Практические работы по стандартизации метрологии подтверждению соответствия. Практикум по метрологии, стандартизации и сертификации

Â. Í. ÊÀÉÍÎÂÀ, Ò. Í. ÃÐÅÁÍÅÂÀ, Å. Â. ÒÅÑËÅÍÊÎ, Å. À. ÊÓËÈÊÎÂÀ ÌÅÒÐÎËÎÃÈß, ÑÒÀÍÄÀÐÒÈÇÀÖÈß È ÑÅÐÒÈÔÈÊÀÖÈß. ÏÐÀÊÒÈÊÓÌ Под общей редакцией В. Н. Кайновой ÄÎÏÓÙÅÍÎ ÓÌÎ âóçîâ ïî îáðàçîâàíèþ â îáëàñòè àâòîìàòèçèðîâàííîãî ìàøèíîñòðîåíèÿ (ÓÌÎ ÀÌ) â êà÷åñòâå ó÷åáíîãî ïîñîáèÿ äëÿ ñòóäåíòîâ âóçîâ, îáó÷àþùèõñÿ ïî íàïðàâëåíèþ ïîäãîòîâêè «Êîíñòðóêòîðñêî-òåõíîëîãè÷åñêîå îáåñïå÷åíèå ìàøèíîñòðîèòåëüíûõ ïðîèçâîäñòâ» ÑÀÍÊÒ-ÏÅÒÅÐÁÓÐÕ ÌÎÑÊÂÀ• ÊÐÀÑÍÎÄÀЕ 2015• ББК 30.10я73 К 12 Кайнова В. Н., Гребнева Т. Н., Тесленко Е. В., Куликова Е. А. К 12 Метрология, стандартизация и сертификация: Практикум: Учебное пособие / Под ред. В. Н. Кайно& вой. - СПб.: Издательство «Лань», 2015. - 368 с.: ил. - (Учебники для вузов. Специальная литература). ISBN 9785811418329 Учебное пособие содержит теоретический и справочно& методический материал по нормированию геометрических характеристик изделий, а также по выбору средств измерений и обработке результатов однократных и многократных измерений, выполненных прямым и косвенным методами. Разработаны варианты заданий, используемые при выполнении практических занятий и самостоятельных работ по дисциплине «Метрология, стандартизация и сертификация». Предназначено для студентов высших учебных заведений, обучающихся по техническим направлениям подготовки бакалав& ров, магистров и дипломированных специалистов. Может быть полезно инженерно&техническим службам предприятий и организа& ций, выполняющих разработки и производство изделий в области машиностроения. ББК 30.10я73 Рецензенты: Ф. Ф. РЕПИН - кандидат технических наук, профессор кафедры «Технология конструкционных материалов и машиноремонта» Волжской государственной академии водного транспорта; П. М. КОРОЛЕВ - кандидат технических наук, зам. главного технолога ОАО НАЗ «СОКОЛ». Обложка Е. А. ВЛАСОВА Охраняется законом РФ об авторском праве. Воспроизведение всей книги или любой ее части запрещается без письменного разрешения издателя. Любые попытки нарушения закона будут преследоваться в судебном порядке. © Издательство «Ла; нь», 2015 © Коллектив авторов, 2015 © Издательство «Лань», художественное оформление, 2015 ПРЕДИСЛОВИЕ Д исциплина «Метрология, стандартизация и сертификация» относится к базовой части профессионального цикла очной и заочной формы обучения студентов высших учебных заведений, обучающихся по техническим направлениям подготовки бакалавров, магистров и дипломированных специалистов. Данное учебное пособие разработано впервые в виде практикума, предыдущие издания содержали теоретический материал и справочные данные. Авторы пособия имеют большой опыт в изучении вопросов нормирования и контроля точности геометрических параметров, в вопросах стандартизации в области оформления конструкторской и технологической документации. Учитывая, что современные учебные планы уделяют значительное внимание на выполнение студентами самостоятельной и практической работы, возникла необходимость в создании учебно-методического пособия в виде практикума. В пособии по всем рассматриваемым темам кратко дана теоретическая часть, варианты заданий и примеры их решения. Пособие состоит из пяти глав и приложений, которые содержат справочные таблицы из стандартов, необходимые для выполнения заданий. Т. Н. Гребневой подготовлена первая глава, разделы по шпоночным и шлицевым соединениям из четвертой главы. Вторая и третья главы, а также раздел по выбору средств 4 Предисловие измерений из пятой главы составлены Е. В. Тесленко. Е. А. Куликова разработала раздел по нормированию параметров метрической резьбы из четвертой главы и раздел из пятой главы по расчету погрешностей измерения. Разделы пятой главы по основам теории вероятностей, математической статистики и обработке результатов измерений составила В. Н. Кайнова. Общую редакцию пособия выполнила доцент, кандидат технических наук Валентина Николаевна Кайнова. Авторы приносят глубокую благодарность за ценные предложения и замечания по улучшению содержания учебного пособия кандидату технических наук, профессору Ф. Ф. Репину и главному технологу, кандидату технических наук, доценту ОАО НАЗ «Сокол» П. М. Королеву. Точная наука немыслима без меры. Д. И. Менделеев Чем дальше от доски конструктора обнаруживается ненадежность, тем дороже она обходится. А. А. Туполев ВВЕДЕНИЕ К онструкторская документация определяет проектное качество изделий. Она является основным видом документов, которые используются для проектирования технологических процессов обработки и сборки, контрольноизмерительных операций, а также при выполнении работ по сертификации. При разработке конструкторской документации необходимо соблюдать требования действующих стандартов. Точность существенно влияет на качество изделий, на трудоемкость их изготовления, а следовательно, и на себестоимость. Цель данного учебного пособия - помочь студентам в решении указанных задач. Пособие состоит из пяти глав и приложений, которые содержат справочные таблицы из стандартов, необходимые для выполнения заданий. В первой главе даны общие понятия о системе допусков гладких цилиндрических соединений (ЕСДП), а также рекомендации и примеры по выбору и расчету допусков и посадок, методы расчета размерных цепей. Вторая глава посвящена вопросам шероховатости поверхностей, точности формы и расположения поверхностей деталей машин, а также содержит рекомендации по расчету числовых значений геометрических допусков и указанию их на чертежах. В третьей главе рассмотрены соединения с подшипниками качения, даны рекомендации по выбору посадок и оформлению чертежей. 6 Введение Четвертая глава содержит сведения по призматическим шпонкам, прямобочным шлицам, резьбовым соединениям и цилиндрическим зубчатым передачам. Пятая глава освещает вопросы метрологического обеспечения машиностроительного производства: анализ погрешностей измерений, рекомендации по выбору средств измерений, основы теории вероятностей и математической статистики, рассмотрены конкретные ситуации. ГЛ А В А 1 НОРМИРОВАНИЕ ТОЧНОСТИ ГЛАДКИХ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ 1.1. ЕСДП. ДОПУСКИ И ПОСАДКИ ГЛАДКИХ СОЕДИНЕНИЙ 1.1.1. ТЕРМИНЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПО ГОСТ 25346-89 ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ К ПРАКТИЧЕСКОМУ ЗАНЯТИЮ 1.1 Н ормирование точности линейных размеров осуществляется стандартами Единой системы допусков и посадок (ЕСДП). Базовый стандарт этой системы ГОСТ 25346-89 «ОНВ. Единая система допусков и посадок. Общие положения, ряды допусков и основных отклонений». Размер - числовое значение линейной величины в выбранных единицах измерения. Принято разделять размеры на свободные и сопрягаемые, охватываемые (валы) и охватывающие (отверстия). Отверстие - термин, условно применяемый для обозначения внутренних элементов деталей, включая и нецилиндрические элементы. Вал - термин, условно применяемый для обозначений наружных элементов деталей, включая и нецилиндрические элементы. Все параметры вала обозначаются строчными буквами латинского алфавита, а все параметры отверстия - прописными. Размер может быть действительным, номинальным или предельным (наибольшим или наименьшим). Действительный размер - размер элемента, установленный измерением с допустимой погрешностью. Предельные размеры - два предельно допустимых размера элемента (наибольший и наименьший), между 8 Метрология, стандартизация и сертификация которыми должен находиться действительный размер годной детали: Dmax, Dmin - наибольший и наименьший предельные размеры отверстия соответственно; dmax, dmin - наибольший и наименьший предельные размеры вала соответственно. Номинальный размер - размер, относительно которого определяются отклонения. Значение номинального размера находится по выполненным инженерным расчетам детали на прочность, жесткость, изгиб и др., учитывая коэффициент запаса надежности (равный 2, 3 и более), с дальнейшим округлением его по рядам нормальных линейных размеров согласно ГОСТ 6636-69: d - номинальный диаметр вала; D - номинальный диаметр отверстия. Номинальный размер служит началом отсчета отклонений - действительных или предельных (верхнего и нижнего). Все номинальные размеры в системе ЕСДП разбиты на ряд интервалов , . Отклонение - алгебраическая разность между размером (действительным, предельным) и соответствующим номинальным размером. Предельное отклонение (верхнее или нижнее) - алгебраическая разность между предельным и соответствующим номинальным размерами (рис. 1.1): E, e - действительные отклонения отверстия и вала соответственно; ES, es - верхние предельные отклонения отверстия и вала соответственно; EI, ei - нижние предельные отклонения отверстия и вала соответственно. ES = Dmax – D; es = dmax – d; EI = Dmin – D; (1.1) ei = dmin – d. (1.2) Отсюда предельные размеры можно определить как алгебраическую сумму номинального размера и соответствующего предельного отклонения по следующим формулам: Глава 1. Нормирование точности гладких цилиндрических соединений 9 Рис. 1.1 Предельные размеры и отклонения: а, б - валов; в - отверстия. Dmax = D + ES; dmax = d + es; Dmin = D + EI; (1.3) dmin = d + ei. (1.4) Допуск отверстия и вала (Т) можно представить как разность предельных размеров или как алгебраическую разность предельных отклонений: TD = Dmax – Dmin = ES – EI; (1.5) Td = dmax – dmin = es – ei. (1.6) Зависимость допуска от номинального размера выражается через единицу допуска, которая для размеров до 500 мм обозначается буквой i (мкм), а для размеров свыше 500 мм - I (мкм). Она является характеристикой точности (функцией номинального размера). Округленные значения единицы допуска в зависимости от номинального размера представлены в таблице 1.1. В соответствии с ГОСТ 25346-89 стандартный допуск (IT) - это любой из допусков, устанавливаемых данной системой допусков и посадок, который задается квалитетом (степенью точности) и условно обозначается с учетом номера квалитета ITn. 10 Метрология, стандартизация и сертификация Т а б л и ц а 1.1 Интервалы размеров, мм Округленные значения единиц допуска i, мкм до 3 св. 3 до 6 св. 6 до 10 св. 10 до 18 св. 18 до 30 св. 30 до 50 св. 50 до 80 св. 80 до 120 св. 120 до 180 св. 180 до 250 св. 250 до 315 св. 315 до 400 св. 400 до 500 i 0,6 0,8 0,9 1,1 1,3 1,6 1,9 2,2 2,5 2,9 3,2 3,6 4 Квалитет - это совокупность допусков, рассматриваемых как соответствующие одному уровню точности для всех номинальных размеров. Допуски размеров в зависимости от интервалов размеров и квалитетов даны в Приложении Б, таблице Б.1. Расчет произведен для нормальной температуры 20°С с вероятностью 0,997. Таким образом, под квалитетом понимают совокупность допусков всех номинальных размеров данного диапазона, которые характеризуются постоянной относительной точностью, выраженной коэффициентом a, называемым числом единиц допуска (табл. 1.2). Ряд значений величины коэффициента а соответствует ряду R5 предпочтительных чисел. Т а б л и ц а 1.2 Квалитет Значения числа единиц допуска a в зависимости от номера квалитета 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 а 7 10 16 25 40 64 100 160 250 400 640 1000 1600 Число единиц допуска а для данного квалитета во всем диапазоне размеров постоянно, а величина допуска зависит от номинального размера и номера квалитета. Следовательно, значение допуска для квалитетов с 5 по 17 в зависимости от номинального размера можно определить по формуле ITn = a⋅i; (1.7) где а - число единиц допуска; i - единица допуска, мкм. Глава 1. Нормирование точности гладких цилиндрических соединений 11 Единица допуска, являющаяся функцией номинального размера (гиперболическая зависимость), рассчитывается по формуле i = 0,453 D + 0,001D, где D = Dmax Dmin , т. е. среднее геометрическое крайних размеров каждого интервала (Dmax и Dmin), в мм. Стандартом устанавливаются 20 квалитетов: 01, 0, 1, 2, ..., 18. Квалитеты от 01 до 4 предназначены преимущественно для калибров. Исполнительные размеры на чертежах задаются номинальным размером и полем допуска. Поле допуска ограничивается наибольшим и наименьшим предельными размерами и определяется величиной допуска и его положением относительно номинального размера. При графическом изображении полей допусков положение номинального размера изображается линией, которая называется нулевой. Отсчет отклонений производится по перпендикуляру к нулевой линии: вверх - с положительным знаком, а вниз - с отрицательным. Горизонтальные линии, ограничивающие поле допуска сверху и снизу, - это верхние образующие цилиндрических поверхностей с наибольшим и наименьшим диаметрами соответственно. Положение поля допуска задается основным отклонением, которым в ЕСДП называется одно из двух предельных отклонений (верхнее или нижнее), ближайшее к нулевой линии. Таким образом, у полей допусков, расположенных выше нулевой линии, основным отклонением будет нижнее отклонение, а у полей допусков, расположенных ниже нулевой линии, - верхнее отклонение. Основные отклонения обозначаются буквами латинского алфавита: строчными - для валов (а–zc), прописными - для отверстий (А–ZC). Для размеров до 500 мм предусмотрено по 27 вариантов основных отклонений валов и отверстий (табл. 1.3). Схема расположения основных отклонений представлена на рисунке 1.2. 12 Метрология, стандартизация и сертификация Т а б л и ц а 1.3 Обозначения основных отклонений отверстия и вала Отверстия A B C D E EF F FG G H Js K Валы a b c d e ef f fg g h js k m Отверстия N P R S T U V X Y Z ZA ZB ZC Валы n p r s t u v x y z za zb zc M Рис. 1.2 Основные отклонения: а - отверстий; б - валов; I - для посадок с зазором; II - для переходных посадок; III - для посадок с натягом. В ряду основных отклонений особое место занимают отклонения с обозначением H, h, Js, js. Буквами H, h Глава 1. Нормирование точности гладких цилиндрических соединений 13 обозначают поля допусков основного отверстия и основного вала соответственно. Основной вал (h) - вал, основное верхнее отклонение которого равно нулю: es = 0. Основное отверстие (H) - отверстие, основное нижнее отклонение которого равно нулю: EI = 0. Поля допусков основного отверстия и основного вала направлены в «тело» детали и определяют размер максимума материала. Термин размер максимума материала относится к тому из предельных размеров, которому соответствует больший объем материала детали, т. е. наибольшему предельному размеру наружного (охватываемого) элемента (вала) или наименьшему предельному размеру внутреннего (охватывающего) элемента (отверстия). В ГОСТ 25346 термин «предел максимума материала» используется примерно в том же значении, что и термин «размер максимума материала» по ГОСТ Р 53090-2008. Обозначения Js, js соответствуют симметричному (полю допуска) расположению отклонений отверстия и вала соответственно (рис. 1.2). Значение основного отклонения зависит от условного обозначения и величины номинального размера. Второе отклонение полей допусков (рис. 1.3) определяется как алгебраическая разность или алгебраическая сумма значений основного отклонения и стандартного допуска ITn отверстия или вала, заданного квалитетом размера, по следующим формулам (учитывая знак основного отклонения и его расположение): ES = EI + ITn (от A до H); (1.8) EI = ES – ITn (от K до ZC); (1.9) ei = es – ITn (от a до h); (1.10) es = ei + ITn (от k до zc). (1.11) Числовые значения основных отклонений даны в Приложении Б, для валов - в таблице Б.2, для отверстий - в таблице Б.3. 14 Метрология, стандартизация и сертификация Рис. 1.3 Схема расположения полей допусков: а - отверстия (ES и EI - положительные); б - вала (es и ei - отрицательные). В связи с тем, что поле допуска определяется величиной допуска и его положением относительно номинального размера, в его условное обозначение в соответствии с ГОСТ 25436 должны входить величина номинального размера, обозначение основного отклонения и номер квалитета. Например: ∅30F7 и ∅30f6. Первый размер относится к отверстию, а второй - к валу. Указание полей допусков и предельных отклонений размеров на чертежах производится согласно ЕСКД по ГОСТ 2.307-2011 следующим образом: 1) условным обозначением полей допусков (буквой и цифрой); рекомендуется в массовом производстве: ∅20m6, ∅50Н7, ∅100f8 и т. д.; 2) числовыми значениями предельных отклонений (верхним и нижним отклонениями) в мм; рекомендуется в единичном производстве: +0,025 ; ∅100−0,036 ; ∅20++0,021 0,008 ; ∅50 −0,090 3) смешанным способом; рекомендуется в серийном производстве и в учебных целях: Записать смешанным способом значит указать поле допуска два раза: сначала условными знаками (буквой и 15 Глава 1. Нормирование точности гладких цилиндрических соединений цифрой), а затем в скобках значениями предельных отклонений. Скобка отделяет один способ записи поля допуска от другого. При нанесении на чертежах размеров с предельными отклонениями следует соблюдать следующие правила: верхнее и нижнее отклонения записывают в две строки шрифтом в два раза меньше основного, располагая верхнее отклонение над нижним: ∅30++0,075 0,051 ; количество знаков при записи верхнего и нижнего откло нений должно быть одинаковым, например ∅30−−0,007 0,040 ; отклонения, равные нулю, не указывают, например +0,021 ∅30 ; ∅30–0,033; при симметричном расположении отклонений их значе ние задают после знака «±» цифрами, равными по высоте цифрам номинального размера, например ∅30 ± 0,026. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ ПРАКТИЧЕСКОГО ЗАНЯТИЯ 1.1 Ознакомиться с теоретической частью раздела. Получить задание (вариант) практической работы. Варианты заданы в таблице 1.4. Т а б л и ц а 1.4 Варианты заданий к практическому занятию 1.1 № варианта Размеры № варианта Размеры № варианта Размеры 1 30F8 30h8 10 100K7 100h6 19 80U7 80h6 2 90f8 90H9 11 120k6 120H7 20 70u6 70H7 3 45G7 45h6 12 85S7 85h6 21 50H11 50d10 4 65g6 65H7 13 75s6 75H7 22 150h10 150E9 5 112G6 112h5 14 102D8 102h7 23 12P5 12h5 6 35M5 35h4 15 135m5 135H6 24 240G7 240h6 72E7 72h6 7 16 58e8 58H9 25 20s7 20H8 8 185m6 185H7 17 10Js9 10h9 26 24k6 24H7 9 28a11 18 32c11 32H12 27 210r6 210H7 28H12 Задание. Рассчитать допуски и предельные отклонения заданных размеров и записать поля допуска смешанным способом (1-й уровень сложности); на 2-м уровне сложности построить схемы расположения полей допусков. 16 Метрология, стандартизация и сертификация Решение. 1. Найти по таблице 1.1 значение единицы допуска для заданных номинальных размеров. 2. Определить число единиц допуска по таблице 1.2 в зависимости от заданного номера квалитета. 3. Рассчитать значение допуска для заданных размеров по формуле (1.7). 4. Округлить рассчитанное значение допуска до стандартного по таблице Б.1 Приложения Б. 5. Определить вид и значение основных отклонений (табл. Б.2 и Б.3), а также вторые отклонения полей допусков для заданных размеров по формулам (1.8), (1.9) или (1.10), (1.11). 6. Записать заданные размеры, указав поля допусков смешанным способом. 7. Построить схемы расположения полей допусков на заданные размеры аналогично рисунку 1.3. ПРИМЕРЫ ВЫПОЛНЕНИЯ ПРАКТИЧЕСКОГО ЗАНЯТИЯ 1.1 Пример 1 (1-й уровень сложности) Задание. Рассчитать допуски и предельные отклонения размеров ∅30H7 и ∅30f6 и записать поля допусков смешанным способом. Решение. 1. Для размера ∅30 найти по таблице 1.1 значение единицы допуска i = 1,3 мкм. 2. Определить число единиц допуска по таблице 1.2: для 7-го квалитета –a = 16; для 6-го квалитета –a = 10. 3. Рассчитать значение допуска для заданных размеров по формуле (1.7): для отверстия IT7 = a ⋅ i = 1,3 ⋅ 16 = 20,8 мкм; для вала IT6 = a ⋅ i = 1,3 ⋅ 10 = 13 мкм. 4. По таблице Б.1 найти стандартные значения допусков: IT7 = 21 мкм; IT6 = 13 мкм. 5. Определить вид и значение основных отклонений и вторые отклонения полей допусков для заданных размеров по формулам (1.8), (1.9) или (1.10), (1.11). Глава 1. Нормирование точности гладких цилиндрических соединений 17 5.1. Размер ∅30H7 имеет основное отклонение H (табл. Б.3), которому соответствует нижнее отклонение, равное EI = 0, второе отклонение определяется по формуле (1.8): ES = EI + IT7 = 0 + 21 = +21 мкм. 5.2. Размер ∅30f6 имеет основное отклонение f, которому соответствует верхнее отклонение, равное es = –20 мкм (табл. Б.2). Нижнее отклонение вала по формуле (1.10): ei = es – ITn = –20 – 13 = –33 мкм. 6. Записать заданные размеры, указав поле допуска смешанным способом: ∅30H7 (+0,021); ∅30f 6 (−−0,020 . 0,033) Пример 2 (2-й уровень сложности) Задание. Рассчитать предельные отклонения, предельные размеры ∅30H7 и ∅30f6, записать поля допусков смешанным способом и построить схемы расположения полей допусков. Решение. Для размера ∅30H7 определить: 1. Вид и значение основного отклонения H: EI = 0 (табл. Б.3). 2. Значение стандартного допуска IT7 = 21 (табл. Б.1). 3. Значение второго отклонения по формуле (1.8): ES = EI + IT7 = 0 + 21 = +21 мкм. 4. Записать поле допуска смешанным способом: ∅30H7(+0,021). 5. Рассчитать предельные размеры отверстия по формулам (1.3): Dmax = D + ES = 30,000 + 0,021 = 30,021; Dmin = D + EI = 30,000 + 0 = 30,000. Для размера ∅30f6 определить: 1. Вид и значение основного отклонения f: es = –20 (табл. Б.2). 18 Метрология, стандартизация и сертификация Рис. 1.4 Схемы расположения полей допусков: a - отверстия ∅30H7; б - вала ∅30f6. 2. Значение стандартного допуска IT6 = 13 мкм (табл. Б.1). 3. Значение второго отклонения по формуле (1.10): ei = es – IT6 = –20 – 13 = –33 мкм. 4. Записать поле допуска смешанным способом: ∅30f 6 (−−0,020 . 0,033) 5. Рассчитать предельные размеры вала по формулам (1.4): dmax = d + es = 30,000 – 0,020 = 29,980; dmin = d + ei = 30,000 – 0,033 = 29,967. 6. Построить схему расположения полей допусков для размера ∅30H7 (рис. 1.4а) и для размера ∅30f6 (рис. 1.4б). 1.1.2. ПОСАДКИ И ИХ ХАРАКТЕРИСТИКИ. СИСТЕМЫ ПОСАДОК ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ К ПРАКТИЧЕСКОМУ ЗАНЯТИЮ 1.2 Посадка - это соединение двух деталей, в результате чего образуется зазор или натяг. Разность размеров Глава 1. Нормирование точности гладких цилиндрических соединений 19 отверстия и вала до сборки определяет характер соединения деталей. Различают посадки с зазором, посадки с натягом и переходные посадки. Для образования посадок используют либо основное отверстие H, либо основной вал h. Основной вал - вал, верхнее (основное) отклонение которого равно нулю: es = 0 → h. Основное отверстие - отверстие, нижнее (основное) отклонение которого равно нулю: EI = 0 → H. Номинальный размер посадки - номинальный размер, общий для отверстия и вала, составляющих соединение. К характеристикам посадки относятся натяги, зазоры и допуск посадки. Зазор (S) - разность между размерами отверстия и вала до сборки, если размер отверстия больше размера вала. Натяг (N) - разность между размерами вала и отверстия до сборки, если размер вала больше размера отверстия. Допуск посадки - сумма допусков отверстия и вала, составляющих соединение: TS (TN) = TD + Td. Рис. 1.5 Схема расположения полей допусков посадок с зазором (1.12) 20 Метрология, стандартизация и сертификация Посадка с зазором - посадка, при которой всегда образуется зазор в соединении, так как наименьший предельный размер отверстия больше наибольшего предельного размера вала или равен ему. При графическом изображении посадки поле допуска отверстия расположено над полем допуска вала (рис. 1.5). Предельными характеристиками посадки с зазором являются наибольший и наименьший зазоры и допуск зазора: Smax = Dmax – dmin = ES – ei; (1.13) Smin = Dmin – dmax = EI – es; (1.14) TS = Smax – Smin = TD + Td. (1.15) Посадка с натягом - посадка, при которой всегда образуется натяг в соединении, т. е. наибольший предельный размер отверстия меньше наименьшего предельного размера вала или равен ему. При графическом изображении поле допуска отверстия расположено ниже поля допуска вала (рис. 1.6). Предельными характеристиками посадки с натягом являются наибольший и наименьший натяги и допуск натяга: Рис. 1.6 Схема расположения полей допусков посадки с натягом Глава 1. Нормирование точности гладких цилиндрических соединений 21 Рис. 1.7 Схема расположения полей допусков переходной посадки Nmax = dmax – Dmin = es – EI; (1.16) Nmin = dmin – Dmax = ei – ES; (1.17) TN = Nmax – Nmin = TD + Td. (1.18) Посадка переходная - посадка, при которой в соединении возможны как зазор, так и натяг, в зависимости от соотношения действительных размеров отверстия и вала. При графическом изображении поля допусков отверстия и вала перекрываются полностью или частично (рис. 1.7). Предельными характеристиками переходной посадки являются наибольший зазор, наибольший натяг и допуск посадки: Smax = Dmax – dmin = ES – ei; (1.19) Nmax = dmax – Dmin = es – EI; (1.20) TS/N = Smax + Nmax = TD + Td. (1.21) Схема на рисунке 1.8 иллюстрирует расчет допуска посадки с зазором, переходной посадки и посадки с натягом через предельные характеристики. Так как зазоры и натяги имеют противоположный характер, принято зазоры откладывать в положительную сторону от нуля, а натяги - в отрицательную сторону. Задача в соответствии со схемой решается как геометрическая, т. е. допуск посадки определяется либо как разность отрезков, равных предельным характеристикам посадки (для посадок с зазором и посадок с натягом), либо как их сумма (для переходной посадки). 