Лекция 23. Универсальные измерительные средства. Их классификация, основные метрологические показатели. Выбор форм контроля и измерительных средств.

Средства измерения, применяемые в машиностроении по назначению можно разделить на универсальные и специальные. Специальные средства предназначены для измерения одного или нескольких параметров деталей определённого типа. Их мы рассмотрим на следующей лекции.

По числу параметров, проверяемых при одной установке детали, различают одномерные и многомерные измерительные и контрольные средства, а по степени механизации процесса измерения – не автоматические, т.е. ручного действия, механецированные, полуавтоматические и автоматические.

Универсальные измерительные средства и приборы включают в себя:

• щупы;

• штангенинструменты;

• микрометрические инструменты;

• механические измерительные приборы;

• приборы с пружинной и пружинно оптической передачей;

• оптико-механические приборы; оптические приборы;

• пневматические приборы;

• приборы, основанные на электрических принципах;

• радиоактивные приборы;

• ультразвуковые приборы.

Щупы– представляют собой пластины с параллельными измерительными плоскостями, предназначенные для проверки величины зазоров между поверхностями.

Выпускают z наборов щупов, в каждой из которых входят щупы различной толщины.

Штангенинструменты – включают: штангенциркуль, штангенглубиномер, штангенрейсмус, штангензубомер.

Общим элементом всех штангенинструментов является штанга, на которой нанесена основная шкала с ценой деления 1 мм. На подвижной рамке нанесена нониусная шкала, позволяющая отсчитывать десятые и сотые доли миллиметра.

Штангенциркуль наиболее универсальный из штангенинструментов. Он предназначен для измерения наружных и внутренних размеров, глубин небольших отверстий, высот изделий.

Штангенглубиномер – для измерения глубин отверстий, высот изделий, расстояние до буртов.

Штангенрейсмус – для разметки и измерения высоты изделий.

Штангензубомер – для измерения параметров зубьев зубчатых колёс.

Цена деления штангенциркуля 0,05 и 0,1 мм, у остальных штангенинструментов – 0,1 мм.

Микрометрические инструменты включают: микрометр, микрометрический глубиномер, микрометрический нутромер.

Общим элементом всех микрометрических инструментов является микрометрический барабан. На неподвижной части барабана, называемой стебель, нанесена линейная шкала с ценой деления 1 мм, а на подвижной части – круговая шкала с ценой деления 0,01 мм.

Пределы измерения всех микрометрических инструментов – 25 мм.

Например: 0 – 25 мм; 25 – 50 мм; 50 – 75 мм; ………….. 1975 – 2000 мм.

Механические измерительные приборы.

К ним относятся приборы с зубчатой и рычажно-зубчатой передачей:

• индикаторы часового типа;

• рычажно-зубчатые измерительные головки;

• рычажные микрометры и скобы.

Индикаторы часового типапредназначены для измерения линейных размеров, отклонений формы и расположения, а также используются в качестве отсчётных устройств в различных измерительных приборах. Возвратно-поступательное движение измерительной пятки с помощью реечно-зубчатого механизма преобразуется во вращательное движение стрелки.

Цена деления индикатора часового типа 0,01 мм. Пределы измерения по шкале, т.е. ход измерительной пятки – 10 мм.

Рычажно-зубчатые измерительные головки имеют цену деления 0,001 мм и пределы измерения ±50 мкм, а также снабжены переставляемыми указателями допуска.

Рычажные микрометры и скобы в отличии от обычного микрометра имеют регулируемую пятку и подвижную пятку, перемещение которой передается на стрелку отсчётного устройства с помощью рычажно-зубчатого механизма.

Приборы с пружинной и пружинно-оптической передачей.

Промышленность выполняет четыре типа таких приборов: - микрокаторы; - микаторы; - миникаторы; - отптикаторы.

Первые три типа приборов выпускают с ценой деления 0,1; 0,2; 0,5; 1; 2 мкм.

В основу передаточного механизма микрокатора положена скрученная пружинная лента, к которой в средней части прикреплена стрелка. Под действием измерительного усилия лента раскручивается и поворачивает стрелку.

Достоинство микрокаторов – отсутствие износа т.к. отсутствуют пары трения.

Недостаток – вибрация стрелки и трудность отсчёта показаний из-за тонкой стрелки.

Этих недостатков лишён оптикатор, у которого на ленте вместо стрелки закреплено зеркальце, отражающее луч света от лампочки на шкалу. Цена деления отптикатора – 0,5 мкм.

Оптико-механические и оптические приборы.

К ним относят:

• оптиметры;

• длинномеры;

• измерительные машины;

• интерферометры;

• инструментальны микроскопы;

• универсальные микроскопы;

• проекторы.

