Лабораторная работа № 2 Измерение и контроль предельной скобы

Цель и задачи работы

Цель работы состоит в освоении конструкции предельной скобы; изучении концевых плоскопараллельных мер длины; получении практических навыков измерения предельной скобы концевыми мерами.

Задачи работы:

- Ознакомиться с конструкцией, назначением и классификацией калибров-скоб ГОСТ 24853-81.

- Познакомиться со стандартами на допуски и посадки гладких цилиндрических соединений (ГОСТ 25347-82, ГОСТ 25346-82).

- Изучить концевые меры длины: их назначение, классы и размеры.

- Освоить методику измерения и анализа полученных результатов при измерении концевыми мерами внутренних размеров.

- Познакомиться с методикой назначения универсальных измерительных средств.

- Выполнить отчет о работе (прил. 2).

Теоретическая часть

Краткие сведения о калибрах-скобах

Калибрами называются бесшкальные инструменты, предназначенные для контроля размеров, формы и расположения поверхности контролируемой детали. Калибры бывают предельные и нормальные.

Предельные калибры позволяют установить, находится ли контролируемый размер в пределах допуска. Валы контролируются предельными калибрами-скобами (рис. 1).

Нормальными калибрами называют точные шаблоны, которые служат для контроля сложных профилей.

По назначению различают рабочие, приемные и контрольные калибры.

Рис. 1. Предельный калибр-скоба

Рабочие калибры (проходной Р-ПР и непроходной Р-НЕ) предназначены для контроля деталей в процессе их изготовления.

Приемные калибры (проходной П-ПР и непроходной П-НЕ) применяют для приемки деталей представителями заказчика. Как правило, приемными калибрами служат изношенные Р-ПР и новые Р-НЕ.

Контрольные калибры (К-И) служат для контроля износа проходных рабочих калибров-скоб. Контрольные калибры (проходной К-ПР и непроходной К-НЕ) применяют для контроля при изготовлении рабочих калибров-скоб невысокой точности, а также для настройки регулируемых калибров-скоб.

По конструкции калибры-скобы выполняются нескольких типов. Некоторые из них показаны на рис. 2.

Рис. 2. Контрольные калибры: а – листовые двухсторонние; б – листовые односторонние; в – регулируемые

Меры длины концевые плоскопараллельные

Плоскопараллельные концевые меры длины предназначены для передачи размера от светового эталона длины к изделиям и для поддержания единства мер. Они применяются для хранения единицы длины в виде образцовых наборов, использующихся только для проверки средств измерений, для градуировки и тарировки шкал, приборов. Рабочие наборы мер применяются для измерений наружных и внутренних размеров изделий, для настройки измерительных приборов на нулевые деления шкал, при относительных измерениях размеров изделий и т.д. Выпускаются концевые меры в виде наборов, причем каждому из них присвоен номер. Наибольшее распространение получили наборы № 2 из 42 мер (из них четыре меры являются защитными) и набор № 6 из 10 мер.

Концевые меры имеют форму прямоугольного параллелепипеда с двумя плоскими взаимопараллельными поверхностями, причем у мер менее 6 мм номинальный размер нанесен на одну из рабочих поверхностей.

За основной размер концевой плоскопараллельной меры длины принимают ее серединную длину, т.е. длину перпендикуляра L, опущенного из середины верхней измерительной поверхности на плоскость, к которой мера притерта своей измерительной поверхностью (рис. 3).

Рис. 3. Концевая мера (L – номинальный размер)

В зависимости от величины отклонения серединной длины мер от номинального размера и отклонения мер от плоскопараллельности, установлены 4 класса концевых мер: 0, 1, 2, 3 (ГОСТ 9038-59).

Высота неровностей измерительных поверхностей концевых мер всех классов должна быть не более 0,06 мкм. Благодаря высокой частоте поверхностей, меры длины концевые плоскопараллельные обладают способностью прочно оцепляться друг с другом. Эта способность, называемая притираемостью, позволяет составлять блоки из нескольких мер.

В зависимости от погрешности определения действительного значения серединной длины мер (от точности аттестации) и отклонения мер от плоскопараллельности наборы концевых мер подразделяются на 5 разрядов: 1, 2, 3, 4 и 5.

