книги из ГПНТБ / Якушев А.И. Взаимозаменяемость, стандартизация и технические измерения учебник

Систематические погрешности должны суммироваться: посто­ янные — алгебраически, т. е. с учетом знака; переменные — по наибольшим абсолютным величинам и с тем знаком, при котором суммарная погрешность по абсолютной величине будет наиболь­

шей.

На основании равенства (47) можно считать, что при нормаль­ ном распределении с вероятностью, равной 0,9973, предельная случайная погрешность измерения будет

Из теории вероятностей известно, что дисперсия суммы несколь­ ких независимых случайных величин равна сумме дисперсий этих величин, т. е.

Из уравнения (54) следует, что суммирование слагаемых слу­ чайных погрешностей, входящих в погрешность результата изме­ рения при их взаимной независимости и одинаковом распределе­ нии, должно производиться квадратически.

Укажем, что предельная погрешность Ди Y ряда средних арифметических будет

где Ацщ определяются по уравнению (53).

Предельная суммарная погрешность измерения или изготов­ ления, состоящая из систематических и случайных погрешностей,

As lim = 2- Aj сист dl V"Айш14“ АйшзЧ- •••“Ь Apm ni

где 2 А ;си0т — алгебраическая сумма систематических погреш­ ностей, проставляемая со своим знаком; Ацш1, АцШ2, ..., Дцтп — предельные случайные погрешности, входящие в As пш-

Эта формула справедлива, если законы распределения всех случайных погрешностей одинаковы (например, все погрешности подчиняются нормальному закону).

При определении наибольшей предельной погрешности (наихудший случай) у квадратичной суммы случайных погрешностей берется тот же знак, который имеет сумма систематических по­ грешностей SAjcjcj.

91

ГЛ АВА V

УНИВЕРСАЛЬНЫЕ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ СРЕДСТВА

Средства измерения, применяемые в машиностроении, можно разделить на две группы: измерительные инструменты и приборы; автоматические средства контроля. По назначению измерительные приборы делятся на универсальные и специальные. Специальные приборы предназначены для имерения одного или нескольких параметров деталей определенного типа (такие приборы описаны в главах, где рассматривается контроль типовых соединений дета­ лей). По числу параметров, проверяемых при одной установке детали, различают одномерные и многомерные измерительные средства, а по степени механизации процесса измерения — неавто­ матические (ручного действия), механизированные, полуавтомати­ ческие и автоматические.

§20. УНИВЕРСАЛЬНЫЕ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ИНСТРУМЕНТЫ

ИПРИБОРЫ

Измерительные инструменты. К этим инструментам относятся штангенциркули, предназначенные для измерения наружных и внутренних размеров (рис. 21), штангенглубиномеры, служащие для контроля глубины отверстий и пазов, штангенрейсмусы для разметки и измерения высоты (рис. 22) и микрометрические изме­ рительные инструменты.

В штангенинструментах применяется нониус — отсчетное приспособление в виде линейки со шкалой, по которой переме­ щается шкала нониуса. Оно позволяет отсчитывать дробные доли деления основной шкалы. Нониусы изготовляют с величиной отсчета 0,1; 0,05 и 0,02 мм (см. рис. 21, в).

Расчет нониуса производится следующим образом. По задан­ ной длине деления с основной шкалы, величине отсчета по нониусу г, количеству у делений основной шкалы, соответствующему одному делению шкалы нониуса (модуль нониуса), определяют число п делений! нониуса, длину деления Ъ шкалы нониуса и длину I шкалы нониуса:

п = 10, длина деления b — 1,9 мм и длина шкалы I — 19 мм.

93

Предельные погрешности штангенинструмента при измерении размеров от 1 до 500 мм составляют 80—300 мкм.

Штангенциркули выпускают следующих трех типов: ШЦ-Т — с двусторонним расположением губок для наружных и внутр( нних измерений и с линейкой для определения глубин (см. рис. 21, а), величина отсчета по нониусу составляет 0,1 мм; НЩ-11 — с дву­ сторонним расположением губок для измерения н для разметки,

величина отсчета по нониусу 0,05 или 0,1 мм; ШЦ-Ш — с одно­ сторонними губками для наружных и внутренних измерении с ве­ личиной отсчета по нониусу 0,05 или 0,1 мм.

В ГДР изготовляют индикаторные штангенциркули с ценой деления 0,1; 0,05 и 0,02 мм (см. рис. 21, б). В штангу такого инстру­ мента вмонтирована зубчатая рейка, по которой перемещается зубчатое колесо индикатора, закрепленного на рамке, связанной с подвижной губкой. Перемещение зубчатого колеса передается на стрелку индикатора. По шкале, нанесенной на штанге, отсчи-

94

тыкаются десятки миллиметров, стрелка показывает единицы, десятые и сотые доли миллиметра. Существуют также индикаторные штангенглубипометры и штангенрейсмусы. Наличие индикаторного устройства создает большие удобства для отсчета результатов изме­ рений; при этом увеличивается производительность труда контро­ лера.

