2.2.2 Лабораторная работа № 9

«Измерения линейных размеров детали

штангенинструментом»

2.2.2.1 Цель работы

Закрепление, углубление знаний и приобретение навыков в области проведения измерений штангенинструментом и оценки погрешностей формы наружных и внутренних поверхностей цилиндрических деталей и деталей, выполненных по плоским параллельным поверхностям.

2.2.2.2 Содержание работы

Измерение штангенциркулем, штангенглубиномером и штангенрейсмасом размеров деталей.

Объект измерения – втулка ступенчатая с отверстием 30...60 мм (рисунок Д.1), глубиной 40…80 мм. Исходными данными для проверки правильности произведенных измерений служат размеры, которые указываются на чертеже согласно вариантам, указанным в таб- лице Д.1.

Средства измерения – штангенциркуль (диапазон измерения 0...200 мм, величина отсчета по нониусу 0,05 мм), штангенглубиномер (диапазон измерения 0...50 мм, величина отсчета по нониусу 0,05 мм), штангенрейсмас (диапазон измерения 0…100 мм, величина отсчета по нониусу 0,05 мм).

2.2.2.3 Экспериментальное оборудование

Штангенциркуль, штангенглубиномер, штангенрейсмас.

2.2.2.4 Подготовка к работе

Самостоятельная подготовка студентов к выполнению лабораторной работы осуществляется по следующим разделам:

– номинальный, действительный и предельные размеры [6, 20, 21];

– предельные отклонения, допуск, поле допуска [6, 20, 21];

– квалитеты точности [6, 20, 21];

– основные отклонения [6, 20, 21];

– отклонения формы цилиндрических поверхностей [6, 20, 21];

– измерительные инструменты [4, 8, 26].

2.2.2.5 Теоретическая часть

а) Подготовка измерительных средств к работе

Наиболее распространенными универсальными средствами измерения являются штангенциркули, штангенглубиномеры и штангенрейсмасы. Различие их конструктивных форм в зависимости от назначения заключается в конфигурации измерительных поверхностей и их взаимном расположении.

Штангенприборы, называемые ранее штангенинстру­ментом (показывающие измерительные приборы), вслед­ствие простоты устройства и низкой стоимости весьма распространены. К ним относят штангенциркули по ГОСТ 166, штангенглубиномеры по ГОСТ 162 и штангенрейсмасы по ГОСТ 164.

Отсчетное устройство штангенприборов состоит из штанги с нанесенной на ней шкалой с интервалом деления 1 мм и свободно перемещающейся по штанге рамки, на скосе которой (напротив миллиметровой шкалы штанги) нане­сена вспомогательная шкала, называемая нониусом (нониус служит для отсчета дробных долей миллиметра). Каждое пятое деление шкалы штанги отмечено удлиненным штрихом, а каждое десятое – штрихом более длинным, чем пятое, и соответствующим числом сантиметров. Штангенприборы выпускаются с от­счетом по нониусу 0,1 и 0,05 мм. Ранее выпускался штангенприбор с отсчетом по нониусу 0,02 мм.

Модуль шкалы нониуса показывает, через какое число делений миллиметровой шкалы штанги будут распола­гаться штрихи шкалы нониуса, смещенные на величину отсчета по нониусу.

Штангенприбор модуля 1 с отсчетом по нониусу 0,1 мм (рису- нок 22, а) имеет шкалу длиной 9 мм с 10 делениями. Расстояние между двумя соседними штрихами шкалы нониуса составляет 0,9 мм, что короче на 0,1 мм интер­вала деления шкалы штанги, равного 1 мм.

При совмещении нулевого штриха шкалы нониуса с нулевым штрихом шкалы штанги первый за нулевым штрих шкалы нониуса окажется смещенным относительно нулевого штриха штанги на 0,1 мм; соответственно вто­рой штрих шкалы нониуса – на 0,2 мм, а десятый (по­следний штрих) – на 1 мм; поэтому десятый штрих шкалы нониуса точно совпадает с девятым штрихом (он соответствует 9 мм) шкалы штанги.

Рисунок 22 – Шкалы штангенприборов: с отсчетом

по нониусу 0,1 мм модулей: а – 1; б – 2; с отсчетом

по нониусу 0,005 мм модулей: в – 1; г – 2

Если при измерении размера детали шкала нониуса оказалась сдвинутой относительно шкалы штанги так, что ее первый штрих (не считая нулевого) совпал с пер­вым штрихом шкалы штанги, размер детали определяют, суммируя отсчет по шкале штанги (нуль) и отсчет по шкале нониуса (1 × 0,1 = 0,1 мм): 0 + 0,1 = 0,1 мм. Таким образом, для определения размера детали необхо­димо отсчитать по шкале штанги целое число милли­метров и прибавить к нему доли миллиметра, полученные умножением цены деления нониуса на порядковый номер штриха нониусной шкалы, совпавшего со штрихом штанги (нулевой штрих нониуса не учитывают).

