1.3.1.Основные понятия. Классификация средств измерения и контроля.
Измерение-операция, посредством которой определяется отношение одной (измеряемой) величины к другой однородной величине, принимаемой за единицу. Результатом измерения является численная величина, выраженная в соответствующих единицах.
Всякое измерение неизбежно связано с наличием погрешности.
При проведении линейных и угловых измерений действительным размером называется размер, полученный измерением с допустимой погрешностью.
Обеспечение взаимозаменяемости деталей, узлов и агрегатов немыслимо без достижения соответствующего уровня развития измерительной техники. Технические измерения в машиностроении являются органической частью всего технологического процесса. Состояние измерительной техники оказывает значительное влияние на экономику производства машин и их качество.
Основные требования, предъявляемые в машиностроении к техническим измерениям: точность, производительность и возможность заранее предупреждать появление брака.
По конструкции и характеру использования наиболее распространены калибры и измерительные приборы и инструменты.
Калибры – средство контроля в машиностроении, предназначенное для проверки (а не для измерений) размеров, формы, взаимного расположения осей и поверхностей и оценки их с точки зрения соответствия техническим условиям. Наиболее широко распространенные конструкции калибров (пробки, скобы) обеспечивают необходимую точность контроля и высокую производительность. Недостаток калибров заключается в том, что они только фиксируют брак. Ни помочь предупредить брак, ни помочь установить его причину калибры не могут. Поэтому в крупносерийном и массовом производстве в последнее время все шире начинают использоваться измерительные приспособления, включающие измерительные отсчетные устройства (индикаторы, рычажные головки, микрокаторы и т.д.). Другим очень существенным недостатком калибров является их способность контролировать только один размер.
Измерительные приборы и инструменты – это устройства, посредством которых измеряемые величины прямо или косвенно сравниваются с единицей измерения. Деление средств измерения на приборы и инструменты условно.
Простейшие средства измерения обычно относят к группе измерительных инструментов, а более сложные- к группе измерительных приборов.
По характеру применения средства измерения делятся на универсальные и специального назначения.
Универсальные средства измерения линейных и угловых величин чрезвычайно разнообразны по конструкции и принципу действия и могут быть подразделены на следующие группы:
- простейшие средства измерения (линейки, кронциркули и т.п.);
- штриховые раздвижные инструменты с линейным нониусом (штангенинструменты, универсальные угломеры);
- микрометрические инструменты (микрометры);
-рычажно-механические приборы (миниметры, индикаторы, микромеры, микрокаторы);
- рычажно-оптические и оптические приборы (микроскопы, проекторы);
- пневматические;
- электрифицированные (электроконтактные и индуктивные датчики).
Средства измерения специального назначения подразделяются на следующие группы:
-средства контроля плоскостности, прямолинейности и горизонтальности (поверочные линейки, плиты, уровни);
-средства измерения шероховатости поверхности (профилометры, профилографы);
-средства измерения резьб (резьбовые микрометры, шагомеры и др.);
-средства измерения элементов зубчатых цилиндрических и конических колес, а также деталей червячных передач (щтангензубомер, тангенциальный зубомер, биениемер, межцентромер и др.).
Отличительной особенностью универсальных средств измерения является возможность измерений линейных и угловых размеров в широких пределах с различной точностью. Один и тот же инструмент или прибор может использоваться для измерений самых разнообразных размеров. Эта особенность универсальных средств измерения служит причиной их широкого применения в производстве.
1.3.2. Основные метрологические показатели средств измерения
Наиболее важное значение при выборе средств измерения имеют следующие метрологические показатели.
Предел измерения шкалы прибора- значение измеряемой величины, соответствующее всей шкале прибора (рис.1.2.1.). В любом случае он не должен быть меньше допуска на обработку.
Р и с. 1.21. Пределы измерения шкалы и прибора в целом
Пределы измерения прибора в целом – наименьшее и наибольшее значения величины, которые могут быть измерены прибором или инструментом. Этими пределами ограничиваются номинальные размеры измеряемых деталей.
Интервал деления шкалы – расстояние между серединами двух соседних штрихов.
Цена деления шкалы – значение измеряемой величины , соответствующее перемещению указателя на одно деление шкалы прибора.
Точность отсчета – точность, которая может быть достигнута при измерении с использованием отсчетных устройств, если они имеются.
Порог чувствительности – наименьшее перемещение измерительной поверхности, способное вызвать малейшее изменение в показании прибора.
Передаточное отношение – отношение интервала деления шкалы к цене деления.
Погрешность показания прибора – разность между показанием прибора и действительным значением измеряемой величины, которое может быть установлено путем измерения образцовым прибором.
Погрешность измерения – суммарная погрешность, в которую входит погрешность установки при измерении, погрешность настройки, температурная погрешность и др.
1.3.3. Методы измерения
Методы измерения - совокупность средств и приемов, используемых при измерениях какой-либо величины. В зависимости от приемов определения размера измеряемой величины, условий измерения, конструкции прибора, способа нахождения размера искомой величины методы измерения делятся на абсолютный и относительный, прямой и косвенный, контактный и бесконтактный, дифференцированный и комплексный.
Абсолютным называется метод измерения, при котором по шкале сразу считывают абсолютное значение измеряемого размера, например измерение штангенциркулем.
