POGALOVLAB

Средства измерений

Все штангенинструменты имеют базовую деталь - штангу, на которой нанесена основная шкала с интервалом деления 1 мм, и подвижную рамку с линейным нониусом. Наиболее распространенным видом штангенинструментов является штангенциркуль.

Основные виды и конструкции штангенциркулей описаны в лабораторном практикуме "Метрология" (работа № 3).

Работа микрометрических инструментов основана на использовании винтовой пары. Винт, вворачиваемый в неподвижную гайку, получает перемещение вдоль оси. За полный оборот винта его осевое перемещение равно шагу однозаходной резьбы. Унифицированная микрометрическая головка, которой оснащен этот инструмент, имеет винт с шагом P = 0,5 мм и осевым ходом l = 25 мм. Конструкция гладкого микрометра описана в лабораторном практикуме "Метрология" (работа № 4).

Оптический длиномер предназначен для контактных измерений наружных линейных размеров методом непосредственной оценки (в пределах до 100 мм)

7

6

5

4

3

2

1

Измеряемая деталь

Рис.3. Оптическая схема вертикального длиномера ИЗВ-2:

1-осветительная лампочка;2-конденс4 - основная шкала;5 - измерительный плунжер; 6 - отклоняющая призма; 7 - оборачивающая призма; 8 - объектив; 9 - поворотная пластина спирального нониуса; 10 - ручка вращения поворотной пластины; 11 - коническая зубчатая передача; 12 - неподвижная пластина, 12 – окуляр.

111

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

или дифференциальным методом (при размерах от 100 до 200 мм).На рис.3 показаны основные элементы оптической схемы вертикального длиномера ИЗВ-2 .

Свет от лампочки 1 проходит через зеленый светофильтр, конденсор 2, формирующий параллельный пучок света, диафрагму 3, ограничивающую размер пучка, и стеклянную шкалу 4, закрепленную в измерительном плунжере 5 прибора. Стеклянная шкала является основной шкалой длиномера, цена ее деления 1 мм, диапазон измерения 100 мм. Далее свет проходит через систему призм 6 и 7, изменяющую направление светового луча для удобства работы на приборе. Объектив 8, увеличивает изображение основной шкалы и фокусирует его в плоскости нониусных шкал. На поворотной пластине 9 нанесены элементы спирального нониуса - двойная спираль Архимеда и круговая шкала, по которой отсчитываются сотые и тысячные доли миллиметра. Пластина поворачивается с помощью ручки 10 и конической зубчатой передачи 11. На неподвижной пластине 12 нанесена линейная нониусная шкала, по которой отсчитываются десятые доли миллиметра, и отсчетный указатель. Окуляр 13 увеличивает изображения всех трех шкал прибора.

В длиномере, как и в некоторых других точных оптических приборах (например, в микроскопе УИМ-21), применяется унифицированный отсчетный микроскоп типа ОМС, включающий объектив, две нониусные шкалы и окуляр (позиции 8 … 13 на рис.3). Зазор между пластинами не превышает 0,1 мм, а шкалы нанесены на сторонах пластин, обращенных друг к другу, с целью уменьшения погрешности от параллакса.

Устройство спирального нониуса основано на использовании спирали Архимеда (рис.4), уравнение которой в полярной системе координат имеет вид:

r = r0 + 2Pp ×j = NP × n,

где r0 - начальный радиус спирали; P - шаг спирали; N - число делений, на которое разделена окружность; n - номер деления, соответствующий произвольному радиусу r ; φ

– угловая координата радиуса r.

Спиральный нониус отсчетного микроскопа ОМС имеет следующие характеристики: шаг спирали P = 0,1 мм; число делений N = 100; цена деления c = P/N = 0,1/100 = 0,001 мм.

112

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

участке между двумя радиальными полосами зазоры между штрихом и каждой линией спирали были равны.

Отсчет по спиральному нониусу производят следующим образом. Целые миллиметры считываются по тому штриху основной шкалы, который находится в пределах неподвижной нониусной шкалы (по рис.5: 1 × 12 = 12 мм).

Десятые доли миллиметра считываются по штриху неподвижной шкалы, расположенному рядом со штрихом основной шкалы со стороны указателя (по рис.5: 0,1 × 2 = 0,2 мм). Сотые и тысячные доли миллиметра определяются по штриху круговой

шкалы напротив указателя после совмещения двойной спирали со штрихом основной шкалы (по рис.5: 0,001 × 72,5 = 0,0725 мм). Полный отсчет равен сумме отсчетов по всем шкалам прибора (по рис.5: 12 + 0,2 + 0,0725 = 12,2725 мм). При этом погрешность

оптической схемы не позволяет производить отсчет по круговой шкале с точностью менее половины ее деления.

