Теоретические основы и методические указания к выполнению самостоятельной работы по курсу физические основы измерений

Подождите немного. Документ загружается.

разрезной гайки, сжимает или разжимает ее в зависимости от направления

вращения гайки. Микровинт 1, перемещающийся в резьбе, имеет

цилиндрическую направляющую поверхность, соосную с резьбой гайки, и

цилиндрическую поверхность с буртиком для установки барабана 3.

Правый резьбовой конец барабана сопрягается со стопорной гайкой 9.

Если гайку отвернуть приблизительно на 0,5 оборота, то барабан

относительно микровинта можно повернуть до совмещения его нулевого

штриха с нулевым штрихом продольной шкалы стебля, тогда

микрометрическая, головка будет установлена на нуль (начало отсчета).

При установочных перемещениях микровинт вращают за рифленую

поверхность барабана.

При измерении микровинт вращают механизмом стабилизации

измерительного усилия 5, отрегулированного на определенное усилие

поворота или, проскальзывания. Чаще всего эти устройства выполняют в

виде храпового механизма - «трещотки» (рис.5.1 г) или фрикционной

муфты. Храповой механизм «трещотки» состоит из подпружиненного

тангенциального штифта, вставленного во втулку, скрепленную с

микровинтом, и обоймы с внутренними храповыми зубьями. Вращением за

рифленую поверхность обоймы микровинт перемещается до контакта с

измеряемой поверхностью, и в случае возникновения измерительного

усилия по значению больше предельно допускаемого (обычно это усилие

составляет 500 – 900 сН) храповые зубья соскальзывают с

подпружиненного штифта и раздается характерный треск. В этот момент

микровинт не вращается, а «трещотка» вращается вхолостую относительно

микровинта.

5.2 Микрометрические инструменты

Микрометр гладкий по ГОСТ 6507 – 78 (рис. 5.2 а) состоит из скобы

1, снабженной с одной стороны неподвижной измерительной пяткой 2

(неподвижной точкой). С другой стороны в отверстие скобы запрессован

стебель микрометрической головки 3 с подвижной пяткой (подвижной

точкой).

Типоразмеры микрометрических инструментов в значительной

степени зависят от длины микровинта. Из технологической практики

принята оптимальная рабочая длина резьбовой части микровинта, равная

25 мм, поэтому микрометрические инструменты изготовляют с

диапазоном измерений через 25 мм, т. е. 0 – 25; 25 – 50; 50 – 75; 75 – 100

мм и т. д. до 600 мм.

Рисунок 5.2 Микрометрические инструменты

а – микрометр гладкий; б – микрометр настольный горизонтальный;

в – микрометр настольный вертикальный МВ; г – микрометрический

глубиномер; 1 – станина; 2 – пятка; 3 – микрометрическая головка;

4 – стол; 5 – планка

Наибольшее применение имеют микрометры с диапазоном

измерения до 600 мм, у микрометров свыше 100 мм диапазон измерений

составляет 100 мм, что достигается применением вставных, сменных и

скользящих пяток.

Для установки на нуль микрометров с диапазоном измерений

свыше 25 мм (больше длины резьбы винта) применяются установочные

меры в виде цилиндра, у которого размер между торцевыми

поверхностями равен нижнему пределу измерения микрометра.

Микрометры можно настраивать на нуль или любой размер, по концевым

мерам длины, в результате, чего точность отсчета повышается по

сравнению с обычным использованием микрометра. Перед измерением

микрометр устанавливают на нуль. Для этого, вращая микровинт за

трещотку, плавно подводят его торец к торцу пятки до момента плотного

контакта измерительных пяток, когда трещотка начнет провертываться. В

этом положении нулевой штрих шкалы барабана должен совпадать с

нулевым штрихом стебля. Закрепляют стопор микровинта, разъединяют

барабан и микровинт, отвертывают трещотку. Совмещают нулевой

штрих барабана с продольным штрихом стебля и после этого вращают по

часовой стрелке корпус трещотки до плотного закрепления барабана на

микровинте. Освобождают стопор микровинта. При измерении детали

плавно вращают трещотку до момента начала ее провертывания. Стопорят

микровинт и определяют размер детали, который равен сумме показаний,

снятых с продольной шкалы стебля (в мм) и круговой шкалы барабана

(сотых долей мм).