22 Метрология, стандартизация и сертификация Рис. 1.8 Схема расчета допуска посадки по предельным характеристикам Обозначение посадки указывается после номинального размера посадки. Посадка обозначается дробью, в числителе которой указывается условное обозначение поля допуска отверстия, а в знаменателе - условное обозначение поля допуска вала. При смешанном способе обозначения после условного обозначения полей допусков отверстия и вала указываются числовые значения предельных отклонений этих полей допусков, заключенные в скобки. Например: ∅40 H7/ k6; ∅40 H7 (+0,025) Н7 ; ∅50 . k6 k6 (+0,018 +0,002) Система допусков и посадок - это совокупность рядов допусков и посадок, закономерно построенная на основе теоретических и экспериментальных исследований. Посадки могут назначаться в двух системах: в системе отверстия (СH) и в системе вала (Сh). Посадки системы отверстия - посадки, в которых требуемые зазоры и натяги получаются сочетанием различных по основному отклонению полей допусков валов с полем допуска основного отверстия H (EI = 0). Таким образом, чтобы изменить характер соединения, необходимо изменить положение поля допуска вала, т. е. основное отклонение вала (рис. 1.9), оставив неизменным поле допуска отверстия (Н). Примеры посадок в системе отверстия: ∅30Н/k6; ∅30Н7/f6; ∅30Н7/р6. Посадки системы вала - посадки, в которых требуемые зазоры и натяги получаются сочетанием различных по основному отклонению полей допусков отверстий с полем допуска основного вала h (es = 0). Глава 1. Нормирование точности гладких цилиндрических соединений 23 Рис. 1.9 Поля допусков системы отверстия Таким образом, чтобы изменить характер соединения, необходимо изменить основное отклонение отверстия, т. е. положение поля допуска отверстия (рис. 1.10), оставив неизменным поле допуска вала (h). Примеры посадок в системе вала: ∅30M7/h6; ∅30F7/h6; ∅30R7/h6. Одноименные посадки разных систем с одинаковым номинальным размером являются взаимозаменяемыми, так как имеют одинаковые предельные характеристики. Однако в некоторых случаях применение системы вала необходимо. Примеры применения системы вала: 1) в соединениях гладкого вала с несколькими отверстиями по посадкам различного характера; Рис. 1.10 Поля допусков системы вала 24 Метрология, стандартизация и сертификация 2) в соединении наружного кольца подшипника с отверстием в корпусе (подшипник - стандартное изделие); 3) в соединениях шпонки по ширине с пазами отверстия и вала; 4) применение гладких холоднотянутых калиброванных прутков в качестве осей или валов без дополнительной механической обработки в сельскохозяйственных машинах , . Стандартом допускаются любые сочетания полей допусков отверстий и валов, но рекомендуются для применения два более узких ряда полей допусков: основной ряд, в котором выделен еще более узкий отбор предпочтительных полей допусков (табл. 1.5 и 1.6), и дополнительный ряд, ограниченного применения. Т а б л и ц а 1.5 Предпочтительные поля допусков в системе отверстия Основные отверстия Поля допусков валов Количество полей Н7 e8, f7, g6, h6, js6, k6, n6, p6, r6, s6 10 Н8 d9, e8, h7, h8 4 Н9 d9, h9 2 Н11 2 d11, h11 Σ 18 Итого Т а б л и ц а 1.6 Предпочтительные поля допусков в системе вала Основные валы Поля допусков отверстий h6 F8, H7, Js7, K7, N7, P7 6 h7 H8 1 h8 E9, H9 2 h11 H11 1 Итого Количество полей Σ 10 Предпочтительной является система отверстия (СH), так как позволяет снизить себестоимость обработки деталей за счет уменьшения номенклатуры типоразмеров мерного режущего инструмента (сверл, зенкеров, разверток) и измерительного инструмента (нутромеры для отверстий). Глава 1. Нормирование точности гладких цилиндрических соединений 25 Посадки называются основными, если выполняются следующие условия: поля допусков (основные отклонения) отверстия и вала принадлежат одной системе; точность отверстия и вала одинаковая, т. е. номера квалитетов отверстия и вала одинаковые или отличаются на единицу; в редких случаях допускается различие в номерах квалитетов, равное двум. Если эти условия или одно из них не выполняются, посадка будет комбинированной по обоим признакам или по одному из них. Примеры основных и комбинированных посадок: 1) посадка ∅45Н7/k6 - основная посадка: поля допусков принадлежат одной системе - системе отверстия, и разница по номерам квалитетов равна единице; 2) посадка ∅45Н7/h6 - комбинированная посадка по первому признаку. Поля допусков принадлежат разным системам: поле допуска отверстия принадлежит системе отверстия, поле допуска вала - системе вала. 3) посадка ∅45F9/k6 - комбинированная по двум признакам. Поля допусков отверстия и вала принадлежат разным системам: поле допуска отверстия - системе вала, а поле допуска вала - системе отверстия. Разность номеров квалитетов не более трех. Рекомендуемые стандартом поля допусков отверстий при номинальных размерах от 1 до 500 мм по разным квалитетам представлены в таблице Б.4. Наибольшее количество полей допусков (10) находится в зоне 7–11-го квалитетов. Рекомендуемые стандартом поля допусков валов при номинальных размерах от 1 до 500 мм по разным квалитетам представлены в таблице Б.5. Наибольшее количество полей допусков (16) находится в зоне 6–11-го квалитетов. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ ПРАКТИЧЕСКОГО ЗАНЯТИЯ 1.2 Уровень первой сложности - решение вопросов для одной заданной посадки, для двух посадок - второй уровень, а для трех - третий уровень сложности. 26 Метрология, стандартизация и сертификация Ознакомиться с теоретической частью раздела. Получить задание (вариант) практической работы. Варианты заданы в таблице 1.7. Т а б л и ц а 1.7 Посадки № варианта № варианта Варианты заданий к практическому занятию 1.2 105Js7/h6 14 Посадки 1 30H7/f6 62P7/h6 16H6/g5 50U8/h7 88H8/e7 2 45G7/h6 83H6/r5 58K7/h6 15 45H7/g6 76M7/h6 25H9/js9 22H7/r6 3 36G6/h5 85H8/x8 100M6/h5 16 30F7/h6 180K8/h7 4 22C11/h10 230H6/t5 18 K8/h7 17 25F7/h6 10Js10/h9 45H7/s6 5 40D11/h10 60H7/p6 105H7/js 7 18 32F9/h8 28N8/h7 175H6/t 5 6 118F10/h9 150H7/p6 130H6/m5 19 34D9/h8 240H5/k4 102H7/s6 7 76D8/h7 205H7/u7 90H7/m6 20 72F8/h7 18H8/z8 90H7/js6 8 25H9/f8 210T7/h6 55H7/k6 21 118U8/h7 15H10/h9 20H7/n7 9 90H8/g8 110H7/t6 65N7/h6 22 27M8/h7 36H10/f9 125H7/s7 10 185H8/k7 222N8/h7 70H10/d9 27H7/r6 112Js7/h7 23 95H11/d11 11 48H12/d11 42S7/h6 130H6/k5 24 114Js9/h9 50G7/h6 55H7/s6 12 80K8/h7 122H7/r6 25 145G7/h6 23H7/r6 108K7/h6 140H7/n6 40H9/x8 26 180H10/e9 105R7/h6 215H6/k5 50F8/h7 13 90H12/b11 Примечание. При вычислении основных отклонений отверстий (K, M, N, а также для P–Z до 7-го квалитета) использовать «Примечание» к таблице Б.3 Приложения Б. Задание. Определить предельные отклонения полей допусков для трех заданных посадок (с зазором, натягом и переходной посадки) по заданному варианту. 1. Определить предельные отклонения полей допусков заданных посадок. Для этого по таблицам Б.1–Б.3 Приложения Б определить допуски и основные отклонения. 2. Вторые отклонения полей допусков рассчитать в зависимости от основного отклонения и допуска, как это было сделано при выполнении первой практической работы. 3. Записать поля допусков размеров деталей смешанным способом. 4. Рассчитать предельные характеристики заданных посадок, допуск посадки найти двумя способами: по Глава 1. Нормирование точности гладких цилиндрических соединений 27 предельным зазорам или натягам, а проверку выполнить по допускам отверстия и вала по формуле (1.12). 5. Построить три схемы расположения полей допусков всех трех посадок. ПРИМЕР ВЫПОЛНЕНИЯ ПРАКТИЧЕСКОГО ЗАНЯТИЯ 1.2 Задание. Рассчитать предельные характеристики трех заданных посадок и построить схемы расположения полей допусков для них: ∅40H7/f6; ∅40H7/k6; ∅40H7/r6. Решение. 1. Определить предельные отклонения полей допусков заданных посадок. Для этого по таблице Б.1 Приложения Б определить допуски для размера ∅40: допуск IT7 = 25 мкм; допуск IT6 = 16 мкм. Основные отклонения определить по таблицам Б.2, Б.3 Приложения Б: для H → EI = 0; для f → es = –25 мкм; для k → ei = +2 мкм; для r → ei = +34 мкм. 2. Вторые отклонения полей допусков рассчитать в зависимости от основного отклонения и допуска: для H → ES = EI + IT7 = 0 + 25 = +25 мкм; для f → ei = es – IT6 = –25 – 16 = –41 мкм; для k → es = ei + IT6 = +2 + 16 = +18 мкм; для r → es = ei + IT6 = +34 + 16 = +50 мкм. 3. Записать поля допусков размеров деталей смешанным способом: +0,018 +0,050 ∅40H7 (+0,025); ∅40f 6 (−−0,025 0,041); ∅40k6 (+0,002); ∅40r 6 (+0,034). 4. Рассчитать предельные характеристики заданных посадок. 4.1. Рассчитать предельные характеристики поH7 (+0,025) садки с зазором в системе отверстия ∅40 по f 6 (−−0,025) 0,041 формулам (1.13)–(1.15): Smax = ES – ei = +25 – (–41) = 66 мкм; 28 Метрология, стандартизация и сертификация Smin = EI – es = 0 – (–25) = 25 мкм; TS = Smax – Smin = 66 – 25 = 41 мкм; Проверку выполнить по формуле (1.12): TS = TD + Td = 25 + 16 = 41 мкм. 4.2. Рассчитать предельные характеристики переходной посадки в системе отверстия ∅40 лам (1.12), (1.19)–(1.21): Н7 (+0,025) по формук6 (++0,018 0,002) Smax = ES – ei = 25 – 2 = 23 мкм; Nmax = es – EI = 18 – 0 = 18 мкм; TS/N = Smax + Nmax = 23 + 18 = 41 мкм; TS/N = TD + Td = 25 + 16 = 41 мкм. Рис. 1.11 Схемы расположения полей допусков посадок: а - с зазором; б - переходной; в - с натягом. Глава 1. Нормирование точности гладких цилиндрических соединений 29 4.3. Рассчитать предельные характеристики посадки с натягом в системе отверстия ∅40 лам (1.12), (1.16)–(1.18): H7 (+0,025) r 6 (++0,050 0,034) по форму- Nmin = ei – ES = 34 – 25 = 9 мкм; Nmax = es – EI = 50 – 0 = 50 мкм; TS/N = Nmax – Nmin = 50 – 9 = 41 мкм; TS/N = TD + Td = 25 + 16 = 41 мкм. 5. Построить схемы расположения полей допусков заданных посадок (рис. 1.11). 1.1.3. ОБЩЕЕ И СПЕЦИАЛЬНОЕ ПРАВИЛА ОБРАЗОВАНИЯ ВЗАИМОЗАМЕНЯЕМЫХ ПОСАДОК ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ К ПРАКТИЧЕСКОМУ ЗАНЯТИЮ 1.3 ГОСТ 25346 предусматривает обеспечение взаимозаменяемости одноименных посадок системы отверстия и системы вала при одинаковых номинальных размерах. Такие посадки имеют одинаковые предельные характеристики за счет использования общего и специального правил, устанавливающих значения одноименных основных отклонений вала и отверстия. Общее правило устанавливает следующие соотношения между одноименными (т. е. имеющими одинаковое буквенное обозначение) основными отклонениями: EI = –es → от А (a) до Н (h); (1.22) ES = –ei → от K (k) до ZC (zc). (1.23) В соответствии с общим правилом одноименные основные отклонения отверстия и вала равны по величине и противоположны по знаку, т. е. симметричны относительно 30 Метрология, стандартизация и сертификация Рис. 1.12 Схема расположения одноименных основных отклонений нулевой линии. Фрагмент схемы расположения одноименных основных отклонений представлен на рисунке 1.12. Общее правило распространяется на все посадки с зазором, на переходные посадки с 9-го квалитета и грубее и на посадки с натягом с 8-го квалитета и грубее. На посадки переходные по 8-й квалитет включительно и посадки с натягом по 7-й квалитет распространяется специальное правило. Оно позволяет получить одинаковые предельные зазоры и натяги в одноименных посадках, заданных в системе отверстия и в системе вала, в которых отверстие заданного квалитета соединяется с валом ближайшего более точного квалитета. Специальное правило: основное отклонение отверстия равно основному отклонению вала, взятому с противоположным знаком, с прибавлением поправки ∆: ES = –ei + ∆, (1.24) где ∆ = ITq – ITq–1 - разность между допусками соседних квалитетов, т. е. разность между допуском рассматриваемого квалитета (отверстия) и допуском ближайшего более точного квалитета (вала). Второе отклонение поля допуска отверстия или вала определяется через основное отклонение и допуск ITn в соответствии с формулой расчета допуска. При смене системы точность (квалитет) отверстия и вала не изменяется. Глава 1. Нормирование точности гладких цилиндрических соединений 31 ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ ПРАКТИЧЕСКОГО ЗАНЯТИЯ 1.3 Ознакомиться с теоретической частью раздела. Получить задание (вариант) практической работы. Варианты заданы в таблице 1.8. Т а б л и ц а 1.8 Варианты заданий к практическому занятию 1.3 № варианта Посадка № варианта Посадка № варианта Посадка 1 30H7/f6 2 45G7/h6 10 60P7/h6 19 76D11/h10 11 83H6/r5 20 210T6/h5 3 100M6/h5 12 58E9/h8 21 36G7/h6 4 25F9/h8 13 55K7/h6 22 12N9/h9 5 100F7/h6 14 60H7/p6 23 76H11/d10 6 45H7/g6 15 83R6/h5 24 210H6/t5 7 100H6/m5 16 105H7/f6 25 36H7/g6 8 25H9/f8 17 55H7/k6 26 20Js9/h9 9 130H6/k5 18 27H7/r6 27 28N8/h7 Задание. Для заданной посадки образовать взаимозаменяемую одноименную посадку в другой системе. Рассчитать предельные характеристики обеих посадок. Построить схемы расположения полей допусков одноименных посадок. Решение. 1. Определить систему заданной посадки и назначить одноименную ей посадку в другой системе. 2. Определить значение величины допуска, вид и значение величины основного и второго отклонений для всех полей допусков, образующих одноименные посадки (см. примечание к табл. Б.3). Обозначить посадки смешанным способом. 3. Рассчитать предельные характеристики обеих посадок. 4. Построить схемы расположения полей допусков посадок. 5. Сделать вывод о взаимозаменяемости посадок. 32 Метрология, стандартизация и сертификация ПРИМЕРЫ ВЫПОЛНЕНИЯ ПРАКТИЧЕСКОГО ЗАНЯТИЯ 1.3 Пример 1 на общее правило (2-й уровень сложности) Задание. Для заданной посадки ∅40Н7/f6 образовать взаимозаменяемую одноименную посадку. Рассчитать предельные характеристики обеих посадок. Построить схемы расположения полей допусков одноименных посадок и сделать вывод. Решение. 1. Задана посадка с зазором в системе отверстия, так как присутствует поле допуска основного отверстия. Ей соответствует одноименная посадка в системе вала ∅40F7/h6. 2. Определить значение величины допуска, вид и значение величины основного и второго отклонений для всех полей допусков, образующих одноименные посадки. 2.1. Рассчитать и округлить до стандартных значений по таблице Б.1 величины допусков 6-го и 7-го (IT6, IT7) квалитетов для номинального размера 40 мм, которому соответствует единица допуска i = 1,6 мкм: IT6 = a⋅i = 10⋅1,6 = 16 мкм; IT7 = a⋅i = 16⋅1,6 = 25 мкм. 2.2. Определить вид (верхнее или нижнее) и значения основных отклонений отверстий с ∅40 (табл. Б.2 и Б.3 Приложения Б): H → EI = 0; F → EI = +25 мкм. 2.3. Так как заданы посадки с зазором, на основании общего правила (EI = –es) найдем значения одноименных основных отклонений валов: h → es = 0; f → es = –25 мкм. 2.4. Вторые отклонения полей допусков отверстия и вала рассчитать через основное отклонение и величину допуска (в соответствии с формулами расчета допуска размера через отклонения): TD = ES – EI; Td = es – ei. Глава 1. Нормирование точности гладких цилиндрических соединений 33 Вычислить второе отклонение полей допусков: Н7 → ES = EI + IT7 = 0 + 25 = +25 мкм; h6 → ei = es – IT6 = 0 – 16 = –16 мкм; F7 → ES = EI + IT7 = +25 + 25 = +50 мкм; f6 → ei = es – IT6 = –25 – 16 = –41 мкм. 2.5. Обозначить посадки смешанным способом: 3. Рассчитать предельные характеристики обеих посадок. 3.1. Рассчитать предельные характеристики посадки с зазором в системе отверстия ∅40 H7 (+0,025) f 6 (−−0,025 0,041) : Smax = ES – ei = +25 – (–41) = 66 мкм; Smin = EI – es = 0 – (–25) = 25 мкм; TS = Smax – Smin = 66 – 25 = 41 мкм; TS = TD + Td = 27 + 16 = 41 мкм. 3.2. Рассчитать предельные характеристики посадки с зазором в системе вала ∅40 F7 (++0,050 0,025) h6 (−0,016) : Smax = ES – ei = +50 – (–16) = 66 мкм; Smin = EI – es = +25 – 0 = 25 мкм; TS = Smax – Smin = 66 – 25 = 41 мкм; TS = TD + Td = 27 + 16 = 41 мкм. 4. Построить схемы расположения полей допусков одноименных посадок (рис. 1.13). 34 Метрология, стандартизация и сертификация Рис. 1.13 Схема расположения полей допусков посадок: а - в системе отверстия; б - в системе вала. Вывод. Рассмотренные примеры показали, что одноименные посадки с одинаковыми номинальными размерами, заданные в разных системах, взаимозаменяемы, так как обладают одинаковыми предельными характеристиками. Таким образом, для посадок ∅40Н7/f6 и ∅40F7/h6 наименьший и наибольший зазоры равны соответственно: Smin = 25 мкм; Smax = 66 мкм. Пример 2 на специальное правило (3-й уровень сложности) Задание. Для заданной посадки ∅50H7/k6 образовать взаимозаменяемую одноименную посадку. Рассчитать предельные характеристики обеих посадок. Построить схемы расположения полей допусков одноименных посадок. Решение. 1. Задана переходная посадка в системе отверстия не грубее 8-го квалитета: ∅50H7/k6. Ей соответствует одноименная посадка в системе вала ∅50K7/h6 2. Определить значение величины допуска, вид и значение величины основного и второго отклонений для полей допусков, образующих одноименные посадки. 2.1. Рассчитать значения допусков 6-го и 7-го (IT6, IT7) квалитетов для номинального размера 50 мм, которому соответствует единица допуска i = 1,6 мкм: IT6 = a ⋅ i = 10 ⋅ 1,6 = 16 мкм; Глава 1. Нормирование точности гладких цилиндрических соединений 35 IT7 = a ⋅ i = 16 ⋅ 1,6 = 25 мкм. 2.2. Определить вид (верхнее или нижнее) и значения основных отклонений полей допусков отверстия и вала для посадки ∅50H7/k6 (табл. Б.2, Б.3 Приложения Б): H → EI = 0; k → ei = +2 мкм. 2.3. Вторые отклонения полей допусков отверстия и вала рассчитать через основное отклонение и величину допуска (в соответствии с формулами расчета допуска размера через отклонения): TD = ES – EI; Td = es – ei. Вычислить второе отклонение полей допусков посадки ∅50H7/k6: Н7 → ES = EI + IT7 = 0 + 25 = +25 мкм; k6 → es = ei + IT6 = +2 + 16 = +18 мкм. 2.4. Для посадки в системе вала ∅50K7/h6 определить основное отклонение поля допуска отверстия K7 по специальному правилу, так как посадка переходная, не грубее 8-го квалитета: ∆ = IT7 – IT6 = 25 – 16 = 9 мкм; ES = –ei + ∆ = –2 + 9 = +7 мкм, где ES - основное отклонение поля допуска отверстия K7; ei - основное отклонение одноименного поля допуска вала k6. 2.5. Рассчитать второе отклонение поля допуска отверстия K7: EI = ES – IT7 = +7 – 25 = –18 мкм. 2.6. Основное отклонение поля допуска основного вала h6 равно es = 0. Второе отклонение: ei = es – IT6 = 0 – 16 = –16 мкм. 36 Метрология, стандартизация и сертификация 3. Обозначить посадки смешанным способом: 4. Рассчитать предельные характеристики этих посадок. 4.1. Рассчитать предельные характеристики переходной посадки в системе отверстия ∅50H7/k6: Smax = Dmax – dmin = ES – ei = 25 – 2 = 23 мкм; Nmax = dmax – Dmin = es – EI = 18 – 0 = 18 мкм; TS/N = Smax + Nmax = 23 + 18 = 41 мкм; TS/N = TD + Td = 25 + 16 = 41 мкм. 4.2. Рассчитать предельные характеристики переходной посадки в системе вала ∅50K7/h6: Smax = Dmax – dmin = ES – ei = +7 – (–16) = 23 мкм; Nmax = dmax – Dmin = es – EI = 0 – (–18) = 18 мкм; ТS/N = Smax + Nmax = 23 + 18 = 41 мкм; TS/N = TD + Td = 25 + 16 = 41 мкм. 5. Построить схемы расположения полей допусков одноименных посадок (рис. 1.14). Рис. 1.14 Схемы расположения полей допусков посадок: а - ∅50H7/k6; б - ∅50K7/h6. Глава 1. Нормирование точности гладких цилиндрических соединений 37 Вывод. Рассмотренные примеры показали, что одноименные посадки с равными номинальными размерами, заданные в разных системах, взаимозаменяемы, так как обладают одинаковыми предельными характеристиками. Таким образом, для посадок ∅50H7/k6 и ∅50K7/h6 наибольший зазор и наибольший натяг соответственно равны Smax = 23 мкм; Nmax = 18 мкм. 1.1.4. НАЗНАЧЕНИЕ ПОСАДОК МЕТОДОМ ПОДОБИЯ ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ К ПРАКТИЧЕСКОМУ ЗАНЯТИЮ 1.4 Метод прецедентов (аналогов) Метод заключается в том, что конструктор, проектируя новые узлы и механизмы, назначает в них такие же посадки, которые были использованы в однотипном ранее сконструированном и находящемся в эксплуатации изделии , . Метод подобия Он является развитием метода прецедентов и основан на классификации деталей машин по конструктивным и эксплуатационным признакам и выпуске справочников с примерами применения посадок (Приложение Б.6). Недостатком этого метода является качественное, а не количественное описание эксплуатационных признаков и сложность их идентификации с признаками вновь проектируемой конструкции. Рекомендации по назначению посадок методом подобия Назначение посадок с зазором. Посадки характеризуются гарантированным минимальным зазором Smin, необходимым для размещения смазки между сопрягаемыми поверхностями в подвижных соединениях, для компенсации температурных деформаций, погрешностей формы и расположения в целях обеспечения собираемости изделия. Основные требования, предъявляемые к посадкам с зазором: рабочая температура не должна превышать 50°С; 38 Метрология, стандартизация и сертификация отношение длины сопряжения к диаметру не должно превышать соотношение l:d ≤ 1:2; коэффициенты линейного расширения отверстия и вала должны быть близки между собой; величина гарантированного зазора должна быть тем больше, чем больше угловая скорость вращения. Назначение посадок с натягом. Посадки предназначены для неподвижных неразъемных соединений без дополнительного крепления винтами, штифтами и т. п. Относительная неподвижность достигается за счет напряжений, возникающих в материале сопрягаемых деталей. Основные способы сборки деталей с натягом: продольная запрессовка - сборка под прессом за счет осевого усилия при нормальной температуре; поперечная запрессовка - сборка с предварительным разогревом охватывающей детали или охлаждением охватываемой до определенной температуры. Назначение переходных посадок. Переходные посадки предназначены для неподвижных, но разъемных соединений деталей, обеспечивают хорошее центрирование и применяются с дополнительным креплением. Эти посадки отличаются друг от друга вероятностью получения зазоров или натягов (табл. 1.9). Т а б л и ц а 1.9 Вероятность получения зазоров или натягов в переходных посадках Обозначение посадки Наименование посадки Вероятность зазоров Вероятность натягов H7/n6 глухая 1% 99% H7/m6 тугая 20% 80% H7/k6 напряженная 60% 40% H7/js6 плотная 99% 1% ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ ПРАКТИЧЕСКОГО ЗАНЯТИЯ 1.4 (3-Й УРОВЕНЬ СЛОЖНОСТИ) Ознакомиться с теоретической частью раздела. Получить задание (вариант) практической работы. Варианты заданы в Приложении А (А.1–А.12) по размеру D1 или D2. Глава 1. Нормирование точности гладких цилиндрических соединений 39 Задание. Определить посадку для заданного соединения (варианты A.1–А.12); учитывая требования, предъявляемые к нему, рассчитать предельные характеристики и допуск посадки, построить схему расположения полей допусков посадки, записать посадку смешанным способом. Задание оформить в виде карты исходных данных. Решение. 1. Определить, к какой группе относится посадка (по описанию характера соединения и его назначения): с зазором, с натягом или переходная. 2. Определить систему посадки на основании анализа конструкции соединения. 3. Выбрать вид сопряжения (сочетание основных отклонений полей допусков отверстия и вала) по таблице Б.6. 4. Определить точность посадки: квалитет точности, учитывая предпочтительность применения посадок и полей допусков по таблицам Б.4 и Б.5. 5. Определить предельные отклонения и допуски по таблицам Б.1–Б.3. 6. Рассчитать предельные характеристики и допуск посадки. 7. Построить схему расположения полей допусков посадки и записать посадку смешанным способом. ПРИМЕР ВЫПОЛНЕНИЯ ПРАКТИЧЕСКОГО ЗАНЯТИЯ 1.4 Карта исходных данных Наименование исходных данных Значение исходных данных Номинальный размер соединения и его значение D = 65 мм Название деталей, входящих в соединение Косозубое колесо 4 и шпиндель 6 Требования, предъявляемые к работе соединения (из описания к чертежу) Косозубое зубчатое колесо 4 по D2 хорошо сцентрировано относительно оси шпинделя и имеет две диаметрально расположенные призматические шпонки Решение. 1. Определить группу посадки. Задано соединение неподвижное с дополнительным креплением двумя шпонками, в котором требуется обеспечить 40 Метрология, стандартизация и сертификация точное центрирование. Этим условиям соответствует переходная посадка (табл. Б.6). 2. Назначить систему посадки. В соединение входит косозубое колесо и шпиндель. Так как по данному диаметру вал соединяется с одним отверстием, а внутренние поверхности более сложны для обработки, выбираем предпочтительную систему отверстия СН. Таким образом, на отверстие косозубого колеса назначаем поле допуска основного отверстия H. 3. Выбрать вид сопряжения. Методом подобия назначаем следующий вид посадки H/js (табл. Б.6). Для этого вида более вероятны зазоры, чем натяги. Он обеспечивает легкую сборку и разборку, точное центрирование и применяется для сменных деталей, которые требуют дополнительного крепления в точных квалитетах: валы с 4-го по 7-й, а отверстия с 5-го по 8-й. 4. Определить точность посадки. Анализируя конструкцию и условия работы данного соединения, назначаем посадку H7/js6. Эта посадка применяется в следующих соединениях: стаканы подшипников 4-го, 5-го классов точности в корпусах, зубчатые колеса, соединяемые с валом двумя шпонками, пиноль задней бабки токарного станка (табл. Б.6). 