2.2.10 Лабораторная работа № 17

«Дифференцированный метод измерения элементов

резьбовой детали»

2.2.10.1 Цель работы

Закрепление и углубление знаний и приобретение навыков в области проведения измерений резьбовых изделий, оценки их годности.

2.2.10.2 Содержание работы

Измерение элементов наружной резьбы (наружного, внутреннего, среднего диаметров, шага и половины угла профиля); оценка годности каждого элемента.

2.2.10.3 Экспериментальное оборудование

а) Объект измерения – резьбовой калибр-пробка проходной M12…М30, шаг резьбы – 1...3,5 мм, болт M10 ... М20.

Средства измерения – инструментальный микроскоп.

б) Объект измерения – болт М10…М20.

Средства измерения – микрометр гладкий, три калиброванные проволочки, микрометр со вставками, стойка для крепления микрометра.

Схемы измерения представлены на рисунках Р.1 и Р.2.

2.2.10.4 Подготовка к работе

Самостоятельная подготовка студентов к работе осуществляется по следующим разделам курса:

– основные параметры крепежных цилиндрических резьб [7, 20, 26];

– комплексный метод контроля резьбы калибрами [20, 26];

– дифференцированный метод измерения параметров резьбы [26];

– устройство и эксплуатация малого инструментального микроскопа [4, 5].

2.2.10.5 Теоретическая часть

а) Приборы для измерения параметров резьбы

К приборам для измерения параметров резьбы относят инструментальные (ГОСТ 8074-82) и универсальные микроскопы, микрометры со вставками (ГОСТ 4380-93), проволочки и ролики (ГОСТ 2475-88) для измерения среднего диаметра наружной резьбы косвенным методом.

Микроскопы. Измерительными микроскопами называются бесконтактные оптические приборы, на которых, наблюдая в увеличенном виде контуры детали, измеряют линейные и угловые размеры элементов этих контуров в прямоугольных или полярных координатах. Процесс измерения на них осуществляется только непосредственным сравнением с линейными и угловыми шкалами этих приборов (метод сравнения с мерой здесь практически не применяется).

Схемы и конструкции. Все измерительные микроскопы выполнены по одной принципиальной схеме (рисунок 58, а), в которую входят осветитель 1; основание 2; стол предметный 3 с двумя каретками на взаимно перпендикулярных направляющих, снабженных (каждая) линейной шкалой и отсчетным устройством; микроскоп 4 для наблюдения детали в увеличенном виде; оборотная призма 5; окулярная головка 6; кронштейн 7; колонка 8; шарнир 9 для наклона колонки.

Измерительные микроскопы разделяются на две основные группы – инструментальные и универсальные. Эти названия чисто условные, так как принципиальной разницы в них нет. Различие между этими группами определяется только диапазонами измерения, ценой деления шкал и наличием дополнительных устройств, расширяющих возможности прибора.

Для удобства рассмотрения будем их в дальнейшем различать общепринятыми сокращенными обозначениями: малый микроскоп инструментальный – ММИ; большой микроскоп инструментальный – БМИ. Существует также универсальный измерительный микроскоп – УИМ.

а – принципиальная схема конструкции измерительного микроскопа;

б – оптическая схема большого инструментального микроскопа БМИ.

Рисунок 58 – Схемы микроскопов

б) Инструментальные измерительные микроскопы

Ход лучей и работа оптической схемы БМИ. Лучи от лампы 1 (см. рисунок 58, б) через конденсоры 2 и 4 и светофильтр 3 проходят через ирисовую диафрагму 5, размер которой устанавливается в зависимости от размера измеряемой детали. Затем пучок лучей падает на поворотное зеркало 6 и через конденсор 7 освещает снизу контур предмета, лежащего на предметном столе 8. После этого поток лучей, несущий в себе контур предмета, попадает в объектив 9, который увеличивает изображение контура в 1,5x, а также превращает его в обратное. Это обстоятельство крайне неудобно для оператора, так как он видит в поле зрения обратное изображение деталей. Для устранения этого дефекта установлена группа призм, оборачивающая обратное изображение в прямое. После призмы 10 лучи попадают в наблюдательную часть окулярной головки на пластину 15 со штриховой сеткой, которая расположена в фокусной плоскости объектива 9. Линзы окуляра 18 увеличивают изображение предмета в 20х, и оператор наблюдает через окуляр 18 прямое изображение предмета увеличенным в 30 раз и наложенным на штриховую сетку 15 (рисунок 59, а).