Штангенрейсмусы предназначены для разметочных работ и определения высоты деталей, установленных на поверочной плите

(см. рис. 22).

Рис. 22. Штангенрейсмусы:

с цифровым отсчетом показаний (с ценой деления 0,05 и 0,01 мм). На штанге такого прибора (см. рис. 22, б) нарезана зубчатая рейка, по которой перемещается зубчатое колесо ротационного фотоэлек­ трического счетчика импульсов, закрепленного на рамке, связан­ ной с измерительной губкой. За .один оборот зубчатого колеса счетчик дает 1000 импульсов. Счетчик связан с цифровым отсчетным устройством, к которому может быть подключена цифро­ печатающая машинка, автоматически записывающая результаты измерений.

Микрометрические измерительные инструменты основаны на использовании винтовой пары (винт — гайка), позволяющей пре­ образовывать вращательное движение микровинта в поступатель-

95

нее. Цена деления таких инструментов — 0,01 мм. Принцип микро­ метрических нар используется в конструкциях многих измери­ тельных приборов.

Приборостроительные заводы выпускают следующие микромет­ рические инструменты: микрометры гладкие для измерения наруж­ ных размеров (рис. 23, а); нутромеры для определения внутрен­ них размеров; глубиномеры; специальные микрометры — листо­ вые, трубные, зубомерные, со вставками и др. Иа измерительные поверхности микрометров часто напаивают пластинки из твердого сплава, что значительно повышает их износостойкость. Измери­ тельное усилие у микрометра равно 700 ± 200 ell (0,7 ± 0,2 кгс).

Отсчет 12,72

Рис. 23. Микрометрические инструменты:

а — микрометр гладкий; б — пример отсчета (1 — продольная шкала; 2 — кру­ говая шкала); в — с цифровым отсчетом

Отсчетное устройство микрометрических инструментов (рис. 23, б) состоит из двух шкал: продольной 1 и крз?говой 2. Продоль­ ная шкала имеет два ряда штрихов, расположенных по обе сто­ роны горизонтальной линии и сдвинутых один относительно дру­ гого на 0,5 мм. Оба ряда штрихов образуют, таким образом, одну продольную шкалу с ценой деления 0,5 мм, равной шагу микро­ винта.

Круговая шкала обычно имеет 50 делений (при шаге винта S = 0,5 мм). По продольной шкале отсчитывают целые милли­ метры и 0.5 мм, по круговой шкале — десятые и сотые доли мил­ лиметра.

Выпускают микрометры с цифровым отсчетом всего результата измерения (рис. 23, в). Отсчетное устройство основано на меха­ ническом принципе действия.

Предельная погрешность микрометров зависит от верхних пределов измерения и может составлять от ± 3 мкм (для микромет-

96

ров с пределом измерения 0—25 мм) до 150 мкм (для микромет­ ров с пределом измерения 400—500 мм).

Механические измерительные приборы. Рычажно-механические измерительные приборы основаны па преобразовании малых пере­ мещении измерительного стержня в большие перемещения ука­ зателя (стрелки). В зависимости от типа механизма они делятся на рычажные, с зубчаток, рычажно-зубчатой и с пружинной пере­ дачей.

Рычажно-механические приборы просты в изготовлении и надежны в эксплуатации, благодаря чему они получили широкое

200, 500 или 1000). Большим пле­

чом является расстояние L от конца стрелки 6 до опорного ножа 4. Перемещение измерительного стержня 1 передается качающейся опоре 2, которая поворачивает призму 3 вокруг острия неподвиж­ ной опоры 4. При этом происходит поворот рамки 5 и связанной с ней стрелки 6 относительно шкалы 7.

Измерительная сила создается пружиной 8; она равна

400ell.

Кнедостаткам миниметров следует отнести быстрый износ ножей и призм, требующий частого ремонта, малые пределы измерения по шкале, значительная измерительная сила, инер­ ционность. Поэтому, несмотря на простоту конструкции, мини­ метры уступают место более совершенным приборам с пружинной передачей (микрокаторам) и рычажно-зубчатым головкам.

К числу приборов с зубчатой передачей относятся индикаторы часового типа, которые очень широко применяются в практике технических измерений.

На рис. 25, а показана кинематическая схема индикатора с це­ ной деления 0,01 мм. Зубчатая рейка, нарезанная на измеритель­ ном стержне 1, сцепляется с зубчатым колесом г2, на оси которого неподвижно сидит колесо z3.

При измерении детали линейное перемещение измерительного стержня в точных направляющих втулках 3 вызывает поворот колес z2, z3 и соответственно зубчатого колеса zxс закрепленной на его оси большой стрелкой 4 индикатора. Колесо z4, на оси которого неподвижно посажена втулка 8 с пружинным волоском 7, нахо­

дится в зацеплении с колесом zx. Пружинный волосок обеспечи­ вает работу передачи по одной стороне профиля зуба, что устраняет мертвый ход. Измерительное усилие (в пределах 80—200 сН) создается пружиной 2. Один оборот большой стрелки 4 индикатора соответствует перемещению измерительного стержня 1 на 1 мм. Целые миллиметры отсчитываются по шкале 5 при помощи ма­ лой стрелки 6, сидящей на оси колеса z4.

