Лабораторная работа № 6 Поэлементный контроль параметров резьбы

Цель и задачи работы

Цель работы состоит в ознакомлении с техническими средства­ми контроля элементов метрической резьбы; получении практических навыков дифференцированного контроля резьбы.

Задачи работы

- повести дифференцированный контроль элементов резь­бы болта с помощью следующих измерительных средств: гладким микрометром, резьбовым микрометром, осна­щенным тремя проволочками, на инструментальном микроскопе;

- дать заключение о годности резь­бы болта;

- выполнить отчет о работе (прил. 6).

Теоретическая часть

Резьбовые изделия контролируются в основном двумя методами: диффе­ренцированным и комплексным [10].

Дифференцированный метод контроля предполагает измерение каждого элемента резьбы в отдельности (наружного и внутреннего диаметров, среднего диаметра, шага и угла профиля). Он достаточно трудоемок, поэтому его приме­няют для контроля точных резьб: резьбовых калибров, ходовых винтов станков, метчиков и т.д. При дифференцированном методе контроля используют уни­версальные средства измерения: инструментальные микроскопы и горизон­тальные оптиметры – для измерения наружных и внутренних диаметров, шага и угла профиля; микрометры с тремя проволочками, штихмассы с резьбовыми вставками – для измерения среднего диаметра).

Комплексный метод контроля выявляет соответствие действительного контура резьбы предельному. При этом используются предельные резьбовые калибры, проекторы и шаблоны с предельными контурами.

Наиболее распространенными средствами проверки отдельных элементов резьбы являются:

- для проверки среднего диаметра – резьбовые микрометры, оснащенные тремя проволочками, контактные приборы;

- для проверки шага, угла и внутреннего диаметра – резьбоинструментальные и универсальные микроскопы, проекторы и др. [1].

Необходимое лабораторное оборудование и приборы

Для выполнения работы необходимо:

- микрометр гладкий;

- резьбомер;

- проволочки калиброванные (комплект из 3-х штук);

- набор плоскопараллельных концевых мер длины;

- инструментальный микроскоп;

- резьбовая деталь (болт) с метрической резьбой.

Меры безопасности

Перед началом выполнения работы непосредственно на инструментальном микроскопе нужно внимательно изучить задание, требования правил и мер безопасности, произвести внешний осмотр микроскопа, оснастки к нему, проверить, нет ли оголенных электрических присоединительных проводов и наличие заземления.

В случае обнаружения неисправностей, о них нужно немедленно сообщить преподавателю или лаборанту.

Строго запрещается без разрешения преподавателя или лаборанта приступать к работе на микроскопе, включать микроскоп в работу. Вследствие ошибочного включения может произойти несчастный случай или выход микроскопа из строя.

Перед включением микроскопа в сеть нужно изучить особенности его конструкции и назначение узлов. В необходимых случаях следует обратиться к преподавателю или лаборанту за разъяснениями по принципу его работы и особенностей эксплуатации.

В лаборатории студент должен выполнять только порученную ему работу.

При несчастном случае нужно немедленно выключить микроскоп и об этом сообщить преподавателю и лаборанту и оказать первую помощь пострадавшему. Для этой цели в лаборатории имеется аптечка.

Задание

1. Рассчитать средний, наружный и внутренний диаметров метрической резьбы.

2. Измерить средний диаметр резьбы методом 3-х проволочек.

3. Измерить наружный диаметр резьбы гладким микрометром.

4. Измерить внутренний диаметр, шаг и половину угла профиля резь­бы на инструментальном микроскопе.

5. По результатам измерений отдельных элементов резьбы опреде­лить приведенный средний диаметр резьбы и дать заключение о годности резь­бы болта по среднему, наружному и внутреннему диаметрам.

Методика выполнения задания

Расчет среднего, наружного и внутреннего диаметров метрической резьбы

При расчете наружного, среднего и внутреннего диаметра используются формулы из справочных данных, представленных в табл. 1.

Таблица 1

Формулы расчета среднего и внутреннего диаметров [1]

Шаг резьбы, Р	Средний диаметр резьбы болта, d2	Внутренний диаметр резьбы болта, d1
1,5	d–1+0,026	d–2+0,376
2	d–2+0,701	d–3+0,835
2,5	d–2+0,376	d–3+0,294

Расчет предельных значений среднего, наружного и внутреннего диамет­ра производится с учетом отклонений, представленных в табл. 2.

