2.3. Меры длины

Меры длины предназначены для передачи линейных размеров от эталона длины к изделиям машиностроения.

Существуют две разновидности мер длины: штриховые и концевые. Штриховая мера представляет собой линейку с нанесенными штрихами. Расстояние между штрихами выдерживается с заданной точностью. Концевые меры выполняются в виде пластин со строго выдержанным расстоянием между двумя параллельными сторонами, такие меры называются плоскопараллельными.

Штриховые меры длины используют как эталоны для проверки плоскопараллельных концевых мер, для наладки особо точных станков. Их применение ограничено из–за большой сложности измерений. Значительно большее распространение получили плоскопараллельные концевые меры. В нашей стране по форме они изготавливаются в виде цилиндра или параллелепипеда. Концевые меры в виде цилиндра применяют для настройки микрометров. Параллелепипедные концевые меры используют при поверке инструментов, установке их на нуль, при проведении разметочных работ и непосредственных измерениях длин. Так как концевые меры в виде параллелепипеда или плитки получили наибольшее распространение, то в дальнейшем будем рассматривать только их. Для изготовления концевых мер необходим материал, имеющий малый коэффициент линейного расширения, большую сопротивляемость коррозии и износу, хорошую обрабатываемость. Наиболее полно этим требованиям соответствует сталь 120 ХГ. Применяют также хромистые стали марки X, ШХ15, ХГ; для получения пластин с высокой износостойкостью используют твердые сплавы.

Рабочими поверхностями концевой меры являются грани, определяющие ее размер. Шероховатость рабочих поверхностей должна быть не более R_а=0,063 мкм, а твердость – не ниже HRC_Э 62. Длина концевой меры l характеризуется срединным размером. Срединный размер – это длина перпендикуляра, опущенного из точки пересечения диагоналей свободной поверхности плитки на поверхность, к которой притерта концевая мера.

Из концевых мер составляют наборы с различным количеством плиток (прил.28). Наиболее распространенным является набор № 1. Используя плитки из разных наборов, можно собирать блоки нужных размеров с интервалом 0,001 мм.

Концевые меры обладают свойством сцепляемости. Сцепляемость происходит вследствие высокой чистоты обработки рабочих поверхностей меры и наличия на них тонкой пленки смазки. Следует помнить, что составлять блоки нужно из наименьшего возможного числа плиток, так как погрешность блока выражается формулой

, (29)

где i – погрешность i–й плитки блока, мкм; n – количество плиток в блоке (не должно превышать пяти).

Погрешность плиток зависит от класса точности их изготовления. Стандартизированы следующие классы (в порядке возрастания точности): 3, 2, I, 0, 01, 00 из стали и 3, 2, I, 0, 00 из твердого сплава. Соотношение полей допусков мер различных классов показано на чертеже 23.

Из чертежа 23 следует, что поля допусков концевых мер малы по величине, а поэтому изготовление плиток с такими допусками представляет большую сложность. Кроме того, в некоторых случаях измерения требуют точности, превышающей точность меры. К тому же плитки быстро изнашиваются. Все это потребовало вместе с делением на классы произвести деление концевых мер на разряды.

Деление на разряды, или аттестация на разряды, производится путем измерения длины концевых мер инструментом или прибором с погрешностью меньшей, чем величина поля допуска меры. Иными словами, аттестация на разряд – это определение действительного размера плитки с точностью, равной погрешности измерительного инструмента. Всего существуют пять разрядов (в порядке увеличения точности): 5, 4, 3, 2, 1.

Черт.23. Поля допусков концевых мер длиной 5 мм некоторых классов точности

Предельные отклонения концевых мер по классам и пределы допускаемых погрешностей измерения по разрядам приведены в приложении 29.

Пример аттестации концевой меры третьего класса точности на разряд показан на чертеже 24. Длина меры l = 5 мм, ее предельные отклонения по третьему классу составляют м = ± 0,8 мкм. Для аттестации применяем оптикатор 02 П ГОСТ 10593–74 с пределом допускаемой погрешности n = ± 0,1 мкм.

