Міністерство освіти і науки України

Придніпровська державна академія будівництва та архітектури

Кафедра матеріалознавства та обробки матеріалів

МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ

до лабораторних робіт

з дисципліни "Взаємозамінність, стандартизація та технічні вимірювання"

для студентів спеціальностей 7.090114, 7.090228, 7.090101

Дніпропетровськ, 2005

Вступ

Основним видом вимірювань, які проводять в машинобудуванні є вимірювання лінійних і кутових розмірів.

Лінійний розмір - це розмір, який виражається в лінійних одиницях вимірювання, тобто в метрах, міліметрах і інших дольних і кратних одиницях. До вимірювання лінійних розмірів відносяться вимірювання діаметрів і довжин циліндричних деталей, довжини, ширини і висоти плоских деталей і ін. У машинобудуванні 90-95% всіх вимірювань доводиться на вимірювання лінійних розмірів, в електромашинобудуванні - 80%.

Кутовий розмір - це кут між двома поверхнями. Окремим випадком таких вимірювань є вимірювання відхилень від прямого кута або точність розташування зубів в зубчатому колесі.

Сучасна система мір

Створення сучасної системи мір продовжується вже декілька сторіч. Староруська система мір довжини включала версту, сажень, лікоть і п'ядь, які знаходилися в наступних співвідношеннях: 1 верста = 750 сажнів = 2250 ліктя = 4500 п'ядей. Ці одиниці ґрунтувалися на природних величинах, тобто були встановлені з розмірів тіла чоловіків із зростом, що найчастіше зустрічається, - 170см.[ 1 ].

У середині 16 століття (часи становлення Московського князівства) з'явилася міра запозичена зі сходу - аршин, яка з часом витіснила лікоть.

«Аршин» був рівний 720мм. Походження назви міри точно не встановлено, але припускають, що воно відбулося від найменування турецької міри довжини "а р ш і м " або від персидської міри довжини - "а р ш і".

За часів Петра 1 російські міри довжини зближуються з англійськими шляхом встановлення простих співвідношень між ними. Був введений англійський фут (foot- нога, англ.) з його частками, у зв'язку з широким використовуванням цієї міри при кораблебудуванні. Залежності були наступні: сажень = 7 футам (англ.) = 21,336мм. аршин = 28 дюймам (англ.) = 2 ¹ /₃ футам = 711,2 мм , фут (англ.) = 12 дюймам; дюйм = 10 лініям.

У зв'язку з тим, що вибір одиниць вимірювання був довільний, це не привело до їх одноманітності. Наприклад, в Росії до Жовтневої революції в довіднику для будівельників було приведено 100 різних футів [ 1 ]

Разом з цим в 1670 році французький священик Габрієль Мутон запропонував одиницю довжини, засновану на новому принципі. Він запропонував м е т р (metre від грецького, metron, що означає " міра"), рівний однієї десяти мільйонної (1\10.000.000, тобто 1· 10^-7) частини від ¹/₄ частини земного меридіана, який проходить через Париж.

Але тільки 10.12.1799 року декретом французького революційного уряду була введена у Франції як обов'язкова метрична система мір. Назву вона одержала від нової одиниці довжини.

Основна принципова відмінність метричної системи від існуючих в різних країнах полягає у тому, що в ній передбачений десятковий підрозділ мір довжини.До цієї системи використовувалося розділення основної міри на 12 частин.

Був виготовлений 1-й еталон у вигляді платинової лінійки шириною близько 25 мм і завтовшки близько 4 мм., з відстанню між кінцями в 1 метр. Він був переданий на зберігання в Архів Франції, де знаходиться дотепер і його називають " метр архіву" або "архівний метр".

Проте використовувати поняття "природний метр" виявилося практично неможливим, оскільки навіть розбіжності в результатах вимірювання меридіана ( а вимірювання проводились від Дюнкерка у Франції до Барселони в Іспанії ) досягло 0,01%.

Виникла необхідність виготовлення нових міжнародних прототипів якомога ближче до архівних і необхідна кількість однотипних копій. Для цієї мети була організована міжнародна комісія, яка збиралася в 1870 і 1872 роках. Ця комісія вирішила в 1872 році відмовитися від "природного" еталона довжини і прийняти за еталон довжину "архівного метра", тобто як початкову міру. По цьому еталону було виготовлено 31 копію у вигляді брусків і у формі X-образного перетину ( рис.1)

Рис 1.Эталон метра.

Такою формою бруска забезпечується міцність від вигину на всіх напрямках. Усередині бруска на так званій "нейтральній площині", найменше схильній до вигину (на рис. 1,"аб"), поблизу кожного кінця нанесені три штрихи. Відстань між середніми штрихами рівна 1 метру при 0°C. За матеріал для виготовлення еталонів був узятий сплав платини (90%) і іридію (10%).