Лабораторное задание

1.Освоить принципы построения Единой системы допусков и посадок (ЕСДП).

Научиться определять с помощью таблиц ЕСДП числовые значения допусков и предельных отклонений линейных размеров по их условному обозначению.

2.Освоить методику выбора средств измерений для линейных размеров.

3.Изучить конструкцию и принцип действия некоторых средств измерений и получить навыки измерения линейных размеров.

4.Изучить различные виды нониусов, используемых в средствах измерений.

Порядок выполнения работы

1.В процессе домашней подготовки оформить раздел "Теоретические сведения" отчета, зарисовать внешний вид штангенциркуля и микрометра, оптическую схему длиномера (с указанием основных элементов), подготовить форму таблицы 3 (на целой странице).

2.Зарисовать эскиз детали с указанием номинальных значений и предельных отклонений контролируемых размеров (для сопрягаемых размеров – в условной форме, для несопрягаемых – в форме записи технических требований). С помощью таблиц ЕСДП

определить числовые значения предельных отклонений для всех контролируемых

114

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

размеров и занести в форму табл.3.

3. Используя таблицу в Теоретической части лабораторного практикума "Метрология",

обоснованно выбрать средства измерений для контроля каждого заданного размера в зависимости от его номинального значения и номера квалитета; результаты занести в форму табл. 3.

4.Произвести измерения всех заданных размеров. Каждый размер измерить три раза, последовательно поворачивая деталь после очередного измерения на треть оборота. Рассчитать среднее арифметическое результатов наблюдений. Результаты наблюдений и расчетов занести в форму таблицы 3.

5.Рассчитать значения действительных размеров и отклонений. Действительный размер равен разности среднего значения и начального показания. Действительное отклонение равно разности действительного и номинального размеров.

6.Дать заключение о годности по каждому размеру и по детали в целом. Варианты заключения о годности: "годен", "брак исправимый", "брак неисправимый". Обобщением заключений о годности по отдельным размерам является заключение о годности детали.

Форма таблицы 3

Измерительный контроль линейных размеров

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

измерений

размеров детали, мм

Среднее показание прибора, мм

Действительный размер, мм

Действительное отклонение, мм

Заключение о годности (годен; брак; брак исправим)

Требования к отчету

Отчет должен содержать:

1)название и цель работы, основные теоретические сведения;

2)эскиз контролируемой детали с размерами и предельными отклонениями, а также с техническими требованиями относительно точности несопрягаемых размеров;

3)заполненную таблицу результатов измерений размеров детали;

4)внешний вид штангенциркуля с указанием его основных элементов;

5)внешний вид гладкого микрометра с указанием его основных элементов;

6)оптическую схему вертикального длиномера.

Контрольные вопросы

1.Дайте понятия размеров - номинального, предельного, истинного, действительного.

2.Дайте определения отклонений - предельного, среднего, основного, действительного.

3.Что такое допуск размера и от каких параметров размера он зависит?

4.Коэффициент точности и его связь с номером квалитета.

5.Единица допуска и ее зависимость от номинального размера.

6.Что такое поле допуска? Чем определяется его высота и положение относительно нулевой линии?

7.Приведите примеры формы обозначения предельных отклонений линейных размеров.

8.Что такое нониус? Какие виды нониусов используются в средствах измерений?

9.Правило считывания результата измерения со шкал штангенинструментов.

10.Трещотка в микрометрических инструментах и ее назначение.

11.Как считывается результат при измерении микрометрическим инструментом?

116

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

12.Назовите элементы оптической схемы длиномера и укажите их назначение.

13.Объясните устройство спирального нониуса.

14.Как производится отсчет по спиральному нониусу?

15.Назовите методы измерений, которые используют при измерении размеров с помощью штангенциркуля ШЦ-1.

16.Назовите методы измерений, которые используют при измерении размеров с помощью гладкого микрометра.

17.Назовите методы измерений, которые используют при измерении размеров с помощью вертикального длиномера ИЗВ-2.

18.Сформулируйте компараторный принцип Аббе. К чему может привести несоблюдение принципа Аббе в измерительных средствах?

Рекомендованная литература

1.А.А.Дегтярев, С.Д.Осипова, А.И Погалов, В.П. Ращинский, Е.А. Сахаров. Под редакцией А.А.Дегтярева, Технические измерения, Лабораторный практикум.М.МИЭТ, 2000 г., 104 с.

