МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ
РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Юго-Западный государственный университет»
(ЮЗГУ)
Д.Ю. Звонарев
О.Л. Морозова
Д.Н. Крюков
ЛИНЕЙНО-УГЛОВЫЕ ИЗМЕРЕНИЯ
Учебное пособие по дисциплине
«Метрология, стандартизация и сертификация»
для студентов вузов
Утверждено Учебно-методическим советом
Юго-Западного государственного университета
Курск 2011
УДК 658.562 (075.8)
ББК 30.607я7
З-437
Рецензенты:
Зав. кафедрой «Стандартизация и сертификация» ФГОУ ВПО «Курская государственная сельскохозяйственная академия имени профессора И.И. Иванова», к.т.н., доцент М.А. Агапов
Начальник отдела поверки и калибровки механических и геометрических СИ ФГУ «Курский ЦСМ» С.С. Епишев
Звонарев Д.Ю.
Линейно-угловые измерения [Текст]: учебное пособие / Д.Ю. Звонарев, О.Л. Морозова, Д.Н. Крюков; Юго-Зап. гос. ун-т. Курск, 2011. 96 с.: ил. 26, табл. 21, прил. 3, Библиогр.: с.84-87.
В учебном пособии рассмотрены вопросы прикладной метрологии в области линейно-угловых измерений и представлен комплекс лабораторных работ по курсу «Метрология, стандартизация и сертификация», описаны виды измерений, погрешностей, средства и способы измерения, а также методы обработки результатов.
Учебное пособие предназначено для студентов технических специальностей всех форм обучения и отвечает требованиям соответствующих государственных образовательных стандартов.
УДК 658.562 (075.8)
ББК 30.607я7
З-437
© Юго-Западный государственный
университет, 2011
© Звонарев Д.Ю., Морозова О.Л., Крюков Д.Н., 2011
ОГЛАВЛЕНИЕ
ПРЕДИСЛОВИЕ 4
ВВЕДЕНИЕ 5
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №1 8
Измерение размеров детали ручным измерительным инструментом 8
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №2 24
Выбор средств измерений для контроля размеров и отклонений формы поверхностей 24
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №3 33
Контроль отклонений формы и взаимного расположения цилиндрических поверхностей 33
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №4 41
Поверка рабочих средств измерения 41
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №5 51
Контроль деталей с применением калибров 51
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №6 57
Измерение параметров резьбы 57
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №7 73
Обработка результатов прямых равноточных измерений 73
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 84
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 85
ПРИЛОЖЕНИЕ А 88
Проверка нормальности распределения по составному критерию d 88
ПРИЛОЖЕНИЕ Б 91
Проверка пригодности температурного режима 91
ПРИЛОЖЕНИЕ В 93
Исключение систематических погрешностей 93
ПРЕДИСЛОВИЕ
В практике технических измерений линейно-угловые занимают одну из доминирующих позиций по распространенности и востребованности. Современная техника требует от специалистов машиностроительного профиля навыков организации и выполнение измерений и контроля прецизионных деталей с высокой степенью точности и достоверности.
В данном издании излагаются методические рекомендации к выполнению семестрового лабораторного практикума, основная цель которого – закрепление теоретического материала при рассмотрении конкретных примеров реализации различных методов измерений. При написании практикума авторы ставили целью развитие навыков и умений студентов при обращении с наиболее распространенными в реальном производстве средствами измерения и не делали акцент на углубление теоретических знаний по дисциплине.
Авторы с благодарностью примут предложения и замечания читателей, особенно преподавателей и студентов вузов, а также работников метрологических служб предприятий.
ВВЕДЕНИЕ
Измерение параметров какого-либо объекта позволяет нам получить его количественное описание в виде набора числовых характеристик, которые в совокупности с обозначением используемой единицы называют значением физической величины. Согласно определению измерение – это совокупность операций для определения отношения одной (измеряемой) величины к другой однородной величине, принятой за единицу, хранящуюся в техническом средстве (средстве измерений). В таблице 1 приведена классификация видов измерений по основным признакам.
Таблица 1
Классификацион-ный признак |
Вид измерения |
Основные признаки, характеризующие данный вид измерения |
1 |
2 |
3 |
По характеристике точности |
Равноточные |
ряд измерений какой-либо величины, выполненных одинаковыми по точности СИ и в одних и тех же условиях |
Неравноточные |
ряд измерений какой-либо величины, выполненных несколькими различными по точности СИ и (или) в нескольких разных условиях |
|
По числу измерений в ряду измерений |
Однократные |
измерение физической величины производят один раз |
Многократные |
измерение физической величины производят не менее двух раз |
|
По отношению к изменению измеряемой величины |
Статические |
измерение неизменной во времени физической величины |
Динамические |
измерение изменяющейся по размеру во времени физической величины |
Окончание таблицы 1
1 |
2 |
3 |
По выражению результата измерений |
Абсолютные |
измерение, основанное на прямых измерениях величин и (или) использовании значений физических констант |
Относительные |
измерение отношения величины к одноименной величине, выполняющей роль единицы |
|
По общим приемам получения результатов измерений |
Прямые |
измерение, при котором искомое значение физической величины получают непосредственно |
Косвенные |
измерение, при котором искомое значение величины определяют на основании результатов прямых измерений других физических величин, функционально связанных с искомой величиной |
|
Совместные |
проводимые одновременно измерения двух или более неодноименных величин для выявления зависимости между ними |
|
Совокупные |
проводимые одновременно измерения нескольких одноименных величин, при которых искомые значения величин определяют путем решения системы уравнений, получаемых при измерениях этих величин в различных сочетаниях |
В основу измерений могут быть положены различные методы их выполнения. Метод измерения – это приём или совокупность приёмов сравнения измеряемой физической величины с её единицей в соответствии с реализованным принципом измерений: физическим явлением или эффектом, положенным в основу измерений.