Микрометр листовой по ГОСТ 6507 – 78 типа МЛ предназначен для

измерения толщины металлических листов и лент, поэтому скоба этого

микрометра имеет увеличенный вылет. Неподвижная пятка сферическая, а

отсчетное устройство выполнено в виде неподвижной циферблатной

шкалы и вращающейся стрелки, скрепленной с барабаном. Пределы

измерения 0 – 25 мм, цена деления 0,01 мм.

Микрометр трубный по ГОСТ 6507 – 78 типа МТ предназначен для

измерения толщины труб. Конструкция выполнена с уменьшенной

толщиной скобы и сферической неподвижной пяткой. Диапазон измерений

0 – 25 мм, цена деления 0,01 мм.

Микрометры настольные: горизонтальные МГ (рис. 5.2 б) и

вертикальные типа МВ (рис. 5.2 в) предназначены для измерения

малогабаритных деталей в приборостроении. Диапазон измерений

микрометров МВ – составляет 0 – 10 мм, горизонтальных МГ – 0 – 20 мм;

цена деления 0,01 мм.

Микрометрический глубиномер по ГОСТ 7470 – 78 (рис. 5.2 а) –

измерительное средство, предназначенное для измерения глубины пазов,

отверстий, высоты уступов и др. Состоит из микрометрической головки 5,

запрессованной в планку 2. Продольная шкала на стебле

микрометрической головки оцифрована в обратном направлении по

сравнению с обычным микрометром, так как измеряемая глубина

пропорциональна выдвижению микровинта из планки. Микровинт имеет

центральное отверстие, в которое устанавливают сменные стержни 5,

обеспечивающие необходимый диапазон измерения. Диапазон измерений

до 200 мм, цена деления 0,01 мм.

5.3 Перспективы развития микрометров

Конструктивное усовершенствование механических

микрометрических инструментов направлено на повышение точности

изготовления микрометрической пары (микропары), уменьшения цены

деления до 0,001 мм и внедрения цифрового отсчета.

На рис. 5.3 показана принципиальная схема микрометра с

механическим цифровым отсчетом. Микрометрическая головка состоит из

измерительного стержня 1 с разрезной гайкой, микрометрического винта

16 и компенсационной гайки 15. Измерительный стержень предохранен от

поворота шпоночным винтом 2. Узел микросчетчика смонтирован в гильзе

9, неподвижно связанной со стеблем 3. Микровинт приводится во

вращение от барабана 12, при этом вращение от микровинта зубчатыми

колесами 11, 13, 14 передается на центральную шестерню 10. Эта

шестерня тремя штифтами 8 приводит во вращение ведущий диск 7.

Движение от одного диска к другому передается вспомогательными

трибами 5, свободно насаженными на общую ось 4. Ведущий диск имеет

гладкую цилиндрическую поверхность и два зуба z

и z

, образующих

радиальную впадину, и два выступа высотой h от левого торца, выточки

(рис. 5.2 а, б, в). Ведомый диск 6 с правого торца имеет 20 зубьев (z

=20),

а вспомогательные трибы – четыре – восемь зубьев, из которых половина

(через один зуб) имеет укороченную осевую длину.

Рисунок 5.3 Микрометр с механическим цифровым отсчетом

При непрерывном вращении ведущего диска 7 торцовый выступ

зуба высотой h нажимает на небольшой участок срезанного зуба триба и

поворачивает его вокруг оси 4. При этом последующий широкий зуб триба

попадает во впадину зубьев z

и z

, поворачивает ведомый диск 6 на два

зуба, т. е. на 1/10 оборота. Таким образом, в окне гильзы 9 слева направо

отсчитываются десятки миллиметров, миллиметры, десятые и сотые доли

миллиметра. Диаметры дисков 28 мм. На цилиндрической поверхности

нанесены два ряда делений от 0 до 9.