5. Определить предельные отклонения и допуски отверстия и вала. По таблице Б.1 найти допуски 6-го и 7-го квалитетов по интервалу размеров от 50 до 80: IT6 = 19 мкм; IT7 = 30 мкм. Верхнее отклонение для ∅65Н7 равно допуску, т. е. 30 мкм. Вал ∅65js6 имеет симметричное расположение поля допуска, т. е. ±9,5 мкм. 6. Рассчитать предельные характеристики и допуск посадки ∅65 H7(+0,030) . js6(±0,0095) Предельные размеры отверстия: Dmax = D + ES = 65 + 0,030 = 65,030 мм; Глава 1. Нормирование точности гладких цилиндрических соединений 41 Dmin = D + EI = 65 + 0 = 65 мм. Предельные размеры вала: dmax = d + es = 65 + 0,0095 = 65,0095 мм; dmin = d + ei = 65 + (–0,0095) = 64,9905 мм. Максимальный натяг: Nmax = dmax – Dmin = 65,0095 – 65 = 0,0095 мм. Максимальный зазор: Smax = Dmax – dmin = 65,030 – 64,9905 = 0,0395 мм. Средневероятный зазор: Sm = (Smax – Nmax)/2 = (0,0395 – 0,0095)/2 = 0,015 мм. Допуск посадки: TS/N = Smax + Nmax = 0,0095 + 0,0395 = 0,049 мм или TS/N = TD + Td = 0,030 + 0,019 = 0,049 мм. 7. Построить схему расположения полей допусков посадки (рис. 1.15). Рис. 1.15 Расположение полей допусков посадки 42 Метрология, стандартизация и сертификация 1.1.5. НАЗНАЧЕНИЕ ПОСАДКИ РАСЧЕТНЫМ МЕТОДОМ ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ К ПРАКТИЧЕСКОМУ ЗАНЯТИЮ 1.5 Расчетный метод - наиболее обоснованный метод назначения посадки. Он основан на инженерных расчетах соединений на прочность, жесткость и т. д. Однако формулы не всегда полностью учитывают сложный характер физических явлений, происходящих в сопряжении. Недостатком этого метода является необходимость проведения испытаний опытных образцов перед запуском в серийное производство нового изделия и корректировки посадок в разработанном изделии. Расчетный метод используется в том случае, когда по условиям эксплуатации механизма предельные значения зазоров или натягов ограничены , , например для подшипников скольжения, ответственных прессовых соединений и т. д. Например, при расчете посадки с зазором вида H/h, используемой как центрирующей, определяют прежде всего наибольшую предельно допустимую величину эксцентриситета или температурные деформации деталей, если рабочая температура существенно отличается от нормальной. При расчетах переходных посадок (в основном проверочных) определяют вероятность получения зазоров и натягов в соединении, наибольший зазор по известному предельно допустимому эксцентриситету соединяемых деталей или наибольшее усилие сборки при наибольшем натяге посадки, а для тонкостенных втулок выполняется расчет на прочность. В посадках с натягом рассчитывают минимальный допустимый натяг исходя из возможных наибольших сил, действующих на сопряжение, а максимальный натяг рассчитывают из условия прочности деталей. После расчета предельных характеристик необходимо подобрать стандартную посадку с предельными характеристиками, близкими к расчетным. Глава 1. Нормирование точности гладких цилиндрических соединений 43 Подбор стандартной посадки осуществляется в следующей последовательности. 1. По результатам анализа конструкции узла определяется система посадки. В большинстве случаев посадки назначают в системе отверстия как предпочтительной. Типовые случаи назначения посадок в системе вала - см. п. 1.1.4. 2. Рассчитывается допуск посадки с зазором, с натягом или переходной по заданным характеристикам: Tпос = TS = Smax – Smin; (1.25) Tпос = TN = Nmax – Nmin; (1.26) Tпос = TS/N = Smax + Nmax. (1.27) 3. Для определения стандартного допуска посадки необходимо определить относительную точность посадки апос (число единиц допуска посадки), исходя из формул (1.7) и (1.12): Tпос = TD + Td = aD ⋅ i + ad ⋅ i = i ⋅ (аD + аd), (1.28) где аD + аd = апос, т. е. сумма чисел единиц допусков отверстия и вала равна числу единиц допуска посадки; i = iпос - единица допуска посадки, значение которой зависит от номинального размера посадки (табл. Б.1). Отсюда следует, что апос = Tпос/i. (1.29) 4. По известному числу единиц допуска посадки определяются номера квалитетов на отверстие и вал в соответствии со вторым признаком основной посадки: номера квалитетов отверстия и вала одинаковые или отличаются на единицу (редко на две). Таким образом, аD = аd = апос/2. Затем по таблице Б.1 определяются ближайшее к расчетному стандартное значение числа единиц допуска отверстия и вала, по которому определяют номер квалитета. 5. Если значение числа единиц допуска попадает между двумя стандартными значениями, на отверстие и вал назначают квалитеты, соответствующие этим стандартным значениям (более грубый - на отверстие, более 44 Метрология, стандартизация и сертификация точный - на вал), при этом сумма aD + ad должна быть близка к расчетному значению aпос, например aпос = 35, тогда при aD = ad = 35/2 = 17,5 - точность отверстия и вала соответствует ≈ IT7 (a = 16). 6. Посадка может быть комбинированная по квалитетам при наличии монтажа на этот же диаметр вала подшипника качения. В этом случае необходимо ограничить точность вала. Например, IT6 (ad = 10), тогда aD = 35 – 10 = 25, что соответствует точности отверстия IT8. 7. Поля допусков на отверстие и вал назначают в зависимости от выбранной системы посадок (СH или Сh) допусков отверстия и вала (табл. Б.1) и значения одной из предельных характеристик посадки, по которой рассчитывают основное отклонение поля допуска не основной детали (вала или отверстия) в следующей последовательности: сначала определяют допуски отверстия и вала по таблице Б.1 и вторые отклонения основных деталей по формулам (1.8) и (1.10) практического занятия 1.1: ES = EI + ITn (от A по H); ei = es – ITn (от a до h); для посадок с зазором, с натягом и переходной, заданных в системе отверстия, основные отклонения рассчитывают соответственно по следующим формулам: es = EI – Smin; (1.30) ei = ES + Nmin; (1.31) ei = ES – Smax; (1.32) для посадок с зазором, с натягом и переходной, заданных в системе вала, основные отклонения рассчитывают соответственно по следующим формулам: EI = es + Smin; (1.33) ES = ei – Nmin; (1.34) ES = ei + Smax. (1.35) Глава 1. Нормирование точности гладких цилиндрических соединений 45 По рассчитанным значениям основных отклонений вала или отверстия по таблицам Б.2 и Б.3 подбирают ближайшие стандартные значения. 8. Затем определяются вторые предельные отклонения не основных вала или отверстия по формулам (1.8)–(1.10) практического занятия 1.1 в зависимости от группы посадок. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ ПРАКТИЧЕСКОГО ЗАНЯТИЯ 1.5 (3-Й УРОВЕНЬ СЛОЖНОСТИ) Ознакомиться с теоретической частью раздела. Получить задание (вариант) практической работы. Варианты заданы в Приложении А (А.1–А.12) по размеру D3. Задание. Подобрать по заданным предельным характеристикам стандартную посадку для заданного соединения расчетным методом. Рассчитать предельные характеристики и допуск стандартной посадки, построить схему расположения полей допусков посадки и записать посадку смешанным способом. Задание оформить в виде карты исходных данных. Решение. 1. Определить, к какой группе относится посадка (по описанию характера соединения и его назначения): с зазором, с натягом или переходная. 2. Определить систему посадки, анализируя конструкцию соединения. 3. Определить точность посадки. 3.1. Рассчитать допуск посадки в зависимости от ее группы по формуле (1.26), или (1.27), или (1.28). 3.2. Определить относительную точность посадки (число единиц допуска посадки aпос). Рассчитать по формуле (1.29) число единиц допуска посадки. 3.3. По таблице Б.1 определить квалитеты вала и отверстия. При назначении квалитетов на отверстие и вал необходимо стремиться обеспечить выполнение второго признака основной посадки, т. е. назначить одинаковые квалитеты на вал и отверстие или с разницей по номерам квалитетов, равной единице. 46 Метрология, стандартизация и сертификация 3.4. Найти допуски отверстия и вала по таблице Б.1. 4. Определить основные и вторые отклонения отверстия и вала. 4.1. Выбранная система посадки определяет основную деталь (основное отверстие для CH и основной вал для Ch). Основная деталь будет иметь основное отклонение, равное 0, а второе определяют в зависимости от вида основного отклонения (ES или ei) и допуска. 4.2. Определить положение поля допуска другой (не основной) детали по формулам (1.30)–(1.32) или (1.33)– (1.35) в зависимости от группы посадок через известные величины Smin; Smax или Nmin; Nmax и с учетом принятых отклонений основной детали. 4.3. Подобрать стандартные основные и вторые отклонения полей допусков отверстия и вала (табл. Б.2 или Б.3). Записать поля допусков в смешанном виде. 5. Рассчитать предельные характеристики и допуск посадки по формулам практического занятия 1.2. 6. Построить схему расположения полей допусков посадки. 7. Определить погрешность подбора посадки по допуску посадки и предельным характеристикам. Допускаемая погрешность подбора по характеристикам посадки может составлять ±10%. Формула для определения погрешности (∆Тпос) имеет вид: ∆Tпос Тзад − Тст ⋅ 100% ≤ ±10% , Тзад где ∆Тпос - погрешность подбора посадки по допуску посадки, т. е. относительная величина различия назначенного стандартного поля допуска и заданного; Тзад - заданный допуск посадки; Тст - допуск выбранной стандартной посадки. Проверить правильность подбора посадки сравнением стандартных значений предельных зазоров (натягов) с заданными: для посадок с зазором Smaх ст ≤ Smax; Smin ст ≈ Smin; для посадок с натягом Nmax ст ≈ Nmax; Nmin ст ≥ Nmin. Глава 1. Нормирование точности гладких цилиндрических соединений 47 ПРИМЕР ВЫПОЛНЕНИЯ ПРАКТИЧЕСКОГО ЗАНЯТИЯ 1.5 Карта исходных данных к рисунку А.12 Наименование исходных данных Значение исходных данных Номинальный размер соединения и его значение Название деталей, входящих в соединение D = 36 мм Фреза 11 и шпиндель 6 Заданные характеристики посадки для расчетного метода назначения посадок, мкм: Smax= Smin= Требования, предъявляемые к работе соединения (из описания к чертежу) 42 2 На обоих концах шпинделя установлены фрезы 11, периодически снимаемые для заточки или переналадки станка Решение. 1. Определить группу посадки. Необходимо назначить стандартную посадку с характеристиками, близкими к заданным. Заданы предельные зазоры, следовательно, должна быть назначена посадка с зазором. 2. Определить систему посадки. На обоих концах шпинделя установлены фрезы 11, периодически снимаемые для заточки или переналадки станка. Также по диаметру D на этом же конце шпинделя установлены регулировочная шайба и защитное кольцо по посадкам другого характера. Таким образом, назначаем систему вала Ch (табл. Б.6). 3. Определить точность посадки. 3.1. Рассчитать допуск посадки: TS = Smax – Smin = 42 – 2 = 40 мкм. 3.2. Определить относительную точность посадки (число единиц допуска посадки aS). По номинальному размеру найдем единицу допуска (табл. Б.1) - i = 1,6 мкм. Рассчитаем число единиц допуска посадки: aS = TS 40 = ≈ 25. i 1,6 48 Метрология, стандартизация и сертификация 3.3. Определить квалитеты вала и отверстия. Исходя из того, что aS = aD + ad и в соответствии с принципом основной посадки о равенстве точности отверстия и вала (номера квалитетов отверстия и вала одинаковые или отличаются на единицу), принимаем aD = 16, ad = 10. Это соответствует 7-му квалитету для отверстия и 6-му - для вала. 3.4. Найти допуски отверстия и вала. По таблице Б.1 определим допуск отверстия TD = IT7 = 25 мкм и допуск вала Td = IT6 = 16 мкм. 4. Определить основные и вторые отклонения отверстия и вала. 4.1. Так как посадка назначена в системе вала, то на вал назначаем поле допуска основного вала h6 с основным отклонением es = 0. 4.2. Второе отклонение вала определим с учетом допуска 6-го квалитета по таблице Б.2: ei = es – IT6 = 0 – 16 = –16 мкм. Запишем поле допуска вала смешанным способом: 4.3. Определим основное отклонение отверстия. Так как назначена посадка с зазором в системе вала, основным отклонением поля допуска отверстия будет нижнее предельное отклонение, которое определим по заданному минимальному зазору: EI = Smin + es = 2 + 0 = +2 мкм. 4.4. По ГОСТ 25346-89 (табл. Б.3) подбираем стандартное поле допуска отверстия. Стандартное поле допуска на отверстие с основным отклонением EI = +2 мкм отсутствует. Ближайшим к такому расположению будет поле допуска основного отверстия H7 с основным отклонением EI = 0 мкм. 4.5. Второе отклонение поля допуска отверстия рассчитаем в зависимости от допуска 7-го квалитета: ES = EI + IT7 = 0 + 25 = +25 мкм. Глава 1. Нормирование точности гладких цилиндрических соединений 49 Запишем поле допуска отверстия смешанным способом: ∅36Н7 (+0,025). Таким образом, на соединение «фреза - шпиндель» назначим посадку: ∅36 Н7 (+0,025) . h6 (−0,016) Посадка является комбинированной по системам, так как отверстие задано в системе отверстия, а вал - в системе вала. 5. Рассчитать предельные характеристики и допуск посадки. Расчет характеристик заключается в определении предельных размеров отверстия и вала и определении величин предельных зазоров и допуска посадки. Предельные размеры отверстия: Dmax = D + ES = 36 + 0,025 = 36,025 мм; Dmin = D + EI = 36 + 0 = 36 мм. Предельные размеры вала: dmax = d + es = 36 + 0 = 36 мм; dmin = d + ei = 36 + (–0,016) = 35,984 мм. Минимальный зазор: Smin = Dmin – dmax = 36 – 36 = 0 мм. Максимальный зазор: Smax = Dmax – dmin = 36,025 – 35,984 = 0,041 мм. Средневероятный зазор: Sm = (Smax + Smin)/2 = (0,041 + 0)/2 = 0,0205 мм. Допуск посадки: TS = Smax – Smin = 0,041 – 0 = 0,041 мм = 41 мкм; TS = TD + Td = 25 + 16 = 41 мкм = 0,041 мм. 50 Метрология, стандартизация и сертификация 6. Построить схему расположения полей допусков назначенной посадки (рис. 1.16). 7. Проверка правильности расчета и подбора посадки. Определить погрешность ∆Тпос подбора посадки по допуску: ∆Tпос = Тзад − Тст ⋅ 100%; Тзад ∆Tпос = 40 − 41 ⋅ 100% = 2,5% < 10%. 40 Проверить правильность подбора посадки сравнением стандартных значений предельных зазоров (натягов) с заданными: Smaх ст = 41 ≤ Smax = 42; Smin ст = 0 ≈ Smin = 2. Следовательно, посадка назначена верно. Рис. 1.16 Схема расположения полей допусков вала и отверстия посадки Глава 1. Нормирование точности гладких цилиндрических соединений 51 1.2. ДОПУСКИ РАЗМЕРОВ, ВХОДЯЩИХ В РАЗМЕРНУЮ ЦЕПЬ 1.2.1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ К ПРАКТИЧЕСКОМУ ЗАНЯТИЮ 1.6 Размерная цепь - совокупность геометрических размеров (звеньев), расположенных по замкнутому контуру и определяющих взаимные положения и точность элементов деталей при изготовлении, измерении и сборке. По области применения размерные цепи можно разделить на конструкторские (сборочные), технологические (операционные, детальные) и измерительные. Звено размерной цепи - один из размеров, образующих размерную цепь. Звенья размерной цепи обозначаются заглавной буквой русского алфавита с числовым индексом, определяющим порядковый номер звена в цепи. Размерная цепь состоит из составляющих звеньев и одного замыкающего звена. Простейшей размерной цепью будет соединение вала с отверстием (рис. 1.17а). Эта размерная цепь содержит наименьшее число размеров (три), которые расположены параллельно и получены в результате обработки вала и втулки: диаметр вала d (А2), диаметр отверстия втулки D (А1). В результате сборки этих деталей получается замыкающее звено - зазор S (А∆), если размер отверстия будет больше размера вала до сборки, или натяг N (А∆), если размер вала будет больше размера отверстия до сборки. Простейшая технологическая размерная цепь двухступенчатого валика (рис. 1.17б) состоит из габаритного размера А1, ступени вала А2 и замыкающего звена, оставшейся части вала А∆, которая получается за счет обтачивания меньшего диаметра на длину А2. Схема размерной цепи - графическое изображение размерной цепи. Замыкающее звено - звено, получаемое в размерной цепи последним в результате решения поставленной задачи, 52 Метрология, стандартизация и сертификация Рис. 1.17 Виды размерных цепей: а - конструкторская (сборочная); б - технологическая (операционная). в том числе при изготовлении, сборке и измерении. В размерной цепи должно быть только одно замыкающее звено, которое получается последним в результате сборки, обработки или измерения (размер контролируемой детали). Составляющее звено - звено размерной цепи, изменение которого вызывает изменение замыкающего звена. Все составляющие звенья по характеру влияния на замыкающее звено делятся на увеличивающие и уменьшающие. Увеличивающие звенья - звенья, при увеличении которых замыкающее звено увеличивается. Уменьшающие - звенья, при увеличении которых замыкающее звено уменьшается. На рисунке 1.18 представлена схема размерной цепи, в которой звенья А1–А6 - составляющие звенья, А∆ - замыкающее звено. Для определения характера составляющего звена используют правило обхода по контуру размерной цепи. Для этого предварительно выбирают направление обхода размерной цепи (может быть любое). Оно совпадает с направлением левонаправленной стрелки (←), проставленной над замыкающим звеном. Обходя цепь в этом направлении, над Глава 1. Нормирование точности гладких цилиндрических соединений 53 составляющими звеньями расставляют стрелки в направлении обхода. Увеличивающие звенья обозначаются стрелкой над буквой, направленной вправо а уменьшающие - стрелкой, направленной влево Правило. Все составляющие звенья, имеющие такое же направление стрелок, которое имеет стрелка над замыкающим звеном, являются уменьшающими звеньями, а звенья, имеющие противоположное направление, - увеличивающими . По взаимному расположению размеров цепи делятся на плоские (звенья цепи расположены произвольно в одной или нескольких произвольных параллельных плоскостях) и пространственные (звенья цепи расположены произвольно в пространстве). В зависимости от вида звеньев цепи делятся на линейные (звенья цепи - линейные размеры, расположенные на параллельных прямых) и угловые (звенья цепи представляют собой угловые размеры, отклонения которых могут быть заданы в линейных величинах, отнесенных к условной длине, или в градусах). По месту в изделии цепи делятся на детальные (определяют точность относительного положения поверхностей или осей одной детали) и сборочные (определяют точность относительного положения поверхностей или осей деталей, образующих сборочную единицу). По характеру звеньев цепи делятся на скалярные (все звенья - скалярные величины), векторные (все Рис. 1.18 Схема размерной цепи 54 Метрология, стандартизация и сертификация звенья - векторные погрешности) и комбинированные (часть звеньев - векторные погрешности, остальные - скалярные величины). Перед тем как построить размерную цепь, следует выявить замыкающее звено. Для этого по чертежам общих видов и сборочных единиц выявляются и фиксируются все требования к точности, которым должно удовлетворять изделие или сборочная единица, например: точность взаимного расположения деталей, обеспечивающая качественную работу изделия при эксплуатации (перпендикулярность оси шпинделя станка к рабочей плоскости стола); точность взаимного расположения деталей, обеспечивающая собираемость изделия , . При выявлении замыкающих звеньев их номинальные размеры и допускаемые отклонения устанавливаются по стандартам, техническим условиям, на основании опыта эксплуатации аналогичных изделий, а также путем теоретических расчетов и специально поставленных экспериментов. Для нахождения составляющих звеньев после определения замыкающего звена следует идти от поверхностей (осей) деталей, образующих замыкающее звено, к основным базам (осям) этих деталей, от них - к основным базам деталей, образующих первые детали, и т. д. до образования замкнутого контура. В число составляющих звеньев необходимо включать размеры деталей, непосредственно влияющих на замыкающее звено, и стремиться к тому, чтобы от каждой детали в линейную цепь входил только один размер. Каждая размерная цепь должна состоять из возможно меньшего числа звеньев (принцип «кратчайшей» размерной цепи). 1.2.2. МЕТОДЫ РЕШЕНИЯ РАЗМЕРНЫХ ЦЕПЕЙ При решении размерных цепей могут быть использованы два метода расчета: метод расчета размерной цепи на max-min; вероятностный метод расчета. Глава 1. Нормирование точности гладких цилиндрических соединений 55 Метод расчета размерной цепи на max-min - метод расчета размерной цепи, при котором требуемая точность замыкающего звена размерной цепи получается при любом сочетании размеров составляющих звеньев. При этом предполагают, что в размерной цепи одновременно могут оказаться все звенья с предельными значениями, причем в любом из двух наиболее неблагоприятных сочетаний (все увеличивающие звенья имеют наибольшее предельное значение, а все уменьшающие звенья - наименьшее предельное значение или наоборот). В результате размер замыкающего звена будет максимальным или минимальным. Преимущества такого метода заключаются в простоте, наглядности, небольшой трудоемкости вычислительных работ, полной гарантии от брака из-за неточности замыкающего звена. Недостатком является то, что полученные по этому методу результаты часто не соответствуют фактическим. Метод экономически целесообразен лишь для цепей малой точности или для точных цепей с небольшим числом составляющих звеньев. Вероятностный метод расчета - метод расчета размерной цепи, учитывающий явление рассеяния и вероятность различных сочетаний отклонений составляющих звеньев. Этот метод допускает малый процент изделий, у которых замыкающее звено выйдет за рамки поля допуска. При этом расширяются допуски составляющих цепь размеров и тем самым снижается себестоимость изготовления деталей. В данном практическом занятии используется только метод расчета размерной цепи на max-min, а вероятностный метод расчета рассматривается в спецкурсах. Уравнения размерных цепей устанавливают взаимосвязь между параметрами замыкающего звена и составляющих звеньев. Для конструкторских (сборочных) линейных скалярных цепей передаточное отношение принимается для увеличивающих звеньев ξ = +1, для уменьшающих звеньев - ξ = –1. Тогда уравнения размерных цепей при расчете на max-min можно представить в следующем виде. 56 Метрология, стандартизация и сертификация 1. Уравнение номиналов. По определению размерной цепи следует, что сумма всех номинальных размеров, включая и замыкающее звено, равна нулю: Исходя из этого равенства, можно найти номинальный размер замыкающего звена: где ξ = ±1 - передаточное отношение; ρ - число составляющих звеньев. Или с учетом характера звена (передаточного отношения) получим уравнение номиналов для расчета размерной цепи на max-min (номинал замыкающего звена равен разности суммы номиналов увеличивающих звеньев и суммы номиналов уменьшающих звеньев): (1.36) где n - число увеличивающих звеньев; k - число уменьшающих звеньев. 2. Уравнение допусков. Допуск замыкающего звена (или поле рассеяния размера замыкающего звена) равен сумме допусков составляющих звеньев: (1.37) где p = n + k - число составляющих звеньев; 3. Уравнения предельных отклонений: верхнее отклонение замыкающего звена равно разности суммы верхних отклонений увеличивающих звеньев и суммы нижних отклонений уменьшающих звеньев: (1.38) Глава 1. Нормирование точности гладких цилиндрических соединений 57 нижнее отклонение замыкающего звена равно разности суммы нижних отклонений увеличивающих звеньев и суммы верхних отклонений уменьшающих звеньев: (1.39) При расчете конструкторских размерных цепей обычно решаются две задачи: прямая и обратная. Прямая задача заключается в том, что по предельным размерам и допуску замыкающего звена определяются допуски и предельные отклонения составляющих звеньев. Это основная задача, решаемая при проектировании. Дано: А∆; Т∆; ЕS∆; EI∆ (параметры замыкающего звена). Найти: Аj; Тj; ЕSj; EIj (параметры составляющих звеньев). Обратная задача заключается в том, что по размерам, предельным отклонениям и допускам составляющих звеньев определяется размер, допуск и предельные отклонения замыкающего звена. Эта задача используется при проверочных расчетах. Дано: Аj; Тj; ЕSj; EIj (параметры составляющих звеньев) Найти: А∆; Т∆; ЕS∆; EI∆ (параметры замыкающего звена). Нахождение точности составляющих звеньев при решении прямой задачи может осуществляться двумя способами: 1. Способ равных допусков. Этот способ применим в случае, когда все размеры цепи входят в один интервал размеров. Тогда допуски составляющих звеньев будут равны среднему допуску Тm: ТА1 = ТА2 = ... = ТАp = Тm. Средний допуск определяется по формуле (1.40) 58 Метрология, стандартизация и сертификация 2. Способ одного квалитета. Все размеры могут быть выполнены по какому-либо одному квалитету (или двум ближайшим квалитетам), который определяется нахождением среднего числа единиц допуска аm (средней относительной точности). Величины допусков при этом будут определены в зависимости от номинального размера (табл. Б.1). Известно, что допуск есть произведение единицы допуска на число единиц допуска. Это справедливо для любого звена размерной цепи: Tj = ijaj, где ij - единица допуска для каждого звена, мкм; aj - число единиц допуска каждого звена. Следовательно, уравнение допусков размерной цепи можно представить в следующем виде при условии, что число единиц допуска a у всех звеньев одинаковое (т. е. точность звеньев одинаковая): Так как допуски составляющих звеньев неизвестны, на основании уравнения размерных цепей (1.37) сумму допусков составляющих звеньев заменим допуском замыкающего звена, который задан по условию задачи. Определим среднее число единиц допуска размерной цепи - аm: (1.41) Если в размерную цепь включены стандартные звенья (ширина подшипника), необходимо из допуска замыкающего звена исключить сумму допусков стандартных звеньев, так как допуск этих звеньев уже известен и изменять его нельзя. В этом случае число единиц допуска определяется только для нестандартных звеньев - аmнест: Глава 1. Нормирование точности гладких цилиндрических соединений 59 (1.42) где t - число стандартных звеньев; p - число всех составляющих звеньев; (ρ − t) - число нестандартных звеньев; Tjст - допуск стандартного звена; ijнест - единица допуска нестандартного звена. Для определения полей допусков на размеры составляющих звеньев, кроме квалитета, необходимо назначить основные отклонения в зависимости от вида размеров: для охватываемых - h, охватывающих - H, остальных - js. Например, на рисунке 1.17а размер - охватывающий, размер - охватываемый; на рисунке 1.17б размер - охватывающий, относится к группе остальных размеров, т. е. не относится ни к охватываемым, ни к охватывающим. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ ПРАКТИЧЕСКОГО ЗАНЯТИЯ 1.6 (РАСЧЕТ РАЗМЕРНОЙ ЦЕПИ НА MAX-MIN) (3-Й УРОВЕНЬ СЛОЖНОСТИ) Задание. По предельным размерам и допуску замыкающего звена определить допуски и предельные отклонения составляющих звеньев. Выполнить проверку, решив обратную задачу. Даны предельные размеры замыкающего звена и номинальные размеры составляющих звеньев. Варианты заданий указаны в Приложении А.13. 1. Решить прямую задачу. 1.1. Представить схему размерной цепи и указать, какие звенья охватываемые, а какие охватывающие. 1.2. Определить номинальный размер, предельные отклонения и допуск замыкающего звена. 1.3. Определить номинальный размер (номинал) замыкающего звена по уравнению номиналов размерной цепи (1.36). 60 Метрология, стандартизация и сертификация 1.4. Определить предельные отклонения через предельные размеры и номинал замыкающего звена. 1.5. Рассчитать допуск замыкающего звена по предельным размерам или предельным отклонениям. 1.6. Определить характер составляющих звеньев (увеличивающие или уменьшающие звенья). 1.7. Определить точность составляющих звеньев, используя способ равных квалитетов (формулы 1.41 и 1.42). Назначить одинаковый квалитет на все звенья. 1.8. Определить вид и значения (табл. Б.1) основных отклонений полей допусков составляющих звеньев в зависимости от вида размера (для охватываемых - h; охватывающих - H; остальных - js). 2. Решить обратную задачу. 2.1. Выполнить проверку по уравнению допусков (1.37). При большой разнице между полем рассеяния и допуском замыкающего звена выполнить согласование по квалитетам (изменить квалитет у одного звена). 2.2. Выполнить проверку по предельным отклонениям (1.38), (1.39). Для корректировки расположения поля рассеяния замыкающего звена выбрать самое простое по конструкции согласующее звено. Рассчитать новые предельные отклонения согласующего звена, подставив в левую часть Т а б л и ц а 1.10 Номинальный размер звена, мм Значение единицы допуска ij, мкм Обозначение размеров размерной цепи, Аj Расчет размерной цепи методом на «максимум - минимум» после назначения полей допусков по расчетному значению аm 55 1,9 55Js10(±0,06) 55Js10(±0,06) 3 0,6 3h10(–0,04) 3h10(–0,04) 22 1,3 22h10(–0,084) 22h11(–0,13) 22h11(–0,13) 32 1,6 32h10(–0,10) 32h10(–0,10) 32h10(–0,10) ω∆ = 0,344 ω∆ = 0,39 ω∆ = 0,4 Т∆ 0,4 A∆ 2–0,4 - Принятые значения звеньев размерной цепи ω∆ < T∆ после согласования значений допусков после согласования предельных отклонений 55Js10(±0,06) 2–0,4 Глава 1. Нормирование точности гладких цилиндрических соединений 61 уравнений требуемые значения предельных отклонений замыкающего звена. 2.3. Представить результаты расчета размерных цепей в виде таблицы (табл. 1.10). ПРИМЕР ВЫПОЛНЕНИЯ ПРАКТИЧЕСКОГО ЗАНЯТИЯ 1.6 (РАСЧЕТ РАЗМЕРНОЙ ЦЕПИ НА MAX-MIN) Задание. Необходимо обеспечить собираемость деталей с валом (Приложение А.13, табл. А.25, рис. А.13; вариант 13-1). Исходные данные: 1) предельные размеры замыкающего звена (зазор между торцами вала 13 и зубчатого колеса 3): А∆min = 1,6 мм; A∆max = 2,0 мм; 2) номинальные размеры составляющих звеньев: длина ступени вала 13 - А1 = 53 мм; буртик втулки 7 - А2 = 3 мм; длина втулки 7 - А3 = 22 мм; длина (высота) зубчатого колеса 3 - А4 = 32 мм. Решение. 1. Решить прямую задачу. 1.1. На рисунке 1.19 представлена схема размерной цепи, в которую включены размеры, влияющие на замыкающее звено, по одному от каждой детали. Размеры А2, А3, А4 - охватываемые; размер А1 не относится ни к охватываемым, ни к охватывающим (группа остальных размеров). Рис. 1.19 Схема размерной цепи 62 Метрология, стандартизация и сертификация Для обеспечения полной взаимозаменяемости сборки решение следует вести методом расчета на max-min, так как цепь невысокой точности. 1.2. Определить номинальный размер, предельные отклонения и допуск замыкающего звена. 1.3. Определить номинальный размер замыкающего звена: А∆ = (32 + 22 + 3) – 55 = 2 мм. 1.4. Определить предельные отклонения замыкающего звена через его предельные размеры и номинал: ES∆ = A∆max – А∆ = 2 – 2 = 0; EI∆ = А∆min – A∆ = 1,6 – 2 = –0,4 мм. 1.5. Определить допуск замыкающего звена: Т∆ = A∆max – А∆min = 2 – 1,6 = 0,4 мм = 400 мкм. Записать номинал и предельные отклонения замыкающего звена в виде исполнительного размера: А∆ = 2–0,4 (нулевое отклонение не обозначается). 1.6. Определить характер составляющих звеньев. Для этого обходим цепь слева направо в соответствии с левонаправленной стрелкой, указанной над замыкающим звеном. Расставляем стрелки над составляющими звеньями в направлении обхода. В соответствии с правилом обхода по контуру размерной цепи определяем характер составляющих звеньев: звено - уменьшающее; звенья - увеличивающие. 1.7. Определить точность составляющих звеньев. Так как номинальные размеры составляющих звеньев относятся к разным интервалам размеров, для определения точности составляющих звеньев используем способ одного квалитета, т. е. рассчитаем среднее число единиц допуска с учетом отсутствия в цепи стандартных звеньев по формуле (1.41): Глава 1. Нормирование точности гладких цилиндрических соединений 63 Ближайшее к рассчитанному значению аm = 74 стандартное число единиц допуска равно аm = 64, что соответствует 10-му квалитету. Поэтому принимаем для всех звеньев 10-й квалитет. 1.8. Определить вид и значения основных отклонений полей допусков составляющих звеньев в зависимости от вида размера (для охватываемых - h; охватывающих - H; остальных - js). Так как звено А1 относится к третьей группе размеров, назначим на него поле допуска js10, а для звеньев А2, А3, А4 (как на охватываемые) поле допуска h10. Составляющие звенья будут иметь следующие размеры: 2. Решить обратную задачу 2.1. Выполним проверку по допускам. Рассчитаем поле рассеяния замыкающего звена: ω∆ = 120 + 40 + 84 + 100 = 344 = 0,344 < 0,4 на 0,056 мм. Так как разница между полем рассеяния ω∆ = 0,344 мм и заданным допуском замыкающего звена T∆ = 0,4 мм получилась слишком большая, изменим 10-й квалитет звена А3 на 11-й квалитет. Тогда Это позволяет расширить поле рассеяния замыкающего звена на следующую величину: IT11 – IT10 = 0,130 – 0,084 = 0,046 мм, т. е. поле рассеяния при этом будет равно ω∆ = 0,39 мм. Примечание. Звено А3 выбрано потому, что разница между допусками 10-го и 11-го квалитетов для номинального размера этого звена наиболее близко приближает поле 64 Метрология, стандартизация и сертификация рассеяния замыкающего звена к полю допуска замыкающего звена. 2.2. Выполним проверку по предельным отклонениям: ES∆ = – [–0,060] = +0,060 мм; EI∆ = [(–0,040) + (–0,13) + (–0,10)] – [(+0,06)] = –0,33 мм. Следовательно, поле рассеяния замыкающего звена по предельным отклонениям равно: ω∆ = ES∆ – EI∆ = 0,06 – (–0,33) = 0,39 мм. Это совпадает со значением поля рассеяния, полученным по уравнению допусков: ω∆ = 0,39 мм, т. е. расчет предельных отклонений замыкающего звена выполнен правильно. Однако расположение поля рассеяния замыкающего звена, полученное по отклонениям (рис. 1.20а), не соответствует заданному положению поля допуска (рис. 1.20б). 2.3. Для обеспечения заданного расположения поля допуска замыкающего звена выберем самое простое по конструкции согласующее звено. Таким звеном будет звено А2 (высота буртика втулки). Принимаем его отклонения за неизвестные и решаем уравнения отклонений размерной цепи относительно этих неизвестных, подставив в левую часть уравнений требуемые отклонения (А∆ = 3–0,4) замыкающего звена. 0 = – [(–0,06)]; Рис. 1.20 Расположение поля допуска замыкающего звена: а - полученное по отклонениям; б - заданное. Глава 1. Нормирование точности гладких цилиндрических соединений 65 ESA2 = –0,06 мм; –0,4 = – [(+0,06)]; EIA2 = –0,11 мм. В результате для звена А2 получили новые предельные отклонения и допуск звена: TA2 = 0,05 мм. Таким образом, расширение допуска компенсирующего звена и изменение его предельных отклонений позволили получить замыкающее звено в заданных пределах (рис. 1.20б). Все расчеты внесем в таблицу 1.10. ГЛ А В А 2 НОРМИРОВАНИЕ ТРЕБОВАНИЙ К ШЕРОХОВАТОСТИ ПОВЕРХНОСТИ И ГЕОМЕТРИЧЕСКИМ ДОПУСКАМ 2.1. ШЕРОХОВАТОСТЬ ПОВЕРХНОСТИ И ЕЕ НОРМИРОВАНИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ К ПРАКТИЧЕСКИМ ЗАНЯТИЮ 2.1 Н а поверхности детали после обработки остаются следы от кромок режущего инструмента в виде неровностей и гребешков, близко расположенных друг от друга. Шероховатостью поверхности называется совокупность неровностей с относительно малыми шагами, выделенная на базовой длине (l). Нормирование шероховатости поверхности по ГОСТ 2789-73 выполнено с учетом рекомендаций международных стандартов. Установлены (рис. 2.1) шесть параметров: три высотных (Ra; Rz; Rmax), два шаговых (Sm; S) и параметр относительной опорной длины профиля (tp) , , . Рис. 2.1 Профилограмма шероховатости поверхности Глава 2. Нормирование требований к шероховатости поверхности 67 Характеристика параметров шероховатости: Ra - среднее арифметическое отклонение профиля, мкм: (2.1) где yi - расстояние между любой точкой профиля и средней линией m, cредняя линия имеет форму номинального профиля и проводится так, что в пределах базовой длины среднее квадратическое отклонение профиля до этой линии минимально; n - количество рассматриваемых точек профиля на базовой длине. Rz - высота неровностей профиля по 10 точкам, мкм: (2.2) где Himax; Himin - высота наибольшего выступа и глубина наибольшей впадины, мкм. Соотношение между Ra и Rz колеблется в пределах от 4 до 7 раз; Rz больше, чем Ra. Rmax - наибольшая высота профиля - расстояние между линией выступов и линией впадин, мкм; Sm - средний шаг неровностей профиля по средней линии в пределах базовой длины, мм: (2.3) где n - количество шагов в пределах базовой длины; Smi - шаг неровностей профиля по средней линии. S - средний шаг местных выступов профиля (по вершинам) в пределах базовой длины, мкм: (2.4) где n - количество шагов в пределах базовой длины; Si - шаг местных выступов профиля. tp - относительная опорная длина профиля в %: 68 Метрология, стандартизация и сертификация (2.5) где p - уровень сечения профиля в процентах - это расстояние между линией выступов и линией, пересекающей профиль эквидистантно линии выступов; за 100% принимается Rmax; bi - длина отрезка, отсекаемая на заданном уровне в материале, мм; l - базовая длина, мм. Направления неровностей обработки зависят от метода и технологии изготовления, влияют на работоспособность, износостойкость и долговечность изделия. Условные обозначения направления неровностей (табл. 2.1) указывают на чертеже при необходимости. Т а б л и ц а 2.1 Условное обозначение направлений неровностей Тип направления неровностей Обозначение Тип направления неровностей Параллельное Произвольное Перпендикулярное Кругообразное Перекрещивающееся Радиальное Обозначение Точечное Выбор параметров производится в зависимости от эксплуатационных свойств поверхности. Предпочтительным принят параметр Ra - среднее арифметическое отклонение профиля, так как он определяет шероховатость по всем точкам профиля (табл. В.1). Глава 2. Нормирование требований к шероховатости поверхности 69 Точечное направление неровностей дают поверхности, полученные методом порошковой металлургии, электроискровым методом, травлением и др. Средняя высота неровностей по 10 точкам Rz используется в тех случаях, когда нельзя измерить Ra на приборах типа профилометр путем ощупывания поверхности алмазной иглой (острые кромки, мягкий материал, особо чистая поверхность). Шаговые параметры влияют на виброустойчивость, сопротивление в волноводах и электропроводность в электротехнических деталях. Параметр tp необходимо учитывать при высоких требованиях к контактной жесткости и герметичности. В ГОСТ 2789-59 предусматривалось 14 классов шероховатости в порядке уменьшения значений параметров. В сравнительной таблице В.1 даны соотношения между классами шероховатости и другими высотными параметрами. С 1983 г. для всех классов введен ряд значений Ra предпочтительного применения по 1-му варианту. Определение значений параметров шероховатости может быть выполнено методом подобия и расчетным методом. Метод подобия (табл. В.2) ориентируется на экономическую точность, которая устанавливает зависимость шероховатости и формы поверхности от допуска размера и применяемого отделочного метода обработки. Минимальные требования к шероховатости поверхности в зависимости от допусков размера и формы даны в таблице В.3 . Примеры выбора числовых значений Ra в зависимости от вида соединения даны в таблице В.4. При расчетном методе учитывается зависимость параметров шероховатости поверхности от допуска размера, так как при обеспечении требуемой точности размера изменяется шероховатость и точность геометрической формы поверхности. Для деталей жесткой конструкции (L ≤ 2d) соотношение допусков размера (Т) и формы поверхности (Тф) установлены три уровня относительной геометрической точности (ГОСТ 24643-81): А - нормальный, используемый наиболее часто в машиностроении для поверхностей без особых требований 70 Метрология, стандартизация и сертификация к точности формы при низкой скорости вращения или перемещения; В - повышенный, используемый для поверхностей, работающих при средних нагрузках и скоростях до 1500 об/мин, при оговоренных требованиях к плавности хода и герметичности уплотнений. Поверхности, образующие соединения с натягом или по переходным посадкам при воздействии больших скоростей и нагрузок, при наличии ударов и вибраций; С - высокий, рекомендуемый для поверхностей, работающих в подвижных соединениях при высоких нагрузках и скоростях свыше 1500 об/мин, при высоких требованиях к плавности хода, герметичности уплотнения и при необходимости трения малой величины; при высоких требованиях к точности центрирования, прочности соединения в условиях воздействия больших нагрузок, ударов и вибраций. Значения коэффициентов формы (Kф) и шероховатости (Kr) приведены в таблице 2.2. Т а б л и ц а 2.2 Значения коэффициентов Kф и Kr Уровень относительной геометрической точности цилиндрические поверхности плоские поверхности Значение коэффициента Kф Значение коэффициента Kr А 0,3 0,6 0,05 В 0,2 0,4 0,025 С 0,12 0,25 0,012 Значение Ra можно рассчитать по формуле Ra = KrТ, (2.6) где Т - допуск на размер, ограничивающий данную поверхность (Td или TD); Kr - коэффициент шероховатости поверхности по таблице 2.2. Расчетное значение округлить в сторону уменьшения до величины, указанной в таблице В.1, вариант 1. Указание требований к шероховатости поверхностей производится на чертежах согласно ЕСКД по ГОСТ 2.30973 «ЕСКД. Обозначения шероховатости поверхностей». Глава 2. Нормирование требований к шероховатости поверхности 71 Рис. 2.2 Место и порядок записи параметров шероховатости Обозначение шероховатости состоит из условного значка и числовых значений . Структура обозначения шероховатости поверхности приведена на рисунке 2.2. При применении знака без указания параметра и способа обработки его изображают без полки. В обозначении шероховатости применяют один из знаков: - основной знак, когда метод обработки поверхности чертежом не регламентируется; - знак, соответствующий поверхности, полученной удалением слоя металла (точением, сверлением, фрезерованием, шлифованием и т. д.); - знак, соответствующий поверхности в состоянии поставки, без удаления слоя металла (литье, штамповка, поковка и т. д.). Согласно ГОСТ 2.309-73 с 01.01.2005 г. при задании параметров шероховатости: обязательно указывать символы (Ra, Rz, S, tp) перед их числовым значением; все параметры записывать под полочкой. Под полочкой могут быть указаны: условные обозначения неровностей, базовая длина и все параметры шероховатости по строчкам, начиная с Ra; над полочкой указывают способ обработки и другие дополнительные требования (например, полировать); 72 Метрология, стандартизация и сертификация знак «остальное» для поверхностей, обрабатываемых с одинаковыми требованиями, указывать в верхнем правом углу чертежа, например, или; обработку поверхностей сложного контура «кругом» указывать так: . Знак шероховатости может указываться на контурной линии чертежа, на размерных линиях или на их продолжениях, на рамке допуска формы, на полках линий - выносок (рис. 2.3а). При указании двух и более параметров шероховатости поверхности в обозначении шероховатости значения параметров записывают сверху вниз в следующем порядке (рис. 2.3б): параметры высоты неровностей профиля; параметры шага неровностей профиля; относительная опорная длина профиля. При нормировании требований к шероховатости поверхности параметрами Ra, Rz, Rmax базовую длину в обозначении шероховатости не приводят, если она соответствует ГОСТ 2789-73 для выбранного значения параметра шероховатости (табл. В.1). В данном примере указано (рис. 2.3б): среднеарифметическое отклонение профиля Ra не более 0,1 мкм на базовой длине l = 0,25 мм (в обозначении Рис. 2.3 Примеры обозначения шероховатости: а - возможное размещение знака шероховатости; б - указание нескольких параметров. Глава 2. Нормирование требований к шероховатости поверхности 73 Рис. 2.4 Варианты обозначения шероховатости в правом углу чертежа: а - все поверхности имеют одинаковую шероховатость; б - часть поверхностей имеет одинаковую шероховатость (остальные); в - часть поверхностей по данному чертежу не обрабатывается (полочка не рисуется, параметры не указываются. базовая длина не указана, так как соответствует значению, определенному стандартом для данной высоты неровностей); средний шаг неровностей профиля Sm должен находиться в пределах от 0,063 до 0,040 мм на базовой длине l = 0,8 мм; относительная опорная длина профиля на 50%-ном уровне сечения должна находиться в пределах 80 ± 10% на базовой длине l = 0,25 мм. Примеры задания требований к шероховатости поверхности: означает Ra ≤ 1,6 мкм, метод обработки поверх ности чертежом не регламентируется; означает Rz≤ 40 мкм, обработка резанием; означает Ra ≤ 12,5 мкм, поверхность без удале ния слоя металла (литье, штамповка, поковка и т. д.). Обозначение шероховатости поверхностей повторяющихся элементов изделия (отверстий, пазов, зубьев и т. д.), количество которых указано на чертеже, а также обозначение шероховатости одной и той же поверхности, независимо от числа изображений или поверхностей, имеющих одинаковую шероховатость и образующих контур, наносят один раз. В правом верхнем углу чертежа указывают общие требования к поверхностям детали, варианты задания таких требований указаны на рисунке 2.4. 74 Метрология, стандартизация и сертификация ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ ПРАКТИЧЕСКОГО ЗАНЯТИЯ 2.1 (1-Й УРОВЕНЬ СЛОЖНОСТИ) Ознакомиться с теоретической частью раздела. Получить задание (вариант) практической работы. Варианты заданы в таблице 2.3. Т а б л и ц а 2.3 Варианты заданий к практическому занятию 2.1 № варианта Обозначение шероховатости поверхности № варианта 1 15 2 16 3 17 4 18 5 19 6 20 Обозначение шероховатости поверхности Глава 2. Нормирование требований к шероховатости поверхности 75 П р о д о л ж е н и е т а б л. 2.3 № варианта Обозначение шероховатости поверхности № варианта 7 21 8 22 9 23 10 24 11 25 12 26 13 27 14 28 Обозначение шероховатости поверхности 76 Метрология, стандартизация и сертификация Задание. По заданному варианту расшифровать условное обозначение шероховатости. Решение. 1. Указать вид условного значка, обозначающего требования к шероховатости поверхности. 2. Определить тип направления неровностей. 3. Определить наименование параметров шероховатости, их условное обозначение и числовое значение. 4. Указать базовую длину и объяснить ее назначение. ПРИМЕР ВЫПОЛНЕНИЯ ПРАКТИЧЕСКОГО ЗАНЯТИЯ 2.1 Задание. По заданному варианту расшифровать условное обозначение шероховатости. Дано: Решение. 1. Использован знак - метод обработки поверхности чертежом не регламентируется. 2. Направление неровностей не регламентируется, т. е. соответствует методу обработки. 3. Шероховатость нормируется по: параметру Ra (среднее арифметическое отклонение профиля), значение которого не должно превышать 0,1 мкм; средний шаг неровностей профиля по средней линии Sm в пределах (0,063–0,040) мм; относительная опорная длина профиля tp, задана на уровне 50% и должна составлять 80 ± 10%; 4. Базовая длина l = 0,25 мм для Ra не указывается, так как ее числовое значение соответствует числовому значению параметра Ra (табл. В.1); базовая длина l = 0,8 мм для Sm указана, базовая длина l = 0,25 мм для tp указана, так как эти параметры на приборах профилометр - профилограф измеряются на больших базовых длинах. Глава 2. Нормирование требований к шероховатости поверхности 77 2.2. НОРМИРОВАНИЕ ОТКЛОНЕНИЙ ФОРМЫ ПОВЕРХНОСТИ 2.2.1. ТЕРМИНЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ К ПРАКТИЧЕСКИМ ЗАНЯТИЯМ 2.2, 2.3, 2.4 В ГОСТ 24642 (не действует в РФ) даны термины и определения, относящиеся к допускам формы; на территории России введен в действие с 01.01.2012 г. ГОСТ Р 53442, который устанавливает определения и правила указания на чертежах геометрических допусков (формы, ориентации, месторасположения и биения). Однако необходимо рассмотреть некоторые понятия ГОСТ 24642-81, так как аналогичных им в новом стандарте нет. Отклонением формы EF (∆ф) называется отклонение формы реального элемента от номинальной формы, оцениваемое наибольшим расстоянием от точек реального элемента по нормали к прилегающему элементу (рис. 2.5). Шероховатость поверхности в отклонение формы не включается. Номинальная поверхность - это идеальная поверхность, форма которой задана чертежом или другой технической документацией. Реальная поверхность - это поверхность, ограничивающая тело и отделяющая его от окружающей среды. Отклонения формы оцениваются по всей поверхности (по всему Рис. 2.5 Схема к определению отклонения формы поверхности 78 Метрология, стандартизация и сертификация профилю) или на нормируемом участке, если заданы площадь, длина или угол сектора, а в необходимых случаях и расположение его на поверхности. Если расположение участка не задано, то его считают любым в пределах всей поверхности или профиля. Отсчет отклонений формы поверхности производится по нормали к прилегающей поверхности как наибольшее расстояние от точек реальной поверхности до прилегающей, которая рассматривается как номинальная. Прилегающая поверхность - поверхность, имеющая форму номинальной поверхности, соприкасающаяся с реальной поверхностью и расположенная вне материала детали так, чтобы отклонение от нее наиболее удаленной точки реальной поверхности в пределах нормируемого участка имело минимальное значение. Отклонения формы профиля оцениваются аналогично - от прилегающей линии. Допуск формы TF (Тф) - это наибольшее допускаемое значение отклонения формы. Допуски формы могут быть: комплексными (плоскостность, цилиндричность, круглость, допуск формы заданного профиля); элементарными (выпуклость, вогнутость, овальность, огранка, конусообразность, седлообразность, бочкообразность). Отклонение от круглости ∆кр - наибольшее расстояние от точек реального профиля до прилегающей окружности (рис. 2.6). Основные виды частных отклонений профиля поперечного сечения цилиндрических поверхностей - овальность (рис. 2.7а) и огранка (рис. 2.7б). Частные отклонения профиля продольного сечения - конусообразность (рис. 2.8а), бочкообразность (рис. 2.8б), седлообразность (рис. 2.8в). Для всех случаев отклонение формы определяется в радиусном выражении: (2.7) Допуски формы поверхности назначаются только в том случае, если они по условиям эксплуатации изделия должны Глава 2. Нормирование требований к шероховатости поверхности Рис. 2.6 Отклонение от круглости Рис. 2.7 Частные виды отклонений от круглости: а - овальность; б - огранка. Рис. 2.8 Частные виды отклонений формы профиля продольного сечения: а - конусообразность; б - бочкообразность; в - седлообразность. 79 80 Метрология, стандартизация и сертификация быть меньше допуска размера. Виды допусков формы и другие геометрические допуски представлены в таблице В.5. Наименование геометрического допуска состоит из слова «допуск» и геометрической характеристики элемента, нормируемой им, например «допуск прямолинейности». Исключение составляет допуск позиционирования, который в сложившейся практике имеет наименование «позиционный допуск». Числовые значения допусков формы и расположения поверхностей установлены ГОСТ 24643-81 по 16 степеням точности (табл. В.6 и В.7). В таблицах рассмотрены 12 степеней, т. к. для грубых поверхностей применяется ГОСТ 30893.2 на общие допуски. Числовые значения допусков формы поверхности могут быть определены расчетным методом и методом подобия. 2.2.2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЧИСЛОВЫХ ЗНАЧЕНИЙ ДОПУСКОВ ФОРМЫ ПОВЕРХНОСТИ Метод подобия применяется при известном квалитете точности размера рассматриваемой поверхности. Определяется степень точности формы поверхности по условиям экономической точности для жесткой конструкции (табл. В.2). Степень точности снижается на одну, если L/d от 2 до 5; на две степени точности грубее, если L/d > 5. Расчетный метод основан на соотношении допусков размеров с допусками формы и шероховатостью поверхности. При рассмотрении соотношения между допуском размера и допуском формы для цилиндрических деталей принят диаметр рассматриваемой поверхности, а для плоских деталей - допуск на толщину детали, так как наибольшая погрешность равна этому допуску, т. е. 100%. Тф max = Тd. Для цилиндрических деталей допуск формы задан в радиусном выражении, поэтому наибольшая погрешность формы принята равной 50% от допуска на диаметр: Тф max = Тd/2. Глава 2. Нормирование требований к шероховатости поверхности 81 Для уровня А допуск формы (

Данный сборник описаний практических и лабораторных работ по дисциплине «Метрология, стандартизация и сертификация» разработан для студентов по специальностям 150411, 240401,220301,140613. Задания для практических работ составлены в соответствии с действующей программой с учетом специфики каждой специальности. В сборник включены работы, позволяющие провести анализ структуры и содержания стандартов, проведение измерений и их математической обработки, изучение стандартизации в промышленной сфере, основных норм взаимозаменяемости продукции в целях обеспечения ее качества и конкурентоспособности. В сборник включены работы для ознакомления с основными нормами взаимозаменяемости продукции и стандартизацией точности ГЦС; по переводу неметрических единиц измерения в единицы СИ. В нем разбираются вопросы по выбору средств измерений и способам измерения ими линейных размеров.

Ввиду отсутствия литературы по дисциплине, основной теоретический материал, необходимый для изучения при проведении практических работ помещен в пособии. Данный материал прорабатывается самостоятельно при подготовке к практической работе и закрепляется при ее проведении. Чтобы совершенствовать теоретические и практические знания, в сборник включены контрольные вопросы и деловые ситуации.

Методическое пособие включает:

Задания к темам занятий с указанием порядка их выполнения;

В качестве приложения к сборнику заданий являются:

1. Закон РФ «Об обеспечении единства измерений»;

2. Федеральный закон «О техническом регулировании»;

3. Стандарты НСС: ГОСТ Р 1.0-2004, ГОСТ Р 1.12-2004, ГОСТ Р 1.2-2004, ГОСТ Р 1.4-2004, ГОСТ Р 1.5-2004, ГОСТ Р 1.9-2004, ГОСТ 2.114-95.

4. Система сертификации ГОСТ Р

5. Фрагменты стандартов ЕСДП.

6. Ответы к заданиям с решением.

Скачать:

Предварительный просмотр:

Чтобы пользоваться предварительным просмотром создайте себе аккаунт (учетную запись) Google и войдите в него: https://accounts.google.com

По теме: методические разработки, презентации и конспекты

Вопросы для контрольной работы по предмету "Метрология, стандартизация, сертификация в общественном питании по профессии "Технология продукции о/п"" (заочное отделение)

Вопросы для контрольной работы по предмету "Метрология, стандартизация, сертификация в общественном питании по профессии "Технология продукции о/п"" (заочное отделение)...

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К ЛАБОРАТОРНЫМ РАБОТАМ ПО ДИСЦИПЛИНЕ «МЕТРОЛОГИЯ, СТАНДАРТИЗАЦИЯ И СЕРТИФИКАЦИЯ »

Методические указания предназначены для выполнения лабораторных работ подисциплине «Метрология, стандартизация и сертификация», содержат сведения обустройстве и методике контроля универсальным м...

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ по выполнению практических работ по дисциплине Метрология, стандартизация и сертификация для студентов очной и заочной форм обучения

Методические указания разработаны на основе Федерального государственного образовательного стандарта по специальности 190631 Техническое обслуживание и ремонт автомобильного транспорта среднего профес...

Практические работы по дисциплине " метрология, стандартизация, сертификация и техническое документоведение""

по дисциплине " метрология, стандартизация, сертификация и техническое документоведение"...

Методические рекомендации к самостоятельным работам по дисциплине "Метрология, стандартизация и сертификация"

Методика изучения современного курса метрологии, стандартизации и подтверждение качества предусматривают использования работы учащихся, направленной на самостоятельное приобретение и пополнение знаний...

Министерство образования РМ

Государственное бюджетное образовательное учреждение Республики Мордовия

среднего профессионального образования

(среднее специальное учебное заведение)

«Рузаевский политехнический техникум»

Метрология, стандартизация и сертификация

методические указания и контрольные задания

для студентов очного отделения

специальностям

151901 «Технология машиностроения»

(2 курс, 1 семестр)

150415 «Сварочное производство»

(2 курс, 2 семестр)

Составитель Торопыгина Е.В.

Перечень лабораторных работ

Лабораторная работа №1 « Изучение конструкций гладких калибров, контроль изделий калибрами»

Лабораторная работа №2 «Контроль размеров деталей штангенинструментами»

Лабораторная работа №3 «Контроль размеров деталей микрометрическими инструментами»

Лабораторная работа №4 «Контроль размеров деталей сравнительным методом»

Общие указания

Методические указания предназначены для выполнения лабораторных работ по дисциплине «Метрология, стандартизация и сертификация» студентами специальностей 150901 «Технология машиностроения» и 150415 «Сварочное производство».

При выполнении данных лабораторных работ студенты знакомятся с методами расчетов предельных размеров, калибров, выбором измерительного и контролирующего материала.

Приступая к выполнению практических работ, студенты должны помнить следующее:

Перед каждой практической работой студенты тщательно изучают соответствующие разделы по рекомендуемой литературе, конспекту лекций и настоящим методическим указаниям.

Отчет по выполненной практической работе должны оформляться в соответствии с требованиями ГОСТ 7.32-91 (ИСО 5966-82) и содержать следующие разделы: название, цель работы, краткое содержание теории, задание на практическую работы, список используемой литературы, выполненные расчеты по тематике практической работы и ответы на контрольные вопросы.

Оформленный и подписанный отчет предъявляется каждым студентом в конце занятия преподавателю на проверку и подпись, после чего в журнале делается отметка о выполнении практической работы.

Ответить на вопросы преподавателя при защите практической работы, после чего в журнале выставляется оценка.

Лабораторная работа №1

Тема: Изучение конструкций гладких калибров, контроль изделий калибрами.

Цель работы : Освоить выбор гладких калибров и технику проверки размеров.

Оборудование : калибры-скобы, калибры-пробки, детали для измерения.

ЗАДАНИЕ :

1. Выбрать гладкие калибры для заданных размеров.

2.Определить исполнительные размеры выбранных калибров.

3.Произвести контроль заданных размеров.

4.Дать заключение о годности проверяемых деталей.

Литература:

2. Руководство по выбору измерительных средств (пособие).Руководство по выбору измерительных средств (пособие).

3.М.А.Палей. ЕСДП / том 2 - М.: Издательство стандартов, 2012

4.ГОСТы 18362-73,14810-69 - М: Изд-во стандартов

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ГЛАДКИЕ КАЛИБРЫ.

В массовом и крупносерийном производствах размеры гладких цилиндрических поверхностей с допуском от IT 6 до 1Т17 проверяют предельными калибрами. Комплект рабочих предельных калибров состоит из проходного калибра ПР и непроходного - НЕ.

С помощью предельных калибров определяют годность размера. Деталь считается годной, если проходной калибр (проходная сторона калибра) под действием собственного веса или усилия, равного ему, проходит, а непроходной калибр (непроходная сторона)) не проходит по контролируемой поверхности детали. Рабочие калибры ПР и НЕ предназначены для контроля -изделий в процессе их изготовления. Этими калибрами пользуются для контроля рабочие и контролёры ОТК завода-изготовителя.

Для контроля валов используются скобы. Наибольшее распространение получили односторонние двухпредельные скобы. Применяются также регулируемые скобы, которые можно настраивать на разные размеры, но по сравнению с жесткими они имеют меньшую точность и надёжность, поэтому они применяются редко и для размеров 8 квалитета и грубее.

Для контроля отверстий применяются пробки. При контролируемом диаметре до 50 мм пользуются двусторонними пробками со вставками, при диаметре от 50 до 100 мм - односторонними пробками со вставками, при диаметре свыше 100 мм - односторонними неполными пробками

Номинальный размер проходного калибра-пробки выполняют по наименьшему, а непроходного - по наибольшему предельному размеру проверяемого отверстия. Номинальный размер проходного калибра-скобы выполняют по наибольшему, а непроходного - по наименьшему предельному размеру проверяемого вала.

Вставки калибров-пробок изготовляют из стали марки X по ГОСТ 5950-73 или ШХ по ГОСТ 801-78. Корпусы калибров-скоб, не имеющих отдельных губок, и губки составных калибров-скоб изготовляют из стали марок 15 или 20 по ГОСТ 1050-74, которые цементируют, толщина слоя цементации не менее 0,5 мм

При выборе калибров-пробок пользоваться ГОСТ 14807-69 -ГОСТ 14827-69,а калибров-скоб ГОСТ 18358-73 - ГОСТ 18369-73. .

ТЕХНИКА ИЗМЕРЕНИЯ .

перед проверкой измерительную поверхность калибра необходимо протереть салфеткой смоченной в бензине, затем насухо чистой салфеткой.

проверяемая деталь должна быть очищена от пыли и грязи.

подготовленные калибры не класть измерительными поверхностями на стол.

при проверке контролируемой поверхности, если проходной калибр проходит под собственным весом, а непроходной не проходит то она считается годной.

после окончания работы калибры протереть чистой тканью, измерительные поверхности смазать антикоррозийной смазкой и уложить в коробку.

Составить эскиз детали.

Найти предельные отклонения проверяемых размеров, занести их в таблицу. (В.Д.Мягков "Допуски и посадки", т. 1,табл. 127 , стр.79)

Определить предельные размеры и допуски проверяемых поверхностей и занести их в таблицу.

Из руководства по выбору измерительных средств для контроля размеров детали по таблице №1стр.3 найти допустимую погрешность измерения и занести в таблицу.

5. По ГОСТ 18362-73 выбрать калибр - скобу, а по ГОСТ 14810-69 - калибр-пробку и их условные обозначения занести в таблицу

6. Для калибра - скобы, и калибра-пробки найти предельные отклонения

(М.А.Палей ЕСДП справочник т.II ,табл.1.9 стр.18,табл.1.8,стр.11), определить предельные размеры калибров и занести в таблицу.

7. Произвести проверку заданных поверхностей калибрами в 2-х направлениях и результаты занести в таблицу.

8.Дать заключение о годности детали по проверяемым поверхностям.

ФОРМА ОТЧЁТА

Название работы.

Цель работы.

Состав задания.

Эскиз детали.

6. Определение предельных размеров и допусков проверяемых поверхностей деталей.

Проверяемый

размер

Предельные отклонения в мм

Предельные размеры, в мм

Допускв мм

Допускаемая погрешность измерения, в

мм

ЕS ,еs

EI, ei

Dmax dmax

Dmin , dmin

TD,Td

d max = d + es (мм) d min = d + ei (мм) Td = es – ei(мм)

D max = D + ES(мм) D min = D + EI (мм) TD = ES – TI (мм)

7. Выбор гладких калибров для контроля проверяемых размеров.

Проверяемый

размер

Обозначение

калибра- скобы, калибра- пробки

Предельные размеры калибров в мм

проходная сторона

непроходная сторона

наибол.

наименьш.

наибол.

наименьш.

Для скобы:

Пр max =d +ES пр (мм);

Прmin =d +EI пр (мм);

Не max =d +Es не (мм);

Неmin =d +EI не (мм).

Для пробки:

Пр max =D +es пр (мм);

Пр min =D +ei пр (мм);

Не max =D +es не (мм);

Не min =D +ei не (мм)

8. Результаты измерения:

Проверяемый размер

Заключение о годности

Вопросы для повторения:

При каких типах производства используются для контроля размеров предельные калибры?

Как называются предельные калибры для контроля валов?

Как называются предельные калибры для контроля отверстий?

Почему калибры для контроля размеров отверстия и вала называются предельными?

Наибольший предельный размер отверстия? Каким калибром он контролируется?

Наименьший предельный размер вала? Каким калибром он контролируется?

В каких квалитетах используются для контроля размеров предельные калибры?

Лабораторная работа №2

Тема: "Контроль размеров деталей штангенинструментами".

Цель работы: Освоить измерение размеров штангенинструментами.

Оборудование: штангенциркули, детали, подлежащие измерению.

Литература:

1. В.Д.Мягков Допуски и посадки /том 1 - М.: Машиностроение, 2014

Задание:

Измерить заданные размеры

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

ШТАНГЕНИНСТРУМЕНТЫ

Штангенинструменты (ШИ) – самые популярные инструменты для измерения линейных размеров изделий, который применяется уже более 100 лет. Благодаря простой конструкции, удобству в обращении и быстроте в работе, они – самые употребляемые инструменты для линейном измерении. Из всех (ШИ) самый распространенный – штангенциркуль. Каждый станочник, слесарь, технолог и конструктор имеет собственный штангенциркуль (ШЦ). Большое разнообразие форм измерительных ножек, позволяющих измерять самые разные поверхности (внутренние, наружные, проточки, выточки, глубину, длину), делают ШЦ универсальными инструментами. ШИ выпускают многие зарубежные фирмы – Tesa (Швейцария), Mitutoyo (Япония). Carl Mahr (Германия) и отечественные фирмы – Челябинский инструментальный завод (ЧИЗ) и Кировский инструментальный завод (КРИН). Так же в продаже имеются китайские штангенинструменты, к которым следует относиться с определенной осторожностью.

В настоящее время выпускают три группы ШИ:

– механические ШИ с отсчетов по штриховой шкале, оснащенные нониусом;

– ШИ с отсчетом по циферблату;

– электронный ШИ с цифровым отсчетом.

ШИ с отсчетом по штриховой шкале (штангенциркули, штангенглубиномеры, штангенрейсмасы, штангенугломеры и др.) имеют штангу (отсюда их название) c матовым хромированным покрытием для безбликового считывания, на которой нанесена основная шкала, и нониус - вспомогательную шкалу, служащую для точного отсчета долей делений.

Устройство штангенинструментов определяется их назначением. Качество современных штангенинструментов очень высокое. Изготовление точной направляющей ползуна (штанги) обеспечивает его плавное перемещение без перекосов губок и люфтов. Примение нержавеющих сталей и сплавов и термообработки обеспечивает антикоррозийные свойства инструмента, сопротивление износу и коррозии. Также выпускают модели изготовленные из углепластика. Такие ШИ удобны для измерения магнитов и имеют практически нулевую теплопроводность, что уменьшает температурную погрешность при измерении.

Штангенциркули (ШЦ) выпускаются по ГОСТ 166-89 и международному стандарту DIN 862 с двусторонним или односторонним расположением губок, для наружных и внутренних измерений и с выдвижным щупом для измерения глубин (рисунок 1).

Рисунок 1 - ШЦ с нониусом с отсчетов по штриховой шкале

Основными частями ШЦ являются: прямоугольная штанга, две измерительные губки одна неподвижная, выполненная заодно со штангой, другая – подвижная, перемещающаяся по штанге. Некоторые модели снабжены подвижной рамкой с микрометрической подачей для точного подведения губки к измеряемой поверхности или колесиком для создания постоянного измерительного усилия. Губки для внутренних измерений ШЦ имеют цилиндрическую измерительную поверхность с радиусом не более половины суммарной толщины губок. Размер сдвинутых губок для внутренних измерений (обычно 10 мм) маркируется на их боковой поверхности и определяет наименьший внутренний размер, который может быть проверен этим ШЦ. При всех внутренних измерениях к отсчету по шкале следует прибавлять маркерованный размер губок.

Подвижная губка снабжена зажимом чаще выполненным в виде винта. ШЦ со шриховой шкалой снабжены нониусом для точного отсчета части деления основной шкалы. Каждое пятое деление штанги и нониуса должно быть отмечено удлиненным штрихом, а каждое десятое деление штанги - более длинным штрихом, чем пятое деление, и соответствующим числом. Плоскость, на которой нанесены деления нониуса, имеет ровный край, перекрывающий штрихи штанги не менее чем на 0,5 мм. Длина видимой части коротких штрихов штанги и коротких штрихов нониуса должны находиться в пределах от 2 до 3 мм. Штрихи нониуса должны доходить до края. Расстоя­ние от верхней кромки края нониуса до поверхности шкалы штанги с целью уменьшения погрешности от параллакса не должно превышать 0,22 мм при величине отсчета по нониусу 0,05 мм и 0,3 мм при величине отсчета 0,1 мм. При сдвигании губок ШЦ до соприкосновения просвет между из­мерительными поверхностями не должен превышать 0,003 мм при величине отсчета по нониусу 0,05 мм и 0,006 мм при вели­чине отсчета 0,1 мм. При затягивании зажима рамки допуска­ются вдвое большие просветы. При измерении ШЦ размер определяется отсчетом по шкале штанги, произведенным относительно нуле­вого штриха нониуса. Отсчет по нулевому штриху нониуса по­зволяет определить целое число делений шкалы, заключающееся в измеренном (или установленном) размере. Оценка части де­ления, заключающейся между нулевым штрихом нониуса и бли­жайшим штрихом, расположенным со стороны начала основной шкалы, производится с помощью шкалы нониуса.

Рисунок 2 - Нониус ШЦ с отсчетом по штриховой шкале

Схема нониуса с показана на рисунке 2. Основная шкала штанги имеет цену деления 1,0 мм. Интервал делений нониуса при величиной отсчета 0,1 мм обычно равен 0,9 или 1,9 мм, а число делений 10. В нулевом положении нониуса нулевые штрихи нониуса и шкалы совпадают, а послед­ний штрих нониуса (десятый) совпадает с девятым или девят­надцатым делением шкалы. Если нониус сдвинуть вправо на 0,1 мм, то его первый штрих совпадет с ближайшим делением шкалы, при сдвиге на 0,2 мм совпадет второй штрих, при сме­щении на 0,3 мм - третий штрих и т. д. Таким образом смеще­ние нониуса вправо в пределах 1,0 мм определяется номером штриха нониуса, совпавшим с делением шкалы. В общем случае таким же образом определяется смещение нониуса относительно любого штриха шкалы. Это смещение, выраженное в десятых долях или сотых миллиметра, прибавленное к целому числу миллиметров, заключенному между нулевыми штрихами шкалы и нониуса, определяет размер, на который установлен ШИ. Таким образом, нониус позволяет заменить глазомерную оценку деления по взаимному расположению штрихов шкалы и отсчетного штриха более точной оценкой по совпадению штрихов шка­лы и нониуса. Кроме нониусов с величиной отсчета 0,1 мм, применяются удлиненные нониусы с величиной отсчета 0,05 и в редких случаях 0,02 мм.

Во всех случаях величина отсчета по нониусу, цена деления шкалы штанги, интервал и число делений нониуса связаны опре­деленной зависимостью.

Выпускают ШЦ с отчетом по шриховой шкале с диапазоном измерения от 125 до 2000 мм.