Линейные размеры измеряются на БМИ в двух прямоугольных координатах непосредственно по отсчетным устройствам кареток стола, а угловые размеры – с помощью оптической схемы угломерной головки. В этой схеме пластина 15 (см. рисунок 58, б) со штриховой сеткой конструктивно жестко соединена с диском лимба 12, на котором нанесена круговая шкала из 360 делений с ценой деления 1°, причем центральный штрих сетки пластины 15 совпадает с нулевым и 180-м штрихами круговой шкалы лимба.

а – штриховая сетка наблюдательного микроскопа;

б – пример отсчета по угловому микроскопу .

Рисунок 59 – Схемы отсчетов

Ориентируя центральный штрих сетки поворотом всего узла по элементу контура детали, оператор поворачивает пластину 15 и лимб 12 вместе. Значит, положение штриха определяет положение лимба, и отсчет по шкале лимба дает информацию о положении линии контура элемента детали по отношению к осям оптической системы микроскопа.

Лучи света от зеркала 11 (в новых микроскопах применяют электрическую лампочку) проходят через диск с лимбом и светофильтр 13 в объектив 14, по пути освещая пластину 16 с минутной шкалой, которая находится в фокусной плоскости объектива 14. Через окуляр 17 оператор наблюдает штрихи лимба 12 на фоне минутной шкалы пластины 16 и отсчитывает показание угломерного микроскопа (см. рисунок 59, б).

Оптическая схема ММИ практически не отличается от оптической схемы БМИ. Исключение составляет только то, что объектив 6 у ММИ постоянный и крепление этого объектива жесткое, микроподачи для тонкой фокусировки микроскоп ММИ не имеет.

Наблюдательный микроскоп с объективом 6, окулярной голов- кой 8 и осветителем 7 установлен в кронштейне 9 над деталью, лежащей на предметном стекле в столе микроскопа (рисунок 60).

Стол микроскопа состоит из поперечной каретки 2 с микропа- рой 3, нужной высоте зажимом. Для наблюдения детали под углом, например при измерении резьбы, колонка 10 наклоняется поворотом вокруг оси шарнира 12 вращением рукоятки 5, снабженной устройством для отсчета углов наклона.

1, 2 – каретки; 3, 4 – микропары; 5, 11 – рукоятки;

6 – объектив; 7 – осветитель; 8 – окулярная головка;

9 – кронштейн; 10 – колонка; 12 – ось.

Рисунок 60 – Общий вид большого

микроскопа инструментального (БМИ)

Конструкция ММИ (рисунок 61, см. также рисунок 58, а) идентична БМИ (исторически БМИ  это развитие конструкции ММИ).

Различия между ними заключаются в следующем:

1) поперечная каретка ММИ не имеет свободного перемещения, а движется только в пределах хода микропары;

2) верхняя пластина стола со стеклом на ММИ поворачивается только на и не имеет отсчетного устройства для определения величины угла поворота.

1, 2 – каретки; 3, 4 – микропары; 5, 11 – рукоятки;

6 – объектив; 7 – осветитель; 8 – окулярная головка;

9 – кронштейн; 10 – колонка; 12 – ось

Рисунок 61 – Общий вид малого

микроскопа инструментального (ММИ)

Микрометры со вставками. Микрометры со вставками выпускают двух типов: МВМ – для измерения среднего диаметра метрических резьб с углом профиля , трубных и дюймовых резьб с углом профиля ; МВТ – для измерения среднего диаметра трапецеидальных резьб.

Вставки представляют собой цилиндрические валики с разрезанной хвостовой (рисунок 62, б) и конической или плоской верхней частью. Микрометр со вставками (рисунок 62, а) отличается от гладкого микрометра глухими отверстиями, выполненными в неподвижной пятке 1 и в микровинте 2. В каждом из глухих отверстий помещено по одному шарику 3. Вставки с разрезанной хвостовой частью опираются на шарики нижними торцовыми поверхностями. Конструкция вставок препятствует их выпадению из отверстий вследствие развода разрезанной хвостовой части и образования натяга.

Размеры вставок выбирают в зависимости от шага и вида резьбы. В глухое отверстие пятки микрометра вставляют призматическую вставку 4, а в отверстие микровинта – конусную вставку 5. Рабочий угол призматической вставки должен быть равен углу профиля витка измеряемой наружной резьбы изделия, а угол конусной вставки – углу профиля впадины резьбы.

