Б) Измерение предельной скобы плоскопараллельными концевыми мерами длины

1. Получить у преподавателя калибр-скобу.

2. Согласно маркировке скобы, заполнить таблицу 30.

Таблица 30 – Параметры калибра-скобы

Обозначение калибра-скобы	Квалитет	Система	Размер вала и отклонение

3. Построить схему расположения полей допусков калибров (ПР и НЕ) для контроля вала (см. рисунок 41). На схеме указать допуски и отклонения калибров.

4. Определить предельные размеры ПР и НЕ сторон калибра согласно ГОСТ 24853-81 (см. п. 2.2.5.4) и результаты поместить в таблицу 31.

Таблица 31 – Схема и предельные размеры калибра-скобы

по стандарту

Схема расположения полей допусков контроля вала	Р-ПР	Наибольший (изготовленный)
		Наименьший (изготовленный)
		Изношенный
	Р-НЕ	Наибольший
		Наименьший

5. Набрать блок концевых мер размером, свободно, под собственным весом входящим в проходную (ПР) сторону калибра. Значение блока занести в таблицу 32.

Таблица 32 – Результат измерения калибра-скобы

Результаты измерений калибра-скобы		Заключение о годности калибра-скобы
Р-ПР	Р-НЕ

6. Набрать блок концевых мер размером, свободно, под собственным весом входящим в непроходную (НЕ) сторону калибра. Значение блока занести в таблицу 32.

7. Дать заключение о годности.

8. Перечислить размеры плиток, составляющих действительные размеры калибра-скобы (таблица 33).

Таблица 33 – Значения мер длины, мм

Концевые меры длины	1	2	3	4	5
Для проходной стороны
Для непроходной стороны

2.2.5.8 Оформление отчета по работе

Отчет оформляется в соответствии п. 1.4. Отчет по экспери-ментальной части включает схемы расположения полей допусков контроля деталей (отверстия и вала) калибрами; таблицы 25 – 33, содержащие стандартные параметры и экспериментальные данные.

2.2.6 Лабораторная работа № 13

«Измерения внутренних размеров деталей и определение

предельной погрешности метода измерения»

2.2.6.1 Цель работы

Закрепление и углубление знаний и приобретение навыков в области проведения измерений при различной настройке прибора и оценки их погрешностей при многократных измерениях.

2.2.6.2 Содержание работы

Проведение многократных измерений одной и той же физической величины (диаметра отверстия). Настройка и эксплуатация индикаторного нутромера с целью определения отклонений от заданного размера. Настройка индикаторного нутромера с целью определения действительных размеров детали. Настройка индикаторного нутромера с целью определе­ния отклонений от предписанной геометрической формы детали.

2.2.6.3 Экспериментальное оборудование

Объект измерения – деталь с отверстием  10...50 мм, глубиной 30...100 мм. Шероховатость поверхности отверстия не глубже Ra = 0,8 мкм.

Средства измерения – нутромер, концевые меры длины, на- бор №1, боковики плоскопараллельные или радиусные и державка для концевых мер размером до 330 мм.

2.2.6.4 Подготовка к работе

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

– средства измерения внутренних размеров [8, 26];

– виды отклонений формы и расположения поверхностей [6, 15, 20];

– погрешности, характеризующие точность при рассеянии величин [1].

2.2.6.5 Теоретическая часть

а) Особенности измерения внутренних размеров

Измерение внутренних размеров значительно сложнее, чем измерение наружных. У средств измерения внутренних размеров имеется ряд принципиальных отличий.

Во-первых, приходится практически всегда пользоваться двухточечной (иногда многоточечной) схемой измерения.

Вторая особенность измерения внутренних размеров по сравнению с измерением наружных заключается в том, что измерительные наконечники средства измерения должны находиться внутри детали, иногда на большой глубине, а измерительное средство должно обладать устройством, «выводящим» показание прибора в место, удобное для отсчета.