Таблица 2

Предельные отклонения для среднего, наружного и внутреннего диаметра [1]

Шаг резьбы Р	Средний диаметр резьбы болта, d2		Внутренний диаметр резьбы болта, d1		Наружный диаметр резьбы болта, d
	es	ei	es	ei	es	ei
1,5	0	–140	0	-	0	–236
2	0	–160	0	-	0	–280
2,5	0	–170	0	-	0	–335

Измерение среднего диаметра резьбы методом трех проволочек

Этот метод является косвенным методом измерения. Схема измерения показана на рис. 1.

Три проволочки равного диаметра d_n закладываются во впадине резьбы и при помощи оптиметра или гладкого микрометра измеряется размер М. Средний диаметр резьбы d₂ определяется по формуле

. (1)

Рис. 1. Схема измерения среднего диаметра резьбы методом трех проволочек

Для метрической резьбы

d₂=M–3d_n+0,866Р, (2)

где М – среднее значение измеренной микрометром величины, мм;

d_n – действительный диаметр проволочек, замаркированный на проволоч­ке, мм;

Р – номинальный шаг резьбы (определяется приближенно с помощью резьбомера);

α/2 – половина угла профиля резьбы.

Чтобы исключить влияние погрешностей угла профиля пользуются про­волочками с так называемыми наивыгоднейшими диаметрами d_нг, при которых проволочка касается таких точек боковых поверхностей профиля резьбы, где ширина канавки равна половине номинального шага

. (3)

d_nдейст выбирается близким к d_nнг, d_nдейст маркируется на проволочке.

Номинальный шаг резьбы определяется с помощью резьбовых шаблонов, соединенных в набор резьбомера (рис. 2).

Рис. 2. Резьбомер

Шаблоны накладываются поочередно к виткам резьбы. Равенство номинальных размеров шага резьбы и шаблона определяется на просвет. Три прово­лочки одного и того наивыгоднейшего диаметра закрепляются в башмачках (рис. 3), на которых маркируется диаметр d_n проволочки в мм.

Рис. 3. Шаблоны трех проволочек

Башмачки с проволочками одевают на цилиндрическую часть пятки и шпинделя микрометра и закрепляют их винтом: При измерении проволочка закладывается так, чтобы одна проволочка лежала во впадине с од­ной стороны, а две другие – в соседних, на диаметрально противоположной стороне резьбы, как показано на рис. 2. Надо следить за тем, чтобы прово­лочка не покачивались. Размер М проверяется в трех сечениях. Средний ре­зультат измеренных значений М подставляют в формулу (1) и подсчитывают величину среднего диаметра. Полученный результат измерений записывается в протокол и принимается за величину среднего диаметра проверяемой резьбы [7].

Измерение наружного диаметра резьбы

Измерение наружного диаметра производится контактным прибором, на­пример, гладким микрометром (рис. 4). Полученный результат измерений сравнивается с предельными значениями наружного диаметра по ГОСТ 16093-2004 «Основные нормы взаимозаменяемости. Резьба метрическая. Допуски. Посадки с зазором» и дается заключение о годности детали по этому параметру [1].

Рис. 4. Микрометр с тремя проволочками

Измерение внутреннего диаметра, шага и половины угла профиля резьбы на инструментальном микроскопе

Измерение внутреннего диаметра, шага и половины угла профиля резьбы производится на малом инструментальном микроскопе ММИ, который служит как для линейных, так и для угловых измерений. Схема инструментального микроскопа показана на рис. 5.