Штангенприбор модуля 1 с отсчетом по нониусу 0,05 мм (см. рисунок 22, в) имеет длину шкалы нониуса 19 мм, разделен­ную на 20 частей. При этом одно деление шкалы нониуса составляет 19 / 20 = 0,95 мм, что на 0,05 мм меньше целого миллиметра (меньше расстояния между двумя соседними штрихами шкалы штанги). Отсчет показаний при измерении размеров аналогичен отсчету по шкале нониуса 0,1 мм.

Штангенприборы модуля 1 встречаются редко. Предпочтитель-ными и более удобными являются штангенприборы модуля 2 с «растянутой» шкалой, отсчетами по но­ниусу 0,1 мм (см. рису- нок 22, б) и 0,05 мм (см. рисунок 22, г). Растянутый нониус с величиной отсчета 0,1 мм имеет длину 19 мм, поэтому одно деление шкалы нониуса составляет 1,9 мм; оно короче двух делений шкалы штанги на 0,1 мм.

Штангенприбор модуля 2 с отсчетом по нониусу 0,05 мм имеет длину шкалы 39 мм, разделенную на 20 частей, т. е. одно деление нониуса равно: 39 : 20 = 1,95 мм, что короче на 0,05 мм двух делений шкалы штанги. Обычно на шкале нониуса с отсчетом 0,05 мм цифры нанесены через каждые пять делений (0; 25; 50; 75; 1), обознача­ющих 0; 0,25; 0,50; 0,75 и 1,00 мм.

Штангенциркули предназначены для измерения наружных и внутренних размеров и для разметки. Их выпускают нескольких типов и моделей:

ШЦ-I – с двусторонним расположением губок для измерения наружных и внутренних размеров и с линейкой для измерения глубин (рисунок 23, а);

ШЦТ-I – с односторонним расположением губок, оснащенных твердым сплавом для измерения наружных размеров и глубин в условиях повышенного абразивного изнашивания (рисунок 23, б);

ШЦ-II – с двусторонним расположением губок для измерения наружных и внутренних размеров и для разметки (рисунок 24, а);

ШЦ-III – с односторонним расположением губок для измерения наружных и внутренних размеров (рисунок 24, б).

Штангенциркуль ШЦ-I имеет штангу 1 (см. рисунок 23, а) с нанесенными на ней миллиметровыми делениями. По штанге перемещается рамка 2 с нониусной шкалой 3. Для фиксирования рамки на рабочей поверхности штанги служит винт 4. С торца к рамке прикреплена линейка глубиномера 5.

1 – штанга 1; 2 – рамка; 3 – нониусная шкала;

4 – винт; 5 – линейка глубиномера.

Рисунок 23 – Штангенциркули типов ШЦ-I (а) и ШЦТ-I (б).

1– рамка; 2, 3, 7 – винты; 4 – микрометрическая подача;

5 – штанга; 6 – гайка;

а – ШЦ-II; б – ШЦ-III.

Рисунок 24 – Штангенциркули

Верхние губки предназначены для измерения внутренних размеров (рисунок 25), а нижние – наружных (рисунок 26).

Рисунок 25 – Измерение внутренних размеров

Штангенциркули ШЦ-II (см. рисунок 24, а) снабжены микро­метрической подачей 4, предназначенной дли медленного (точного) перемещения рамки 1 по штанге 5. В вырезе рамки микрометрической подачи располо­жена гайка 6, навернутая на винт 7, закрепленный в ниж­ней части рамки 1.

Рисунок 26 – Измерение наружных размеров

При освобожденном винте 2 и закреп­ленной микрометрической подаче 4 на штанге 5 с по­мощью стопорного винта 3 рамка 1 будет перемещаться плавно по штанге, если вращать гайку 6 микрометриче­ской подачи 4 (рисунок 27).

Рисунок 27 – Измерение наружных поверхностей

Измерительные поверхности штангенциркуля перед использованием промывают в бензине и протирают тканью. На измерительных поверхностях гу­бок забоины и следы коррозии не допускаются. Рамка вместе с микрометрической подачей должна перемещаться по штанге плавно, в то же время она должна перемещаться по штанге под действием своей массы при вертикальном положении штангенциркуля. Мертвый ход гайки микроподачи не должен превосходить 1/3 оборота.