117

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

Лабораторная работа № 13.

КОНТРОЛЬ РАЗМЕРОВ И РАСПОЛОЖЕНИЯ ЭЛЕМЕНТОВ ИНТЕГРАЛЬНОЙ МИКРОСХЕМЫ

Цель работы: ознакомление с методами расчета размерных цепей (на примере интегральной микросхемы). Получение навыков составления и решения размерной цепи;

освоение методики измерения линейных размеров на точном измерительном оборудовании.

Продолжительность работы: 4 или 2 часа.

Оборудование и средства измерительной техники: универсальный измерительный микроскоп УИМ-21, малый инструментальный микроскоп ММИ-2, микроскоп МИР-12.

Теоретические сведения

Основные термины, обозначения и определения размерных цепей установлены ГОСТ 16319-80. Порядок составления и решения размерных цепей установлен ГОСТ 16320-80.

Размерной цепью называют совокупность взаимосвязанных размеров, образующих

замкнутый контур и определяющих точность взаимного расположения осей или поверхностей одной или нескольких деталей. Размеры, образующие размерную цепь, принято называть звеньями. Каждому звену размерной цепи соответствует один из конструктивных размеров изделия или отдельной детали.

По взаимному расположению звеньев размерные цепи делят на линейные, угловые, плоские и пространственные. Чаще других встречается линейная размерная цепь, звенья которой являются линейными размерами, расположенными на параллельных прямых

(рис.1).

Исходным называют размер, который получается последним в процессе обработки детали, сборки узла (изделия) или измерения. На чертеже он не указывается. Звено размерной цепи, соответствующее исходному размеру, называют замыкающим.

А3

А2

А1

Рис.1. Линейная размерная цепь

118

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

Точность замыкающего звена зависит от точности остальных звеньев цепи, называемых составляющими. Замыкающее и составляющие звенья одной размерной цепи обозначают одной и той же прописной буквой латинского алфавита, например A, B, C, D, L. Причем замыкающее звено имеет индекс å или , а составляющие - числа натурального ряда (например, Lå, L1, L2, L3, … Ln).

По характеру влияния на величину замыкающего звена составляющие звенья разделяют на увеличивающие Lув и уменьшающие Lум. Приняты обозначения: число увеличивающих звеньев - m, уменьшающих - p; число составляющих звеньев n = m + p.

Номинальное значение замыкающего звена линейной размерной цепи определяют по формуле

составляющих звеньев линейной размерной цепи xув = +1, для уменьшающих звеньев xум =

-1.

При решении размерных цепей различают две задачи. Проектная (прямая) задача

состоит в определении предельных отклонений на составляющие звенья по заданному допуску на замыкающее звено при известных номинальных значениях всех звеньев. Проверочная (обратная) задача заключается в определении номинального значения

замыкающего звена и границ поля его рассеивания при известных номинальных значениях и предельных отклонениях составляющих звеньев цепи.

Методы расчета размерных цепей обеспечивают полную или неполную взаимозаменяемость.

Полную взаимозаменяемость обеспечивает расчетный метод максимума-минимума,

который исходит из наиболее неблагоприятного сочетания действительных отклонений составляющих звеньев. Связь между диапазоном рассеивания замыкающего звена и

допусками составляющих звеньев определяется зависимостью

n

RLΣ = åTLj .

Вероятностный метод решения размерных цепей не обеспечивает полную взаимозаменяемость, поскольку исходит из того, что действительные отклонения звеньев являются случайными величинами. Диапазон рассеивания замыкающего звена и допуски

составляющих звеньев связаны соотношением

119

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

где kj - коэффициент относительного рассеяния составляющего звена:

k = 1 - для нормального закона рассеяния отклонений (закона Гаусса); k = Ö1,5 »1,22 - для закона треугольника (закона Симпсона);

k = Ö3 » 1,73 - для закона равной вероятности.

Параметры поля рассеивания замыкающего звена (рис.2) определяют из выражений:

При решении проектной (прямой) задачи применяют в основном два способа - способ равных допусков и способ одного квалитета.

Способ равных допусков используют для предварительного назначения допусков составляющих звеньев. Этот способ предполагает, что допуски всех составляющих звеньев могут быть приняты равными некоторому среднему допуску TmL

TL1 = TL2 = … =TLj = … = TmL.

При расчете методом максимума-минимума допуск любого составляющего звена

120

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com