Повышение точности механического микрометра ограничивается

точностью технологического процесса изготовления микровинта. Однако,

в связи с развитием микроэлектроники к концу 70-х годов стали выпускать

микрометры с электронным цифровым отсчетом. Корпус микрометра

модели 293–111 фирмы «Мицутойо» (Япония) выполнен в

пылезащищенном и водонепроницаемом исполнении, в котором

смонтирована схема электронного счетчика с жидкокристаллическим

индикатором. Имеется также обычный отсчет по штриховым шкалам с

ценой деления 0,01 мм.

Краткая техническая характеристика:

Люфт микровинта, мм………………………………………0,001

Дискретность отсчета, мм ...………………………………..0,001

Погрешность показаний в единицах разряда ……………..±1

Измерительное усилие, Н ....…………………………………10

Допускаемая температура хранения, °С…………….от – 60 до +40

Микрометр имеет периферийный выход на микропроцессор,

обеспечивающий обработку информации с выдачей ее на цифропечать в

виде статистических характеристик.

Наиболее перспективным является микрометр с электронным

цифровым отсчетом японской фирмы «Сони» модели М-30. В.

конструкции этого микрометра отсутствует трудная в технологическом

отношении микропара. Измерительный стержень, перемещающийся в

осевом направлении при помощи скользящей кнопки, приводит в действие

устройство электронного цифрового отсчета с выходом на

жидкокристаллический индикатор (ЖКИ). Предел измерения от 0 до 30

мм. Остальные технические характеристики аналогичны микрометру

фирмы «Мицутойо» модели 293–111.

5.4 Погрешности измерения микрометром

Основные первичные погрешности микрометрического

инструмента, определяющие общую погрешность микрометрического

прибора, следующие: погрешность микропары, погрешность ширины

штрихов на стебле и барабане, погрешность нанесения штрихов шкалы

стебля и барабана, отклонение от параллельности продольного штриха

стебля оси вращения микровинта, погрешности положения края скоса

барабана относительно нулевого штриха при установке микропары на

нуль, неплоскостности и непараллельности измерительных поверхностей,

перекоса из-за наличия зазоров в направляющих измерительной пятки,

погрешность из-за установочной меры, погрешность из-за отсчета

показаний, погрешность вследствие контактных деформаций.

Рассмотрим, каждую из этих погрешностей на примере гладкого

микрометра с диапазоном измерения 0 – 25 мм.

Погрешность микропары при небольшой длине гайки в

значительной степени зависит от погрешности шага микровинта, которая

нормируется в жестких пределах 0,004 мм на всю длину резьбы 25 мм.

Поверку проводят на универсальных микроскопах.

Ширины штрихов определяют на универсальном и

инструментальном микроскопах. Погрешность ширины штрихов шкал на

стебле и барабане не должна превышать (0,2±0,05) мм.

Погрешность нанесения штрихов на стебле и барабане определяют

по соответствию перемещения микровинта на отсчет 0,01 мм повороту на

угол β= 360°/n. Перемещением микровинта на 0,0001 мм пренебрегают, так

как соответствующий ему поворот на угол β = β

/100 = 360°/50·100 = 4

принимают за допуск на изготовление круговой шкалы барабана. Обе

шкалы поверяют на универсальном или инструментальном микроскопах.

Рисунок 5.4 Отклонение от параллельности оси вращения штриха стебля и

оси вращения микровинта

Отклонение от параллельности продольного штриха стебля оси

вращения микровинта ∆ = 0,05 мм вызывает погрешность показания (рис.

5.4): δ = ∆Р/πd = 0,05·0,5/3,14·18≈0,4 мкм, где d – диаметр стебля; ∆ -

отклонение от параллельности продольного штриха стебля оси вращения

микровинта; Р – шаг микровинта.