Нулевая установка проверяется при сдвинутых губках: при этом нулевые штрихи шкал штанги и нониуса должны совпадать.

При измерении наружных размеров измеряемое изде­лие устанавливают между губками штангенциркуля (см. рисунки 26 и 27). Неподвижную губку прижимают к поверх­ности изделия, а губку с рамкой приближают до сопри­косновения с изделием. При наличии микроподачи рамки 1 приводят вторую губку штангенциркуля в соприкоснове­ние с поверхностью изделия вращением гайки 6 (при застопоренной микрометрической подаче 4 с помощью винта 3), обеспечивая при этом нормальную силу изме­рения. Как слишком большая, так и недостаточная сила измерения искажает результат измерения. Застопорив рамку 1 на штанге 5 винтом 2, снимают показания по шкалам штангенциркуля.

При измерении внутренних размеров цилиндрической детали губки штангенцир­куля (рисунок 28) вводят в контролируемое отверстие, обеспечивая их соприкосновение с поверхностью изделия с нормальной силой измерения.

Рисунок 28 – Измерение внутренних размеров

цилиндрической детали

При отсчете показаний и определении результатов измерения необходимо к пока­заниям по шкалам штангенциркуля прибавлять тол­щину губок b, маркированную на них, если измерение проводилось штангенциркулем типа ШЦ-II или ШЦ-III. Схема измерения глубины штангенциркулем типа ШЦ-I приведена на рисунке 29.

Рисунок 29 – Измерение глубины

Штангенглубиномеры предназначены для измерения глубин пазов, отверстий, а также высот выступов. Штангенглубиномер (рисунок 30, а) имеет основание 4 с плоской изме­рительной поверхностью. С основанием за одно целое вы­полнена рамка 2 со шкалой нониуса. Штанга 1 с милли­метровой шкалой перемещается в рамке перпендикулярно к основанию. Плоский нижний торец штанги является изме­рительной поверхностью, которая при измерении глубин соприкасается с поверхностью изделия. При расположе­нии измерительных поверхностей основания и штанги в одной плоскости нуль шкалы нониуса должен совпасть с нулевым штрихом шкалы штанги. Глубиномер снабжен механизмом микрометрической подачи 3.

а б

1– штанга; 2 – рамка; 3 – механизм

микрометрической подачи; 4 – основание;

а – схема измерения; б – пример измерения.

Рисунок 30 – Штангенглубиномер

При измерении высоты уступа штангенглубиномер измерительной поверхностью основания 2 устанавливают на базу 3 изделия, а штанга 1 выдвигается до упора в контроли­руемую поверхность вала (рисунок 30, б). Микрометрической подачей штанги обеспечивают нормальную силу измерения.

Штангенрейсмасы предназначены для изме­рения высоты, уступов и разметки размеров (рисунок 31). Кроме штангенрейсмасов типа ШР выпускаются стрелочные штангенрейсмасы с разметочной ножкой, оснащенной твердым сплавом. На массивном основании 1 по вертикали закреп­лена штанга 2, по которой перемещаются рамка 3 со шка­лой нониуса и механизм микроподачи 4 рамки 3. К рамке с помощью хомутика 5 со стопорным винтом при необхо­димости присоединяют измерительные 6 и 7 или разме­точные 8 ножки. Измерительные ножки имеют по две измерительные поверхности, из которых верхняя пред­назначена для измерения внутренних размеров, а ниж­няя – наружных. При измерении внутренних размеров к данным отсчета по шкалам штангенрейсмаса прибавляют высоту измерительной ножки.

1– основание; 2 – штанга; 3 – рамка;

4 – механизм микроподачи; 5 – хомутик;

6, 7 – измерительные ножи; 8 – разметочные ножки

Рисунок 31 – Штангенрейсмас

Штангенрейсмас применяют, главным образом, для разметки (рисунок 32).

1 – плита.

Рисунок 32 – Разметка с помощью штангенрейсмаса

Плоскость изделия, подлежащего разметке, покрывают раствором мела в воде с добавле­нием клея. Разметку проводят на плите 1. Штангенрейсмас устанавливают на размер по нижней поверхности разме­точной ножки. Перемещая штангенрейсмас по плите вдоль размечаемого изделия, острием разметочной ножки наносят горизонтальные линии.

б) Погрешность измерения штангенинструментом

Погрешности возникают в основном от двух причин: в первую очередь погрешность отсчета, вызванная параллаксом (видимое изменение относительно положения предметов вследствие перемещения глаза наблюдателя), а для штангенциркуля еще и погрешность от нарушения принципа Аббе (минимальные погрешности измерения возникают, если конструируемый геометрический элемент и элемент сравне­ния находятся на одной линии – линии измерения).