Оптиметрывыпускают с ценой деления 1 мкм. В основу их конструкции положено зеркальце, связанное с измерительным наконечником, при перемещениях которого зеркальце поворачивается и перемещает изображение шкалы относительно неподвижной риски в окуляре. В зависимости от расположения трубки оптиметры бывают горизонтальные и вертикальные.

Длинномеры выпускаются двух исполнений – вертикальные и горизонтальные сценой деления 1 мкм. В основу их конструкции положено перемещение шкалы, связанной с измерительным микрометром, по которому и производится отсчёт показаний.

В настоящее время промышленность снабжает длинномеры электронными блоками, которые выдают результат измерения сразу в цифровом виде.

Измерительные машины применяются для контроля сложных корпусных деталей, точного измерения больших длин, расстояний между осями отверстий.

Измерительные машины выпускают разнообразных конструкций. Некоторые из них аналогичны горизонтальным оптиметрам, только имеют большую станину и снабжены оптиметрической трубкой и измерительным микроскопом. Отсчёт больших расстояний производится с помощью стеклянных окон с рисками, расположенных в станине через 10 см. Изображение рисок с помощью оптической системы подаются на отсчётный микроскоп. Малые расстояния измеряются с помощью оптиметрической трубки.

Выпускаются измерительные машины, в которых отсчёт расстояний производится с помощью растровых сеток, создающих при перемещении муаровые картины.

Интерферометры выпускаются горизонтального и вертикального исполнения, контактные и бесконтактные, а также лазерные интерферометры.

Их действия основано на интерференции двух лучей, один из которых отражается от зеркальца, связанного с измерительным наконечником (у контактных) либо непосредственно от контролируемой детали (у бесконтактных).

Контактные интерферометры имею регулируемую цену деления от 0,05 до 0,2 мкм.

Инструментальные и универсальные микроскопы предназначены для измерения угловых и линейных размеров резьб, метчиков, резьбовых фрез и калибров, шаблонов, фасонных резцов и деталей сложной формы.

Промышленность выпускает инструментальные микроскопы двух типов: ММИ – малый микроскоп универсальный и БМИ – большой микроскоп универсальный. Инструментальный столик этих микроскопов может перемещаться в горизонтальной плоскости по двум координатам и поворачиваться на 360°. Стойка с тубусом может наклонятся в обе стороны на ±12,5°. Все рукоятки перемещений снабжены микрометрическими винтами с ценой деления 5 мкм.

Универсальные измерительные микроскопы отличаются от инструментальных большим диапазоном измерений и повышенной точностью. Цена деления спиральных нониусов 1 мкм.

Проекторы – это оптические приборы, дающие на экране увеличенное изображение контролируемой детали, которое совмещают с вычерченным в масштабе номинальным контуром. Измерительный стол проекта имеет микрометрические винты с ценой деления 1 мкм.

Пневматические приборы– применяются для измерения сравнительным методом размеров точных изделий, главным образом диаметров отверстий в серийном и массовом производстве.

Приборы основаны на зависимости расхода, вытекающего из сопла измерительной головки, от величины зазора между соплом и поверхностью изделия. По способу определения расхода воздуха пневматические приборы разделяются на малометрические, измеряющие изменения давления воздуха и ротаметрические или поплавковые, измеряющие изменение скорости воздушного потока.

Прибора основанные на электрических принципах.

К ним относят электро-контактные приборы, ёмкостные, индуктивные приборы, приборы основанные на использовании вихревых токов и фотоэффекта.

В этих приборах перемещение измерительного наконечника преобразуется в электрический сигнал, который регистрируется специальными устройствами.

Приборы этого типа имеют то преимущество, что их можно использовать как приборы активного контроля.

При этом электрический сигнал с измерительного наконечника подаются на управляющие органы станка, и выключает его в тот момент, когда обрабатываемый размер достигнет заданного значения.

Радиоактивные приборы – основаны на применении радиоактивных изотопов и предназначены для измерения толщины листов, лент, стенок труб, обнаружение в материале дефектов, пустот трещин. В приборах используется зависимость поглощения β и γ излучения от толщины контролируемого материала.

Ультразвуковые приборы – применяют для измерения толщины изделий, доступ к которым возможен только с одной стороны, а также для дефектоскопии. Различают резонансные и импульсные ультразвуковые толщиномеры.

В резонансных толщиномерах резонанс образуется благодаря интерференции прямой и отражённой от противоположной грани волн и наступает при определённой частоте.

