Червач Ю.Б., Охотин И.С. Технические измерения в машиностроении

Подождите немного. Документ загружается.

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ

ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Ю. Б. Червач, И.С. Охотин

ТЕХНИЧЕСКИЕ ИЗМЕРЕНИЯ

В МАШИНОСТРОЕНИИ

Издательство

Томского политехнического университета

2011

УДК 621.81

Ч 42

Червач Ю.Б., Охотин И.С.

Ч 42 Технические измерения в машиностроении: учебное пособие /

Ю.Б. Червач, И.С. Охотин –Томск: Изд-во Томского политехнического

университета, 2011. – 96 с.

ISBN 0-00000-000-0

В учебном пособии изложены основные понятия о технических из-

мерениях в машиностроении, рассмотрены соответствующие примеры

расчета распределения размеров при контроле.

Пособие подготовлено на кафедре «Технология автоматизированно-

го машиностроительного производства» ТПУ и предназначено для сту-

дентов, обучающихся по направлению магистерской подготовки 150700

«Машиностроение».

УДК 621.81

ББК 00000

Рекомендовано к печати Редакционно-издательским советом Том-

ского политехнического университета

Рецензенты

Кандидат технических наук,

директор ООО «Сибирская машиностроительная компания»

Э.Н. Панкратов

Доктор технических наук, профессор,

заведующий лабораторией Института физики

прочности и материаловедения СО РАН

Г.А. Прибытков

ISBN 0-00000-000-0 © ФГБОУ ВПО НИ ТПУ, 2011

политехнического университета

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ................................................................................................5

1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ. ЗАКОНОДАТЕЛЬНАЯ БАЗА

МЕТРОЛОГИИ.....................................................................................7

2. ВИДЫ И МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЙ....................................................9

3. МЕЖДУНАРОДНАЯ СИСТЕМА ЕДИНИЦ

ФИЗИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН ..............................................................14

3.1. Основные единицы СИ................................................................14

3.2. Производные единицы СИ ..........................................................15

4. ОБЪЕКТЫ ИЗМЕРЕНИЙ.................................................................17

4.1. Измеряемые величины.................................................................17

4.2. Размер измеряемой величины .....................................................18

5. НОРМАЛЬНЫЕ УСЛОВИЯ ВЫПОЛНЕНИЯ

ЛИНЕЙНЫХ И УГЛОВЫХ ИЗМЕРЕНИЙ....................................21

6. СРЕДСТВА ИЗМЕРЕНИЙ................................................................23

6.1. Эталоны ........................................................................................23

6.2. Меры и образцовые измерительные приборы............................26

6.3. Плоскопараллельные концевые меры длины .............................28

6.4. Призматические угловые меры ...................................................41

6.5. Передача размера физических величин ......................................49

6.6. Измерительные приборы и установки ........................................50

6.7. Метрологические показатели и характеристики

измерительных приборов .........................................................52

7. ВИДЫ ПОГРЕШНОСТЕЙ ИЗМЕРЕНИЯ И

ПРИЧИНЫ ИХ ВОЗНИКНОВЕНИЯ ..............................................54

8. МЕТРОЛОГИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ

ЕДИНСТВА ИЗМЕРЕНИЙ ...............................................................58

8.1. Поверка, ревизия и экспертиза средств измерений....................60

8.2. Государственные испытания средств измерений.......................61

9. КОНТРОЛЬ КАЧЕСТВА ПРОДУКЦИИ........................................64

9.1. Виды контроля .............................................................................64

10. ИЗМЕРЕНИЕ И КОНТРОЛЬ ПАРАМЕТРОВ

ИЗДЕЛИЙ ............................................................................................68

10.1. Выполнение измерений и контроля ..........................................68

10.2. Выбор средств измерений и контроля ......................................69

10.3. Точность средств измерения и контроля ..................................70

10.4. Обработка результатов измерений............................................74

10.5. Примеры обработки результатов измерений............................82

10.6. Пример построения гистограммы и полигона

распределения в Excel 2007......................................................89

10.7. Пример построения гистограммы, полигона и

теоретической кривой нормального

распределения в пакете Statistica 7.0........................................92

ВВЕДЕНИЕ

Современное машиностроение можно характеризовать как взаимо-

заменяемое производство, отличающееся высокой производительностью

и точностью изготовления. При взаимозаменяемом производстве сопря-

гаемые поверхности деталей изготовляются часто не только разными

людьми, но и на разных станках, в разных цехах, а иногда даже в разных

городах и странах и в разное время.

Такие возможности взаимозаменяемого производства обеспечива-

ются как наличием соответствующей документации, станков, приспо-

соблений и режущего инструмента, так и наличием соответствующих

измерительных средств, обеспечивающих измерение с необходимой

точностью в разных местах, разными операторами, с заданной произво-

дительностью.

Основным видом измерений, осуществляемых в машиностроении,

является измерение линейных и угловых размеров

В машиностроении 90–95 % всех измерений приходится на измере-

ние линейных размеров. В электромашиностроении этот вид измерений

составляет около 80 %.