Погрешность индикаторов часового типа довольно значительна: от ± 4 ,5 до ± 2 6 мкм. Однако-благодаря большому пределу изме­ рений они часто применяются в измерительных устройствах и приспособлениях. Б последнее время появились индикаторы часо­ вого типа с цифровым (электронным) отсчетом показаний (рис. 25, б). Из многочисленных разновидностей приборов, имеющих рычажно-зубчатую передачу, рассмотрим только наиболее употре­ бительные.

В рычажных микрометрах или скобах (рис. 26) при измерении чувствительная «пятка» 1, перемещаясь, воздействует на рычаг 2, зубчатый сектор которого поворачивает зубчатое колесо 3 и стрел­ ку, неподвижно укрепленную на его оси. Пружина 4 постоянно прижимает колесо 3 к зубчатому сектору, устраняя таким образом

98

мертвый ход. У рычажной скобы микровинт 5 не имеет отсчетного устройства, оно ость на микровинте рычажного микрометра.' Цена деления шкалы рычажного микрометра и скобы 0,002 мм. Пределы измерений по шкале составляют: у рычажной скобы ±0,08 мм, у рычажного микрометра ±0,02 мм. Выпускаются также рычажные скобы с встроенным цифровым огечетным устройством

(рис. 20, б).

Ленинградский инструментальный завод (ЛИЗ) изготовляет рычажно-зубчатые измерительные головки двух моделей: одно­ оборотные (1ИГ и 2ИГ с ценой деления 1 и 2 мкм соответственно; пределы измерений по шкале ± 5 0 и ±100 мкм) и многооборотные (1МИГ и 2МИГ с ценой деления 1 и 2 мкм соответственно; пределы измерения 1 и 2 мм). Они имеют гарантийный ресурс работы

Рис. 26. Рычажно-зубчатые измерительные инструменты:

а — схема рычажной скобы (или микрометра); б — рычажная скоба с циф­ ровым отсчетом

(до первого отказа) 350 000 условных измерений. Многооборотные головки используют в тех случаях, когда требуются высокая точность и большие пределы измерения.

В головке модели ИГ (рис. 27) применен механизм с двумя рычажными и одной зубчатой передачами. При перемещении изме­ рительного стержня 1 в двух направляющих втулках 8 происходит поворот рычага 3, который воздействует на рычаг 5, имеющий на большом плече зубчатый сектор, входящий в зацепление с зубча­ тым колесом (трибом) 4. На оси колеса 4 сидят стрелка и втулка, связанная со спиральной пружиной 6, выбирающей мертвый ход. Измерительное усилие создается пружиной 7.

Для арретирования измерительного стержня служит рычажок 2. Шкала снабжена двумя переставляемыми указателями допуска 9. Головка крепится в стойке или в приспособлении за втулку 10

диаметром 8 мм.

Приборы с пружинной и пружинно-оптической передачей.

Приборы этого типа построены по принципу использования в передаточных механизмах упругих свойств скрученной бронзо­ вой ленты, закрепленной по концам и скрученной за середину.

Если такую ленту растягивать, то ее средняя часть, к которой прикрепляется стрелка, будет раскручиваться вместе со стрелкой. Такие приборы отличаются простотой конструкции передаточного механизма, отсутствием трения в звеньях механизма, что делает их очень долговечными (гарантийная износостойкость до первого ремонта достигает 700 000 условных измерений). Кроме того, эти приборы не имеют погрешности обратного хода, обладают высо­ кой чувствительностью, малой измерительной силой. Их кон­ струкция технологична и, следовательно, невелика стоимость изготовления. Они предназначены для точных относительных изме-

Рис. 27. Рычажно-зубчатая измерительная головка

1ИГ:

а — схема; б — общий вид

рений размеров и проверки отклонений деталей от правильной геометрической формы. Приборы этого типа широко применяют для лабораторных и цеховых измерений; они уже вытесняют миниметры и постепенно заменяют оптиметры и ультраоптиметры.

Пружинные и пружинно-оптические измерительные приборы четырех основных типов выпускает завод ЛИЗ: микрокаторы ИГП, микаторы ИПМ, мшшкаторы ПРИ и онтикаторы (рис. 28). Первые три типа приборов имеют цену деления 0,1; 0,2; 0,5; 1,0; 2,0 мкм (намечен выпуск микрокаторов с ценой деления 0,02 и 0,05 мкм). Пределы измерений но шкале микрокатора ±3 0 , а у онтикатора ±120 делений. Созданы опытные образцы многооборотных пружинных приборов. Разработан широкопредельный микрокатор с ценой деления 1 мкм и пределами измерения по шкале ±100 мкм (рис. 28, б). Измерительную силу у всех этих 'приборов можно регулировать в пределах 5—150 сН.

100