Действие импульсныхтолщинометров основано на измерении времени прохождения импульса. Регистрируется момент посылки импульса и его отражения от противоположной грани.

Выбор форм контроля и измерительных средствосуществления в зависимости от типа производства и заданных допусков. Погрешность измерительного средства не должна превышать 35%, а для грубых квалитетов 20% допуска на размер.

Л Е К Ц И Я 24

Специальные измерительные средства. Приборы для контроля зубчатых колес и передач. Приборы для контроля погрешностей формы и расположения поверхностей.

В отличие от универсальных специальные измерительные средства предназначены для измерения одного или нескольких параметров деталей определенного типа.

Если универсальные измерительные средства применяются преимущественно в индивидуальном и мелкосерийном производствах, то специальные – в крупносерийном и массовом, что значительно сокращает время контроля

Приборы для контроля зубчатых колёс и передач.

В зависимости от поставленной цели контроль зубчатых колёс делят на приёмочный или окончательный и технологический, т.е. на стадии изготовления.

Желательно, чтобы контроль был комплексным. Если для этого нет соответствующих измерительных средств применяют поэлементный контроль.

Приборы для контроля цилиндрических зубчатых колёс разделяют на станковыес устройствами для базирования проверяемых колёс инакладные, которые при контроле располагают на зубчатом колесе.

Контроль кинематической и циклической погрешности зубчатых колёс.

3

1

1 – измерительное колесо;

2 – контролируемое колесо;

3 – эталонная передача;

2

4 – измерительное устройство для измерения разности углов поворота контролируемого и эталонного зубчатых колёс.

4

Контроль колебаний измерительного межосевого расстояния.

1 2

1

1 – измерительное колесо;

2 – контролируемое колесо;

3 – датчик колебаний измерительного межосевого расстояния

3

Контроль радиального биения зубчатого венца.

2α

Наконечник измерительного прибора, имеющий форму исходного контура.

Контроль колебаний длины общей нормали

Зубомерный микрометр

W

Индикаторный нормалемер

Контроль профиля зуба.

Тангенциальным зубомером. Штенгензубомером.

Контроль погрешностей шага.

1 4

1 – контролируемое колесо;

2– эталонное колесо;

3 – фиксатор;

4 – датчик для измерения шагов.

2 3

Проверка пятна контакта.

Для этого используют специальную краску из пустых сортов масел с добавлением сажи. Краской смазывают боковую поверхность зубьев одного из колес и проворачивают в паре со вторым, а затем обмеряют отпечатки пятен контакта.

Проверка бокового зазора.

Для этого между боковыми поверхностями зубьев закладывают пластинки из мягкого металла, например свинца, и после проворачивания колёс замеряют толщину пластинок.

Приборы для контроля погрешностей формы и расположения.

Отклонения формы и расположения поверхностей деталей определяют как универсальными, так и специальными измерительными средствами.

Овальность и чётную огранку измеряют двухконтактными приборами (например, микрометрами).

Огранка с нечётным числом граней приборами с двухточечным контактом не обнаруживается. Её можно обнаружить в кольце или трехконтактными измерительными устройствами, например, на призме с индикатором.

Отклонение от круглости наиболее точно может быть измерено на приборах- кругломерах, которые делят на приборы с вращающимся измерительным наконечником и приборы с вращающимся столом. Записывающий механизм кругломера вычерчивает круглограмму детали.

По такой схеме выпускаются отечественные кругломеры заводом «Калибр». Из зарубежных кругломеров наиболее известен кругломер модели «Talyrond– 73» английской фирмы «RankTaylorHobson».

Отечественная промышленность выпускает кругломер оригинальной конструкции по плавающей схеме

Средств для надёжного измерения отклонений от цилиндричности пока не разработано. На практике об отклонениях от цилиндричности косвенно судят по результатам измерения в различных сочетаниях отклонения от круглости.

Для измерения отклонений от плоскостности и от прямолинейности применяют уровни различных конструкций, оптические линейки, оптические плоскомеры.

Плоскостность также контролируют поверочными плитами на краску.

Для контроля точности расположения поверхностей, а также суммарных отклонений формы и расположения применяют специальные приспособления.

(Рассмотреть конкретные примеры по лабораторной работе).

Л Е К Ц И Я 25.

Калибры гладкие для размеров до 500мм

В крупносерийном и массовом производствах для контроля годности деталей без определения конкретного значения размера широко применяют калибры.

Калибраминазывают бесшкальные контрольные инструменты, предназначенные для проверки соответствия действительных размеров, формы расположения поверхностей деталей - предписанным.

Наибольшее распространение получили предельные калибры, ограничивающие наибольший и наименьший предельные размеры детали.