Штангенциркуль с отсчетом по циферблату отличаются отсутствием нониуса, который заменен небольшим циферблатом диаметром 30-35 мм со стрелкой. Для привода стрелки на штанге установлена узкая зубчатая рейка с малым шагом, например, 0,199 мм. С рейкой взаимодействует шестерня, передающая движение ползуна через зубчатое колесо на стрелку (рисунок 4).

Рисунок 4 - ШЦ с отсчетом по циферблату

Миллиметры отсчитываются по шкале, расположенной на штанге, а доли миллиметра по циферблату. За каждый миллиметр, пройденный ползуном, стрелка индикатора делает полный оборот. Предел измерения циферблатных штангенциркулей до 300 мм. Цена деления отсчета – 0,01 – 0,02 мм. Точность циферблатного ШЦ не выше точности нониусного, так как основная погрешность ШЦ, вызываемая нарушением принципа Аббе остается, а вместо погрешности отсчета по нониусу добавляется погрешность зубчатой передачи. Основной эксплуатационный недостаток нониусных и циферблатных ШЦ – неудобный отсчет результатов измерений по штриховой шкале и нониусу или циферблату и складывание их результатов особенно в условиях плохого освещения. Этот недостаток полностью исключен в современных инструментах, оснащенных инкрементной электронной системой с цифровой индикацией.

Электронный штангенциркуль . Конструктивно электронный ШЦ мало отличается от механического, но вместо шриховых шкал и нониуса он снабжен инкрементным, как правило, емкостным, преобразователем, небольшим преобразующим устройством и цифровым дисплеем.

Рисунок 5 - Электронный штангенциркуль

Штангенглубиномеры предназначены для измерения глубины расположения выточек, проточек, углублений и глухих отверстий.

Простейшим глубиномером снабжены штангенциркули с небольшим диапазоном измерения 125 и 200 мм. Они имеют тонкий выдвижной щуп, соединенный с подвижной губкой ШЦ. Измерительной базой служит торец штанги. Точность такого глубиномера не высока. Некоторые модели ШЦ снабжают съемной опорой, которая крепится на штангу ШЦ и несколько повышает точность и удобство измерения глубины.

Выпускают специальные механические и электронные глубиномеры, предназначенные только для измерения глубины. Механические глубиномеры имеют отсчет по шкале и нониусу, электронные - снабжены инкрементным емкостным преобразователем и цифровым дисплеем с дискретностью отсчета 0,01 мм. Электронные глубиномеры с цифровым отсчетом значительно удобнее в эксплуатации.

Выпускают глубиномеры с диапазоном измерения 200, 300, 500 и 1000 мм. Особенность штангенглубиномера по сравнению с другим штангенинструментом состоит в том, что при измерении глубиномером соблюдается принцип Аббе. Однако возникает погрешность от неперпендикулярности базовой плоскости и подвижной штанги.

Погрешность штангенглубиномера составляет 20 мкм для диапазона измерения 200 мм и 30 мкм для диапазона измерения 300 мм. Конструкция штангенглубиномера полностью повторяет конструкцию ШЦ.

Рисунок 6 - Электронный штангенглубиномер

Штангенрейсмасы (ГОСТ 164-90) предназначены для разметочных работ на плите и для измерения высоты деталей, уста­новленных на плите.

Штангенрейсмас – это простейший высотомер, который чаще используется для разметки деталей на плите. При разметке штангенрейсмас устанавли­вают на заданный размер и, перемещая по плите вдоль размеча­емой заготовки, наносят острием разметочной ножки на верти­кальной поверхности заготовки горизонтальную линию.

Для измерения высотных размеров вместо разметочной ножки ус­танавливают измерительную, имеющую нижнюю плоскую и верхнюю с острым ребром измерительные поверхности. При ис­пользовании верхней измерительной поверхности к величине отсчета должен прибавляться размер ножки.

Штангенрейсмасы выпускаются в механическом исполнении со шкалой и нониусом и в электронном исполнении с инкрементным емкостным преобразователем и цифровым отсчетом.

Штангенрейсмасы выпускают с диапазоном измерения 200,300, 600 и 1000 мм. Цена деления нониуса 0,02 мм. У электронного штангенрейсмуса дискретность отсчета 0,01 мм. Погрешность штангенрейсмаса с диапазоном измерения 200 мм составляет 0,04 мм, с диапазоном измерения 1000 мм составляет 0,08 мм.

ТЕХНИКА ИЗМЕРЕНИЯ

Перед измерением штангенинструмент необходимо протереть салфеткой, смоченной в бензине, затем насухо чистой салфеткой, (особенно измерительные поверхности). Измеряемая деталь должна быть очищена от пыли и грязи, рамка и хомутик должны плавно перемещаться по штанге;

Проверить нулевую установку, т.е. совпадение нуля нониуса с нулем шкалы штанги. У штангенциркулей путем подводки подвижной губки до соприкосновения с неподвижной и закреплением зажимами. У штангенглубиномеров путем установки их опорой на плиту опускания рамки со штангой до соприкосновения с ней и закреплением зажимами. У штангенрейсмасов после закрепления ножки державкой ниже выступа рамки путем установки их основанием на плиту и опускания рамки до соприкосновения ножки с плитой и закрепление зажимом. Микрометрическая подача применяется для точной установки рамки относительно штанги.

Приблизительно устанавливают контролируемый размер, закрепляют рамку микрометрической подачи, затем при помощи микрометрической подачи доводят губку, штангу или ножку до соприкосновения с проверяемой поверхностью, закрепляют рамку, не допуская перекоса и добиваясь нормального измерительного усилия.

При измерении штангенрейсмас и изделие устанавливаются на одной плите. После окончания работы штангенинструментом протереть чистой тканью поверхности штанг, рамок, измерительные поверхности губок и ножек, смазать противокоррозионной смазкой и уложить в футляр.

Начертить эскиз детали.

По чертежу найти неуказанные предельные отклонения проверяемых размеров и занести их в таблицу.

Выбрать предельные отклонения проверяемых размеров (В. Д. Мягков Допуски и посадки т.1 таблица 1,43 стр140-141) и занести их в таблицу.

Выбрать допускаемую погрешность для проверяемых размеров (руководство по выбору измерительных средств, таблица 1 стр.3) и занести их в таблицу.

Выбрать для каждого проверяемого размера измерительные средства и их характеристику (руководство по выбору измерительных средств) и занести их
в таблицу.

Произвести измерения в двух направлениях и занести их в таблицу.

Дать заключение о годности проверяемых поверхностей и о годности детали.

ФОРМА ОТЧЕТА

Название работы, цель работы.

Оборудование, используемое при выполнении работы.

Задание.

Эскиз детали.

Проверяемый размер

Предельные отклонения в мм

Предельные размеры в мм

Допуск в мм

Допускаемая погрешность, мм

ES, es

EI,ei

D max , d max

D min , d min

D max = d + es (мм) d min = d + ei (мм) Td = es – ei(мм)

Выбор измерительных средств

Проверяемый размер

Предел измерения

Цена деления,мм

Результаты измерения:

Предельные размеры

проверяемой поверхности

Результаты измерений

Заключение

о годности

D max

d max

D min

d min

Заключение о годности:________________

Вопросы для повторения:

Как связаны между собой предельный размер, номинальный размер и
предельное отклонение?

Графическое изображение допусков.

Обозначение предельных отклонений несопрягаемых размеров на чертежах.

Виды и назначение штангенинтрумента.

Опишите основные части и применение штангенциркуля.

Расскажите, как производится отсчет по нониусу.

Лабораторная работа №3.

Тема: Контроль размеров деталей микрометрическими инструментами.

Цель работы: Освоить измерение размеров деталей микрометрическими инструментами.

Оборудование: микрометры, деталь, подлежащая измерению.

Литература:

1. В.Д. Мягков Допуски и посадки / том 1- Л.: Машиностроение, 2014.

2. Руководство по выбору измерительных средств (пособие).

Задание:

1. Выбрать измерительный инструмент для проверки размеров.

Измерить заданные размеры

Дать заключение о годности измеренных размеров.

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

Микрометрические инструменты

Когда штангенинструменты не способны выдавать необходимую точность в измерении малых величин, применяются . Данные инструменты в зависимости от измерительного диапазона выпускаются в нескольких вариантах. Это, в числе прочих, могут быть стрелочные счётные устройства для ручного и настольного применения.

Действие микрометра обеспечивается перемещением винта вдоль оси в процессе его вращения в неподвижной гайке. Микрометр в зависимости от конструкции может измерять охватывающие и охватываемые размеры, сечение тонких листовых материалов и проводов. Для определения ширины пазов и диаметров отверстий используются микрометры для внутренних измерений.

Для сравнения с эталоном измеряемой детали или для абсолютных измерений применяются рычажные микрометры.

Для того, чтобы измерить средний диаметр наружной резьбы, изготавливаются специальные резьбовые микрометры.

Микрометрическими инструментами называют средства измерения линейных размеров, основанные на использовании винтовой пары, называемой микропарой. Микропара служит размерным и преобразовательным устройством в этих средствах измерения. Метод измерения микрометрическими инструментами прямой, абсолютный. К микрометрическим инструментам относятся: микрометры, микрометрические глубиномеры и нутромеры.

1. Микрометры гладкие типа МК предназначены для измерения наружных размеров изделий.

Микрометры гладкие МК изготовляют с пределами 43мерения: 0-25 мм, 25-50 мм,50-75 мм... 250-275 мм. 275-300 мм. 500-400 мм, 400-500 мм, 500-600 мм 1-го и 2-го класса точности.

Конструкция микрометра показана на рисунке 1. Скоба 1 должна быть

достаточно жесткой, чтобы ее деформация от измерительного усилия не сказывалась на точности измерения. В микрометрах небольших размеров (до 300 мм) пятка 2 запрессовывается в скобу. В микрометрах для размеров свыше 300 мм пятки выполняют подвижными (регулируемыми или сменными), что облегчает установление их в нулевое положение и позволяет расширить пределы измерения.

М
ИКРОМЕТРЫ - предназначены для измерения линейных размеров. Микрометры гладкие МК изготовляют с пределами 43мерения: 0-25 мм, 25-50 мм,50-75 мм... 250-275 мм. 275-300 мм. 500-400 мм, 400-500 мм, 500-600 мм 1-го и 2-го класса точности.

Микрометры гладкие типа МК предназначены для измерения

наружных размеров изделий.

Скоба 1 должна быть достаточно жесткой, чтобы ее деформация от измерительного усилия не сказывалась на точности измерения. В микрометрах небольших размеров (до 300 мм) пятка 2 запрессовывается в скобу. В микрометрах для размеров свыше 300 мм пятки выполняют подвижными (регулируемыми или сменными), что облегчает установление их в нулевое положение и позволяет расширить пределы измерения. Стебель 5 запрессовывают в скобу или присоединяют к ней на резьбе. В некоторых конструкциях стебель выполняют вместе со скобой. Внутри стебля с одной стороны имеется микрометрическая резьба, а с другой – гладкое цилиндрическое отверстие, обеспечивающее точное направление перемещения винта 3 . На конце стебля (на длине

микрометрической резьбы) имеются продольные прорези, а снаружи коническая резьба с навернутой на нее гайкой 10 . Вращением этой гайки можно изменять плотность резьбового соединения винта со стеблем, обеспечивая необходимую легкость вращения винта и устранение мертвого хода. Торцовая поверхность винта, обращенная к пятке, является измерительной. Торцовые поверхности пятки 2 и винта 3 должны иметь шероховатость поверхности не ниже 12-го класса шероховатости.

Трещотка предназначена для обеспечения постоянства измерительной силы в пределах 7±2 Н. Механизм трещотки состоит из храповика 7 , штифта 8 и пружины 9 . Вращение головки храповика по часовой стрелке передается микрометрическому винту трением между штифтом 8 , поджимаемым пружиной 9 , и зубьями храповика. При

измерительном усилии, превышающем допустимую величину, храповик будет поворачиваться относительно винта. Существуют и другие конструкции устройств для стабилизации измерительной силы (фрикционное устройство со спиральной пружиной, с винтовой пружиной и т. п.). Стопорное устройство 4 используют, если необходимо сохранять микрометрический винт в установленном положении.

Результат измерения размера микрометром отсчитывается как сумма отсчетов по шкале стебля и барабана. Цена деления шкалы стебля 0,5 мм, а шкалы барабана 0,01 мм. Шаг резьбы микропары 0,5 мм. Число делений барабана 50. Если повернуть барабан на одно деление его шкалы, то торец микровинта переместится относительно пятки на 0,01 мм, т.к. 0,5 мм: 50 = 0,01мм. Показания по шкалам микрометра отсчитывают в следующем порядке: сначала по шкале стебля читают значение штриха, ближайшего к торцу скоса барабана. Затем по шкале барабана читают значение штриха, ближайшего к продольному штриху стебля. Сложив оба значения получают показания микрометра. Для установки на ноль все м
икрометры, кроме 0-25 мм, снабжаются установочными мерами размер которых равен нижнему пределу измерения. Обозначение: микрометра МК-50-1 ГОСТ 6507-78 .

Для более быстрых измерений, изготавливаются инструменты с электронной «цифровой» индикацией, конечное значение измерений в которых, выводится на отдельный электронный дисплей (например, модифицированный микрометр МК - )

2. ГЛУБИНОМЕРЫ МИКРОМЕТРИЧЕСКИЕ.

Микрометрические глубиномеры предназначены для измерения глубины и высоты изделий, расстояний до буртиков и уступов. Конструкция микрометрического

глубиномера : 1 – микрометрический винт; 2 – стебель; 3 – барабан; 4 – трещотка.

Диапазон измерений глубиномерами

составляет 0...25, 25...50 и т. д., до 125...150 мм.

Цифры у штрихов стебля и барабана нанесены в

обратном порядке по сравнению с микрометрами, так как чем больше глубина, тем дальше выдвинут микровинт.

Глубиномер устанавливается на "0" по установочным мерам-втулкам на плоской точной поверхности. В торце микровинта выполнено отверстие, в которое вставляются сменные измерительные стержни.

Особенность микрометрического глубиномера в том, что числовые значения штрихов шкалы стебля расположены, уменьшаясь при удалении барабана от основания, т.к. уменьшаются соответственно размеры глубины измеряемого уступа. Число значений штрихов на барабане также расположено противоположно числам и шкале барабана гладкого микрометра.

Микрометрические глубиномеры ГМ изготовляют с пределами измерения 0-25 мм,25-50 мм,50-75 мм... 150-175 мм,175-200 мм 1-го и 2-го классов точности. Обозначение: глубиномер ГМ - 75-1 ГОСТ 7470-78 .

3. НУТРОМЕРЫ МИКРОМЕТРИЧЕСКИЕ.

Нутромеры микрометрические предназначены для измерения внутренних линейных размеров. Они состоят 1 – микрометрический винт; 2 – барабан; 3 – стопор.

Увеличение пределов измерения нутромеров осуществляют с помощью набора удлинительных стержней разной длины, заключенных в трубках и поджатых пружинами.

Для соединения удлинителей один с другим и с микрометрическим нутромером удлинители имеют на одном конце наружную, а на другом внутреннюю резьбу.

Микрометрические нутромеры выпускаются в виде наборов микрометрических головок с наконечниками и комплектов удлинителей к ним.

Установку шкал микрометрических нутромеров в нулевое положение можно

выполнять по микрометрам для наружных измерений, а также в специальной скобе.

Результат измерения подсчитывается как сумма: исходный размер головки + размер удлинителя + показание шкал головки.

Нутромеры микрометрические выпускаются с пределами измерения 50-75 мм,75-175 мм,75-600 мм, 150 - 1250мм, 800-2500 мм 1250-4000 мм,2500-6000мм,6000-10000м>1 первого класса точности. Обозначение: нутромер НМ-175 ГОСТ 10-75.

ТЕХНИКА ИЗМЕРЕНИЯ

перед началом работы с микрометрическим инструментом необходимо ознакомиться с паспортом и проверить его комплектность;

удалить смазку с наружных поверхностей узлов и деталей инструмента, особенно тщательно с измерительных поверхностей тканью, смоченной в бензине и протереть сухой чистой тканью;

Произвести осмотр и проверить качество инструмента. На измерительных поверхностях, стебле и скошенной части барабана не допускаются забоины, следы коррозии. Микрометрический винт переместить несколько раз в обе стороны. Барабан должен перемещаться вдоль стебля плавно без трения об него, а микрометрический винт не должен иметь осевого люфта.

Проверить действие стопорного устройства, а также трещотки в различных положениях микрометрического винта. Трещоток нет у микрометрических нутромеров;

Проверить установку на ноль. Проверка микрометрического инструмента на "0" производится с установочными мерами, за исключением гладких микрометров и микрометрических глубиномеров для измерения размеров до 25 мм. Если нулевой отсчет выходит за пределы 0,01 мм, произвести установку инструмента на ноль. Для этого стопорится микрометрический винт, освобождается барабан от сцепления с винтом и поворачивается до совпадения нулевого штриха с продольным штрихом стебля и снова закрепляется барабан;

Производить измерения гладкими микрометрами и микрометрическими глубиномерами, пользуясь трещоткой. Правильное положение при измерении такое, в котором микрометрический нутромер не сдвигается в поперечном направлении и плотно касается образующей отверстия в продольном направлении;

После окончания работы, при необходимости, разобрать микрометрический инструмент, промыть в бензине, смазать антикоррозийной смазкой и уложить в футляр.

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ

1. Начертить эскиз детали.

По чертежу найти проверяемые размеры и занести их в таблицу.

Выбрать предельные отклонения проверяемых размеров (В.Д. Мягков Допуски посадки т. 1 таблица,3 стр 140-141,таблица 1.30 стр. 99) и занести их в таблицу.

4. Определить предельные размеры и допуски проверяемых размеров, записать их в таблицу.

5. Выбрать допускаемую погрешность для проверяемых размеров (руководство по выбору измерительных средств таблица 1 стр.3) и занести их в таблицу,

6. Выбрать для каждого проверяемого размера измерительные средства и его характеристику (руководство по выбору измерительных средств) и занести их в таблицу,

7 . Произвести измерения в двух направлениях и занести их в таблицу,

8. Дать заключение о годности проверяемых поверхностей и о годности детали.

Форма отчета

Название работы.

Цель работы.

Оборудование, используемое при выполнении работы.

Состав задания.

Эскиз детали.

Определение предельных размеров и допусков в проверяемых поверхностях изделий

Проверяемый

размер

Предельные отклонения в мм

Предельные размеры в мм

Допуск в

мм

TD ,Td

мм

ЕS ,еs

EI, ei

D max d max

D min , d min

D max = D + ES(мм) D min = D + EI (мм) TD = ES – ЕI (мм)

Выбор измерительных средств

Проверяемый размер

Обозначение измерительного средства

Погрешность измерительного средства

Предел измерения

Цена деления, мм

Результаты измерения:

Предельные размеры

проверяемой поверхности

Результаты измерений

Заключение

о годности

D max

d max

D min

d min

9. Заключение о годности:_______________________

Вопросы для повторения:

Какие измерения называются абсолютными?

Какие измерения называются относительными?

Что такое микрометр?

Как определяется цена деления микрометра?

Из каких частей состоит микропара, и какой шаг её резьбы?

В чем особенность устройства микрометрического глубиномера, его шкалы и применения?

Опишите основные части микрометрического нутромера и его применение.

Лабораторная работа №4

Тема: "Контроль размеров деталей сравнительным методом".

Цель работы : Изучить конструкции индикаторного инструмента, плоскопараллельных концевых мер длины. Освоить технику настройки и измерения индикаторными инструментами.

Оборудование : Скоба рычажная, скоба индикаторная, нутромер индикаторный, ППКМД с принадлежностями, детали для измерения.

Литература:

1 .В.Д. Мягков. Допуски и посадки. том 1 - М.: Машиностроение, 2014

2. Руководство по выбору измерительных средств, (пособие).

Задание:

Выбрать измерительный инструмент для проверки размеров, изучить их устройство и конструкцию.

Настроить выбранные индикаторные и инструменты на проверку размеров.

Измерить заданные поверхности детали.

Дать заключение о годности.

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

ИНДИКА ТОРНЫЕ ИНСТРУМЕНТЫ.

Индикаторные инструменты оснащены измерительными головками и предназначены для определения размеров деталей относительным методом.

1. СКОБЫ ИНДИКАТОРНЫЕ

Предназначены для измерения наружных линейных размеров. Основанием индикаторной скобы служит корпус-скобы 5, в рабочей выемке которой расположены находящиеся на одной измерительной оси с одной стороны подвижная пятка 2, воспринимающая изменения размеров измеряемой детали, а с другой стороны - переставная пятка 1. Сбоку установлен упор усилия индикатора часового типа 4. Индикаторная скоба устанавливается на размер по установочной мере или по блоку плоскопараллельных концевых мер длины равному наименьшему предельному размеру измеряемой детали, в этом случае действитальное значение размера будет равно сумме размера блока концевых мер длины и величине отсчета по шкале индикатора с соответствующим знаком

Скобы индикаторные СИ изготовляют с пределами измерения 0-50 мм, 50-100 мм, 100-200 мм, 200-300 мм...600-700 мм, 700-850мм, 850-1000 мм, ценой деления 0,01 мм первого класса точности. Обозначение: скоба СИ-300 ГОСТ 11098-75.

2 СКОБЫ РЫЧАЖНЫЕ.

Предназначены для измерения наружных линейных размеров. Скоба-корпус у рычажной скобы обладает большей жесткостью чем у индикаторной. Подвижная пятка 6 и переставная пятка 1 обладает большими измерительными поверхностями и их перемещения происходят гораздо точней. Подвижная пятка имеет две выемки, в одну из них входит рычаг отводки, а во вторую наконечник передаточного рычага, принадлежащего измерительной головке, вмонтированной в корпус скобы. Движение подвижной пятки передается стрелке 2 измерительной головки. В заднем торце подвижной пятки надета пружина измерительного усилия рычажной скобы. Скоба имеет на шкале указатели поля допуска, которые переставляются при помощи ключа. Переставная пятка передвигается вращением гайки и стопорится колпачком. Настройка скобы на размер производится по блоку концевых мер длины равному детали. Для установки стрелки на ноль стопорение пятки осуществлять вращением колпачка и гайки. Действительный размер будет равен сумме размеров блока концевых мер длины и величине отсчета по шкале индикатора (dmax + dmin ):2 с соответствующим знаком. Скобы рычажные изготовляются с пределами измерения 0-25 мм, 25-50мм, 50-75 мм... 125-150 мм, ценой деления 0,002 мм первого класса точности.

Обозначение: скоба СР50 ГОСТ 11098-75

ТЕХНИКА ИЗМЕРЕНИЯ СКОБАМИ.

Перед измерением протереть цилиндрические части пяток и особенно тщательно измерительные поверхности, протирать чистой тканью, смоченной в бензине, и окончательно - сухой тканью.

Измеряемые детали должны быть сухими и чистыми.

При пользовании скобой нельзя подвергать ее различным ударам, проводить измерительными поверхностями по измеряемой детали необходимо пользоваться отводками.

После окончания измерений пятки скобы протираются тканью и смазываются антикоррозийной смазкой кроме измерительных поверхностей/, скобу уложить в футляр.

Например, для составления блока размером 27,855 мм из плиток набора N1 потребуются следующие плитки:

плитка 1,005 остается 26,85

плитка 1.35 остается 25,5

плитка 5,5 -"-20

плитка 20 -"- 0

Проверка 1,005 +1,35 + 5,5 + 20 = 27,855 мм

Выбранные меры освобождаются от смазки и протираются чистой мягкой тканью;

Подготовленные к притирке плитки не класть мерительными поверхностями на стол, складывать на чистый лист бумаги или чистую салфетку;

Притирку плиток производить относительным их перемещением под
небольшим давлением;

Во избежание деформации нежестких плиток малой длины

при непосредственном измерении блоком нужно по концам блока притирать плитки более жесткие;

5. После работы плитки протереть и уложить в соответствующие ячейки футляра набора.

4. ПЛОСКОПАРАЛЛЕЛЬНЫЕ КОНЦЕВЫЕ МЕРЫ ДЛИНЫ .

Плоскопараллельные концевые меры длины представляют собой прямоугольные призмы.

Они предназначены для из­мерения линейных размеров и представляют собой прямоугольные пластины с двумя противо­положными мерительными плоскостями. Каждая плитка имеет определенный размер и поэтому является одномерным инструментом. Благодаря тщательной отделке мерительных поверхностей плитки имеют замечательное свойство «притираться», т. е. сцепляться друг с другом, что дает возможность собирать в блок несколько плиток, получая в целом требуемый размер.

Мерными плитками можно произвести замеры с точностью до 0,001 мм. Мерные плитки изготавливаются наборами.

В зависимости от величины отклонения средней длины мер от номинального размера и от плоскопараллельности устанавливаются 5 классов точности концевых мер: 00, 0,1,2, 3.

Плитки выпускаются наборами от 2 до 112 плиток в наборе: причем по ГОСТУ 9038-83 установлено 19 наборов. ГОСТом 9038-83 установлен следующий ряд длины, проверки и градуировки средств измерений, для точных измерений изделий и градации: 0,001 0,005 0,01; 0,1; 1 10 5, 50; 100 мм

Наиболее употребительными являются набор.№1-83 меры, N 2-38 мер и наборы

№ 6 и № 7- по 11 мер,

При составлении набора плиток всегда стремятся получить его из наименьшего количе­ства плиток, так как с увеличением количества плиток в блоке возрастает погрешность.

