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

Подождите немного. Документ загружается.

В индикаторах предусмотрено переключение направления действия

измерительного усилия – пружина 12 при помощи переключателя 13

поджимает плечо 2 рычажной передачи в правое или левое крайнее

положение. Направление перемещения измерительного наконечника

определяется положением рычага 2. Правое положение рычага

обеспечивает перемещение измерительного наконечника слева направо, а

левое положение – справа налево. Это сделано для удобства установки

индикатора относительно измеряемой детали.

В некоторых случаях в конструкциях торцевых индикаторов корпус

делают цилиндрической формы для крепления в державке. Тогда

направление перемещения измерительного наконечника можно изменять

поворотом индикатора в державке. Цапфы осей рычажно-зубчатых

индикаторов устанавливают на каменных опорах, чем обеспечивают малое

трение и малое измерительное усилие. Все индикаторы имеют поворот

шкалы относительно стрелки для установки начала отсчета (установка на

«нуль»). Для удобства измерений в труднодоступных местах индикаторы

комплектуют специальной державкой. Для крепления державок в стойках

и штативах предусмотрена переходная втулка с диаметра 5 мм на диаметр

8 мм.

Рычажно-зубчатые индикаторы в основном применяются для

измерения отклонений формы и расположения поверхностей. Малые

габаритные размеры, возможность бокового действия позволяют

использовать их для измерения размеров в труднодоступных местах.

Индикатор может крепиться на шпиндель станка и использоваться при

расточных работах.

Рычажно-зубчатые индикаторы выпускаются с размерами шкал от

25 до 50 мм в зависимости от цены деления (0,01 мм и 0,002мм). Диапазон

показаний по шкале 0,8 мм для индикаторов с ценой деления 0,01 мм (±40

делений с нулевой отметкой на середине) и 0,2 мм для индикаторов с

ценой деления 0,002 мм. Предел допускаемой погрешности 5 мкм на

участке шкалы 0,1 мм и 10 мкм на всем диапазоне измерений. Размах

показаний не более 3 мкм, измерительное усилие 10 – 40 сН.

Диапазон измерений рычажно-зубчатых индикаторов с ценой

делений 0,002 мм составляет 0 – 0,16 мм. Погрешность индикаторов при

любом положении малого рычага не более 0,002 мм в пределах 20 делений

и 0,004 мм в пределах 40 делений. Размах показаний не более 0,001 мм.

Измерительное усилие от 30 до 60 сН.

Передаточное отношение определяется выражением i = Rz

/ lz

где l – длина малого измерительного рычага; R – длина стрелки; z

, z

– число зубьев по схеме (рис.6.4 а).

Погрешность измерения рычажно-зубчатым индикатором состоит

из погрешности самого индикатора и погрешности вследствие прогиба

подвески.

Погрешность индикатора находится в пределах цены деления при

использовании всего диапазона показаний и в пределах половины цены

деления для меньшего интервала по шкале. Погрешность вследствие

прогиба шарнирных подвесок стойки до 5 мкм. Погрешность измерения

при разных положениях рычажно-зубчатых индикаторов с ценой деления

0,01 мм находится в пределах 0,005 – 0,015 мм.

Рычажно-зубчатые измерительные головки с ценой деления 0,001 и

0,002 мм. В увеличенном механизме измерительных головок входные пары

являются рычажными, а выходные – зубчатыми, что существенно

повышает точность измерительной головки по сравнению с зубчатым

индикатором, поскольку рычажную передачу можно сделать точнее, чем

зубчатую. Кроме того, конструктивная особенность рычажных передач

позволяет ввести регулировку, которая устраняет не только погрешность

изготовления этой передачи, но и компенсирует часть погрешности

последующих зубчатых передач.

Рычажно-зубчатые головки, выпускаемые Ленинградским

инструментальным производственным объединением (ЛИПО) по ГОСТ

18833 – 73 и ГОСТ 9696 – 75, в зависимости от диапазона показаний

разделяются на однооборотные и многооборотные.