Применяют также нормальные калибрыдля контроля профилей деталей сложной формы, т.е. шаблоны. О годности детали судят по величине зазора между контурами детали и шаблона.

Предельные калибры применяются для контроля годности деталей, изготовленных с допусками от 6 до 17 квалитетов.

Различают рабочие предельные калибры и контрольные калибры.

Рабочие калибрыпредназначены для контроля изделий в процессе их изготовления. Эти калибры используют рабочие и контролеры ОТК.

К рабочим калибрам относят калибры – пробкиикалибры – скобы.

Калибры – пробкиприменяют для контроля годности отверстий.

В зависимости от типоразмера применяют различные конструктивные исполнения калибров.

ПР НЕ

Двусторонняя калибр-пробка имеет проходную сторону и непроходную сторону, которая короче проходной.

Если деталь годная, т.е. диаметр отверстия лежит в пределах допуска, то проходная сторона калибра пробки должна пройти в отверстие под действием собственного веса, т.е. силы тяжести или силы примерно равной ей, а непроходная сторона не должна входить в отверстие.

При этом действительное значение диаметра отверстия остается неизвестным.

Калибры – скобыприменяются для контроля годности валов.

Принцип контроля – аналогичен.

По конструктивному исполнению скобы бывают односторонние и двусторонние, регулируемые и нерегулируемые.

пр не

Для уменьшения воздействия тепла руки на скобе выполняют деревянные или пластмассовые накладки, либо покрывают скобу специальной краской.

Для каждого номинального диаметра и каждой посадки изготавливают калибр – пробку и калибр – скобу.

Для настройки регулируемых калибров – скоб и контроля нерегулируемых калибров – скоб применяют контрольные калибры. Контрольные калибры являются непроходными и служат для изъятия из эксплуатации изношенных калибров скоб.

Для повышения износостойкости рабочие поверхности калибров часто изготавливают из твёрдых сплавов, пи этом их долговечность возрастает в 100 – 150 раз, а стоимость только в 3 – 5 раз.

Калибры должны иметь наибольшую жёсткость при наименьшей массе. Это требование особенно важно для калибров – скоб больших типоразмеров.

Допуски калибров.

Система допусков на гладкие предельные калибры нормирована СТ СЭВ 157-75.

Эта система устанавливает допуски на изготовление калибров–пробок – Н, допуски на изготовление калибров скоб – Н₁, допуск на изготовление контрольных калибров Н_р.

Для квалитетов от 6 до 10 включительно допуски Н₁на изготовление скоб приняты примерно в два раза больше допусков на изготовление калибров пробок Н. Для квалитетов 11 и грубее допуски на изготовление пробок и скоб приняты равными.

Схема расположения полей допусков калибров–пробок.

НЕ

Непроходная сторона

ПР

Проходная сторона

Граница износа

Исходный размер для расчёта допуска на непроходную сторону пробки –D_mах, а на проходную сторону – D_min.

Схема расположения полей допусков калибров скоб.

К

Граница износа

– И

К

ПР

– ПР

Проходная сторона

Н

Непроходная сторона

Е К – НЕ

Исходным размером для расчёта допуска на проходную сторону скобы является d_mах,а на непроходную d_min.

Для калибров при номинальных размерах до 180 мм α=0 и α₁=0

Для проходных калибров, которые в процессе эксплуатации изнашиваются, кроме допуска на изготовление предусматривается допуск на износ.

Износ проходных калибров для деталей, изготовленных по 6, 7, 8 квалитетами включительно, может выходить за границу поля допуска детали на величину yдля пробок иy₁для скоб.

Для калибров, предназначенных для контроля деталей, изготовленных по 9 – 17 квалитетам y=0,y₁=0.

Сдвиг полей допусков калибров и границ износа их проходных сторон внутри поля допуска детали устраняет возможность искажения характера посадок годных деталей.

Исполнительные размеры калибров.

Исполнительными называются предельные размеры, по которым изготовляют новый калибр.

Для определения этих размеров на чертеже скобы проставляют наименьший предельный размер с положительным отклонением, а на чертеже пробки и контрольного калибра – их наибольший предельный размер с отрицательным отклонением.

Таким образом, отклонение на чертеже проставляют в «тело» калибра, чтобы оставить максимум металла на износ.

Маркировка калибров.

При маркировке на калибр наносят номинальный размер детали, для которой предназначен калибр, буквенное обозначение поля допуска изделия, цифровые величины предельных отклонений изделия в миллиметрах (только на рабочих калибрах), тип калибра (ПР; НЕ; К – ПР; К – НЕ; К – И).

ЛИТЕРАТУРА: