4.2. Кутові вимірювання

У багатьох виробах машинобудування застосовують вузли і деталі, якість роботи яких залежить від точності їх кутових розмірів. Такими вузлами і розмірами є, наприклад, підшипники з конічними роликами, що направляють типа "ластівчин хвіст", кінці шпінделів металоріжучих верстатів, кінці інструментів, кути оптичних призм і т.д.

Величину кута при вимірюванні визначають наступними методами:

1. порівнянням з жорсткою мірою (кутові міри, косинці, шаблони, конічні калібри, багатогранні призми);

2. порівнянням з штриховою мірою (різні види кругових і секторних шкал, гоніометри);

3. тригонометричними методами (по значеннях лінійних розмірів).

Жорсткі кутові міри призначені для передачі розміру плоского кута від еталонів до зразкових і робочих кутових мір, перевірки і градуювання кутомірних приладів і спеціальних кутових мір (шаблонів), а також для безпосереднього вимірювання кутових виробів.

По ГОСТу 2875 - 88 "Заходи плоского кута призматичні. Загальні технічні умови" передбачено п'ять типів кутових мір (мал. 4.20): заходи типу 1 виконані із зрізаною вершиной кута і мають малі (до 9о⁾ значення робочих кутів; заходи типу 2 мають гостру вершину робочого кута, охоплюють діапазон від 10 до 79о^; заходи типу 3 виконані з чотирма робочими кутами в діапазоні 80 – 100о^; заходи типу 4 - призматичні з рівномірним кутовим кроком; заходи типу 5 – з трьома робочими кутами: = 15о = 30о = 45о.

Кутові міри виготовляють з високоякіснихсталей, а заходи типу 1 можуть виготовлятися з кварцового і оптичного скла.

По Госту 2875 – 88 для кутових мір 1, 2 і 3 типів встановлені класи точності 0, 1 і 2 з допусками на виготовлення відповідно3, 10, 30; для типу 4 – класи точності 00, 0, 1 і 2; для типу 5 – клас точності 1. Зразкові заходи атестуються по 2, 3 і 4-у розрядам залежно від погрішності аттеста-

ції, яка відповідно не повинна перевищувати 1, 3, 6.

Косинці служать для перевірки взаємної перпендикулярності поверхонь і мають кут 90о. Існує два види косинців: лекальні, такі, що забезпечують контакт по лінії (для цього однією із сторін надана форма кромки з радіусом закруглення 0,1 – 0,3 мм); з плоскими робочими поверхнями.

Стандартом передбачено три класи точності (0, 1, 2) косинців. Вони випускаються: у вигляді прямокутника (мал. 4.21, а ), кутові (рис.4.21, би ) і циліндрові (мал. 4.21, в).

Неспівпадання сторін косинця і вимірюваного кута визначають візуально по просвіту між стороною косинця і деталлю або за допомогою щупа.

Порівняння з жорсткою мірою широко застосовують при контролі конічних сполучень. В цьому випадку жорсткою мірою є конічний калібр. При цьому перевіряються як діаметр (по осьовому зсуву), так і кут конуса (по фарбі).

Механічні кутоміри призначені для контактних вимірювань кутів. Випускається три типи кутомірів: УН – з відліком по ноніусу 2 або 5^ (мал. 4.22); РОЗУМ – з відліком по ноніусу 2 або 5^ (мал. 4.23); УГ - з відліком по ноніусу 10^ спрощеній конструкції; УО – оптичний кутомір (мал. 4.24).

Рис. 4.22. Угломер с нониусом типа УН:

1 – сектор с нониусом; 2 – основание; 3 – основная линейка; 4 – стопор; 5 сектор; 6 – угольник; 7 – съемная линейка; 8 и 9 - державки

Рис. 4.23. Угломер с нониусом типа УМ:

1 –линейка; 2 – основание; 3 стопорный винт; 4 – микровинт; 5 –нониус; 6 – стопор; 7 – сектор; 8 – подвижная линейка; 9 – державка; 10 –угольник

Гоніометри (мал. 4.25) є найбільш точними оптичними приладами для безконтактного вимірювання кутів і призначені для вимірювання кутів між плоскими гранями, що добре відображають світлові промені. Вимірювання кутів можливе як на непрозорих, так і на прозорих тілах.

Ділильні головки застосовуються для вимірювання кутів при використанні пристроїв, що фіксують необхідне кутове положення граней або інших елементів деталі. Відлікові пристрої ділильних головок бувають як механічними (лімб з ноніусом), так і оптичними мал. 4.26).