Кинематическая схема однооборотной головки (рис. 6.5) состоит из

двух рычажных и одной зубчатой пар. Измерительный стержень 6

контактирует с малым плечом ς первой рычажной передачи 2. П-образная

верхняя часть измерительного стержня 6 позволяет разгрузить механизм

головки от удара. Если арретиром 7 ударить по измерительному стержню

(вверх по его оси), то этот удар не передастся на весь механизм —

произойдет лишь отрыв верхней контактной поверхности измерительного

стержня от сферы первой рычажной передачи.

Для возможности регулировки длины малого плеча ς, а,

следовательно, и передаточного отношения всего механизма, на плече

установлена цилиндрическая опора с эксцентричным креплением

сферического контакта. Поэтому поворотом опоры можно изменить длину

плеча ς и регулировать передаточное отношение всего механизма. Большое

плечо l рычажной передачи 2 контактирует со сферической опорой,

установленной неподвижно на оси сектора 10. Изменяя положение

сферической опоры на секторе, компенсируют погрешности механизма.

Сектор 10 сцепляется с трибом 9, на оси которого установлена стрелка 8.

На этой оси укреплен первый конец спиральной пружины 1, а его второй

конец – на плате 5 механизма.

Спиральная пружина (волосок) создает кинематическое замыкание

измерительной цепи, что обеспечивает однопрофильное зацепление и

выбор зазоров во всех шарнирах рычажно-зубчатого механизма.

Стрелку в нулевое положение устанавливают, поворачивая плату

всего механизма относительно шарнирной оси 3 посредством рычажно-

винтовой передачи 4. Измерительное усилие создается двумя пружинами.

Измерительный стержень арретируют поворотом рычага 7.

Цену деления регулируют изменением длины плеч рычажных

передач ς и r. Сначала регулируют плечо ς, добиваясь, чтобы погрешности

в крайних положениях были симметричны относительно нуля. Затем

регулируют плечо до получения погрешностей, не выходящих за пределы

допускаемых. Выполнение этих регулировок способствует достижению

высокой точности механизма головки.

Рисунок 6.5 Рычажно – зубчатая однобортная головка 1 ИГ

Для повышения надежности головок, которая, в основном,

определяется износоустойчивостью контактных элементов, все пары осей

установлены в корундовых камнях, а контактные поверхности рычагов

армируются твердосплавными или корундовыми подпятниками. Все это

существенно повышает надежность однооборотных зубчатых головок ИГ,

у которых наработка до первого отказа составляет не менее 600 тыс.

циклов условных измерений при вероятности безотказной работы 0,9.

Многооборотные рычажно-зубчатые головки 1 МИГ, 2 МИГ

(рис.6.6 г) в отличие от однооборотных имеют дополнительные рычажные

пары с плечами 12, 13 и зубчатое колесо 14, на оси которого крепится

стрелка оборотов 11 и спиральная пружина 1, создающая кинематическое

замыкание измерительной цепи. Измерительное усилие создается двумя

пружинами. Все остальные схемные и принципиальные конструктивные

решения в многооборотной головке такие же как и в однооборотной (на

рис.6.6, 6.7 позиции совпадают).

Рисунок 6.6. Рычажно-зубчатая многооборотная головка МИГ

В измерительных головках МИГ, как и в головках ИГ, имеется, два

компенсатора погрешностей изготовления. Первый компенсатор,

изменяющий передаточное отношение, выполнен в виде эксцентричного

шарика, установленного в опоре, закрепленной в синусном рычаге, второй

компенсатор реализован в виде эксцентрика в длинном плече синусно-

кулисного рычага.

Рычажно-зубчатые головки 1 ИГ изготовляют с ценой деления мкм,

а 2 ИГ – 2 мкм, диапазон измерений по шкале 0,1 и 0,2 мм соответственно.

Многооборотные рычажно-зубчатые головки 1 МИГ по ГОСТ 9696 – 82

изготовляют с ценой деления 1 мкм, а 2 МИГ – 1 мкм, диапазон измерений

по шкале 1 и 2 мм соответственно.

Головка 05205 в двухрычажном исполнении имеет дополнительную

третью регулировку, что позволяет увеличить диапазон показаний почти

без потери точности. Головка при цене деления 2 мкм имеет диапазон

измерений по шкале 5 мм, предел допускаемой погрешности на одном

обороте стрелки – 4 мкм, на всем диапазоне 5 мкм.