Предлагаемое учебное пособие призвано способствовать решению

этой важной задачи при изучении дисциплины «Технические измерения

в машиностроении» студентами, обучающимися по направлению маги-

стерской подготовки 150700 «Машиностроение».

Проблемы технических измерений рассматриваются во многих из-

даниях, однако обобщенного учебника или учебного пособия по указан-

ной дисциплине не существует.

В предлагаемом учебном пособии изложены основы технических

измерений при контроле машиностроительной продукции.

В первом разделе приведены общие сведения о технических изме-

рениях и указана законодательная база метрологии.

Второй раздел учебного пособия показывает классификацию видов

и методов измерений в машиностроении.

В третьем разделе приведены основные, дополнительные и произ-

водные единицы международной системы единиц физических величин.

В четвертом разделе приведена классификация измеряемых вели-

чин и размеров измеряемой величины объектов измерений.

В пятом разделе указаны нормальные условия выполнения линей-

ных и угловых измерений по ГОСТ 8.050–73.

В шестом разделе показаны средства измерений: эталоны, меры и

образцовые измерительные приборы, плоскопараллельные концевые

меры длины, их подробные метрологические характеристики и вариан-

ты использования, призматические угловые меры и их метрологические

показатели. Кроме того, в разделе рассмотрен порядок передачи размера

единиц физической величины от эталона к средствам измерения более

низких разрядов, классифицированы измерительные приборы и уста-

новки, указаны метрологические показатели и характеристики измери-

тельных приборов.

В седьмом разделе приведены виды погрешностей измерения и

анализ причин их возникновения.

В разделе 8 приведены методы обеспечения единства и точности

измерений, структура поверок, ревизии и экспертизы средств измерения

и структура обязательного государственного испытания средств изме-

рения.

Девятый раздел посвящен структуре контроля качества продукции.

В десятом разделе подробно показан процесс измерения и контро-

ля, выбор универсальных средств измерений и контроля и точность этих

средств. Показана методика и примеры обработки результатов измере-

ний.

Учебное пособие предназначено для студентов указанного выше

направления, изучающих дисциплину «Технические измерения в маши-

ностроении». Материалы данного учебного пособия могут быть исполь-

зованы при выполнении выпускных квалификационных работ.

1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ. ЗАКОНОДАТЕЛЬНАЯ

БАЗА МЕТРОЛОГИИ

Метрология – наука об измерениях, методах и средствах обеспече-

ния их единства и способах достижения требуемой точности.

Таким образом, метрология включает три взаимосвязанные про-

блемы: реализация процессов измерения; обеспечение их единства; ме-

тоды и средства измерений.

Основными задачами метрологии согласно РМГ 29–99 являются:

● установление единиц физических величин;

● установление государственных эталонов и образцовых средств

измерений;

● разработка теории, методов и средств измерения и контроля;

● обеспечение единства измерений;

● разработка методов оценки погрешностей, состояния средств

измерения и контроля;

● разработка методов передачи размеров единиц от эталонов или

образцовых средств измерений рабочим средствам измерений.

Законодательная база метрологии включает следующие основные

документы:

● Закон РФ «Об обеспечении единства измерений»;

● РМГ 29–99. «Государственная система обеспечения единства

измерений. Метрология. Основные термины и определения»;

● МИ 2247–93 ГСИ «Метрология. Основные термины и опреде-

ления»;

● ГОСТ 8.417–2002 «ГСИ. Единицы физических величин»;

● ПР 50.2.006–94 «ГСИ. Поверка средств измерений. Организа-

ция и порядок проведения»;

● ПР 50.2.009–94 «ГСИ. Порядок проведения испытаний и ут-

верждения типа средств измерения»;

● ПР 50.2.014–94 «ГСИ. Аккредитация метрологических служб

юридических лиц на право поверки средств измерений»;

● МИ 2277–94 «ГСИ. Система сертификации средств измерений.

Основные положения и порядок проведения работ»;

● ПР 50.2.002–94 «ГСИ. Порядок осуществления государствен-

ного метрологического надзора за выпуском, состоянием и

применением средств измерений, аттестованными методиками

выполнения измерений, эталонами и соблюдением метрологи-

ческих правил и норм».

Закон «Об обеспечении единства измерений» осуществляет регули-

рование отношений, связанных с обеспечением единства измерений в

Российской Федерации, в соответствии с Конституцией РФ. В Законе

устанавливаются: основные применяемые понятия, такие как: организа-

ционная структура государственного управления обеспечением единст-

ва измерений; нормативные документы по обеспечению единства изме-

рений; единицы величин и государственные эталоны единиц величин;

средства и методики измерений. Закон устанавливает Государственную

метрологическую службу и другие службы обеспечения единства изме-

рений, метрологические службы государственных органов управления и

юридических лиц, а также виды и сферы распределения государствен-

ного метрологического контроля и надзора. Закон отражает установле-

ние в РФ рыночных отношений, определяя основы деятельности метро-

логических служб государственных органов управления и юридических

лиц. Вопросы деятельности структурных подразделений метрологиче-

ских служб на предприятиях выведены за рамки законодательной мет-

рологии и регулируются экономическими методами.

