3.3.3. Механические измерительные приборы

Механические измерительные приборы основаны на преобразовании малых перемещений измерительного стержня в большие перемещения указателя. Эти приборы широко применяются благодаря высокой чувствительности, наглядности при измерении, небольшим габаритам и простоте в эксплуатации. Используются они в основном для сравнительных измерений или в качестве отсчетных устройств в различных контрольно-измерительных приспособлениях. В зависимости от устройства механизма, создающего передаточное отношение, эти приборы разделяются на рычажные, с зубчатой, рычажно-зубчатой, рычажно-винтовой и рычажно-пружинной передачами. Наиболее распространены приборы с зубчатой, рычажно-зубчатой и рычажно-пружинной передачами.

Приборы с зубчатой передачейявляются индикаторами часового типа, в которых необходимое передаточное отношение достигается зубчатой передачей. В схеме такого индикатора (рис. 6,а) зубчатая рейка, нарезанная на измерительном стержне1, сцепляется с малой шестернейZ₂, на оси которой жестко посажена большая шестерняZ₃.

Рис. 6. Схема индикатора с зубчатой передачей:

а – кинематическая схема; б – внешний вид; 1 – измерительный стержень; 2 – стрелка индикатора; 3 – пружинный волосок; 4 – малая стрелка; 5 и 7 – шкалы; 6 – пружина; 8 – подвижный ободок; 9 – измерительный наконечник; 10 – ушко; 11 – втулка

При измерении линейное перемещение стержня1вызывает поворотZ₂иZ₃, которые, в свою очередь, вращают трибкуZ₁и закрепленную на ее оси стрелку2 индикатора; шестерняZ₄, на оси которой неподвижно посажены втулка с пружинным волоском3 (для устранения мертвого хода) и малая стрелка4. Перемещению стержня1на 1 мм соответствует полный оборот стрелки2 индикатора; целые миллиметры отмечаются по шкале5малой стрелкой. Для прижима измерительного стрежня к измеряемому объекту с определенным усилием применена пружина6. Установка индикатора на нуль производится вращением шкалы7, соединенной с ободком8 (рис. 6,б). Измерительный наконечник9 ввинчивается в торец измерительного стержня1. Крепление индикатора на стойке может производиться с помощью ушка10 или за втулку11. Погрешность индикаторов часового типа колеблется в пределах от ±4,5 до ±26 мкм.

Приборы с рычажно-зубчатой передачейимеют много разновидностей (рычажно-зубчатый индикатор, рычажный микрометр и скоба, ортотест, микронный индикатор, пассиметр и др.), конструкции которых построены на сочетании рычажных и зубчатых передач.

Рис. 7. Схемы рычажно-зубчатых приборов:

а – принципиальная схема; б – микронного индикатора; в – ортотеста; г – рычажного микрометра

Простейшая схема таких приборов изображена на рис. 7,а: при перемещении точкиа рычага1зубчатый сектор поворачивает шестерню2 и стрелку, укрепленную жестко на ее оси; пружина3 постоянно прижимает шестерню к зубчатому сектору и устраняет мертвый ход. На рис. 7,б,в, г изображены также схемы: микроиндикатора, ортотеста, рычажного микрометра. Цена деления круговой шкалы у выпускаемых рычажно-зубчатых приборов 0,001, 0,002 и 0,01 мм. Погрешность рычажно-зубчатых приборов в зависимости от измеряемого размера и условий его использования исчисляется микрометрами. Так, например, рычажные микрометры при измерении размеров до 50 мм имеют предельную погрешность ± 1,5…5,5 мкм. С увеличением измеряемого размера погрешность увеличивается.

Приборы спружинной и рычажно-пружинной передачейпостроены по принципу использования в передаточных механизмах упругих свойств плоских и витых пружин. Такие приборы имеют ряд преимуществ по сравнению с рассмотренными ранее (малое трение в звеньях механизма, стабильность работы, малая цена деления и др.).

Характерным прибором этого типа является пружинная измерительная головка – микрокатор, цена деления которого 0,002; 0,001; 0,0005; 0,0002 и 0,0001 мм (при пределах измерения соответственно ± 0,06; ± 0,03; ± 0,015; ± 0,006 и ± 0,003 мм). Кроме того, выпускаются малогабаритные измерительные пружинные головки (микаторы) с ценой деления от 0,001 до 0,005 мм и рычажно-пружинные индикаторы (миникаторы) с ценой деления 0,001 и 0,002 мм.

Рис. 8. Принципиальная схема микрокатора

Основной деталью пружинных приборов является скрученная плоская пружина, изготовленная из фосфористой или бериллиевой бронзы шириной 0,08…0,15 и толщиной 0,005…0,012 мм. Одна половина этой пружины завита влево, другая – вправо. При приложении к ее концам растягивающих усилий она раскручивается, а ее средняя часть поворачивается на значительный угол.

Принцип действия микрокатора (рис. 8) состоит в следующем: измерительный стержень 1, подвешенный на пружинах, может, перемещаться вдоль своей оси относительно установочной скобы 2 и воздействовать через плоскую пружину 3 на скрученную пружину 4, которая одним концом прикреплена к скобе 2, а другим – к пружине 3; при перемещении стержня 1 вверх пружина 4 растягивается и прикрепленная в средней ее части стрелка 5 перемещается относительно шкалы 6. Такой механизм позволяет получить передаточное отношение до 10 000. Погрешность показаний микрокаторов – от 0,1 до 0,5 мкм.