Для обеспечения установки микрометра со вставками на нулевую отметку или нижний предел измерений при любых вставках, барабан 6 микрометра изготовляют раздвижным, состоящим из двух частей, соединенных цанговым зажимом. У некоторых конструкций микрометров со вставками вместо раздвижного барабана предусмотрена регулируемая переставная пятка.

1 – неподвижная вставка; 2 – микровинт; 3 – шарик;

4, 5 – вставки; 6 – барабан;

а – общий вид; б – набор вставок;

в – установочная мера; г – пример измерения.

Рисунок 62 – Микрометр со вставками

Подобранные вставки по шагу резьбы устанавливают в глухие отверстия пятки (призматические вставки) и микровинта (конические вставки). Вращением барабана за трещотку приводят в соприкосновение измерительные поверхности вставок. Если нижний предел измерения микрометра – свыше 25 мм, то между вставками вводят установочную меру (см. рисунок 62, в). При этом нулевой штрих барабана должен совпасть с продольной линией, нанесенной на стебле. При необходимости осуществляют установку на нулевую отметку (в зависимости от конструкции микрометра эта установка различна).

У микрометра с регулируемой пяткой установку на нулевую отметку проводят перемещением пятки в осевом направлении. Для этого освобождают одну из гаек, а другую, наоборот, затягивают; после окончания настройки гайки стопорят. Для установки на нулевую отметку микрометра с цанговым зажимом необходимо освободить барабан со шкалой, нанесенной на его торце, и повернуть до совпадения нулевой отметки с продольной линией на стебле, после чего зафиксировать цанговый зажим.

Микрометр закрепляют в стойке (см. рисунок 62, г). Измеряемую наружную резьбу помещают между вставками, приводят вставки в соприкосновение с профилем резьбы, вращая барабан за трещотку. Снимают показания по шкалам микрометра.

После окончания измерений очистить поверхности вставок салфеткой, слегка смоченной в бензине, а затем протереть сухой салфеткой и смазать противокоррозионным смазочным материалом.

Проволочки и ролики для измерения среднего диаметра резьбы. Метод измерения среднего диаметра наружной резьбы с помощью калиброванных проволочек или роликов является косвенным методом измерения, при котором во впадины профиля резьбы помещают одну (рисунок 63, а), две (рисунок 63, б) или три (рисунок 63, в) калиброванные проволочки или ролики, после чего микрометром (рису- нок 63, г), оптиметром, измерительной головкой или другими измерительными приборами измеряют размер М. Средний диаметр d₂ резьбы подсчитывают в зависимости от выбранного диаметра проволочек или роликов и шага Р измеряемой резьбы по специальным формулам.

Наибольшей точностью обладает метод измерения тремя проволочками. Проволочки и ролики выпускают по ГОСТ 2475-88 классов точности 0 и 1 трех модификаций (рисунок 63, д-ж): типа I – проволочки гладкие; типа II – проволочки ступенчатые трех исполнений (А, Б и В); типа III – ролики. Значения наивыгоднейших диаметров проволочек и роликов для метрической резьбы выбирают в зависимости от шага контролируемой резьбы.

Проволочки и ролики поставляют в виде комплектов, состоящих каждый из трех проволочек одинакового диаметра. При измерении следует следить, чтобы не было перекоса детали и проволочки.

а – измерение среднего диаметра с помощью одной проволочки;

б – измерение среднего диаметра с помощью двух проволочек;

в – измерение среднего диаметра с помощью трех проволочек;

г – специальный микрометр для измерения среднего диаметра;

д – ж – формы и размеры проволочек и роликов.

Рисунок 63 – Схемы измерения среднего диаметра резьбы

Методом трех проволочек измеряют средний диаметр калибров резьбовых пробок ПР и НЕ. Этот метод измерения среднего диаметра отличается более высокой производительностью по сравнению с другими методами измерения среднего диаметра калибров-пробок, а также достаточно высокой точностью. В справочниках даются значения размера М при измерении среднего диаметра калибров-пробок методом трех проволочек для метрической, трапецеидальной и трубной резьбы. Для крепежной метрической резьбы , где d₀ – диаметр калиброванной проволочки.

2.2.10.6 Контрольные вопросы

1. Перечислите основные элементы цилиндрической метрической резьбы.

2. Принцип комплексного контроля резьбы.

3. Какие элементы резьбы проверяют проходными и непроходными калибрами?

4. Изобразите схему измерения шага резьбы и половины угла профиля резьбы.