Измерение длины плитки показало, что ее действительный размер (l_d) отличается от номинального на величину . В нашем случае  = + 0,4 мкм. Тогда действительный размер меры будет равен (в мм):

l_d = l +  = 5 + 0,000 4 = 5,000 4.

С учетом погрешности оптикатора действительная длина меры составит (в мм)

l_d = (l + )  n = 5,000 4  0,000 1.

Аттестованная таким образом концевая мера относится к мерам 3–го разряда.

Черт.24. Определение действительного размера концевой меры

При составлении блока заданной длины из наборов концевых мер производят выбор пластин. Сумма их номинальных размеров должна равняться величине блока. Вначале выбирается плитка, исключающая из размера блока тысячные доли миллиметра. Затем следует мера, исключающая сотые доли, затем – десятые и так далее, до полного набора длины блока. Например, требуется набрать блок длиной l_б=36,876 мм с предельной погрешностью lim = ±1 мкм.

Первой выбираем плитку, размер которой оканчивался бы на шесть тысячных миллиметра. Такую плитку отыщем в наборе № 6 l₁ = 1,006 мм. Остаточная длина блока после выбора первой плитки составит (в мм)

l_б1 = l_б – l₁ = 36,876 – 1,006 = 35,870.

Вторую плитку берем с размером, оканчивающимся на семь сотых миллиметра. Такой мерой может быть плитка из набора №1 с длиной l = 1,37 мм. Остаток длины составит (в мм)

l_б2 = l_б1 – l₂ = 35,870 – 1,37 = 34,500.

И так далее. Результат выбора пластин кратко можно записать следующим образом:

Размер остатка, мм Длина плитки, мм

36,876 1,006

35,870 1,37

34,500 4,5

30,000 30

Определяем требуемую точность концевых мер. Проверяем точность плиток по третьему классу. Выписываем величины предельных отклонений выбранных плиток по третьему классу точности и вычисляем суммарную погрешность блока по формуле (29); сравниваем полученное значение погрешности блока с предельной. Условие достаточной точности блока следующее:

. (30)

Если условие (30) не выполняется, пересчитываем погрешность блока для мер с точностью по второму классу и т.д., пока суммарная погрешность блока не достигнет приемлемой величины.

Результаты расчетов для удобства сводим в таблицу 25. Таким образом, для обеспечения требуемой точности блока необходимы меры второго класса.

Таблица 25

Результаты расчета блока концевых мер длиной 36,876 мм

Длина концевых мер, мм	Номер набора	Предельные отклонения плиток (, мкм) классов точности				Погрешность блока, мкм
						предельная,  lim	Суммарная () по классу
		3	2	1	0		3	2	1	0
1,006	6	0,8	0,35	0,18	0,10	1	2,1	0,93	–	–
1,37	1	0,8	0,35	0,18	0,10
4,5	1	0,8	0,35	0,18	0,10
30	1	1,6	0,70	0,35	0,20

Задание 14

1. Концевая мера длиной l изготовлена с предельными отклонениями Δ (табл.26). Определить класс точности меры.

2. Для аттестации концевой меры (п.1 задания) использован прибор, погрешность которого составляет 20% от допуска меры. Определить разряд меры.

3. Набрать блок концевых мер длиной l_б с предельной погрешностью Δlim. Рассчитать точность мер.

Таблица 26

Размерные характеристики плиток и блока концевых мер

Вариант (первая цифра шифра справа)	Задачи
	1		2		3
	Длина меры, l, мм	Погрешность, , мкм	Длина меры, l, мм	Погрешность , мкм	Длина блока, lб, мм	Погрешность, , мкм
0	2	0,70	12	0,30	33,611	0,55
1	2,5	0,20	27	0,25	124,999	0,95
2	3	0,15	52	0,80	45,722	0,70
3	3,5	0,30	77	1,00	118,738	0,80
4	4	0,50	105	0,50	51,834	1,20
5	4,5	0,40	24	1,10	117,846	1,50
6	5	0,19	48	0,65	49,543	1,15
7	5,5	0,11	73	1,50	112,646	1,85
8	6	0,33	85	0,45	64,917	0,60
9	6,5	0,80	120	1,70	107,725	1,35