Глава 2.4. Размерные измерения. Измерительные инструменты

2.4.1. Штангенинструмент

К этой группе относятся штангенинструменты, снабженные нониусной шкалой, и микрометрические инструменты, в которых для увеличения передаточного отношения использована винтовая пара.

Эти инструменты широко используют для контроля наружных и внутренних размеров  штангенциркули, микрометры, микрометрические штихмасы); глубин и высот пазов  штангенглубиномеры, микрометрические глубиномеры; высот и разметки деталей  штангенрейсмусы и др.

При оснащении этих инструментов специальными губками и вставками их можно использовать и для контроля размеров (параметров) резьб, листов, труб, зубчатых колес и т.д.

Штангенинструмент имеет линейки с основной шкалой 1 и шкалой нониуса 2 (рис. 2.3,а), позволяющего по порядковому номеру совпадающих штрихов (на примерах показано стрелкой) отсчитать дробные доли деления основной шкалы. Основные шкалы имеют цену деления 0,5 или 1 мм, нониусные 0,1 (рис. 2.3,а) или 0,05 мм (рис. 2.3,б). Отсчет размера выполняют по формуле

А = n₁i₁ + n₂i₂ , (2.3)

где i₁, и n₁ - цена деления и число целых делений основной шкалы, пройденных нулевым штрихом нониуса; i₂, и n₂ - цена деления и порядковый номер штриха нониуса, совпадающего со штрихом основной шкалы. Так, для примера отсчета, показанного на рис. 2.3,б, А = 561 + 50,05 = 56,25 мм. Погрешность штангенинструментов при измерении размеров до 1000 мм составляет 0,1 мм. Нониусные устройства с угловыми шкалами используют также в угломерах типа УН и УМ с ценой деления нониуса 2, 5 и 15'.

Рис. 2.3. Примеры отсчета размеров по нониусу Рис. 2.4. Схема рычажно-

штангенинструмента (а, б) и по и шкалам зубчатой измерительной

микрометрического инструмента (в) головки

Микрометрические измерительные инструменты имеют винтовую пару, микрогайка которой обычно жестко скреплена с корпусом 1, снабженным основной шкалой, а микровинт 2 скреплен с барабанчиком 3, имеющим круговую шкалу обычно с 50-ю делениями (рис. 2.3,в). Так как основная шкала состоит из двух рядов делений (верхних и нижних) с относительным смещением 0,5 мм, а шаг винтовой пары составляет также 0,5 мм, то цена деления барабанчика микрометра с = 0,5/50 = 0,01 мм. Выпускают также микрометры с цифровым отсчетом результата, в сочетании с рычажно-зубчатой передачей, позволяющей отсчитывать доли деления шкалы. Поскольку погрешность винтовой пары с увеличением ее длины возрастает, погрешность измерения размеров до 25 мм составляет 3 мкм, размеров до 100 мм  10 мкм.

2.4.2. Измерительные головки

Это обширная группа приборов, главным образом механических. Их используют либо в сочетании со стойками и штативами (ГОСТ 10197-70), либо как составные части более сложных измерительных приспособлений (рычажных скоб, нутромеров, толщиномеров, стенкомеров, глубиномеров и др.). Наиболее распространенными являются индикаторы, имеющие зубчатую или рычажно-зубчатую повышающие передачи.

В рычажно-зубчатых индикаторах типа ИГ (рис. 2.4) при перемещении измерительного наконечника 1 поворачивается рычаг 10, воздействуя на зубчатый сектор 9, который входит в зацепление с трибом 2, сидящим на одной оси с зубчатым колесом 3. Зубчатое колесо передает вращение на триб 8, несущий стрелку 4. Для отсчета целых оборотов служит зубчатое колесо 7 со стрелкой 5. Спиральная пружина 6 предназначена для выбора мертвого хода в зубчато-рычажной передаче.

Выпускают индикаторы часового типа (ГОСТ 577 - 68) с ценой деления 10 мкм и пределами измерений от 0 ... 2 до 0 ... 10 мм, измерительным усилием от 0,8 до 2,5 Н и погрешностью измерения от 4 до 20 мкм.

Для дистанционного отсчета контролируемой величины разработаны опытные образцы индикаторов с цифровым электронным табло.

Рычажно-зубчатые индикаторы типов ИГ (ГОСТ 18833-73), 1 МИГ (ГОСТ 9696-82) и ИРБ (ГОСТ 5584-75) выпускают с ценой деления 1, 2 и 10 мкм, диапазоном измерений 0,1; 0,2; 1,2 мм, измерительным усилием до 2,0 Н и погрешностью от 0,4 до 5 мкм.

Рис. 2.5. Рычажно-зубчатые микрометрические скобы с отсчетом:

а - по шкалам; б - цифровым

На рис. 2.5, а показана рычажно-зубчатая передача 1 - 3 в сочетании с микрометром 4, а на рис. 2.5, б - рычажная скоба, используемая для контроля длины общей нормали зубчатого колеса Д.

Такое сочетание позволяет выполнять как абсолютные измерения с помощью микрометра, так и относительные - с помощью индикаторной передачи, т. е. осуществлять контроль отклонений детали Д от заданного микрометром размера. Серийно выпускают рычажные микрометры типа МР (ГОСТ 4381-80) с диапазоном измерения - 25 мм, ценой деления отчетного устройства 2 мкм, диапазоном показаний не менее 0,14 мм, измерительным усилием - 6,0  1,0 Н и допускаемой погрешностью 1 мкм.

Наиболее точными серийно выпускаемыми измерительными головками этой группы являются приборы с пружинной передачей. Основу этой передачи составляет бронзовая плоская лента 3, завитая от ее середины в разные стороны (рис. 2.6).

Один конец ленты жестко закреплен, второй - присоединен к подвижному угольнику 6. В середине ленты прикреплена либо стрелка 4 (у микрокатора или микатора), либо зеркальце 4' (у оптикатора). При перемещении измерительного наконечника 1, подвешенного на мембранах 2, угольник б поворачивается относительно пружинной подвески, растягивает пружинную ленту 8. Раскручиваясь, последняя перемещает стрелку или зеркальце. Для отсчета показаний служит шкала 5.

У оптикаторов световой пучок проецируется на зеркальце с помощью конденсора. Благодаря дополнительной оптической системе чувствительность оптикатора в 2 раза выше, чем у микрокатора. Преимущества приборов с пружинной передачей: простота конструкции, высокая долговечность (гарантируется 700 тыс. условных измерений), высокая точность (до 0,02 мкм), безинерционность и возможность автоматизации контроля при использовании фотоэлементов.

Рис. 2.6. Схема пружинных измерительных головок:

а- микрокатора;б- оптикатора

Ленинградский инструментальный завод (ЛИЗ) выпускает измерительные головки пружинные (микрокаторы) ИГП (ГОСТ 6933-81), микаторы ИПМ (ГОСТ 14712-79), миникаторы ИРП (ГОСТ 14711-69) и оптикаторы (ГОСТ 10598-74) с ценой деления от 0,1 до 10 мкм, диапазоном измерений от 4 до 300 мкм, допускаемой погрешностью от 0,1 до 5 мкм и измерительным усилием от 0,05 до 3 Н.