Для получения блока из наименьшего количества плиток нужно руководствоваться сле­дующим правилом: сначала брать плитку, соответствующую последним знаком данного разме­ра, затем предпоследним и т. д. Когда дробная часть числа готова, надо вычесть из целой части размера сумму целых миллиметров, подобранных при составлении дробной части, и взять соот­ветствующую плитку в целых мм.

Например: блок 71875

1-я плитка - 1,005

2-я плитка -1,37

3-я плитка - 9,5

4-я плитка - 60

71,875

Плитками можно измерять детали только с отшлифованными поверхностями. Перед за­мером и составлением блока необходимо плитки очистить от смазки чистым первосортным бензином, после чего насухо вытереть мягкой салфеткой и положить на чистый стол нерабочей поверхностью.

Притирка плиток друг к другу производится следующим образом: положить плитку на бумагу или салфетку мерительной поверхностью, а на противоположную поверхность нало­жить притираемую плитку и, слегка прижимая ее к первой, подвигать вперед до совпадения боковых сторон.

Так нужно последовательно притирать все плитки, входящие в данный блок.

1. Измерение производится при Т - 20°С.

2. Измеряемый объект чисто вытерт от грязи и промыт бензином. Плоскости, непосредственно соприкасающиеся при измерении с плитками, не должны иметь забоин, заусенцев.

3. При работе с плитками недопустимо прикасаться руками к мерительным поверхностям.

4. Измерительные плитки и принадлежности к ним не должны подвергаться ударам и падению.

5. После работы плитки должны быть промыты первосортным бензином, насухо вытерты и смазаны бескислотным бензином.

Номинальные значения длины концевых мер должны соответствовать указанным в таблице1.

Таблица 1

в мм

Градация концевых мер

Номинальные значения длины концевых мер

1,0005

0,001

От 0,99 до 1,01 включ.

" 1,99 " 2,0 "

" 9,99 " 10,01 "

0,005

От 0,40 до 0,41 включ.

0,01

От 0,1 до 0,7 включ.

" 0,9 " 1,5 включ.

" 2 " 3 "

" 9,9 " 10,1 "

От 0,1 до 3 включ.

От 0,5 до 25 включ.

От 1 до 25 включ.

От 10 до 100 включ.

От 25 до 200 включ.

От 50 до 300 включ.

От 100 до 1000 включ.

5 ИНДИКАТОРНЫЕ НУТРОМЕРЫ

Для внутренних измерений применяют индикаторный нутромер.

Он имеет направляющую втулку 5, в верхней части которой установлен индикатор 1 часового типа, закрепленный винтом 2. Внутри втулки находится длинный стержень, который соприкасается с коротким стержнем 10, упирающимся в грибок 9 тройника 6 головки нутромера. В тройнике расположены движок 4 и сменный измерительный стержень 8, закрепленный в тройнике гайкой 7. Со стороны подвижного штифта на тройнике насажен центрирующий мостик 5, служащий для установки головки индикатора по диаметру отверстия. При измерении отверстий движок 4 со спиральной пружиной 11 давит на рычажок 9 и через стержень 10 передает движение на длинный стержень к индикатору.

По перемещению стрелки индикатора определяют отклонение размера.

В качестве мер для установки индикаторных нутромеров на размер и на ноль применяют комплекты из концевых мер длины.

При измерении необходимо покачать нутромер в осевой плоскости в продольном сечении и найти минимальное положение по стрелке измерительной головки, т.е. перпендикуляры к обеим образующим измеряемого отвер­стия.

Настройка нутромера производится на номинальный размер проверяемого размера за счет сменного наконечника. Индикатор при установке на нуль должен иметь натяг 1-2 оборота. Действительный размер будет равен сумме номинального размера и величине отсчета по шкале индикатора с соответствующим знаком.

Индикаторные нутромеры изготовляются с пределами измерений 6-10 мм, 10-18 мм, 18-50 мм, 50-100 мм, 100-160 мм, 160- 250 мм 1-го и 2 -го классов точности, а с пределами измерения 250-450 мм, 450-700мм, 700-1000 мм первого класса точности с ценой деления 0,01 мм. Обозначение: нутромер НИ-18-50-1 ГОСТ 868-82 .

ТЕХНИКА ИЗМЕРЕНИЯ ИНДИКАТОРНЫМИ НУТРОМЕРАМИ.

перед измерением протереть измерительные поверхности чистой тканью, смоченной в
бензине и окончательно сухой тканью,

измеряемые детали должны быть сухими и чистыми,

при измерении отверстия индикаторный нутромер вводят сначала касаясь стенки отверстия мостиком, а затем вводят нутромер дальше, небольшим покачиванием в осевом направлении;

после измерений измерительные поверхности протирают тканью и смазывает антикоррозийной смазкой, нутромер уложить в футляр.

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ.

1 .Начертить эскиз детали

Выбрать предельные отклонения проверяемых размеров (В.Д. Мягков "Допуски и посадки", т.1,табл.1. 7,стр.79,табл.1.30 стр.95 изанести в таблицу.

Определить предельные размеры и допуски проверяемых размеров, записать их в таблицу.

Выбрать допускаемую погрешность для проверяемых размеров (руководство по выбору измерительных средств для контроля размеров деталей табл. № 1,стр.З) и занести их в таблицу.

Выбрать для каждого проверяемого размера измерительные средства и его характеристику (руководство по выбору измерительных средств для контроля размеров деталей) и занести их в таблицу.

Произвести расчет блоков концевых мер длины для настройки индикаторных инструментов.

Настроить индикаторные инструменты.

Дать заключение о годности проверяемых поверхностей и о годности детали по ним.

ФОРМА ОТЧЁТА:

Название работы.

Цель работы.

Оборудование, используемое при выполнении работы.

Состав задания.

Эскиз детали.

Определение предельных размеров и допусков в проверяемых поверхностях изделий

Проверяемый

размер

Предельные отклонения в мм

Предельные размеры в мм

Допуск в мм

Допускаемая погрешность измерения в

мм

ЕS ,еs

EI, ei

D max d max

D min, d min

TD ,Td

d max = d + es (мм) d min = d + ei (мм) Td = es – ei(мм)

D max = D + ES(мм) D min = D + EI (мм) TD = ES – TI (мм)

Выбор измерительных средств

Проверяемый размер

Обозначение

измерительного средства

Погрешность

измерительного средства

Предел

измерения

Цена

деления, мм

Расчет блоков концевых мер длины для настройки индикаторных инструментов

Результаты измерений

Заключение о годности _______________

Вопросы для повторения:

Какие вы знаете измерительные головки и как в них получается преобразование движения наконечника в поворот стрелки?

Опишите индикатор часового типа, его цену деления и измерение.

Как устроен индикаторный нутромер? Как его применяют?

Что такое индикаторная скоба? Как она устроена и как применяется?

Что такое рычажная скоба? Как она устроена и какая цена деления шкалы?

МИНОБРНАУКИ РОССИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Югорский государственный университет» (ЮГУ)

НИЖНЕВАРТОВСКИЙ НЕФТЯНОЙ ТЕХНИКУМ

(филиал) федерального государственного бюджетного образовательного учреждения

высшего профессионального образования «Югорский государственный университет»

(ННТ (филиал) ФГБОУ ВПО «ЮГУ»)

МЕТРОЛОГИЯ, СТАНДАРТИЗАЦИЯ И СЕРТИФИКАЦИЯ

Методические указания к выполнению лабораторных работ

для студентов всех форм обучения образовательных учреждений СПО.

Нижневартовск 2015

ТЕМАТИКА ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ ПО ДИСЦИПЛИНЕ

«МЕТРОЛОГИЯ СТАНДАРТИЗАЦИЯ И СЕРТИФИКАЦИЯ»

Номер

Номер и наименование занятия

К-во аудиторных часов

Форма контроля

1.

Лабораторная работа № 1 «Измерение деталей штангенинструментами»

2

2.

Лабораторная работа № 2 «Измерение деталей микрометрическим инструментом

2

3.

Лабораторная работа № 3 «Измерение деталей индикаторными приборами»

2

4.

Лабораторная работа № 4 «Измерение калибр-пробки»

2

5.

Лабораторная работа № 5 «Шероховатость поверхности»

2

Лабораторная работа № 1

ИЗМЕРЕНИЕ ДЕТАЛЕЙ ШТАНГЕНИНСТРУМЕНТАМИ

Цель работы

Изучить устройство, принцип измерения и метрологические характеристики штангенинструментов.

Измерить выданную деталь штангенциркулем.

Выполнить эскиз детали с нанесением действительных размеров.

ШТАНГЕНИНСТРУМЕНТЫ

Для измерения линейных размеров абсолютным методом и для воспроизведения размеров при разметке деталей служат штангенинструменты, объединяющие под этим названием большую группу измерительных средств: штангенциркули, штангенглубиномеры, штангенгрейсмасы, штангензубомеры и т.д.

Наиболее распространенным типом штангенинструмента является штангенциркуль. Существует несколько моделей штангенциркулей (ГОСТ 166-80).

Рис.1

Штангенциркуль ШЦ- I а ) для наружных и внутренних измерений и с линейкой для измерения глубин (цена деления нониуса 0,1 мм, предел измерений от 0 до 125 мм) имеет штангу (линейку) 1 с основной шкалой, деления которой нанесены через 1 миллиметр. Штанга имеет неподвижные измерительные двусторонние губки с рабочими поверхностями, перпендикулярными штанге. По линейке перемещается измерительная рамка 2 со второй парой губок; на рамке имеется стопорный винт 4 для ее фиксации в требуемом положении. На измерительной рамке нанесена дополнительная шкала - нониус 3 . Наружные размеры измеряют нижними губками, имеющими плоские рабочие поверхности малой ширины. Верхние губки применяют для измерения внутренних размеров. Линейка-глубиномер 5 предназначена для измерения высоты уступов, глубины глухих отверстий и т.п.

Штангенциркуль ШЦ- II с двусторонним расположением губок (рис.1,б ) предназначен для наружных и внутренних измерений и разметочных работ. Состоит из тех же основных деталей, что и ШЦ-I , но имеет вспомогательную рамку микроподачи 4 для точного перемещения рамки 1 по штанге 5 . Для этого необходимо предварительно зафиксировать вспомогательную рамку 4 стопорным винтом 3 , а затем, вращая гайку 6 по микровинту 7 , перемещать измерительную рамку по штанге. Как правило, этой подачей пользуются для точной установки размера на штангенциркуле при разметке. Остроконечные губки штангенциркуля ШЦ-II применяют для разметки или измерения наружных размеров в труднодоступных местах. Нижние губки для измерения внутренних размеров имеют цилиндрические рабочие поверхности. Размер губок в сведенном состоянии обычно бывает равен 10 мм и определяет наименьший внутренний размер, который может быть измерен этим штангенциркулем. При внутренних измерениях к отсчету по шкале следует прибавить размер губок, указанный на их боковой стороне. Штангенциркули типа ШЦ-II имеют нониусы с ценой деления 0,1 и 0,05 мм и пределы измерения 0-160, 0-200, 0-250 мм.

Штангенциркуль ШЦ- III не имеет верхних остроконечных губок и устройства для микроподачи измерительной рамки. Он применяется для наружных и внутренних измерений с помощью таких же, как у ШЦ-II , нижних губок. Цена деления нониуса 0,1 и 0,05 мм, пределы измерений от 0 до 2000 мм.

Штангенглубиномер (рис.2) служит для измерения глубин и выступов. Он состоит из основания 1 , штанги 6 с основной миллиметровой шкалой, измерительной рамки 3 , стопорного винта 2 , устройства микрометрической подачи 5 , стопорного винта 4 , гайки и винта 7 микрометрической подачи и нониуса 8 .

Рис.2

Выпускаются штангенглубиномеры с ценой деления нониуса 0,05 мм и пределами измерений 0-160, 0-200, 0-250, 0-315, 0-400 мм. По конструкции штангенглубиномер отличается от штангенциркуля отсутствием неподвижных губок на штанге и наличием вместо них основания 1 , которое является опорой при измерении глубины. Нулевой размер штангенглубиномер показывает при совмещении торца штанги (линейки) 6 и основания 1 .

Рис.3

Штангенрейсмас применяют для разметки, но он может быть использован и для измерения высоты деталей, установленных на плите (рис.3). Штангенрейсмасы имеют цену деления нониуса 0,1 и 0,05 мм и предел измерений до 2500 мм. Они имеют массивное основание 5 для установки на плите. Перпендикулярно основанию расположена штанга 1 с миллиметровой шкалой. Подвижная рамка 2 с нониусом 3 имеет державку 4 для установки специальной измерительной ножки 6 для измерения высоты или разметочной ножки 7 .

При разметке вертикальных поверхностей штангенрейсмас с установленным по шкале и нониусу размером (при этом рекомендуется пользоваться микроподачей рамки) перемещается по плите вдоль размечаемой заготовки. Острие разметочной ножки наносит на поверхность заготовки горизонтальную линию.

ОТСЧЕТНОЕ УСТРОЙСТВО

В основу конструкции отсчетного устройства входят штанга (измерительная линейка) с нанесенной на ней основной шкалой с интервалом деления 1 мм. Каждое пятое деление шкалы штанги отмечено удлиненным штрихом, а каждое десятое – штрихом более длинным с соответствующим числом сантиметров.

По штанге свободно перемещается измерительная рамка, на скосе которой (напротив миллиметровой шкалы штанги) нанесена дополнительная шкала, называемая нониусом. Нониус служит для отсчета дробных долей миллиметра.

Отсчет измерений в нониусном устройстве основан на разности интервалов делений основной шкалы и дополнительно шкалы нониуса. Нониус имеет небольшое число делений n (10, 20 или 50 делений-штрихов). Нулевой штрих нониуса выполняет роль стрелки и позволяет отсчитывать размер в миллиметрах на основной шкале.

Цена деления нониуса с равна цене деления основной шкалы а =1 мм, разделенной на число делений шкалы нониуса n :

.

Применяются нониусы с ценой деления 0,1; 0,05 мм и в редких случаях 0,02 мм. Интервал деления шкалы нониуса зависит от принятого значения модуля , который выбирается из чисел 1; 2; 3; 4 и больше. Но надо иметь в виду, что с увеличением модуля увеличивается длина дополнительной шкалы-нониуса и увеличиваются габаритные размеры всего отсчетного устройства. Интервал деления шкалы нониуса принимают кратным интервалу деления основной шкалы

,

где - модуль нониуса, характеризующий растянутость шкалы нониуса или соотношение между значениями интервалов основной шкалы и нониуса.

Длина шкалы нониуса

Для примера возьмем цену деления нониуса с =0,1 мм при модуле
, тогда интервал деления шкалы нониуса
мм. Все последующие штрихи нониуса наносят с таким же интервалом. Из-за того, что интервалы делений нониуса меньше, чем на основной шкале, постепенно накапливается отставание положения штрихов нониуса от штрихов основной шкалы и десятый штрих нониуса совпадает с девятым штрихом основной шкалы (рис.4).

Рис.4

Для удобства отсчета дробных долей миллиметра чаще выпускаются штангенинструменты с модулем шкалы нониуса равным 2.

При определении размера детали поступают следующим образом. Если нулевой штрих дополнительной шкалы-нониуса совпал с каким-либо штрихом основной шкалы, то значение измеряемой величины отсчитывают только по основной шкале в мм.

Если же нулевой штрих нониуса не совпадает ни с одним штрихом основной шкалы, то отсчет получается из двух частей. Целое число в миллиметрах берут по основной шкале слева от нулевого штриха нониуса и прибавляют к нему доли миллиметра, полученные умножением цены деления нониуса на порядковый номер штриха нониусной шкалы, совпавшего со штрихом основной шкалы (рис.4,б,в ).

Цель работы.

Модель штангенциркуля и его основные метрологические характеристики. Метод измерения.

Контрольные вопросы

Назовите типы штангенинструментов.

Модели штангенциркулей, их конструктивные особенности и назначение.

Как отсчитываются при измерениях целые и дробные доли миллиметров? Устройство нониуса.

Для каких целей маркируется толщина губок у некоторых моделей штангенциркулей?

Для чего служит штангенглубиномер?

Для чего служит штангенрейсмас?

Литература

Лабораторная работа № 2

ИЗМЕРЕНИЕ ДЕТАЛЕЙ МИКРОМЕТРИЧЕСКИМ ИНСТРУМЕНТОМ

Цель работы

Изучить устройство, принцип измерения и метрологические характеристики микрометрических инструментов.

Измерить деталь гладким микромером и дать заключение о годности детали.

МИКРОМЕТРИЧЕСКИЕ ИНСТРУМЕНТЫ

Микрометрические инструменты являются широко распространенными средствами измерений наружных и внутренних размеров, глубин пазов и отверстий. Принцип действия этих инструментов основан на применении пары винт-гайка. Точный микрометрический винт вращается в неподвижной микрогайке. От этого узла и получили название эти инструменты.

В соответствии с ГОСТ 6507-78 выпускаются следующие типы микрометров:

МК – гладкие для измерения наружных размеров;

МЛ – листовые с циферблатом для измерения толщины листов и лент;

МТ – трубные для измерения толщины стенок труб;

МЗ – зубомерные для измерения длины общей нормали зубчатых колес;

МВМ, МВТ, МВП – микрометры со вставками для измерения различных резьб и деталей из мягких материалов;

МР, МРИ – микрометры рычажные;

МВ, МГ, МН, МН2 – микрометры настольные.

Кроме перечисленных типов микрометров выпускаются микрометрические нутромеры (ГОСТ 10-75 и ГОСТ 17215-71) и микрометрические глубиномеры (ГОСТ 7470-78 и ГОСТ 15985-70).

Практически все выпускаемые микрометры имеют цену деления 0,01 мм. Исключение составляют микрометры рычажные МР, МР3 и МРИ, имеющие цену деления 0,002 мм. Диапазоны измерений гладких микрометров зависят от размеров скобы и составляют: 0-25, 25-50, …, 275-300, 300-400, 400-500, 500-600 мм

На рис.1,а,б показаны конструкция и схема гладкого микрометра. В отверстиях скобы 1 запрессованы с одной стороны неподвижная измерительная пятка 2 , а с другой - стебель 5 с отверстием, которое является направляющей микрометрического винта 4 . Микрометрический винт 4 ввинчивается в микрогайку 7 , имеющую разрезы и наружную резьбу. На эту резьбу навинчивают специальную регулировочную гайку 8 , которая сжимает микрогайку 7 до полного выбора зазора в соединении «микровинт-микрогайка». Это устройство обеспечивает точное осевое перемещение винта относительно микрогайки в зависимости от угла его поворота. За один оборот торец винта перемещается в осевом направлении на расстояние, равное шагу резьбы, т. е. на 0,5 мм. На микрометрический винт надевается барабан 6 , закрепляемый установочным колпачком-гайкой 9 . В колпачке-гайке смонтирован специальный предохранительный механизм 12 , соединяющий колпачок-гайку 9 и трещотку 10 , за нее и необходимо вращать барабан 6 при измерениях. Предохранительный механизм-трещотка, состоящий из храпового колеса, зуба и пружины, в случае превышения усилия между губками 500-900 сН отсоединяет трещотку 10 от установочного колпачка 9 и барабана 6 , и она начинает проворачиваться с характерным пощелкиванием. При этом микрометрический винт 4 не вращается. Для закрепления винта 4 в требуемом положении микрометр снабжен стопорным винтом 11 .

Рис.1

На стебле 5 микрометра нанесена шкала 14 с делениями через 0,5 мм. Для удобства отсчета четные штрихи нанесены выше, а нечетные - ниже сплошной продольной линии 13 , которая используется для отсчета углов поворота барабана. На коническом конце барабана нанесена круговая шкала 15 , имеющая 50 делений. Если учесть, что за один оборот барабана с пятьюдесятью делениями торец винта и срез барабана перемещают на 0,5 мм, то поворот барабана на одно деление вызовет перемещение торца винта, равное 0,01 мм, т.е. цена деления на барабане 0,01 мм.

При снятии отсчета пользуются шкалами на стебле и барабане. Срез барабана является указателем продольной шкалы и регистрирует показания с точностью 0,5 мм. К этим показаниям прибавляют отсчет по шкале барабана (рис.1,в ).

Перед измерением следует проверить правильность установки на нуль. Для этого необходимо за трещотку вращать микровинт до соприкосновения измерительных поверхностей пятки и винта или соприкосновения этих поверхностей с установочной мерой 3 (рис.1,а ).

Вращение за трещотку 10 продолжают до характерного пощелкивания. Правильной считается установка, при которой торец барабана совпадает с крайним левым штрихом шкалы на стебле и нулевой штрих круговой шкалы барабана совпадает с продольной линией на стебле. В случае их несовпадения необходимо закрепить микровинт стопором 11 , отвернуть на пол-оборота установочный колпачок-гайку 9 , повернуть барабан в положение, соответствующее нулевому, закрепить его колпачком-гайкой, освободить микровинт. После этого следует еще раз проверить правильность «установки на нуль».

К микрометрическим инструментам относятся также микрометрический глубиномер и микрометрический нутромер.

Микрометрический глубиномер (рис.2,а ) состоит из микрометрической головки 1 , запрессованной в отверстие основания 2 . Торец микровинта этой головки имеет отверстие, куда вставляют разрезными пружинящими концами сменные стержни 3 со сферической измерительной поверхностью. Сменные стержни имеют четыре размера: 25; 50; 75 и 100 мм. Размеры между торцами стержней выдержаны очень точно. Измерительными поверхностями в этих приборах являются наружный конец сменного стержня 3 и нижняя опорная поверхность основания 2 . При снятии отсчета необходимо помнить, что основная шкала, расположенная на стебле, имеет обратный отсчет (от 25 мм до 0).

Рис.2

Для настройки глубиномера опорную поверхность основания прижимают к торцу специальной установочной меры (рис.2,б ), которую ставят на поверочную плиту. Микровинт со вставкой с помощью трещотки доводят до контакта с плитой, фиксируют его стопором и далее проделывают те же операции, что и при настройке на нуль микрометра.

Измерение глубины отверстий, уступов, выточек и т.д. выполняют следующим образом. Опорную поверхность основания микрометрического глубиномера устанавливают на базовую поверхность детали, относительно которой измеряется размер. Одной рукой прижимают основание к детали, а другой вращают за трещотку барабан микрометрической головки до касания стержня с измеряемой поверхностью и пощелкивания трещотки. Затем фиксируют стопором микровинт и снимают отсчет со шкал головки. Микрометрические глубиномеры имеют пределы измерений от 0 до 150 мм и цену деления 0,01 мм.

Микрометрические нутромеры предназначены для измерения внутренних размеров изделий в диапазоне от 50 до 6000 мм.

Они состоят из микрометрической головки (рис.3,а ), сменных удлинителей (рис.3,б ) и измерительного наконечника (рис.3,в ).

Микрометрическая головка нутромера несколько отличается от головки микрометра и глубиномера и не имеет трещотки. В стебель 6 микрометрической головки с одной стороны запрессован измерительный наконечник 7 , а с другой ввинчен микровинт 5 , который соединен с барабаном 4 гайкой 2 и контргайкой 1 . Наружу выступает измерительный наконечник микровинта 5 .

Зазор в соединении винт-гайка выбирается с помощью регулировочной гайки 3 , навинчиваемой на разрезную микрогайку с наружной конической резьбой. Установленный размер фиксируется стопорным винтом 9 . Для расширения пределов измерения в резьбовое отверстие муфты 8 ввинчиваются удлинители (рис.3,б ) и измерительный наконечник (рис.3,в ).

Рис.3

Удлинитель представляет собой стержень со сферическими измерительными поверхностями, имеющий точный размер в осевом направлении. Стержень не выступает за пределы корпуса, на обоих концах которого нарезана резьба. Пружина, расположенная внутри корпуса, создает силовое замыкание стержней между собой при свинчивании удлинителя с микрометрической головкой. На свободный конец удлинителя может быть навинчен другой удлинитель и т. д. до получения нутромера с требуемым пределом измерения. В последний удлинитель ввинчивается измерительный наконечник. В процессе измерения с деталью соприкасаются измерительный наконечник микровинта и измерительный наконечник удлинителя. При использовании нутромера с несколькими удлинителями необходимо помнить, что удлинители следует соединять в порядке убывания их размеров и микрометрическую головку соединить с самым длинным из них.

Микрометрический нутромер в сборе с измерительным наконечником устанавливают на нуль по установочной мере-скобе размером 75 мм (рис.3,г ). В случае неудовлетворительной настройки нуля ослабляют на пол-оборота контргайку 1 , поворачивают барабан до совпадения нулевой риски с продольной линией стебля, затягивают контргайку 1 и отпускают винт 9 . Затем проверяют правильность установки. После настройки нутромера на нуль его свинчивают с удлинителями для получения требуемого размера и приступают к измерениям.

Измерения внутренних размеров нутромером осуществляют следующим образом. Вводят инструмент в пространство между измерительными поверхностями (например, в отверстие). Устанавливают один измерительный наконечник нутромера на поверхность и вращают барабан головки до касания второго измерительного наконечника противоположной поверхности. В процессе измерения необходимо не только вращать барабан, но еще и покачивать собранный нутромер, измеряя диаметр в плоскости, перпендикулярной к оси отверстия и в плоскости осевого сечения. Наибольший размер в первом положении и наименьший размер во втором положении должны совпадать.

Цель работы.