20 травня 1875 року 17 держав підписали Метричну Конвенцію, у тому числі і Росія. В даний час до цієї конвенції приєдналися більше 120 країн. США і Великобританія зберегли дюймову систему. Одержані Росією копії метра ( №11 і 28) і кілограма (№12 і №26) знаходяться на зберіганні у ВНДІ ім Д.І. Менделєєва в Санкт-Петербурзі. У Росії метрична система була введена у факультативному порядку, тобто необов'язковому до застосування і лише в 1918році була введена як основна система і копія еталона №28 була прийнята як Державного еталона довжини - метра.

Введення метра спричинило за собою появу двох інших одиниць вимірювання: літра, визначеного як об`єм куба з довжиною ребра рівним одній десятій метра і кілограма - маси, рівній масі літра води. Ці дві одиниці разом з секундою - основною одиницею часу - стали основою первинної версії метричної системи. У перебігу майже двох сторіч така система задовольняла майже всі потреби.

У 1960 році Х1 Генеральна конференція по мірам та вагам прийняла нове визначення метра. Метр - це «довжина, рівна 1 650 763,73 довжини хвилі у вакуумі випромінювання, відповідне переходу між рівнями 2р10 і 5d5 атома криптону 86. Для відтворення метра за новим визначенням у ВНДІМ був створений еталонний інтерферометр.

Відповідно до рекомендацій цієї конференції прийнята Міжнародна система одиниць (СІ) на основі якої для обов'язкового застосування розроблений ГОСТ 8.417-81 (введений в дію з 1.1.1980 р.). Основними одиницями в системі одиниць в СІ є: довжини - метр (м), маси - кілограм (кг), часу - секунда (с), сили струму - ампер (А), термодинамічної температури - кельвін (К), сили світла - кандела (кд), кількості речовини - моль (моль).

Додаткові одиниці СІ: радіан (рад) і стерадіан (ср) -для вимірювання плоского і тілесного кутів.

Похідні одиниці СІ одержані з основних за допомогою рівнянь зв'язку між фізичними величинами. Так, одиницею сили є ньютон 1Н= 1 кг·м·с^-2, одиницею тиску - паскаль 1Па= 1кг·м^-1·с^-2 і т.д.

У СІ для позначення десяткових кратних (x 10 в додатному ступені) і часткових (x 10 в від`ємному ступені) прийняті наступні приставки:

Екса	Э	1018	1	атто	а	10-18
Пета	П	1015	2	фемто	ф	10-15
Тера	Т	1012	3	піко	п	10-12
Гига	Г	109	4	нано	н	10-9
Мега	М	106	5	мікро	мк	10-6
Кіло	К	103	6	мілі	м	10-3
Гекто	г	102	7	санті	с	10-2
Дека	да	101	8	деци	д	10-1

Світовим центром по створенню нових основ для метричної системи став Національний інститут стандартів і технології, розташований в Гайтерсберзі під Вашингтоном. У березні 2001 року йому виповнилося сто років. Починаючи з 1949 року і з винаходом першого атомного годинника в інституті стандартів, учені створюють все більш точні еталони часу, засновані на виключно регулярних коливаннях певних атомів. Остання модель, так званого атомно-фонтанного годинника Ф-1, повністю вільна від неточностей пов'язаних з нерівномірним рухом Землі по її орбіті. Цей годинник використовується зараз для калібрування Глобальної Супутникової Системи Орієнтаціі- найточнішої з існуючих навігаційних систем.

Слідством цих досягнень стало створення нових основ метричної системи. Метр перестав бути її наріжним каменем - ним стала секунда. Її тривалість прийнята зараз рівною відрізку часу, за який певний різновид цезієвих атомів встигає зробити 9 192 631 770 коливань. Таке визначення привело і до появи нового визначення метра. Такий метр не пов'язаний з будьякою відстанню на Землі. За новим визначенням він є шляхом, якої лазерний промінь певної частоти встигає пройти у вакуумі за відрізок часу трохи більший 3-х мільярдних часток секунди.

Нове визначення метра веде до автоматичного визначення літра. Проте поки що не вдається по новому визначити кілограм, але є надія, що в майбутньому вдасться перейти до визначення кілограма, заснованому на масі одиничного атома. Поки це зробити не вдається .

Одиниця вимірювання кута - градус. Слово "градус" латинського походження і означає "ступінь". Градуси, рівні 1/360° кола, не вимагають еталона, оскільки повне коло рівне 360°, тобто є природний еталон.