По общим приемам получения результатов измерений разделяют прямой и косвенный методы измерения.
По условиям измерения различают контактный и бесконтактный методы измерений. В первом случае чувствительный элемент прибора контактирует с объектом измерения, во втором – контакт не происходит.
По способу сравнения измеряемой величины с ее единицей различают методы непосредственной оценки и сравнения с мерой. При реализации метода непосредственной оценки значение измеряемой величины определяют по отсчетному устройству средства измерения. При методе сравнения с мерой проводят сравнение измеряемой величины с величиной, воспроизводимой мерой. В свою очередь метод сравнения с мерой имеет следующие варианты реализации: нулевой метод, метод противопоставления, метод совпадений, дифференциальный метод.
Ниже будут рассмотрены наиболее часто применяемые в практике методы линейно-угловых измерений.
Лабораторная работа №1 Измерение размеров детали ручным измерительным инструментом
Цель работы: получить навыки работы с ручным измерительным инструментом; произвести измерения указанных в задании размеров детали (гильзы).
Оборудование, оснастка, инструмент:
Микрометры МК 25-50 мм и МК 50-100 мм по ГОСТ 6507-90.
Штангенциркуль ШЦ-I-250 мм по ГОСТ 166-89 с величиной отсчета по нониусу 0,05 мм или 0,1 мм.
Штангенглубиномер ШГ-250 по ГОСТ 162-90 с величиной отсчета по нониусу 0,05 мм или 0,1 мм.
Нутромер индикаторный НИ 50-100 мм (0,002) по ГОСТ 868-82.
Основные теоретические положения
Штангенинструменты
Общие положения
Штангенинструменты применяют для измерения линейных размеров, не требующих высокой точности. Измерения с помощью штангенинструментов могут быть классифицированы как абсолютные, основанные на прямых измерениях линейных размеров. При этом реализуется прямой контактный метод измерения, а по способу сравнения измеряемой величины с ее единицей классифицируется как метод сравнения с мерой. Т.к. разность между измеряемой величиной и величиной, воспроизводимой мерой, определяют, используя совпадение отметок основной и нониусной шкал, – реализуется метод совпадений.
К штангенинструментам общего назначения относятся: штангенциркуль, штангенрейсмас, штангенглубиномер.
Измерение в штангенинструментах основано на применении нониуса, который позволяет отсчитывать дробные деления основной шкалы. В настоящее время выпускают штангенинструменты с ценой деления нониуса 0,1, 0,05, 0,02 мм. Пределы измерения выпускаемых штангенинструментов: штангенциркулей до 2000 мм; штангенглубиномеров – до 500 мм; штангенрейсмасов до 1000 мм. Погрешность измерения штангенинструметов в диапазоне от 1 до 500 мм составляет от 50 до 200 мкм.
1.2. Устройство нониуса и отсчет показаний штангенинструметов
Нониус штангенинструметов представляет собой линейку со шкалой, по которой отсчитывают дробные деления основной шкалы.
Рассчитывают нониус следующим образом: по заданной длине деления основной шкалы «С», цене деления нониуса «i», числу делений основной шкалы, соответствующему одному делению шкалы нониуса (модуль нониуса) «γ», определяют число делений нониуса «n», длину деления шкалы нониуса «В», и общую длину нониуса «l»:
(1.1)
(1.2)
(1.3)
Например, при i = 0,05 мм, C = 1 мм и γ = 2
n = 1/0,05 = 20,
B = 2 · 1 – 0,05 = 1,95 мм,
l = 20 · 1,95 = 39 мм
Отсчет измеряемой величины «А» с помощью штангенинструментов складывается из отсчета целых делений «N» по основной шкале и отсчета дробных делений «Д» по шкале нониуса:
А = N + Д (1.4)
При нулевом положении нулевые штрихи основной и нониусной шкал совпадают. При этом последний штрих шкалы нониуса также совпадает со штрихом основной шкалы, определяющим длину шкалы нониуса «l». При измерении шкала нониуса смещается относительно основной, и по положению нулевого штриха нониуса определяют величину этого смещения, равную измеряемой величине «N». Дробные деления определяют по совпадению какого-либо «k-го» штриха нониуса с любым штрихом основной шкалы. Тогда дробная часть измеряемой величины будет равна произведению количества штрихов шкалы нониуса от нулевого до «k-го» на цену деления шкалы нониуса «i», т.е. значение измеряемой величины по шкале штангенинструментов:
А = N + k · i (1.5)
Измерение с помощью штангенциркуля (рис. 1.1) различных элементов конструкции (диаметров отверстия или вала, межцентрового расстояния, глубины отверстия и т.п.) проводят следующим образом: при отстопоренном винте 4 перемещают по штанге 6 нониус 5; приводят в соприкосновение с поверхностями измеряемых деталей измерительные поверхности штанги и нониуса 1 (губки для измерения наружных размеров), 2 (губки для измерения внутренних размеров) или соединенного с нониусом измерительного стержня 7 для измерения уступов и углублений. В этом положении необходимо застопорить рамку 3 винтом и снять отсчет со шкалы инструмента.
Рисунок 1.1 – Штангенциркуль
На рисунке 1.2 приведены примеры чтения показаний при измерении штангенциркулем.
Рисунок 1.2 – Примеры чтения показаний при измерении штангенциркулем с величиной отсчета по нониусу
0,1 мм (а, б) и 0,05 (в, г)