Отклонение ∆ и соответствующий угол β определяют на

универсальном микроскопе.

Погрешность положения края скоса барабана относительно нулевого

штриха при установке микрометра на нуль нормируют максимальным

расстоянием 0,1 мм от штриха до торца барабана и определяют

следующим образом. Микрометр устанавливают на нуль, затем, вращая

микровинт, добиваются совмещения торца барабана с краем нулевого

штриха и снимают отсчет по шкале барабана.

Неплоскостность измерительных поверхностей поверяют с

помощью плоских стеклянных пластин для интерференционных

измерений. Это отклонение не должно превышать 0,9 мкм (три

интерференционные полосы – рис. 5.5).

Рисунок 5.5 Определение неплоскостности измерительных микрометра:

а – контакт в точке 1, отсчет по двум полосам 2 и 3; полоса 4 – не

учитывается характерный завал по краям; б – контакт в точке 1; отсчет по

двум полосам 2 и полосам 3 – 5; полосы 4 – 6 не учитывают; кривизна в

сечении х - х больше, чем в сечении у - у; в – контакт по линии 1

искривленной цилиндрической поверхности; отсчет по двум полосам 2—5

и 3 – 6; отсчет по полосе 4 – 7 не учитывают

Погрешность вследствие непараллельности измерительных

поверхностей рассматривается для трех возможных случаев.

1. Ось микровинта 2 наклонена к оси пятки 1 под углом α, а

измерительные плоскости пятки и микровинта перпендикулярны к осям

(рис. 5.6 а), поэтому перемещение микровинта l

больше размера

плоскопараллельной детали 3.

2. Ось микровинта 2 и пятки 1 параллельны, а измерительная

поверхность микровинта не перпендикулярна к оси вращения микровинта

(рис. 5.6 б), поэтому размер измеряемой плоскопараллельной детали l

будет меньше размера установочной меры l

3. Оси микровинта 2 и пятки 1 параллельны, а измерительные

поверхности пятки и микровинта не перпендикулярны к осям (рис. 5.6 в),

поэтому измеряемые плоскопараллельные детали размером l

соответствуют установочной мере 3.

Практически имеет место комплексное сочетание всех трех

возможных случаев непараллельности измерительных поверхностей пятки

и микровинта. При вращении микровинта непараллельность будет

определяться пространственным положением двух непараллельных

измерительных плоскостей. Непараллельность измерительных

поверхностей микрометров с диапазоном измерения, до 100 мм

определяют с помощью комплекта из четырех плоскопараллельных

стеклянных пластин (ГОСТ 1121 – 75). Размеры высот пластин отличаются

друг от друга на 1/4 оборота микровинта.

Отклонение от параллельности определяют как сумму отсчетов в

полосах на обеих измерительных поверхностях.

Микрометры, находящиеся в эксплуатации, поверяют с помощью

четырех плоскопараллельных концевых мер с разностью по длине ¼

оборота микровинта. Концевые меры устанавливают по краям плоскости

пяток на высоте сектора в ¼ диаметра пятки.

Микрометры с диапазоном измерения свыше 100 мм поверяют с

помощью специальных штихмасов, имеющих разность по длине ¼

оборота. На концах штихмаса запрессованы шарики с эксцентриситетом

относительно оси микровинта, практически равным радиусу

измерительного стержня. Поверку проводят в четырех положениях,

поворачивая штихмас каждый раз вокруг оси на ¼ оборота.

Погрешность из-за установочных мер входит в погрешность

измерения микрометром с диапазоном свыше 25 мм. Установка

микрометров по блоку концевых мер повышает точность измерения

микрометром, так как в этом случае погрешность микропары проявляется

на небольшой длине перемещения микровинта. Экспериментально

установлено, что эти величины находятся в пределах 2 мкм.

Погрешность отсчета показаний возникает вследствие параллакса,

поэтому расстояние от стебля до верхнего торца конической части