Основные технические и метрологические характеристики

малого инструментального микроскопа типа ММИ

Пределы измерения в продольном направлении

с помощью микровинтов...................................................................25 мм

Пределы измерения с помощью концевых мер...............................75 мм

Пределы измерения в поперечном направлении.............................25 мм

Пределы угловых размеров.............................................................0–360°

Пределы наклона колонки...................................................................±10°

Наибольшая длина устанавливаемой в центрах детали...............180 мм

Увеличение микроскопа.......................................................10 , 30 , 50

Цена деления микровинтов продольного и

поперечного хода стола.................................................................0,005мм

Цена деления шкалы отсчетного микроскопа...............1' (одна минута)

Рис. 5. Общий вид малого инструментального микроскопа: 1 – основание;

2 – микрометрическое устройство поперечной подачи; 3 – предметный стол;

4 –центровая бабка; 5 – кронштейн; 6 – штриховая окуляр­ная головка с отсчетным микроскопом угловой шкалы; 7 – кремальера перемещения крон­штейна; 8 – тормоз кронштейна; 9 – колонка; 10 – маховик наклона колонки;

11 – осветитель; 12 – микрометрическое устройство продольной подачи;

13 – винт поворота верхней плиты стола

Принципиальная оптическая схема ММИ

Лучи света от лампы 1, пройдя через линзу конденсора 2, светофильтр 3 и диафрагму 4, отражаются от поворотного зеркала 5 и через линзу б освещают измеряемый объект, помещенный на предметном столе 7. Изображение объекта измерения проектируется объективом 8 в фокальную плоскость окуляра 11, где помещается штриховая сетка 10 и жестко связанный с ней круговой лимб. Между объективом 8 и лимбом 10 для излома хода лучей помещена призма 9. Изображение объекта рассматривается через окуляр 11. Отсчет по радиусной шкале производится с помощью отсчетного микроскопа 12. В фокальной плоскости окуляра 14 находится минутная шкала 13 (рис. 6).

Рис. 6. Оптическая схема инструментального микроскопа: 1 – лампа накаливания, 2 – линза конденсора, 3 – светофильтр, 4 – диафрагма, 5 – поворотное зеркало, 6 – линза, 7 – предметный стол, 8 — объектив, 9 – система призм,

10 – штриховая сетка с круго­вым лимбом, 11 – окуляр, 12 – отсчетный

микроскоп, 13 – минутная шкала, 14 – окуляр

Примеры показания значений на шкалах ММИ

Внутри корпуса головки имеется стеклянная пластина со штриховой сет­кой и лимб, разделенный по окружности на 360 равных частей. Пластина со штриховой сеткой и лимб градусной шкалы жестко связаны между собой и имеют общий центр вращения, который находится на оптической оси микро­скопа. Штриховая сетка (рис. 7) наблюдается в центральный окуляр микро­скопа, а градусная и минутная шкалы – в отсчетный угломерный микроскоп [7].

Рис. 7. Штриховая сетка

При угловых измерениях изделие устанавливается таким образом, чтобы одна образующая его угла совпадала с центральной штриховой линией сетки при совпадении вершины угла с оптической осью микроскопа. При этом в отсчетном угломерном микроскопе производится первый отсчет (желательно, чтобы он был равен нулю). Затем поворачивается штриховая сетка до совпаде­ния ее центральной штриховой линии со второй образующей угла изделия и производится второй отсчет. Если первый отсчет равнялся нулю, то второй бу­дет являться результатом измерения. Если первый отсчет не равнялся нулю, то надо вычесть его величину от второго отсчета и получить результат измерения. Показания инструментального микроскопа изображены на рис. 8.

1. Измерение внутреннего диаметра резьбы

Вращая микровинт 2 (рис. 5) и совмещая горизонтальную линию штриховой сетки с линией впадин в верхней и нижней части резьбы, произво­дят отсчеты показаний по шкалам гильзы барабана микровинта. Разность этих отсчетов определит величину внутреннего диаметра. Результат измерения сравнивается с допустимыми по ГОСТ 16093 значениями внутреннего диаметра и делается вывод о годности резьбы по этому параметру.

2. Измерение угла профиля и шага резьбы

Для того чтобы можно было судить не только о величине угла, но и на­клоне профиля к оси резьбы, измерения рекомендуется производить по полови­нам угла, совмещая штриховую линию сетки поочередно с правой и левой сто­ронами профиля. Сумма результатов измерения является величиной угла про­филя, а их равенство показывает перпендикулярность биссектрисы угла к оси резьбы [5].

Рис. 8. Показания инструментального микроскопа

3. Измерение половин угла профиля

Для измерения половин угла профиля среднюю пунктирную линию сетки совмещают с одной стороной профиля и производят отсчет по угловой шкале микроскопа от нулевого ее положения. Величина отсчета будет равна половине угла профиля.