5. Принцип измерения угла профиля резьбы на инструментальном микроскопе. Почему измеряется половина угла профиля, а не полный угол?

6. Принцип измерения среднего диаметра резьбы микрометром со вставками.

7. Принцип измерения среднего диаметра резьбы с использованием проволочек.

8. Из каких трех элементов состоит допуск на средний диаметр резьбы?

2.2.10.7 Порядок выполнения работы

а) Измерение элементов резьбового калибра-пробки

1. Ознакомиться с техническим описанием и инструкцией по эксплуатации инструментального микроскопа.

2. Подготовить и записать данные об объекте измерения (приложение Р).

3. Подготовить и записать данные об инструментальном микроскопе.

4. Определить угол подъема резьбы  по формуле , град.

5. Установить деталь в центре микроскопа.

6. Установить под объектив наблюдательного микроскопа дальнюю от наблюдателя сторону резьбы калибра-пробки и измерить d и d₂.

7. Наклонить колонку микроскопа на угол подъема резьбы  (влево от исполнителя).

8. Фокусировать профиль резьбы.

9. Установить штриховую сетку в исходное положение.

10. Провести измерение половины угла профиля /2 _I и /2 _III (см. рисунок Р.2).

11. Провести измерение половины угла профиля /2 _II и /2 _IV.

12. Обработать результаты измерения /2:

; .

13. Оценить годность /2 резьбы измеренного калибра-пробки:

.

14. Записать данные измерения и расчета в отчетный бланк (приложение Р).

15. Ознакомиться со схемой измерения шага резьбы (см. рису- нок Р.1).

16. Измерить длину участков резьбы Р₁·n и Р₂·n.

17. Измерить длину участков резьбы Р₃·n и Р₄·n.

18. Обработать результаты измерения:

– действительная длина участка резьбы

;

– действительный размер шага

,

где п – количество шагов на длине свинчивания;

– погрешность шага

,

где – номинальное значение шага измеряемой резьбовой пробки.

19. Записать результаты в отчетный бланк (приложение Р).

б) Измерение элементов болта

1. Подготовить болт с метрической резьбой М6...М42, шаг Р = 1...5 мм.

2. Ознакомиться с инструкцией по эксплуатации микрометра со вставками 0...25 мм или 25…50 мм и записать его данные.

3. Подготовить данные объекта измерения (d, Р, d₂) (таблица Р.5).

4. Определить предельные размеры среднего диаметра d₂ (таблица Р.4).

5. По значению шага резьбы Р найти необходимые вставки.

6. Вставить призматическую вставку в пятку, а коническую – в микровинт (см. рисунок 62).

7. Установить микрометр на нуль по установочной мере или по соприкосновению вставок (для микрометра 0...25 мм).

8. Провести измерение d₂ в каждом сечении (I-I, II-II, III-III) трижды (см. рисунок 63). Занести полученные результаты в графы «средние отсчеты показаний».

9. Определить годность d₂ резьбы измеренной детали.

10. Подготовить микрометр гладкий необходимого размера, проволочки соответствующего диаметра (комплект из трех штук).

11. Подготовить данные объекта измерения и изучить схему измерения (см. рисунок 63).

12. Номинальный и предельные значения d₂ взять из пп. 3 и 4.

13. Выбрать в зависимости от шага измеряемой резьбы размеры проволочек.

14. Подсчитать размер М по формуле , где d₀ – номинальный диаметр проволочки.

15. Проверить установку микрометра на нуль.

16. Две проволочки навесить на пятку, а одну – на микровинт.

17. Вывинтить микровинт на размер, несколько больший величины М.

18. Установить деталь таким образом, чтобы ось резьбы располагалась горизонтально в одной плоскости с осью микровинта и пятки.

19. Взять проволочки за верхние концы и опустить во впадины резьбы.

20. Определить размер М в сечении II-II (три раза). За значение размера принимают среднее из трех отсчетов и заносят величину М в отчетный бланк.

21. Измерить значение М в сечениях II-II и III-III.

22. Определить действительные значения d₂ для каждого сечения:

.

23. Определить годность d₂ резьбы измеренной детали.

24. Заполнить таблицы Р.8 – Р.10.

2.2.10.8 Оформление отчета по работе

Отчет оформляется в соответствии с п. 1.4. Отчет по экспериментальной части работы должен содержать: номинальные и предельные значения элементов резьбовой детали; результаты измерения элементов детали и заключение о годности каждого элемента. Формы отчета приведены в приложении Р.