Передаточное отношение рычажно-зубчатых головок i есть

отношение длины конечного звена механизма (стрелки) к длине малого

плеча первой рычажной передачи, умноженной на передаточное

отношение промежуточных рычажных и зубчатых передач:

для однооборотной головки 1 ИГ (см. рис. 6.5) с ценой деления

0,001 мкм

i = i/ ς

·(l/r—1)·r

·Rстр = 1/4,15·(30,4/2,3 – 1)·228/16.25 ≈ 1050;

для однооборотной головки 2 ИГ с ценой деления

0,002 мм

480·228/16·25)16,4/4,30(

15,4

≈−=i ;

для многооборотной головки 1 МИГ с ценой деления 0,001 мм (см.

рис.3.6)

960301)·280/11·4/8,223,5)·(13,-·34/(348,6/1

·R/1)·zl)·(L/R-·r/(r/1

стр21

≈+=

= zi

где 1)l)·(L/R-r/(r + - общее передаточное отношение кулисных

передач;

для многооборотной головки 2 МИГ с ценой - деления 0,002 мкм

i = 1/13,6·3,2·2,64·280/11·30≈480.

Неправильные передаточные отношения корректируются выбором

интервала делений по шкале, а также регулировкой длины плеч рычагов, т.

е. для головки 1 МИГ i=1000, а для 2 МИГ i =500.

Предельная погрешность измерения однооборотными головками на

всем диапазоне измерений шкалы для размеров от 1 до 180 мм составляет

от ± 2 до ± 3 мкм для головок 1 ИГ и от ± 4 до ± 6 мкм для головок 2 ИГ,

установленных в штативах Ш1 или ШМ1.

Если головку установить в стойках С-II или С-III и использовать

участок шкалы в ± 30 делений с настройкой в нулевой точке шкалы, то

погрешность измерения существенно уменьшится до ± 1 мкм (у головок 1

ИГ) и ± (1 – 2) мкм у головок 2 ИГ.

Предельная погрешность измерений биений многооборотными

головками 1 МИГ, 2 МИГ на всем диапазоне измерений шкалы при

закреплении их в штативе или в стойках С-II и С-III в пределах ± (5 – 6)

мкм, в пределах ± (8 – 9) мкм для размеров от 1 до 260 мм. При

уменьшении используемого участка шкалы до 3 – 6 мкм погрешность

составляет ± (1,5 – 2) мкм.

Рычажно-зубчатые измерительные головки находят широкое

применение, как в цеховых отсчетных устройствах, так и в лабораторных

приборах.

6.3 Поверка зубчатых и рычажно – зубчатых измерительных головок

Поверка зубчатых и рычажно-зубчатых измерительных головок

представляет известные трудности, обусловленные большим количеством

поверяемых параметров и высокими требованиями к точности

применяемых средств поверки.

Наиболее сложной является поверка систематической погрешности.

Потребителю гарантируется, что погрешность измерительного прибора не

превышает допускаемого значения в любой точке шкалы прибора. Но для

этого требуется сложное прецизионное устройство – кинематометр –

оснащенное механизмом непрерывной записи на всем диапазоне

измерения. На практике непрерывная поверка заменяется дискретной в

точках шкалы, расположённых на определенных интервалах. Если число

точек достаточно велико, то погрешность в остальных точках шкалы не

выйдет за пределы допускаемого значения. Выбор числа точек шкалы

зависит от составляющих систематической погрешности. Так, часть

систематической погрешности, вызванная компенсируемыми ошибками

изготовления элементов механизма, имеет вид плавной кривой, поэтому,

для выявления этой составляющей достаточно иметь показания в ряде

точек шкалы, расположенных на значительных расстояниях друг от друга.

Некомпенсируемая составляющая кинематической погрешности

определяется многократно повторяющимися ошибками профиля зубьев и

контактных элементов рычажных передач. Эти составляющие носят

циклический характер и накладываются на первую составляющую. Для

выявления этой составляющей необходима иметь поверочные точки с

малым интервалом на небольшой части диапазона измерения головки.