При применении концевых мер по разрядам за размер плиток принимаются действительные размеры, указанные в аттестатах, а нормативная предельная погрешность измерения определяется нормами на предельную погрешность измерения серединных длин концевых мер при аттестации.

Контроль притираемости мер, находящихся в эксплуатации, производится с помощью плоских стеклянных пластин.

Допуски калибров-скоб

Допуски и отклонения рабочих и контрольных калибров-скоб принимают по таблицам стандартов ГОСТ 24853-81. Условные обозначения и построение схем полей допусков приведены на рис. 4. Поля допусков калибров-скоб располагаются относительно их номинальных размеров. За номинальный размер рабочей проходной скобы принимают наибольший предельный размер контролируемого вала d_max (рис. 1), а за номинальный размер рабочей непроходной скобы принимают наименьший предельный размер контролируемого вала [14].

Условные обозначения допусков и отклонений по ГОСТ 24853-81:

Н₁ – допуск на изготовление рабочих калибров-скоб;

H_P – допуск на изготовление контрольных калибров;

Z₁ – координата середины поля допуска рабочего проходного калибра-скобы;

Y₁ – граница износа рабочего проходного калибра-скобы;

α₁ – при размерах свыше 180 мм; является границей износа Р-ПР и координатной середины поля допуска Р-НЕ калибров-скоб.

Формулы для вычисления предельных и исполнительных размеров рабочих калибров-скоб по ГОСТ 24853-81.

Диаметры 180мм Диаметры > 180мм

P -ПP_max=d_max–Z₁+0,5H₁ P-ПP_max=d_max–Z₁+0,5H₁

Р

(3)

(1)

-ПР_min=d_max–Z₁–0,5H₁ Р-ПР_min=d_max–Z₁–0,5H₁

P-ПP_изн=d_max+Y₁ P-ПP_изн=d_max+Y₁–α₁

P-ПP_исп=(Р-ПР_min)^+Н1 P-ПP_исп=(Р-ПР_min)^+Н1

P

(2)

(4)

-HE_max=d_min+0,5H₁ P-HE_max=d_min+ α₁+0,5H₁

P-HE_min=d_min–0,5H₁ P-HE_min=d_min+ α₁–0,5H₁

Р-НЕ_исп=(Р-НЕ_min) ^+Н1 Р-НЕ_исп=(Р-НЕ_min) ^+Н1

Рис. 4. Расположение полей допусков калибров-скоб относительно

их номинальных размеров

Формулы (1–4) используют для вычисления предельных и исполнительных размеров контрольных калибров.

Примечание: Округление размеров рабочих калибров IT15– –IT17 производится до целого числа микрометров; для рабочих калибров IT6–IT14, при этом допуск на калибры сохраняется.

Предельными называются размеры, ограничивающие колебание поля допуска калибра.

Исполнительными – размеры, проставляемые на рабочих чертежах калибров. Для калибров-скоб исполнительный размер проставляется как размер основного отверстия.

Назначение универсальных средств измерения взамен калибров

Основные требования при замене калибров универсальными средствами следующие:

- точность измерительного прибора должна быть высокой по сравнению с заданной точностью изготовления контролируемой детали;

- трудоемкость контрольных операций должна быть возможно более «низкой» а связанные с контролем затраты средств должны занимать возможно меньший удельный вес себестоимости контролируемых изделий.

Избыточная точность средств контроля, как правило, бывает связана с повышением трудоемкости контрольных операций и с повышением стоимости контроля.

Недостаточная же точность измерений приводит к тому, что брак принимается как годная продукция, а часть годной продукции признается браком.

Прямой и достаточно строгий способ назначения универсальных измерительных средств может базироваться на выборе достаточно малых значений:

P₁ – вероятности забракования годных деталей;

Р₂ – вероятности приемки брака, как годного;

– максимально допустимого относительного перехода размеров принимаемых деталей за границы поля допуска.

Упрощенно та же задача решается путем использования переходов полей допусков рабочих калибров за границы полей допусков контролируемых изделий с использованием неравенства (5). Следует отметить, однако, что неравенство (5) определяет лишь границу достаточной точности универсальных измерительных средств. Средств, удовлетворяющих этому условию, обычно бывает несколько. Из них выбирается то, которое является наиболее быстродействующим, дешевым и долговечным.