При совмещении пунктирной линии со второй стороной профиля показа­ние отсчетного микроскопа будет разно 360°–β=α/2.

Чтобы исключить ошибку измерения от перекоса детали в горизонталь­ной плоскости, необходимо измерять половины угла профиля в верхней и ниж­ней частях профиля резьбы (рис. 9).

Рис. 9. Схема измерения среднего диаметра резьбы, угла профиля

и шага резьбы

Измеряем α/2(I); α/2(II); α/2(III); α/2(IV).

Затем находят α/2_прав и α/2_лев по формулам

и . (4)

Полученные значения половин углов сравниваем с номинальной величи­ной α/2 (для метрической резьбы α/2=30°) и получаем соответственно погрешности углов ∆α/2_прав и ∆α/2_лев в минутах.

Подставляя абсолютные значения отклонений и получим

,

вычисляем величину ошибки половины углов профиля ∆α/2 в минутах.

4. Измерение шага

Наклон стойки микроскопа на угол ψ подъема резьбы производится с по­мощью маховика 10 (рис. 5). Угол ψ определяется по формуле

, (5)

где Р – шаг резьбы;

d₂ – средний диаметр резьбы.

Правая и левая сторона профиля должны быть одинаково хорошо видны.

Действуя маховиком диска штриховой головки и микровинтами 2 и 12, совмещают среднюю пунктирную линию штриховой сетки с одной из боковых сторон профиля (правой или левой) на предпоследнем витке левого конца про­веряемой детали, причем перекрестие должно находиться на средине профиля (рис. 5). Это положение отмечается по шкале продольного микровинта 12 (рис. 5).

Блок плиток собирается на размер, равный номинальному значению шага резьбы, умноженному на число проверяемых витков п. Блок плиток уста­навливается между торцом микровинта и упором в корпусе микроскопа. Тогда стол отойдет влево и при отсутствии погрешностей шага средняя линия сетки совпадает с одноименной стороной профиля.

При наличии погрешностей шага контур резьбы подводят к пунктирной линии винтом 6 и производят второй отсчет.

Разность отсчетов по микровинту 6 даст величину накопленной ошибки шага.

Действительный размер Р_п, будет равен алгебраической сумме размера блока плиток (номинальной величины Р_п) и измеренной по шкале микровинта накопленной ошибке шага.

Чтобы исключить ошибку от перекоса детали в горизонтальной плоско­сти, измерения шага проводят обязательно по правым и левым сторонам про­филя (рис. 10).

Рис. 10. Измерение шага резьбы по правым и левым сторонам про­филя на его противоположных сторонах

Для резьб диаметром более 3 мм действительный размер Р принимается равным среднему арифметическому из двух измерений по формуле

∆Р_п= Р_пдейст-Р_п (6)

Сравнивая размер Р_пдейст с номинальным значением, находят абсолютную величину отклонения ∆Р_п в микрометрах.

Определение приведенного среднего диаметра и выводы о годности резьбы

Величина приведенного среднего диаметра определяется по формуле

d_2пр=d_2изм+f_p+f_a (7)

или

d_2пр=d_2изм+(1,732∆Р_п+0,36Р∙∆α/2)10^-3,

где d_2изм в мм, ∆Р_п в мкм, ∆α/2 в мин – измеренные ранее величины, а Р – номинальный размер шага резьбы, мм.

Полученный размер d_2пр сравнивается с предельными значениями средне­го диаметра резьбы по ГОСТ 16093-81 и дается заключение о годности проверяе­мой детали по среднему диаметру.

Строим поле допуска на приведенный диаметр резьбы (приложение 7). Если полученный приведенный диаметр d_2пр укладывается в поле допус­ка, то делается заключение о пригодности проверяемой резьбы по приведенно­му среднему диаметру.

Контрольные вопросы

1. Методы оценки параметров резьбы.

2. Устройство малого инструментального микроскопа.

3. Как производится измерение диаметров резьбы методом 3-х проволочек.

4. Измерение внутреннего диаметра, шага и половины угла профиля резьбы.

5. Как делается заключение о годности резьбы?

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 резьбовой детали.