Индикаторы часового типа с ценой деления 0,01 мм поверяют по

инструкции 141 – 55 на специальном микрометре, у которого вместо

неподвижной пятки установлено гнездо для крепления индикатора.

Погрешность показаний микрометра в мертвый ход в сумме не должна

превышать ±0,002 мм. Показания поверяют через каждые 0,2 мм на всем

диапазоне измерения и на одном обороте стрелки и через 0,01 мм на

нормированном участке 0,1 мм при прямом и обратном ходах

измерительного стержня. Индикаторы поверяют также на

модернизированных микрометрах, у которых на барабане установлен диск

с пазами, расположенными по угловому шагу, соответствующему точкам

поверки, а паз фиксируется, шариковым фиксатором, установленным на

корпусе микрометра.

Производительность поверки существенно повышается с

использованием полуавтоматизированного электрического прибора ПКИ

(рис. 6.7). Прибор состоит из подпружиненного роторного диска 1, на

периферии которого закреплены специальные твердоплавкие концевые

меры 2, подобранные по программе. Шаговый поворот роторного диска

обеспечивается электродвигателем 4 через специальную зубчатую

передачу 3 и мальтийский механизм. При этом концевые меры

последовательно проходят между неподвижным упором 6 и подвижным

промежуточным шрифтом 7, передающим перемещения измерительному

стержню индикатора. В приводном механизме применены зубчатые колеса

с неполным профилем для создания паузы, необходимой для записи

показателей. Предусмотрено реверсирование ротора посредством муфты 5.

Размах показаний определяют при многократном измерении в нескольких

точках шкалы и оценивают как разность максимального и минимального

показаний в данной точке шкалы.

В НПО «Метрология» разработан образцовый прибор типа ППИ

для поверки индикаторов часового типа с ценой деления 0,01 мм (рис. 6.8).

Прибор включает прецизионную микропару 1, оптическую систему,

состоящую из коллиматора 2 с преломляющей призмой, оптическую

систему призмы Дове 3, окуляр 4 и прецизионную зубчатую пару 5.

Известно, что призму Дове используют для того, чтобы вращать

изображение в оптических приборах. Причем изображение вращается со

скоростью, вдвое большей скорости вращения самой призмы.

Следовательно, шаг микровинта и передаточное отношение

зубчатой передачи необходимо выбирать таким, чтобы отношение между

угловыми скоростями вращения призмы Дове и стрелки индикатора

составляло 1:2. При таком условии изображение вращающейся стрелки,

наблюдаемое в окуляре оптической системы, остается неподвижным.

Погрешность механизма индикатора оценивается смещением стрелки

индикатора относительно шкалы окуляра с учетом знака погрешности

индикатора.

Прибор ППИ позволяет наблюдать погрешность индикатора при

непрерывном вращении стрелки (повороте штурвала микровинта), что

повышает надежность и производительность поверки индикаторов.

Пределы измерения 0 – 10 мм; цена деления шкалы 0,01 мм; предел

допускаемой погрешности прибора: на всем диапазоне измерений 0,003 мм

и 0,002 мм на участке 1 мм.

Перед поверкой микровинт прибора перемещают в начальное

положение и устанавливают на нуль. Индикатор посадочным диаметром

вставляют в клеммовое соединение (неподвижно относительно

микровинта), перемещают до момента установки стрелки на нулевое

деление первого оборота и крепят в клемме.

Основную погрешность индикатора определяют на всем пределе

измерения через 0,2 мм при прямом и обратном ходах измерительного

стержня путем ручного или механического дискретного перемещения

пятки микровинта. Результаты измерений заносят в таблицу, где

указывают номера оборотов стрелки, отметки шкалы 0; 20; 40; 60; 80

сотых миллиметра соответственно для прямого и обратного ходов.

Основную погрешность индикатора в пределах участка определяют как

сумму абсолютных значений наибольших положительной и отрицательной

Рисунок 6.7

Полуавтоматический

роторный прибор для

проверки индикаторов

часового типа

Рисунок 6.8 Схема

прибора ППИ для

поверки индикаторов

часового типа