Мал. 4.24. Оптичний кутомір: 1 – змінна лінійка; 2 – гвинт; 3 – кришка;

4 – корпус; 5 – відлікова лупа; 6 – лінійка; 7 – гвинт; 8 – сектор; 9 і 10 - лінзи

Рівні служать для вимірювання малих кутових відхилень від горизонтальної площини. Найбільш поширені в промисловості рідинні рівні. Вони відносяться до гониометрическим засобів вимірювань, оскільки мають уг-

ловую шкалу, нанесену на дузі кола. Чутливим елементом таких рівнів є скляна ампула з рідиною.

Рис. 4.26. Делительная оптическая головка: 1 – неподвижный корпус; 2 – шпиндель; 3 – подвижный корпус; 4 – окуляр; 5 – нониусное устройство; 6 – источник света; 7 – хомутик; 8 – центр; 9 – червячное колесо; 10 – лимб

Ці прилади призначені як для вимірювання кутів відхилення від горизонталі (природного еталону), так і для установки поверхні виробу в заданому щодо горизонталі положенні.

Випускаються рівні брусків і рамних з ціною ділення ампул 4", 10", 20", 30", які на приладі представлені в мірі радіану (0,1 мм/м відповідає 20"). У деяких приладах ампула застосовується не для вимірювання відхилень кутів, а для визначення горизонтального положення вузла приладу, в який вона вбудована.

У мікрометричних рівнях свідчення знімають по мікрометричному гвинту, що переміщає ампулу. Мікрометричні рівні випускаються типу 1 з ціною ділення 2" і типу 2 з ціною ділення 20" (мал. 4.27).

Промисловістю випускаються індуктивні рівні з ціною ділення 2 – 20", гідростатичні рівні. Для вимірювання кутів можна використати кругові вимірювальні перетворювачі типу "Індуктосин", "Оптосин" (кругові переміщення перетворяться в електричний сигнал), а також кільцеві оптичні квантові генератори.

Засоби вимірювань, засновані на тригонометричному методі. Типовими прикладами реалізації тригонометричних методів вимірювань кутів є вимірювання за допомогою так званих синусних лінійок і координатні методи.

Синусна лінійка (мал. 4.28) є простою схемою: два круглі циліндрові ролики однакового діаметру укріплено на кінцях столика так, щоб їх осі були паралельними. Відстань L між осями роликів має жорсткий допуск і точно атестовано. Це відстань при установці синусної лінійки на необхідний кут  імітує гіпотенузу прямокутного трикутника. Катет цього трикутника h відтворюється блоком плоскопараллельных кінцевих заходів, що підкладається під один з роликів (див. мал. 4.28). Робочим кутом встановленої синусної лінійки є кут ₁, що відрізняється від розрахункового на погрішність установки.

При вимірюванні на синусній лінійці (мал. 4.29) розмір h блоку заходів, який треба підставити під ролик, щоб нахилити столик на такий же кут, який повинен мати вимірюваний виріб, визначають з рівняння

h= Lsin. Потім блок підставляють під ролик, до якого направлена вершина вимірюваного кута.

Вимірювання кута  полягає у визначенні відхилення в положеннях I і II від вказаної паралельності, що роблять найчастіше за допомогою контактної вимірювальної головки (оптиметра, пружинної головки і т. д.), укріпленої на універсальній стійці.

Стандартні синусні лінійки виготовляють трьох типів: без опорної плити (тип I); з опорною плитою (тип II) і двохпохилі у взаємно перпендикулярних напрямах (тип III). Лінійки кожного типу мають два класи точності: 1 і 2.

Синусну лінійку можна застосовувати і для вимірювання внутрішніх кутів, наприклад, конусних отворів. Для цього необхідно мати важіль, що вводиться у вимірюваний отвір.

Використання роликів і кульок для вимірювання зовнішніх і внутрішніх конусів. При відомих діаметрах кульок і роликів, а також висоті h блоку плоскопараллельных кінцевих заходів вимірюють розміри l1 і l2 (мал. 4.30) і розраховують шуканий кут конуса.

По схемі, приведеній на рис 4.30, а, кут визначається по формулі

а по схемі, приведеній на рис 4.30, би, – по формулі

.

За таким же принципом вимірюють конусность за допомогою двох кілець, що калібруються, з наперед відомими діаметрами D, d і товщиною h (мал. 4.30, в). Відстань Н вимірюють після надягання кілець на конус.

Кут розраховують по формулі .