указывается преподавателем.
3. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ
К работе допускаются студенты, прошедшие инструктаж по технике безопасности.1. Ознакомиться с содержанием теоретической части работы, а также с конструкцией и принципом работы прибора, на котором выполняется лабораторная работа (указывается преподавателем). Законспектировать теоретические сведения о классификации универсальных измерительных приборов, абсолютном и относительном методах измерений, элементарных погрешностях формы поперечного и продольного сечений цилиндрической поверхности, о конструкции и принципе работы прибора.
2. Определить метод измерения и метрологические показатели измеряемого прибора.
3. Выбрать размер блока плиток концевых мер и определить состав плиток в блоке. Для этого предварительно замерить диаметральный размер исследуемой поверхности по микрометру или штангенциркулю. Размер блока плиток обычно определяется как ближайшее целое число миллиметров к действительному размеру. Число плиток в блоке должно быть минимальным.
Т а б л и ц а 2. Предельные отклонения, допуск размера и допуск формы для измеряемых поверхностей деталей 4. Оформить схему измерения детали (см. рис. 1), указанной преподавателем, предварительно определив предельные размеры и допуск размера, а также допуск формы для исследуемой поверхности данной детали по табл. 2.
5. Провести измерения согласно схеме диаметральных размеров исследуемой поверхности в трех сечениях и двух диаметральных направлениях (6 точек). Результаты измерений занести сначала в табл. 3, заполнив затем табл. 4 (при относительном методе измерений), либо сразу занести в табл. 4, заполнив затем табл. 3 (при абсолютном методе измерений).
Т а б л и ц а 3. Действительные отклонения размеров, мкм При относительном методе измерения – показания прибора, при абсолютном методе Диаметральное направление Т а б л и ц а 4. Действительные диаметральные размеры детали (абсолютные значения), мкм При относительном методе измерения необходимо вычисление, при абсолютном Диаметральное направление Т а б л и ц а 5. Отклонения от правильной геометрической формы, мкм Наименование отклонений формы, Сечение или диаметральное направление Овальность Вогнутость Бочкообразность Т а б л и ц а 6. Предельные величины контролируемых параметров 6. Определить численные значения в микрометрах отклонений формы в трех сечениях и в двух диаметральных направлениях по формулам, приведенным в теоретической части работы. Результаты расчетов занести в табл. 5.
7. В табл. 6 занести предельные величины контролируемых параметров детали (предельные размеры, допуск размера и допуск формы поверхности).
8. Построить профиль продольного сечения для каждого из двух диаметральных направлений (2 схемы). Каждый профиль строится по трем значениям отклонений в микрометрах из табл. 3 в произвольном масштабе относительно нулевой линии, обозначающей размер блока плиток PП.
Определить для каждого диаметрального направления вид отклонения формы. Пример показан на рис. 15.
Рис. 15. Пример построения профилей продольного 9. Сформулировать выводы о годности детали по размерам и по форме, сопоставив данные из табл. 4, 5 и 6. Если действительные (абсолютные) размеры детали выходят за предельные (Dmax и Dmin из табл.
6) то деталь не является годной по размерам, аналогично и по форме.
4. ПОРЯДОК ОФОРМЛЕНИЯ ОТЧЕТА
ПО ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ
По выполненным заданиям лабораторной работы студенты представляют оформленный отчет и защищают его.Отчет оформляется на отдельных листах формата А4 с соблюдением общих требований к текстовым документам. Допускается использовать отдельные тетрадные листы с соблюдением формата А4.
Структурными частями отчета по лабораторной работе являются:
1) титульный лист;
2) цель лабораторной работы;
3) конспект теоретических сведений о классификации универсальных измерительных приборов, абсолютном и относительном методах измерений, элементарных погрешностях формы поперечного и продольного сечений цилиндрической поверхности, о конструкции и принципе работы прибора;
4) общий порядок выполнения лабораторной работы;
5) задание: название детали (поверхности); метод измерения;
название и марка прибора;
6) метрологические показатели прибора: цена деления точной шкалы прибора (дискретность измерений); пределы измерений по всем шкалам прибора; пределы измерений прибора в целом;
7) выбор размера концевых мер: диаметральный размер исследуемой поверхности по микрометру или штангенциркулю; размер блока плиток концевых мер; размер плиток в блоке;
8) схема измерения;
9) результаты измерения (см. табл. 3, 4, 5 и 6);
10) две схемы профилей продольного сечения исследуемой поверхности в двух диаметральных направлениях (по образцу рис. 15).
11) выводы о годности детали по размерам и по форме.
Все части отчета по лабораторной работе располагаются в указанной последовательности. Пример оформления титульного листа к отчету приведен в приложении.
5. Контрольные вопросы 1. На чем основан абсолютный метод измерений 2. Что такой образцовая мера и плитка и для чего они применяются 3. Как определяют отклонение при абсолютном методе измерений 4. Как определяют действительный размер измеряемой детали при относительном методе измерений 5. Что такое шероховатость. Виды шероховатости.
6. Что такое измерение. Виды измерений.
7. На чем основывался относительный метод измерений 8. От чего зависит точность измерений 9. Как можно контролировать качество предложенной детали 10. На основании чего делается вывод о пригодности детали Библиографический список 1. Метрология, стандартизация и сертификация: учебник/ Я.М.
Радкевич, А.Г. Схирладзе, Б.И. Лактионов. – 3-е изд. перераб и доп. – М.:
Высшая школа. 2007. – 791 с.
2. Метролигия, стандартизация и сертификация: Учебник. – 4-е издание., стер. – М.: Академия, 2008. – 384 с.
3. Основы технологии производства и ремонта транспортных и транспортно-технологических машин и оборудования. Технология и организация восстановления деталей и сборочных едениц.: Методические указания к лабораторным работам/ СибАДИ, кафедра ЭСМиК; сост.: С.В.
Мельник, А.И. Злобин, А.А. Шапошникова. – Омск: СибАДИ, 2011. – 52 с.
Пример оформления титульного листа к отчету Кафедра «Конструкционные материалы и специальные технологии»
Дисциплина – «Взаимозаменяемость и технические измерения»
Работа защищена: 25 марта 2011 г.
Преподаватель: доцент кафедры А. В. Иванов Исследование поверхности детали по геометрическим параметрам (размер, форма) на предмет соответствия условиям взаимозаменяемости на микрокаторе 1. Научно-теоретическое обеспечение выполнения лабораторной 1.1. Общие положения. Классификация приборов, методы измерения, виды погрешностей формы цилиндрической 5. Контрольные вопросы
Библиографический список
«