б) Измерительные средства для внутренних размеров

Нутромеры микрометрические. Для измерения внутренних размеров от 500 до 1000 мм применяются микрометрические нутромеры с ценой деления 0,01 мм. Микрометрическая головка (рисунок 45) нутромера состоит из корпуса 3, в который запрессован измерительный наконечник 4. В корпус ввинчивается микрометрический винт 7, соединенный с барабаном 8 конической гайкой 2 и контргайкой 1. Сквозь гайку наружу выступает сферический измерительный наконечник микрометрического винта с вставкой из твердого сплава. Для фиксации установленного размера служит стопор 6. В резьбу муфты 5 ввинчиваются удлинители (pиcунок 45, б) или защитный наконечник (рисунок 45, в), служащие для увеличения предела измерения. Удлинитель состоит из стального стержня со сферическими измерительными поверхностями, заключенного в металлическую трубку с резьбовыми муфтами по концам.

При использовании микрометрических нутромеров головку устанавливают на нулевое деление по установочной мере – скобе, а затем подбирают и свинчивают удлинители до получения требуемого размера.

Нутромеры со стрелочной отсчетной головкой. Это накладной прибор для измерения внутренних размеров, в котором перемещение измерительного наконечника определяется с помощью стрелочной отсчётной головки (индикатора часово­го типа). Схема нутромера чаще всего состоит из двух измеритель­ных стержней, из которых один 1 (рисунок 45, а, б, в) в процессе измерения неподвижен, а другой 2 перемещается по направляющим скольжения. Перемещение стержня 2 механизмом 3 (чаще всего угловым рычагом) передается на шток 4, а через него на отсчетное устройство 5.

1 – контргайка; 2 – коническая гайка; 3 – корпус;

4 – измерительный наконечник; 5 – защитная муфта; 6 – стопор;

7 – микрометрический винт; 8 – барабан.

Рисунок 45 – Нутромеры микрометрические

Принципиальная особенность, присущая нутромерам, заключает­ся в наличии устройства, предназначенного для обеспечения расположения линий измерения в плоскости, проходящей через ось измеряемого отверстия. Чаще всего это устройство называют центрирующим. При наличии центрирующего устройства «поиск» измеряемого диаметра необходимо производить, покачивая нутромер в плоскости, проходящей через ось, и находя минимальное значение размера (рисунок 46).

Основное требование к планке заключается в том, чтобы точки (опоры 7) контакта поверхности мостика с деталью 8 были симметричны относительно линии измерения, образуемой стержнями 1 и 2. Планка 6 под действием пружин 9 поджимается к детали 8. При введении нутромера в деталь он базируется с помощью трёх точек – две точки (опоры 7) центрирующего мостика и одна точка стержня 1. Эти три точки принадлежат вершинам равнобедренного треугольника, а линия измерения совпадает с высотой этого треугольника и её продолжением.

а – схема; б – конструкция нутромера с индикатором часового

типа; в – конструкция нутромера с рычажно-зубчатой головкой.

Рисунок 46 – Нутромер со стрелочной отсчетной

головкой и угловой передачей

Конструкция нутромера с угловым рычагом (см. рисунок 46, б), является типичным примером конструкции нутромера с отсчетной головкой (индикаторного нутромера). Размеры углового рычага 3 обеспечивают передачу 1:1. Регулировка этой передачи осуществляется поворотом эксцентриковой втулки 2, в которой установлен шарик. Установку положения неподвижного штока при измерении стержня 1 производят перемещением по резьбе с закреплением контргайкой 12. Измерительное усилие нутромера создается с помощью измерительного усилия индикатора и дополнительной пружины 10.

в) Погрешность измерения нутромерами

В общем виде погрешность измерения нутромерами зависит от используемого перемещения измерительного стержня, от вида установочной меры, шероховатости измеряемой поверхности и температурных условий.

Погрешность измерения нутромером с ценой деления 0,01 мм при измерении размеров от 3 до 500 мм можно обеспечить в пределах 0,005 …0,015 мм для небольших размеров (3…18 мм) и 0,01…0,025 мм для относительно больших размеров (120…260 мм). Погрешность можно практически уменьшить почти в два раза, если в эти нутромеры установить измерительную головку с ценой деления 0,001…0,002 мм.