Необходимое лабораторное оборудование и приборы

Для выполнения работы необходимо:

- калибр-скоба;

- меры длины концевые плоскопараллельные.

Меры безопасности

1. Запрещается настройка, регулировка и любые другие действия с приборами без предварительного ознакомления с ними.

2. Измерительные поверхности приборов надлежит протереть сухой мягкой полотняной тканью.

3. Студент обязан следить за чистотой на рабочем месте.

4. Студент должен по окончании работы сдать приборы и инструменты в исправном и комплектом состоянии.

Задание

1. Получить сведения о калибрах-скобах и их допусках согласно ГОСТ 24853-81.

2. Познакомиться со стандартами ГОСТ 25346-82, ГОСТ 25347-82 на гладкие цилиндрические детали. Затем заменить посадку, указанную на скобе (по ОСТ), на посадку по ГОСТ 25347-82 и найти отклонения на размер вала, контролируемый данной скобой. Согласно ГОСТ 24853-81 на гладкие рабочие калибры и контркалибры рассчитать предельные размеры на Р-ПР и Р-НЕ стороны скобы. По предельным отклонениям вала и скобы начертить на бланке отчета расположение допусков вала и скобы.

3. Ознакомиться с правилами обращения мерами длины концевыми плоскопараллельными и составления блока.

4. Составить блоки на размеры, указанные в бланке отчета.

5. Составить блоки на проходной и непроходной размеры скобы, произвести измерение Р-ПР и Р-НЕ сторон скобы, результаты вписать в бланк отчета.

6. Определить доверительные интервалы для истинных размеров Р-ПР и Р-НЕ сторон скобы, дать заключение о годности предельной скобы.

7. Изучить методику назначения универсальных измерительных средств и назначить их для вала, контролируемого измеренной скобой.

Методика выполнения задания

Вычерчивание схемы расположения полей допусков, размеров вала и скобы

На скобе выгравирован номинальный размер контролируемого скобой вала с буквенным обозначением поля допуска, а также указаны числовые значения предельных отклонений, соответствующих данному буквенному обозначению поля допуска. Так, например, маркировка на скобе «20Х» означает, что скоба предназначена для контроля вала номинального размера 20 мм, изготовленного по отклонениям ходовой посадки второго класса точности в системе отверстия. Поле допуска X по системе ОСТ может быть заменено полем допуска f7 по ГОСТ 25347-82 , ГОСТ 25346-82 [11].

Определяем предельные отклонения:

es = –20 мкм; ei = –41 мкм (ГОСТ 25347-82).

Следовательно:

D_mах = 19,98 мм; D_min = 19,959 мм.

Предельные размеры Р-ПР и Р-НЕ сторон скобы находим согласно ГОСТ 24853-81. Выписываем из ГОСТ 24853-81 допуски и предельные отклонения калибров. Для диаметра 20 мм: Z₁=3 мкм; Н₁ = = 4 мкм; у₁ = 3 мкм.

По этим данным вычерчиваем схему расположения полей допусков размеров изделия и скобы (рис. 5).

Рис. 5. Схема расположения полей допусков размеров изделия (вала) и скобы

Допуск на износ проходной стороны обозначен штрихами. В соответствии с формулами определяем размеры калибров:

ПР_mах = D_mах–Z₁+Н₁/2= 19,979 мм;

ПР_min= D_mах–Z₁–Н₁/2= 19,975 мм;

ПР_изн= D_mах–Y₁= 19,983 мм;

НЕ_mах= D_min+Н₁/2= 19,961 мм;

НЕ_min= D_min–Н₁/2= 19,957 мм.

Подсчитанные предельные размеры заносим в таблицу бланка отчета. Для измерения действительных размеров проходной и непроходной сторон скобы нужно воспользоваться мерами длины концевыми плоскопараллелными.

Обращение с концевыми мерами и составление блока концевых мер

С концевыми мерями необходимо обращаться очень аккуратно. Малейшая царапина или забоина на измерительной плоскости меры может послужить причиной потери ею способности притираться. К этому же результату может привести коррозия, вызванная прикосновением. Поэтому следует не допускать прикосновения к измерительным плоскостям мер, за исключением случая, когда измерение производится блоком мер.