в) Поверка штангенинструмента

В качестве мер для поверки точности штангенинструмента используют концевые меры длины соответствующей точности. Начинают поверку с уточнения правильности нулевой установки: нулевые штрихи нониуса и штанги должны точно совпадать.

Поверку погрешностей показаний штангенинструмента с величиной отсчета 0,1 мм производят по блокам мер не менее чем в трех точках, а с отчетом 0,05 мм – не менее чем в шести точках, равномерно расположенных в пределах шкалы штанги и нониуса.

При поверке погрешности показаний штангенглубиномера его основание прижимают к двум одинаковым блокам мер, притертым к плоской стеклянной или стальной пластине.

Штангенрейсмасы поверяют по мерам, устанавливаемым на плоскость поверочной плиты.

Допускаемые погрешности показаний штангенинструментов приведены в таблице В.2.

Более подробная информация о поверке штангенциркулей представлена в работе № 6.

2.2.2.6 Контрольные вопросы

1. Какое отличие имеют измерительные средства, называемые штангенинструментом?

2. Что такое нониус и каков принцип его работы?

3. В чем заключается расчет нониyса и как он производится?

4. Номенклатура штангенинструмента.

5. Штангенциркуль, его конструкция и типоразмеры.

6. Конструкции штангенглубиномера, его типоразмеры.

7. Штангенрейсмас, его назначение, конструкции и типоразмеры.

8. Основные причины погрешностей измерения штангенинструментом.

9. Понятие допуска, поля допуска, предельных отклонений, предельных размеров детали.

10. Отклонения формы (овальность и конусообразность) детали.

2.2.2.7 Порядок выполнения работы

1. Изучить конструкцию, регулирование и настройку штангенинструментов.

2. Привести эскиз детали с указанием на ней размеров (прило- жение Д), подлежащих измерениям.

3. Расшифровать условные обозначения допусков по всем заданным размерам и занести в таблицу 16.

Таблица 16 – Исходные данные, мм

Штанген- инструмент	Обозначе- ние размера	Номи- нальное знач. размера	Пред. откл., Еs Ei	Пред. разме- ры	Заданное значение допуска формы		Адди- тивная по- правка
					допуск круглости	допуск профиля продоль- ного сечения
Штангенциркуль	D5
	D1
	D2
	D3
	D4
Штанген- рейсмас	l2
	l3
	l4
Штанген- глубиномер	l1

4. Определить для всех инструментов метрологические показатели (форма – таблица 17):

– цену деления с основной шкалы, мм;

– диапазоны измерения, мм;

– цену деления b шкалы нониуса: , где l – длина шкалы нониуса;

– число делений n шкалы нониуса;

– точность отсчета по нониусу: .

– предельную погрешность измерения (таблица В.2).

5. Проверить совпадение нулевых штрихов штанги и шкалы нониуса по всем инструментам.

6. Выполнить измерения по всем заданным размерам и в разных сечениях.

7. Записать результаты измерений с учетом предельной погрешности измерения.

Таблица 17 – Метрологические характеристики

штангенинструмента, мм

Разновидность штангенинструмента	Диапазон измерения	Цена деления основной шкалы	Цена деления шкалы нониуса	Диапазон отсчета по нониусу	Предельная погрешность штанген- инструмента
Штангенциркуль
Штанген- глубиномер
Штангенрейсмас

8. Определить погрешность формы отверстия по приведенной схеме измерения (рисунок 33).

Рисунок 33 – Схема измерения

9. По каждому размеру и для поверхности диаметром D5 установить наличие брака, классифицировать его (исправимый, неисправимый) и сделать заключение о годности детали.

Таблица 18 – Результаты измерений, мм

Обоз- наче- ние раз- мера

Показания штангенинструмента

Результат измерения

Погрешность формы

Уровень относительной геометрической точности

в двух взаимно перпенди- кулярных сечениях

в трех плоскостях продольного сечения

в двух взаимно перпендикулярных сечениях

в трех плоскостях продольного сечения

значение овальности

погрешность профиля

D5

D1

D2

D3

D4

2.2.2.8 Оформление отчета по работе

Отчет оформляется в соответствии с п. 1.4. Отчет по экспериментальной части работы должен содержать исходные данные (рису- нок Д.1, таблица 16); метрологические характеристики штангенинструмента (таблица 17); результаты измерений (таблица 18); выводы по п. 2.2.2.7, подп. 9).