Погрешность уменьшается при настройке по установочным кольцам и использовании отсчетного устройства на небольшом диапазоне (0,01 мм).

К специфическим составляющим погрешности измерения относятся погрешности, возникающие от смещения линии измерения относительно измеряемого диаметра.

Погрешность от смещения линии измерения в плоскости, перпендикулярной к оси измеряемого отверстия, возникает от того, что при смещении линии измерения относительно измеряемого диаметра на величину с (рисунок 47, а) измеряется не диаметр, а хорда, т.е. меньший размер.

а – в плоскости, перпендикулярной к оси;

б – в плоскости, проходящей через ось.

Рисунок 47 – Смещение линии измерения

относительно диаметра отверстия

Погрешность от смещения линии измерения в плоскости, проходящей через ось (см. рисунок 47, б), возникает из-за того, что линия измерения оказывается наклоненной к измеряемому диаметру и измеряется размер больший, чем действительный.

Погрешность от динамики процесса смещения линии измерения возникает от того, что оператор неоднократно проводит относительные смещения детали и прибора и на момент «кажущегося» смещения оказывают влияние многие факторы: величина шероховатости поверхности, цена деления отсчетного устройства и т.д.

Погрешность от настройки прибора имеет место всегда у приборов для измерения внутренних размеров, поскольку практически все приборы работают методом сравнения с установочной мерой.

Установка индикаторного нутромера в нулевое положение по блоку концевых мер длины и по установочному кольцу приведена на рисунках 48 и 49 соответственно.

	Рисунок 49 – Установка индикаторного нутромера в нулевое положение по установочному кольцу
1 – измерительный стержень; 2 и 3 – гайки; 4 – поперечная трубка корпуса; 5 – центрирующий мостик; 6 – боковики; 7 – стопорный винт; 8 – индикатор часового типа; 9 – неподвижная измерительная вставка; 10 – державка. Рисунок 48 – Установка индикаторного нутромера в нулевое положение по блоку концевых мер длины

г) Поверка нутромеров

Основными операциями при поверке нутромеров являются поверка измерительного усилия нутромера и усилия центрирующего мостика (выполняется на циферблатных весах), поверки правильности показаний центрирования.

Поверку наиболее полно производят по образцовым кольцам. Более часто поверку нутромеров с отсчетным устройством производят по набору концевых мер длины с боковиками и другими принадлежностями к концевым мерам длины. Некоторые типоразмеры поверяют на горизонтальном оптиметре или измерительной машине. Поверку правильности центрирования производят путем настройки нутромера по блоку концевых мер длины и последующего измерения аттестованного кольца того же размера. Погрешность центрирования определяется разностью показаний нутромера при настройке и измерении кольца с учетом отклонения размера последнего по аттестату. Погрешность центрирования допускается не более цены деления измерительной головки.

2.2.6.6 Контрольные вопросы

1. В чем заключается особенность измерения внутренних размеров по сравнению с наружными?

2. Специфические составляющие погрешности измерения внутренних размеров и погрешности, возникающие при этом.

3. Что такое нутромеры?

4. Микрометрический нутромер и его основные характеристики.

5. Основные составляющие погрешности измерения нутромерами со стрелочным отсчетным устройством.

6. Характеристика многократных измерений.

7. Точечные оценки многократных измерений.

8. Что характеризует среднее арифметическое значение?

9. Что характеризует средняя квадратическая погрешность?

10. Что характеризует средняя квадратическая погрешность среднего?

11. Как записать результат измерений?

12. Классификация погрешностей на систематические и слу-чайные.

2.2.6.7 Порядок выполнения работы

1. Изучить конструкцию, регулирование и настройку нутромера.

2. Определить метрологические характеристики нутромера и занести их в таблицу 34.

Таблица 34 – Метрологические характеристики нутромеров, мм

Разновидность инструмента	Диапазон измере- ния	Диапазон показания	Цена деления на барабане микромет. нутромера	Цена деления большой круговой шкалы	Предельная погрешность прибора
Нутромер микрометрический
Нутромер со стрелочной отсчетной головкой

3. Провести подготовку прибора к работе:

– установить измерительную вставку в соответствии с номинальным размером проверяемого отверстия;

– закрепить индикатор часового типа после поворота его стрелки на 0,5 оборота.