Измерительные плоскости легко отличить по тщательности их отделки. Кроме того, у мер менее 6 мм номинальный размер нанесен на одну из измерительных плоскостей.

При измерении скобы концевые меры применяются обычно в виде блока, собранного из нескольких мер, притертых друг к другу.

При составлении блока мер руководствуются следующими правилами:

1. Блок должен состоять из минимально возможного числа мер, так как чем больше мер входит в блок, тем больше его суммарная погрешность.

При составлении блока нужно знать, какие размеры мер входят в данный выбор.

В табл. 1 приведены составы наборов из 87, 42 и 10 мер по номинальным размерам входящих в них концевых мер, подразделенных на 6 серий.

В наборах из 87 шт. и 42 шт. четыре меры не указаны в таблице, так как являются защитными.

2. Блок составляют, начиная с концевой меры с размером, включающим последний десятичный знак заданного размера. Например, нужно составить блок, для размеpa 37,896 мм. Начинать нужно с меры 1,006 из набора № 6.

Таблица 1

Составы наборов из 87, 42 и 10 мер

Серия	Интервал в мм	Наборы концевых мер
		№ 1 из 87 штук		№ 2 из 42 штук		№ 6 из 10 штук
		Размер	Кол-во	Размер	Кол-во	Размер	Кол-во
	Через 0,001	1005	1	1,005	1	1000– –1,009	10
	Через 0,01	1,01–1,49	49	1,01–1,09	9	-	-
	Через 0,1	1,6–1,9	4	1,1–1,9	9	-	-
	Через 0,5	0,5–9,5	19	-	-	-	-
	Через 1,0	-	-	1–9	9	-	-
	Через 10	10–100	10	10–100	10	-

3. Второй и первый десятичные знаки стремятся охватить одной мерой. В нашем случае нужна мера 1,85. но такая мера в данных наборах отсутствует. Тогда уменьшаем размер на 0,5 мм и берем из набора № 1 меру с размером 1,35, так как 0,5 мм будет включен в последнюю меру.

4. В качестве третьей меры берут наиболее близкую по размеру меру. В нашем случае будет мера с размером 30 мм.

5. Последняя мера находится вычитанием суммы размеров, уже набранных из заданного размера: 37,856–32,356=5,5 мм. Такая мера имеется в наборе № 1.

6. В конце производят проверку правильности подбора размера блока. В нашем случае: 1,006+1,35+30+5,5=37,856 мм.

В этом виде состав блока и записывается в бланк отчета (прил. 2). После этого переходят непосредственно к измерению скобы блоком мер.

Измерение скобы блоком мер

Перед составлением блока мер каждую концевую меру (ее рабочие поверхности) протереть чистой полотняной салфеткой или папиросной бумагой.

Рекомендуется сначала притирать крупные меры, а к ним мелкие, чтоб самая малая мера оказалась наверху (рис. 6) [9].

Рис. 6. Притираемость мер Рис. 7. Измерение предельной скобы

Притирание мер друг к другу производится следующим образом:

- одна из наибольших мер кладется на разостланную на столе подстилку из папиросной бумага или полотна;

- на измерительную свободную поверхность накладывается вторая плитка и прижимается сверку пальцами;

- в то же время верхняя прижимаемая плитка надвигается на нижнюю плитку, чем обычно и достигается хорошее притирание.

У жесткой гладкой скобы проверяются размеры, как проходной, так и непроходной стороны.

На размер, равный размеру проходной стороны, набирается блок концевых мер, (подсчет размеров отдельных мер входящих в блок и их притирка изложена выше).

Блок концевых мер вводится между измерительными поверхностями скобы (рис. 7).

Размер скобы равен размеру блока, если возможно перемещение блока с небольшим усилием между измерительными поверхностями скобы. Если блок не входит в скобу или ощущается зазор между ними и поверхностью, то нужно уменьшить (увеличить) размер блока путем замены одной плитки другой меньшей (большей) на 0,005– 0,01 мм.

Аналогично измеряется (проверяется) непроходная сторона скобы.

Действительные размеры проходной и непроходной сторон скобы занести в таблицу бланка отчета.