При относительном методе измерений определяют только отклонение значения измеряемой величины от установленной меры или образца, например определение размера детали индикатором со стойкой после его настройки по концевым мерам длины.
Прямым методом измерения называется такой, при котором значение измеряемой величины устанавливают непосредственно по показанию прибора, например измерение диаметра детали.
Косвенным методом пользуются, когда невозможно или очень сложно измерить непосредственно значение искомой величины и ее определяют по результатам измерений других величин. Например, длину окружности проще определить, измерив диаметр и через него вычислив длину окружности.
Контактным называется метод измерения, при котором измерительные поверхности прибора или инструмента непосредственно соприкасаются с поверхностью измеряемой детали.
При бесконтактном методе инструмент не соприкасается с поверхностью измеряемой детали (при измерениях оптическими и пневматическими приборами).
Дифференцированный (поэлементный) метод измерения или контроля заключается в независимой проверке каждого элемента детали в отдельности, например определение наружного и внутреннего диаметров, а также ширины шлица в шлицевых соединениях. Заключение о годности детали делают по результатам всех измерений.
Комплексный метод измерения или контроля осуществляют специальными приборами или калибрами, которые позволяют сразу дать заключение о годности детали по всем или нескольким параметрам, например при контроле шлицевыми пробками и кольцами.
1.3.4. Штангенинструменты
Штангенинструменты, из которых основными являются штангенциркуль, штангенглубиномер и штангенрейсмус, широко используются для разметки и измерения деталей, когда не требуется высокая точность. Отсчетным приспособлением у этих инструментов является линейный нониус, или вспомогательная шкала, которая позволяет отсчитывать доли деления основной шкалы.
Штангенциркуль (наиболее распространенный инструмент) изготавливают в двух вариантах.
Простейший штангенциркуль (рис. 1.2.2.) состоит из штанги 4 с неподвижными губками, рамки 3 с подвижными губками, перемещающейся по штанге, стержня глубиномера 5, соединенного с рамкой, и стопорного винта 2. Губки 7 служат для измерения охватываемых размеров (валов), а губки 1-охватывающих (отверстий). На штанге нанесена основная шкала с ценой деления 1 мм, а на скосе рамки – вспомогательная шкала (нониус) 6, с помощью которой отсчитывают десятые доли миллиметра.
Принцип пользования нониусом понятен из рис. 1.2.3.
Десять делений нониуса соответствуют девяти делениям основной шкалы. Следовательно, интервал делений нониуса составляет 0,9 мм. При сдвинутых вплотную губках штангенциркуля нулевой штрих нониуса совпадает с нулевым штрихом основной шкалы. Если рамку сдвинуть вправо на 0,1 мм, то со штрихом основной шкалы совпадет первый штрих нониуса, на 0,2 мм – второй штрих нониуса, на 0,3 мм – третий и т.д. На рисунке в первом примере с основной шкалой совпадает четвертый штрих нониуса (размер 3,4 мм), во втором примере – седьмой (2,7 мм).
Целое число миллиметров находят по основной шкале, а доли миллиметра – по нониусу.
Если, сохранив число делений нониуса, увеличить интервал его делений до 1,9 мм, принцип определения размера не изменится, а пользоваться нониусом будет удобнее. Такие растянутые нониусы широко применяют в штангенинструментах, в частности в простейшем штангенциркуле с точностью отсчета 0,1 мм (см. рис. 1.2.2.).
Более совершенен и точен штангенциркуль (рис. 1.2.4.) с приспособлением для микрометрической подачи рамки с подвижными губками , которое состоит из движка 4 со стопорным винтом 5 и гайкой 8 и винта 7 микрометрической подачи, связанного с подвижной рамкой 3. Отпустив стопорный винт рамки 2 и закрепив стопорный винт 5 движка, можно, вращая гайку 8, медленно передвигать рамку 3 относительно штанги 6.
Перед измерением необходимо убедиться в исправности штангенциркуля. Не допускаются забоины и следы ржавчины на измерительных поверхностях губок. Если стопорный винт закреплен , рамка не должна качаться. Сдвинув губки, надо убедиться, что между ними нет просвета, видимого на глаз, и нулевой штрих нониуса 9 совпадает с нулевым штрихом основной шкалы.
При измерении губки штангенциркуля сводят или разводят до тех пор, пока они не будут перемещаться вдоль измеряемой поверхности с легким трением. После этого по основной шкале и нониусу отсчитывают результат. Когда определяют внутренний размер цилиндрическими губками 10, к показанию штангенциркуля прибавляют толщину губок, которая на них указана. При измерении наружных размеров губками 1 никаких поправок к показанию штангенциркуля не требуется.
Штангенциркули выпускают с пределами измерения 0…125, 0…150, 0…200, 0…300, 0…500, 250…800, 400…1000, 600…1500, 800…2000 мм и по специальным заказам – до 4000 мм.
Нониусы позволяют отсчитывать показания с точностью 0,1; 0,05; 0,02 мм.
Р и с.1.22. Простейший штангенциркуль
Рис.1.23. Примеры отсчетов по нониусу штангенциркулем
Р и с.1.24. Усовершенствованный штангенциркуль