В сферах, которые напрямую не контролируются государственны-

ми органами, действует Российская система калибровки, также направ-

ленная на обеспечение единства измерений. Система калибровки – со-

вокупность субъектов деятельности и калибровочных работ, направлен-

ных на обеспечение единства измерений в сферах, не подлежащих госу-

дарственному метрологическому контролю и надзору и действующих на

основе установленных требований к организации и проведению калиб-

ровочных работ. Закон обеспечивает взаимодействие с международной

и национальными системами измерений. Это позволяет достигнуть вза-

имного признания результатов испытаний, калибровки и сертификации,

а также использовать мировой опыт и тенденции развития современной

метрологии. Существуют и другие законодательные, акты и документы

по стандартизации, относящиеся к законодательной базе метрологии.

2. ВИДЫ И МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЙ

Измерение – процесс нахождения значения физической величины

опытным путем с помощью средств измерения.

Результатом процесса является значение физической величины

Q qU



где

– числовое значение физической величины в принятых единицах;

– единица физической величины. Значение физической величины

найденное при измерении, называют действительным.

Принцип измерений – физическое явление или совокупность фи-

зических явлений, положенных в основу измерений. Например, измере-

ние массы тела при помощи взвешивания с использованием силы тяже-

сти, пропорциональной массе, измерение температуры с использовани-

ем термоэлектрического эффекта.

Метод измерений – совокупность приемов использования принци-

пов и средств измерений.

Средствами измерений (СИ) являются используемые технические

средства, имеющие нормированные метрологические свойства.

Существует различные виды измерений. Классификацию видов из-

мерения проводят, исходя из характера зависимости измеряемой вели-

чины от времени, вида уравнения измерений, условий, определяющих

точность результата измерений и способов выражения этих результатов.

По характеру зависимости измеряемой величины от времени изме-

рения выделяют статические и динамические измерения.

Статические – это измерения, при которых измеряемая величина

остается постоянной во времени. Такими измерениями являются, на-

пример, измерения размеров изделия, величины постоянного давления,

температуры и других величин.

Динамические – это измерения, в процессе которых измеряемая

величина изменяется во времени, например, измерение давления и тем-

пературы при сжатии газа в цилиндре двигателя.

По способу получения результатов, определяемому видом уравне-

ния измерений, выделяют прямые, косвенные, совокупные и совмест-

ные измерения.

Прямые – это измерения, при которых искомое значение физиче-

ской величины находят непосредственно из опытных данных. Прямые

измерения можно выразить формулой

Q x



где

– искомое значение измеряемой величины, а

– значение, непо-

средственно получаемое из опытных данных. Примерами таких измере-

ний являются: измерение длины линейкой или рулеткой, измерение

диаметра штангенциркулем или микрометром, измерение угла угломе-

ром, измерение температуры термометром и т. п.

Косвенные – это измерения, при которых значение величины опре-

деляют на основании известной зависимости между искомой величиной

и величинами, значения которых находят прямыми измерениями. Таким

образом, значение измеряемой величины вычисляют по формуле

1 2

( , ,..., )

Q F x x x



где

– искомое значение измеряемой величины;

– известная функ-

циональная зависимость,

1 2

, ,...,

x x x

– значения величин, полученные

прямыми измерениями. Примеры косвенных измерений: определение

объема тела по прямым измерениям его геометрических размеров, на-

хождение удельного электрического сопротивления проводника по его

сопротивлению, длине и площади поперечного сечения, измерение

среднего диаметра резьбы методом трёх проволочек и т. д. Косвенные

измерения широко распространены в тех случаях, когда искомую вели-

чину невозможно или слишком сложно измерить прямым измерением.

Встречаются случаи, когда величину можно измерить только косвенным

путём, например размеры астрономического или внутриатомного по-

рядка.

Совокупные – это такие измерения, при которых значения изме-

ряемых величин определяют по результатам повторных измерений од-

ной или нескольких одноименных величин при различных сочетаниях

мер или этих величин. Значение искомой величины определяют реше-

нием системы уравнений, составляемых по результатам нескольких

прямых измерений. Примером совокупных измерений является опреде-

ление массы отдельных гирь набора, то есть проведение калибровки по

известной массе одной из них и по результатам прямых измерений и

сравнения масс различных сочетаний гирь. Рассмотрим пример сово-

купных измерений, который заключается в проведении калибровки раз-

новеса, состоящего из гирь массой 1, 2, 2*, 5, 10 и 20 кг. Ряд гирь (кро-

ме 2*) представляет собой образцовые массы разного размера. Звездоч-

кой отмечена гиря, имеющая значение, отличное от точного значения

2 кг. Калибровка состоит в определении массы каждой гири по одной

образцовой гире, например по гире массой 1 кг. Меняя комбинацию

гирь, проведем измерения. Составим уравнения, где цифрами обозначим