Анализ полученных результатов измерений и заключение о годности предельной скобы

Полученный при измерениях действительный размер Р-ПР и Р-НЕ сторон скобы не совпадает с истинным размером, имеющим место на самом деле; результат измерений может отличаться от истинного размера в ту или иную сторону на величину предельной погрешности намерений. Анализ производится с помощью построения на основании результатов измерений доверительного интервала для истинного размера [9].

Границы доверительного интервала получаются последовательным алгебраическим сложением результата измерения с отрицательным и положительным значениями предельной погрешности измерений, поделенной на корень квадратный числа измерений (когда за результат принимается среднее из измерений). Применяя в данной работе меры по классу, мы получим предельную погрешность измерения, равную допускаемому отклонению средней длины при изготовлении мер данного класса. Погрешность измерения размера скобы блоком мер равна корню квадратному из суммы квадратов допускаемых отклонений срединных длин мер, входящих в блок. Например, блок состоит из 4 мер 2 класса с размерами до 10 мм каждая, по табл. 2 и 3 допускаемое отклонение, равное предельной погрешности по 5-му разряду, будет у каждой меры 0,4 мкм, а у блока мкм.

Таблица 2

Отклонения по классам мер

Номинальные размеры мер, мм	Классы мер
	0	1	2	3	4	5
	Отклонения, мкм ( )
До 10	0,10	0,20	0,40	0,80	2,0	4,0
Св. 10 до 18	0,12	0,25	0,50	1,0	2,5	5,0
Св. 18 до 30	0,15	0,30	0,50	1,0	3,0	6,0
Св. 30 до 50	0,20	0,30	0,50	1,2	3,5	8,0
Св. 50 до 80	0,25	0,40	0,60	1,5	4,0	9,0

Таблица 3

Отклонения по классам мер

Номинальные размеры мер, мм	Разряды мер
	1	2	3	4	5
	Отклонения, мкм ( )
До 10	0,05	0,07	0,10	0,20	0,40
Св. 10 до 18	0,06	0,08	0,12	0,25	0,50
Св. 18 до 30	0,06	0,09	0,15	0,30	0,50
Св. 30 до 50	0,07	0,10	0,20	0,30	0,50
Св. 50 до 80	0,08	0,12	0,25	0,40	0,60

Если действительный размер, однократно измеренный, этим блоком равен 19,976, то доверительный интервал будет (19,9752; 19,9768 мм). С вероятностью, не меньшей, чем 0,9973, мы можем считать, что истинный размер скобы охвачен этим интервалом. В этом заключается анализ результата измерения.

Измеренная сторона скобы (Р-ПР и Р-НЕ) признается годной с доверительной вероятностью, не меньшей 0,9973, если не только результат измерения ее, но и целиком доверительный интервал лежит в пределах поля допуска.

Если какая-либо из границ доверительного интервала выходит за границу поля допуска, то скоба признается годной с доверительным интервалом 0,9973.

Если результат измерений не находится в поле допуска, то сторона скобы признается браком исправимым, если она меньше наименьшего предельного размерам и неисправимым, если она больше наибольшего предельного размера.

Назначение для вала универсальных измерительных средств, заменяющих скобу

Предельные калибры нередко заменяют универсальными средствами, причем средства эти должны обладать достаточной точностью. Как правило, в индивидуальном и мелкосерийном производстве вообще пользуются универсальными измерительными средствами. Один из способов выбора средств измерения основан на расчете допустимой придельной погрешности по регламентированным выходам из границ поля допуска контролируемого изделия полей допусков рабочих предельных калибров. В его основе лежит требование, чтобы результаты измерений не выходили из границ поля допуска больше, чем на величину возможной погрешности контроля изделия калибрами. А это требование выполняется при условии [9]

, (5)

где – нормативная предельная погрешность измерений, взятая по табл. 4;

– расчетное значение предельной погрешности измерений;

– половина допуска контролируемого размера изделия;

– наибольший переход действительных размеров изделий за границы стандартного поля допуска, разрешаемый при проверке изделий предельными калибрами (он равен наибольшему из двух переходов полями допусков рабочих калибров границ полей допусков контролируемых ими изделий);

К_α – коэффициент, зависящий от принятого уровня степени достоверности соблюдения требования к точности измерительного средства (обычно α = 0,9973 и при этом К_α=1).

Для нашего примера, рассмотренного выше, T=es–ei=21 мкм, а мкм.

