Введение

Настоящий лабораторный практикум описывает лабораторные работы по метрологии и техническим измерениям, являющиеся практической частью курса "Метрология стандартизация и сертификация".

В цикле лабораторных работ приводятся сведения о наиболее распространенных измерительных приборах, предназначенных для измерения и контроля линейных и угловых размеров, а также описываются приемы работы на них. Рассматриваются, также измерение и контроль погрешностей формы и взаимного расположения поверхностей, измерение параметров шероховатости поверхности, измерение параметров зубчатых колес и резьбовых изделий.

Лабораторные работы, описанные в настоящем пособии, позволяют студентам приобрести знания о средствах и методах измерений наиболее распространенных в машиностроении, сформировать умения и навыки производить измерения, строить поля допусков и делать по ним заключения о качестве измеряемых деталей. Выполнение лабораторных работ способствует более глубокому освоению лекционного материала.

Лабораторные работы включают:

– контроль деталей с помощью электроконтактных преобразователей;

– измерение диаметров отверстий с помощью нутромеров;

– измерение размеров калибров;

– измерение углов с помощью угломеров;

– измерение диаметров внутренних колец подшипников на горизонтальном оптиметре;

– измерение конусности наружных и внутренних конусов;

– измерение торцевых и радиальных биений;

– измерение параметров шероховатости;

– измерение параметров зубчатых колес;

– измерение параметров резьбы.

По каждой лабораторной работе оформляется протокол измерений, форма которого приводится в конце описания работы. Каждая работа на основании протокола защищается студентом индивидуально. Все рисунки и схемы, приведенные в протоколе, должны быть выполнены аккуратно с использованием линейки и циркуля. Итоговой аттестацией выполнения цикла лабораторных работ является зачет.

Лабораторные работы составлены на основании материалов учебных пособий: “Технические измерения” (Л.: Изд-во ЛПИ, 1975. 160 с.), разработанного коллективом кафедры Технологии машиностроения под руководством профессора И. С. Амосова и “Технические измерения. Измерение и контроль линейных размеров” (Л.: Изд-во ЛПИ, 1986. – 65 с.), разработанного А. А. Смирновым и О. А. Ивановым.

Основные понятия

Технические измерения – это измерения, проводимые по стандартизованным методикам с допускаемой погрешностью измерения, и являются частью метрологии.

Метрология – науки об измерениях, методах и средствах обеспечения их единства и способах достижения требуемой точности при измерении длин и углов.

Термины и определения в области метрологии приведены в МИ 2247-98, которые вышли взамен ГОСТ 16263-70.

Измерение – совокупность операций по применению технического средства, хранящего единицу физической величины, обеспечивающих нахождение соотношения измеряемой величины с ее единицей и получения значения этой величины.

Уравнение измерения имеет вид

Х = nI,

где Х – значение физической величины; n – числовое значение физической величины; I – единица физической величины.

В международной системе единиц (СИ) единицей длины является метр, а единицей плоского угла – радиан (ГОСТ 8.417-81).

Метр – расстояние, которое свет проходит в вакууме за 1/299792458 секунды.

Радиан – угол между двумя радиусами окружности, длина дуги между которыми равна радиусу.

Наравне с единицей СИ стандартом допускается применение внесистемных единиц плоского угла: градуса, минуты, секунды. Так, например, один радиан равен 57^о 17’ 44,8”.

Контролем называется сопоставление физической величины с допустимыми пределами, выполненное опытным путем с помощью специальных технических средств. Уравнение контроля можно записать в виде неравенства

Х_нм< Х < Х_нб,

где Х – сопоставляемая физическая величина; Х_нм и Х_нб – соответственно наименьшее и наибольшее предельные значения физической величины.

Для осуществления измерения и контроля необходимо использовать средство измерения – специальное техническое средство с нормированными метрологическими характеристиками. Средства измерения делятся на меры и измерительные приборы.

Мера – средство измерения, предназначенное для воспроизведения и (или) хранения физической величины одного или нескольких заданных размеров, значения которых выражены в установленных единицах и известны с необходимой точностью.

Измерительный прибор – средство измерения, предназначенное для получения значений измеряемой физической величины в установленном диапазоне.

Одним из основных метрологических показателей измерительных приборов является цена деления шкалы – для приборов со шкальным отсчетным устройством, и дискретность отсчета – для приборов с цифровым отсчетным устройством, поскольку они косвенно характеризуют его основную погрешность.

Цена деления шкалы (дискретность отсчета) – это разность значений измеряемой величины, соответствующая двум соседним отметкам шкалы

(двум последовательным импульсам отсчетного устройства).

Немаловажное значение при выборе средств измерения имеют такие параметры, как диапазон измерений – область значений измеряемой величины, для которой нормированы допускаемые погрешности, и пределы измерений – наибольшее и наименьшее значения диапазона измерений.

Значение измеряемой величины может быть получено путем прямого или косвенного измерения.

Прямое измерение – это измерение, при котором искомое значение величины находят сразу по отсчету показания прибора (измерение длины с помощью микрометра, штангенциркуля и т. п.).

Косвенное измерение – это измерение, при котором искомое значение величины находят путем вычисления на основании известной зависимости между этой величиной и величинами, подвергаемыми прямым измерениям.

Е сли, например, прямыми измерениями были определены (рис. 1) диаметры отверстий D и d и расстояние К между их краями, то межосевое расстояние между отверстиями косвенно может быть найдено по формуле:

M = K – D/2 – d/2

Большую роль при проведении измерений играет правильность выбора метода измерений – совокупности приемов использования принципов и средств измерений.

Для технических измерений наибольший интерес представляют следующие два метода.

Метод непосредственной оценки – предусматривает определение размера непосредственно по отсчетному устройству измерительного прибора прямого действия, т. е. числа n в основном уравнении измерения.

Метод сравнения с мерой – это метод, в котором измеряемую величину сравнивают с величиной, воспроизводимой мерой. Например, измерение массы на рычажных весах с гирями.

Дифференциальный метод – предполагает сравнение измеряемой величины с величиной, воспроизводимой мерой заданного размера и незначительно отличающейся от искомой величины. В этом случае значение X измеряемой величины равно алгебраической сумме размера меры m и полученной из опыта по отсчетному устройству измерительного прибора величины отклонения (разности) n измеряемой величины от размера меры. Тогда уравнение измерения будет иметь вид

X = m + n.

В машиностроении при измерении линейных размеров дифференциальным методом заданный размер наиболее часто воспроизводится с помощью плоскопараллельных концевых мер длины.

Погрешностью измерения называется отклонение результата измерения от истинного значения. Погрешность измерения выражается формулой

 = Х_изм – Х_ист.

Она зависит от погрешности применяемых измерительных средств, а также от погрешности установочных мер, температурных деформаций и т. д. Значения допускаемых погрешностей измерения регламентируется ГОСТ 8.051-81, а предельные погрешности измерения для универсальных средств измерения линейных размеров до 500 мм приводится в РД 59-98-86. В результате измерения с допускаемой погрешностью мы получаем действительный размер.

Р а б о т а 1