4. Провести установку прибора в нулевое положение по блоку плоскопараллельных мер длины, закрепляемых в державке:

– по чертежу определить номинальный размер проверяемого отверстия и составить блок концевых мер;

– к измерительным поверхностям крайних концевых мер, входящих в блок, притирают боковики и закрепляют в державке;

– прибор вводят в пространство между боковиками таким образом, чтобы измерительный стержень и измерительная вставка касались боковиков;

– путем покачивания прибора в вертикальной плоскости, перпендикулярной к измерительным поверхностям боковиков, находят наикритическое расстояние между плоскостями боковиков, что соответствует крайнему положению указателя прибора при его движении в сторону вращения часовой стрелки;

– вращают циферблат индикатора до совмещения нулевого деления шкалы со стрелкой;

– выводят измерительные стержни прибора из струбцины.

В свободном состоянии размер между измерительными поверхностями прибора больше, чем в момент контакта с плоскостями боковиков.

5. Провести измерение диаметра отверстия:

– нутромер наклоняют, нажимая центрирующим устройством на поверхности отверстия, вводят его внутрь и покачивают в осевой плоскости;

– замечают штрих шкалы, до которого стрелка доходит при показании, отсчитывают число делений и знак отклонения от нуля;

– отсчитанное число делений отклонения умножают на цену деления шкалы, определяют отклонение с выявленным знаком от номинального размера блока концевых мер (или установочного кольца) и получают действительный размер диаметра отверстия в измерительном сечении.

6. Провести измерение отклонений формы (см. рисунок 33).

7. Проверить нулевую установку прибора (см. п. 2.2.6.5).

8. Результаты измерения занести в таблицу 35.

Таблица 35 – Результаты измерений нутромером, мкм

Пара- метры детали	Взаимно перпен- дикулярные сечения	Сечения				Погреш- ность формы (оваль- ность)	Погреш- ность профиля продоль- ного сечения
		I	II	III	Допуск формы по стандарту
	а – а
	б – б
Вывод

9. Дать заключение о годности детали по измеренным диаметрам и по отклонениям от правильной геометрической формы.

10. Выбрав наиболее удобное положение, ввести прибор в отверстие детали. Установить прибор на нулевое показание и измерить диаметр отверстия несколько раз (20 измерений) в одном и том же месте.

11. Полученные при повторных измерениях отклонения от нулевого X_i с учётом знака записать в таблицу 36. При отсчёте отклонений необходимо учитывать на глаз 1/2, 1/3, 1/5 части деления шкалы.

12. Определить систематическую составляющую погрешностей метода измерения где X_i – показания прибора; N – число измерений.

Таблица 36 – Результаты многократных измерений

Но- мер от- сче- та	Результаты измерений Хi	Случайные отклонения результатов измерений	Квадрат случайного отклонения Vi2	Cреднеквадратическая погрешность
1				Средняя квадратическая погрешность среднего арифметического
2
3
4
5				Доверительная вероятность
6
7				Коэффициент Стьюдента (см. таблицу М.1)
8
9
10				Предельная погрешность измерения, мкм
11
12				; =Е
…
20
Результат измерения: ;

13. Определить среднюю квадратическую погрешность по формуле

.

14. Найти предельную случайную погрешность метода измерения:

15. Определить предельную погрешность измерения индикаторного нутромера:

16. Сопоставить значение с допуском детали где Т – допуск измеряемого отверстия.

17. Построить графически кривую распределения отклонений (см. рисунок 1), откладывая по оси абсцисс значения X_i , а по оси ординат частоту m_i , указав на графике смещение центра группирования относительно начала координат.

2.2.6.8 Оформление отчета по работе

Отчет оформляется в соответствии с п.1.4. Отчет по экспериментальной части включает таблицы 34 – 36; кривую распределения отклонений (см. рисунок 1).