Из рис. 6 видно, что поле допуска скобы Р-ПР переходит за верхнюю границу поля допуска f7 вала на 3 мкм, а поле допуска скобы Р-НЕ – за нижнюю границу на 2 мкм, следовательно =3 мкм, а поэтому при К_α = 1

мкм.

Из табл. 4 узнаем, что при интервале измеренных размеров 10–30 мм (наш размер 20 мм) ближайшими (меньшими) к 8,5 мкм, являются предельные погрешности следующих методов измерения наружных размеров:

1) головки рычажно-зубчатой 2ИГМ при =8,5 мкм;

2) микрометра гладкого при =5,5 мкм.

Одним из этих приборов можно заменить скобу. По ГОСТ 8.051-73 в этом случае должна быть не более 7 мкм. Поэтому следует принять для измерений микрометр.

Контрольные вопросы

1. Для чего предназначены плоскопараллельные концевые меры, и что собой они представляют?

2. Что собой представляет гладкая предельная скоба, для чего она служит и как применяется?

3. Каковы правила обращения с концевыми мерами?

4. Как производится составление блока концевых мер?

5. Для чего необходим контроль размеров скобы?

6. Как производится определение действительного размера скобы концевыми мерами?

7. Как формулируется заключение о годности скобы?

8. В чем заключаются принципы назначения универсальных измерительных средств, взамен предельных калибров?

Требования к отчету

Отчет должен содержать:

- титульный лист;

- название и цель работы;

- краткое изложение основных теоретических вопросов;

- краткое описание порядка выполнения работы;

- формулы расчетов и таблицы результатов выполнения задания;

- заключение о годности предельной скобы.

Таблица 4

Наименование измерительных средств	Тип прибора	Используемый предел измерения, мм	Разряд (класс) применяемых концевых мер	Предельные погрешности измерения ( ), мкм для интервалов размеров в мм
				1–10	10–30	30–50	50–80	80–120	120–180	180–260
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11
Головки рычажно-зубчатые и индикаторы	1МКМ	0,5	5(2)	1,5	2	2,5	3,5	6	8,5	12
	2МКМ	0,1	5(2)	1,0	2,5	3	4	6	9	12,5
	1ИГМ	1	(3)	4,5	4,5	5	5,5	8	10	14
	2ИГМ	2	(3)	8,5	8,5	8,5	9	10	12	15
	ИЧ	10	(4)	16	+1	+1	+1	17	18	20
		1	(3)	9,5	9,5	9,5	10	11	13	16
		0,1	5(3)	4,5	5	5	5,5	7,5	10	13
	ИТ	3	(4)	11	11	11	12	12	14	17
Скобы: рычажные индикаторные	СР	-	5(2)	2,5	2,5	4,5	7,5	20	-	-
	СИ	-	(3)	11	11	11	12	13	14	30
Микрометры:	МР	25		3,5	3,5	6,5	9	14	18	26
рычажные		+0,02	5(2)	2	2	5,5	8,5	13	17	25
гладкие	МК	25		5,5	5,5	7,5	9,5	14	18	26

Окончание табл. 4

1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11
Штангенциркуль с отсчетом по нониусу: 0,1 мм 0,05 мм	ШЦ	-	-	150	150	150	160	170	190	200
				80	80	80	90	100	100	100
Универсальные измерительные микроскопы	УИМ	-	-	3	4	5	6	7,5	9,5	10
Оптиметры: вертикальные горизонтальные	ОВО-1	0,1	5(2)	0,8	1,0	1,2	1,6	2,5	3,5	-
	ОВЭ-1	0,06	4(1)	0,45	0,7	1,0	1,4	2,5	3,5	-
	ОГО-1	0,1	5(2)	0,8	1,0	1,2	1,6	2,5	3,5	5,0
	ОГЭ-1	0,06	4(1)	0,45	0,8	1,0	1,4	2,5	3,5	5,0
Головки измерительные пружинно оптические (оптикаторы)	0П	0,012	3(0)	0,3	0,6	1	1,4	2,5	3,5	-
		0,01	2	0,25	0,35	0,5	0,7	1,2	1,7	-
	02П	0,025	3(0)	0,35	0,6	1	1,4	2,5	3,5	-
	05П	0,05	3(0)	0,6	0,8	1	1,4	2,5	3,5	-