Конструкция и метрологические характеристики гладкого микрометра. Как читаются показания микрометра при измерениях?

Эскиз детали с действительными размерами.

Оценка годности деталей.

Контрольные вопросы

Виды микрометрических инструментов.

Устройство микрометров.

Как снимать показания микрометра? Настройка микрометра на нуль.

Для чего служит трещотка?

Устройство микрометрического глубиномера.

Устройство микрометрического нутромера.

Литература

Марков Н.Н., Ганевский Г.М. Конструкция, расчет и эксплуатация контрольно-измерительных инструментов и приборов. –М.:Машиностроение, 1993.

Белкин И.М. Средства линейно-угловых измерений. Справочник. –М.:Машиностроение, 1987.

Васильев А.С. Основы метрологии и технические измерения. –М.:Машиностроение, 1980.

Лабораторная работа № 3

ИЗМЕРЕНИЕ ДЕТАЛЕЙ ИНДИКАТОРНЫМИ ПРИБОРАМИ

Цель работы

Изучить устройство, принцип действия и метрологические характеристики индикатора часового типа и индикаторных приборов.

Получить навыки самостоятельной работы с приборами, измерив детали индикаторной скобой и индикаторным нутромером.

ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ГОЛОВКИ С ЗУБЧАТЫМ МЕХАНИЗМОМ
ИЛИ ИНДИКАТОРЫ ЧАСОВОГО ТИПА

Измерительными головками называются отсчетные устройства, преобразующие малые перемещения измерительного стержня в большие перемещения стрелки по шкале (индикаторы часового типа, рычажно-зубчатые индикаторы, многооборотные индикаторы, рычажно-зубчатые головки).

Рис.1. Индикатор часового типа ИЧ-10

В качестве отдельного измерительного устройства головки использоваться не могут и для измерения их устанавливают на стойках, штативах или оснащают приборы и контрольно-измерительные приспособления.

Измерительные головки предназначены в основном для относительных измерений. Если размеры деталей меньше диапазона показаний прибора, то измерения могут быть выполнены абсолютным методом.

Наиболее распространенными измерительными головками с зубчатой передачей являются индикаторы часового типа.

Принцип действия индикатора часового типа состоит в следующем (рис.1):

Измерительный стержень 1 перемещается в точных направляющих втулках. На стержне нарезана зубчатая рейка, находящаяся в зацеплении с трибом 4 (=16). Трибом в приборостроении называют зубчатое колесо малого модуля с числом зубьев ≤18. На одной оси с трибом 4 установлено зубчатое колесо 3 (=100), которое передает вращение трибу 2 (=10).На одной оси триба 2 закреплена большая стрелка 8 , которая двигается по шкале 7 , отсчитывая десятые и сотые доли миллиметра перемещения измерительного стержня с наконечником 12 .

При перемещении измерительного стержня в диапазоне показаний большая стрелка совершает несколько оборотов, поэтому в конструкции индикатора часового типа установлена дополнительная стрелка 5 на оси триба 4 и колеса 3 . При перемещении измерительного стержня на 1 мм большая стрелка 8 совершает один оборот, а стрелка 5 перемещается на одно деление малой шкалы 6.

Число делений малой шкалы определяет диапазон показаний индикаторов часового типа в мм.

С трибом 2 находится в зацеплении второе зубчатое колесо 9 (=100). К оси этого колеса одним концом присоединена спиральная пружина 10 , второй конец которой закреплен в корпусе индикатора. Пружина обеспечивает работу зубчатых колес в режиме однопрофильного зацепления, уменьшая тем самым влияние зазоров в зубчатых парах на погрешность измерений.

В индикаторе часового типа предусмотрена винтовая пружина 11 , один конец которой укреплен на измерительном стержне, а другой – на корпусе индикатора. Эта пружина создает измерительное усилие на стержне Р =150±60 сН.

Все индикаторы часового типа имеют цену деления большой шкалы равную 0,01 мм. Большинство индикаторов имеет диапазон показаний 2 мм (ИЧ-2), 5мм (ИЧ-5), 10мм (ИЧ-10) и реже выпускаются индикаторы с диапазоном показаний 25 мм (ИЧ-25) и 50мм (ИЧ-50).

Погрешность измерений индикатором часового типа зависят от перемещения измерительного стержня. Так в диапазоне показаний 1÷2 мм погрешность измерения находится в пределах 10÷15 мкм, а в диапазоне 5÷10мм погрешность находится в пределах 18÷22 мкм.

ИЗМЕРЕНИЕ ИНДИКАТОРОМ ЧАСОВОГО ТИПА

Индикатор 1 крепится на индикаторной стойке 2 винтом 3 (рис.2,а ). Ослабляя винт 5 , опускаем индикатор до касания наконечником измерительного столика 4 , после чего опускаем дополнительно еще на 1…2 мм (создаем «натяг»). Фиксируем это положение затягиванием винта 5 . Поворачиваем за ободок 6 круговой шкалы индикатора до совмещения «0» шкалы с большой стрелкой. Записываем показания индикатора (например, 1,00 мм при натяге 1 мм).

Не изменяя положение корпуса индикатора, поднимаем измерительный наконечник и кладем на измерительный столик деталь. Отпускаем стержень (рис.2,б ) и записываем показание индикатора (например, 2,15 мм) Разница между показанием индикатора при измерении и при настройке дает значение перемещения стержня относительно столика при измерении
(b =2,15-1,00=1,15 мм). Это и будет размер b . Таким способом производят измерения абсолютным методом.

В тех случаях, когда размер детали больше диапазона показаний прибора, пользуются относительным методом. Для этого определяем приблизительно размер детали (например, около 42 мм), набираем блок из плоскопараллельных концевых мер длины (тоже 42 мм) настраиваем прибор на «0» относительно плоскопараллельных концевых мер длины (ПКМД) (рис.2,в ) аналогично настройке при абсолютном методе. Записываем показания индикатора (например, 1,00 мм), убираем блок ПКМД и ставим деталь. Записываем показания индикатора (например, 2,15 мм). Определяем перемещение стержня при измерении относительно ПКМД ( =2,15-1,00=1,15 мм) (рис.2,г ). Действительный размер детали d =ПКМД+ (например, d =42+1,15=43,15 мм). При сложении необходимо учитывать знак относительного перемещения: если размер детали окажется меньше блока ПКМД, то  получится отрицательным. Например, если индикатор показывал при настройке 1,00 мм, а при измерении 0,42 мм, то
 =0,42-1,00=-0,58 мм.

Рис.2. Измерение индикатором

Относительным методом пользуются и в тех случаях, когда необходимо уменьшить погрешность измерения, т.е. уменьшить измерительное перемещение с тем, чтобы избавиться от накапливающейся погрешности прибора.

ИНДИКАТОРНАЯ СКОБА

В корпусе скобы (рис.3) установлены индикатор часового типа, подвижная пятка 2 и сменная переставная пятка 3 .

Подвижная пятка 2 постоянно отжимается в сторону изделия измерительным стержнем индикатора и специальной пружиной. Переставная пятка 3 при освобожденном винте 4 и снятом колпачке может перемещаться в пределах до 50 мм. Диапазоны измерений индикаторных скоб составляют: 0÷50 мм, 50÷100 мм, 100÷200 мм, …, 600÷700 мм, 700÷ 850 мм, 850÷1000 мм.

Основная погрешность прибора (в зависимости от типоразмера скобы) изменяется от 5 до 20 мкм.

ИЗМЕРЕНИЕ ИНДИКАТОРНОЙ СКОБОЙ

ИНДИКАТОРНЫЙ НУТРОМЕР

Индикаторные нутромеры предназначены для измерения внутренних размеров и диаметров отверстий относительным методом.

Наиболее часто применяют нутромеры типоразмеров из следующего ряда диапазонов измерения: 6-10; 10-18; 18-50; 50-100; 100-160; 160-250; 250-450; 450-700; 700-1000 мм.

Устройство и работу индикаторных нутромеров рассмотрим на примере нутромера модели НИ-100 (рис.4).

В корпусе нутромера вставлена втулка-вставка 2 , в которую с одной стороны ввернут сменный неподвижный измерительный стержень 3 , а с другой стороны находится подвижный измерительный стержень 4, воздействующий на двухплечий рычаг 5 , закрепленный на оси 6 .

Внутри корпуса размещен шток 8 , поджимаемый к рычагу 5 измерительным стержнем индикатора часового типа и спиральной пружиной 10 . Последние создают измерительное усилие в пределах от 200 до 500 сН.

Рис.4.

В пределах диапазона измерений нутромеры снабжаются комплектом сменных измерительных стержней. Положение неподвижного измерительного стержня после настройки фиксируется гайкой 7 . Подвижный измерительный стержень 4 под воздействием измерительного усилия находится в крайнем исходном положении. Центрирующий мостик 12 , поджимаемый двумя пружинами 11 к поверхности контролируемого отверстия, обеспечивает совмещение линии измерения с диаметром отверстия.

Настройку нутромера на требуемый номинальный размер осуществляют по блокам ПКМД с боковиками, установленными в державках-струбцинах, или по аттестованным кольцам. Погрешность нутромеров обычно нормируется равной 1,5÷2,5 цены деления отсчетной головки.

ИЗМЕРЕНИЕ ИНДИКАТОРНЫМ НУТРОМЕРОМ.

Подсчитать по номинальному размеру отверстия измеряемой детали номинальные размеры ПМДК. Подготовить установочный комплект (рис.5) из блока ПМКД, двух боковиков 2 и струбцины 1 . Из комплекта сменных регулируемых стержней (прилагаются к нутромеру) выбрать стержень с диапазоном размеров, в котором находится номинальный размер измеряемого отверстия. Ввинтить сменный регулируемый стержень 3 в корпус нутромера 5 .

Ввести нутромер измерительными стержнями в установочный комплект между боковиками и создать для индикатора часового типа натяг 1÷2 мм (рис.5).

Покачивая нутромер от себя на себя, поворачивая его влево - вправо вокруг вертикальной оси, нужно установить ось измерительных стержней (ось измерения) в положение, совпадающее с наименьшим расстоянием между измерительными поверхностями боковиков. Это положение покажет большая стрелка индикатора, когда дойдет до самого дальнего (при ее движении по часовой стрелке) деления шкалы и начнет движение обратно. Придав правильное положение индикатору, нужно зажать контргайку 4 сменного измерительного стержня 3 и установить нулевое деление шкалы индикатора до совпадения с большой стрелкой.

Рис.5. Индикаторный нутромер при настройке (а ) (центрирующий мостик не показан)
и при измерении (б )

После настройки нутромера на «0» можно приступить к измерению отклонений размера отверстия детали от номинала.

Вводим в отверстие измеряемой детали измерительную головку нутромера. Подпружиненный центрирующий мостик 8 ориентирует измерительную ось нутромера строго в диаметральной плоскости измеряемого отверстия (рис.5, б ).

Покачивая нутромер в вертикальной плоскости, определяем показания индикатора при крайнем правом положении большой стрелки.

При определении действительных отклонений размеров отверстий от номинала руководствуются следующим правилом: отклонение принимают со знаком минус («-»), если большая стрелка индикатора отклонилась от «0» деления шкалы по часовой стрелке, а отклонение против часовой стрелки показывает увеличение диаметра отверстия о номинального размера и действительное отклонение принимают со знаком плюс («+»).

Значение действительного отклонения подсчитывают умножением числа делений шкалы индикатора (указанное большой стрелкой от «0») на цену деления 0,01 мм.

Действительный размер диаметра отверстия будет равен номинальному диаметру отверстия плюc («+») или минус («-») действительное отклонение.

Цель работы.

Виды индикаторных приборов, используемых в работе и их метрологические характеристики. Метод измерения.

Эскизы измеряемых деталей с действительными размерами.

Оценка годности деталей.

Контрольные вопросы

Конструкция индикаторов часового типа.

Метрологические характеристики индикаторных приборов. Метод измерения.

Как читают показания при измерениях индикаторными приборами?

Индикаторная скоба. Настройка скобы для измерений.

Как называется величина, которую фиксирует прибор?

Индикаторный нутромер. Настройка нутромера.

Измерение нутромером.

Литература

Белкин И.М. Средства линейно-угловых измерений. Справочник. –М.:Машиностроение, 1987.

Васильев А.С. Основы метрологии и технические измерения. –М.:Машиностроение, 1980.

Лабораторная работа № 4

ИЗМЕРЕНИЕ КАЛИБРА-ПРОБКИ

Цель работы

Изучить устройство, принцип действия и метрологические характеристики пружинных измерительных головок ИГП – микрокаторов (ГОСТ 6933-81).

Получить навыки самостоятельной работы с приборами для точных измерений относительным методом.

Научиться строить схемы полей допусков на калибры.

Измерить калибр-пробку с помощью ИГП, установленной на стойке С-1 или С-2.

Определить годность калибра-пробки.

ПРУЖИННЫЕ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ГОЛОВКИ-МИКРОКАТОРЫ

Эти приборы относятся к точным измерительным приборам с механическим преобразованием малых перемещений измерительного наконечника в большие перемещения стрелки относительно шкалы прибора. Эта группа приборов получила название «пружинных», так как в качестве чувствительного элемента используется завитая от середины в разные стороны пружина из тонкой бронзовой ленты.

14

а

б

Рис.1.

Ленточная пружина 2 закреплена на угольнике 1 и консольной плоской пружине 4 , установленной на жестком выступе (рис.1,а ). Изменяя положение пружины 4 , с помощью винтов регулируют натяжение ленточной пружины. Измерительный стержень 7 подвешен на мембранах 6 и жестко связан с угольником 1 . Перемещение измерительного стержня вызывает поворот угольника вокруг точки «а » и растяжение пружины 2 . Измерительное усилие создается конической пружиной 5 . К средней части бронзовой закрученной ленты приклеена кварцевая стрелка 3 . Растяжение пружины 2 вызывает поворот стрелки 3 относительно шкалы.

Пружинные измерительные головки применяют для высокоточных относительных измерений размеров изделий, а также отклонений формы и расположения поверхностей. Точность контролируемых изделий может быть от 2 го до 6 го квалитета.

Для измерений приборы крепятся в стойках (рис.1,б ) типа С-1 и С-2 или в специальных приспособлениях за трубку 7 диаметром 28 мм. При настройке на нулевое положение по блоку концевых мер используется микроподача стола стойки.

Во время транспортировки измерительный стержень зажимается поворотом фиксатора в основание трубки.

Пружинные измерительные головки выпускаются следующих модификаций: 01ИГП; 02ИГП; 05ИГП; 1ИГП; 2ИГП; 5ИГП; 10ИГП и имеют цену деления шкалы прибора соответственно: 0,0001; 0,0002; 0,0005; 0,001; 0,002; 0,005; и 0,01 мм.

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

1. Изучить устройство, принцип измерения и метрологические характеристики микрокатора на стойке С-1 или С-2. Записать в отчет основные метрологические характеристики прибора (цена деления шкалы прибора, диапазон измерения по шкале прибора).

2. Получить у преподавателя калибр-пробку для измерений.

3. По маркировке на калибре определить, для проверки какого отверстия он предназначен (номинальный диаметр отверстия, отклонение поля допуска отверстия и квалитет).

4. По ГОСТ-25347-82 (СТ СЭВ 144-75) определить предельные отклонения размера отверстия, а затем построить схему расположения поля допуска отверстия (рис.2)

5. По ГОСТ-24853-81 (СТ СЭВ 157-75) для заданного калибра-пробки найти допуски, предельные отклонения и построить схему расположения поля допуска на калибр.

7. Выбрать по схеме размер, относительно которого прибор настраивается на ноль с помощью концевых мер длины.

8. Из набора плоскопараллельных концевых мер длины взять меру или несколько мер для составления блока, размер которых равен размеру, выбранному по схеме.

9. Концевые меры, столик прибора промыть бензином, протереть мягкой тканью. Протертые меры притереть друг к другу и к столику.

10. Настроить прибор на нуль. Для этого (рис.1,б ), освободив стопорный винт 2 столика 3 вращением микрометрической гайки 1 , опускается предметный столик с притертым блоком концевых мер в нижнее положение. Затем, освободив стопорный винт 10 кронштейна 9 , вращением кольца-гайки 11 опускается кронштейн 9 с микрокатором до касания наконечника с поверхностью концевой меры или блока. О моменте касания судят по началу движения стрелки. В этом положении кронштейн 9 стопорится винтом 10 .

Внимание!!!

Кронштейн следует опускать плавно, не допуская удара наконечника о концевую меру! Нельзя трогать регулировочные винты 14 столика, так как это нарушит установку
столика

Окончательная установка прибора на нуль осуществляется при помощи гайки 1 ; столик 3 поднимается до тех пор, пока стрелка микрокатора не совместится с нулевым делением шкалы. В этом положении стол стопорится винтом 2 и проверяется установка на нуль путем подъема и опускания измерительного наконечника 4 с помощью арретира 5 .

Точная установка прибора на нуль осуществляется винтом 8 , который может смещать шкалу относительно стрелки в пределах ±5 делений.

11. Нажав на арретир, поднять измерительный наконечник и убрать концевую меру или блок (блок концевых мер не разбирать).

12. Поместить на предметный столик калибр-пробку и, плотно прижимая калибр двумя пальцами к столику, медленно прокатывать его под наконечником и следить за движением стрелки. Наибольшее отклонение стрелки в «плюс» или «минус» по шкале определяет действительное отклонение размера пробки в данном сечении относительно настроечного размера концевой меры или блока. Чтобы убедиться в правильности полученного отклонения, измерения повторяют два-три раза. Каждый раз должна быть четкая повторяемость показаний приборка. Такие измерения следует провести в трех сечениях по длине пробки и в двух плоскостях (рис.3). Результаты измерений занести в таблицу отчета.

13. Определить действительные размеры пробки в контролируемых сечениях, которые равны алгебраической сумме размера концевой меры или блока и показания прибора. Результат занести в таблицу отчета.

14. Проверить нулевое показание прибора. Для этого, нажав на арретир, убирается со столика калибр и под измерительный наконечник вновь устанавливается концевая мера или блок. Приподнимая и опуская два-три раза наконечник, убеждаются в установке стрелки на ноль.

Отклонения стрелки от нулевого штриха не должно превышать половины деления шкалы прибора, если отклонение больше, то нужно повторить настройку прибора на ноль и измерения калибра.

Полученные данные по результатам измерений заносятся в отчет.

1. Цель работы.

2. Название измерительного прибора и его основные метрологические характеристики (пределы измерения по шкале прибора, цена деления шкалы).

3. Тип калибра, который контролируется, и его маркировка.

4. Схема полей допусков на изделие и калибр с простановкой предельных размеров в мм и отклонений в мкм (рис.2).

Рис.2

5. Выбор концевой меры или блока концевых мер для настройки прибора на нуль.

6. Схема измерений калибра (рис.3) и результаты измерений с заполнением таблицы.

Рис.3.

Результаты измерений

Размеры концевой меры
или блока

Проходная сторона

Р-ПР

Непроходная сторона

Р-НЕ

Сечения

Сечения

Показания
прибора в мкм

Плоскость

II-II

Действительные размеры калибра в мм

Плоскость

II-II

7. Заключение о годности калибра.

Контрольные вопросы

Устройство, принцип действия и метрологические характеристики пружинных головок-микрокаторов.

Какую область применения имеют микрокаторы.

Метод измерения и настройка микрокатора для измерений.

Как располагаются на схемах поля допусков гладких предельных калибров-пробок и калибров-скоб?

Почему для оценки годности калибра-пробки надо пользоваться измерительными приборами типа микрокатор?

Как формулируется заключение о годности калибра?

Литература

Белкин И.М. Средства линейно-угловых измерений. Справочник. –М.:Машиностроение, 1987.

Васильев А.С. Основы метрологии и технические измерения. –М.:Машиностроение, 1980.

Лабораторная работа № 5

ШЕРОХОВАТОСТЬ ПОВЕРХНОСТИ

Цель работы

Изучить основные параметры шероховатости и обозначение шероховатости на чертежах.

Познакомиться со способами измерения и приборами для оценки шероховатости поверхности деталей машин.

ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ

Шероховатостью поверхности называют совокупность неровностей поверхности с относительно малыми шагами, выделенную с помощью базовой длины (ГОСТ 25142-82).

Базовая длина - длина базовой линии, используемая для выделения неровностей, характеризующих шероховатость поверхности.

Числовые значения шероховатости поверхности определяют от единой базы, за которую принята средняя линия профиля m , т. е. базовая линия, имеющая форму номинального профиля и проведенная так, что в пределах базовой длины среднее квадратическое отклонение профиля до этой линии минимально. Длина оценки - длина, на которой оценивается реальный профиль. Она может содержать одну или несколько базовых длин (рис. 1).

Рис. 1. Профилограмма и основные параметры шероховатости поверхности

НОРМИРУЕМЫЕ ПАРАМЕТРЫ ШЕРОХОВАТОСТИ

Параметры шероховатости в направлении высоты неровностей. Среднее арифметическое отклонение профиля
- среднее арифметическое из абсолютных значений отклонений профиля в пределах базовой длины:

или приближенно
,

где - базовая длина; - число выбранных точек профиля на базовой длине; у - расстояние между любой точкой профиля и средней линией. Нормируется от 0,008 до 100 мкм.

Высота неровностей профиля по десяти точкам
- сумма средних абсолютных значений высот пяти наибольших выступов профиля и глубин пяти наибольших впадин профиля в пределах базовой длины:

,

где
- высота i -го наибольшего выступа профиля;
- глубина i -й наибольшей впадины профиля.

Наибольшая высота неровностей профиля
- расстояние между линией выступов профиля и линией впадин профиля в пределах базовой длины . Нормируются от 0,025 до 100 мкм.

Параметры шероховатости в направлении длины профиля. Средний шаг неровностей профиля
- среднеарифметический шаг неровностей профиля в пределах базовой длины:

,

где п - число шагов в пределах базовой длины ;
- шаг неровностей профиля, равный длине отрезка средней линии, пересекающей профиль в трех соседних точках и ограниченной двумя крайними точками. Нормируется от 0,002 до 12,5 мм.

Средний шаг местных выступов профиля - среднеарифметический шаг местных выступов профиля в пределах базовой длины:

,

где п - число шагов неровностей по вершинам в пределах базовой длины ; - шаг неровностей профиля по вершинам выступов. Нормируется от 0,002 до 12,5 мм.

Числовые значения параметров шероховатости
,
,
,
и приведены в ГОСТ 2789-73, а в Приложении 1 указаны значения базовой длины , рекомендуемые для параметров
,
,
.

Параметры шероховатости, связанные с формой неровностей профиля. Опорная длина профиля - сумма длин отрезков , отсекаемых на заданном уровне р % в материале профиля линией, эквидистантной средней линии m - m и в пределах базовой длины (рис. 1).

- отношение опорной длины профиля к базовой длине:

.

Опорную длину профиля определяют на уровне сечения профиля р, т.е. на заданном расстоянии между линией выступов профиля и линией, пересекающей профиль эквидистантно линии выступов профиля. Линия выступов профиля - линия, эквидистантная средней линии, проходящая через высшую точку профиля в пределах базовой длины. Значение уровня сечения профиля р отсчитывают по линии выступов и выбирают из ряда: 5; 10; 15; 20; 25; 30; 40; 50; 60; 70; 80; 90% от
. Относительная опорная длина профиля назначается из ряда 10; 15; 20; 25; 30; 40; 50; 60; 70; 80; 90%.

Межгосударственным советом по стандартизации, метрологии и сертификации в ГОСТ 2.309-73 «Обозначения шероховатости поверхностей» внесены изменения и установлен срок введения изменений – с 1 января 2005 г.

Изменения касаются как обозначения шероховатости поверхностей, так и правил их нанесения на чертеж.

Межгосударственный стандарт ГОСТ 2.309 полностью соответствует стандарту ИСО 1302.

1. Обозначение шероховатости поверхностей

Шероховатость поверхностей обозначают на чертеже для всех выполняемых по данному чертежу поверхностей изделия, независимо от методов их образования, кроме поверхностей, шероховатость которых не обусловлена требованиями конструкции.

Рис.2.

Структура обозначения шероховатости поверхности приведена на рис.2. При применении знака без указания параметра и способа обработки его изображают без полки.

В обозначении шероховатости поверхности применяют один из знаков, изображенных на рис.3. Высота должна быть приблизительно равна применяемой на чертеже высоте цифр размерных чисел. Высота
равна (1,5…5). Толщина линий знаков должна быть приблизительно равна половине толщины сплошной основной линии, применяемой на чертеже. В обозначении шероховатости поверхности, способ обработки которой конструктором не устанавливается, применяют знак по рис.3, а . В обозначении шероховатости поверхности, которая должна быть образована только удалением слоя материала, применяют знак по рис.3, б . В обозначении шероховатости поверхности, которая должна быть образована без удаления слоя материала, применяют знак по рис.3, в с указанием значения параметра шероховатости.

Поверхности детали, изготавливаемой из материала определенного профиля и размера, не подлежащие по данному чертежу дополнительной обработке, должна быть отмечены знаком по рис.3,в без указания параметров шероховатости. Состояние поверхности, обозначенной таким знаком, должно соответствовать требованиям, установленным соответствующим стандартом или техническими условиями, или другим документом, причем на этот документ должна быть приведена ссылка, например, в виде указания сортамента материала в графе 3 основной надписи чертежа по ГОСТ 2.104-68.

Рис.3.

Значение параметра шероховатости по ГОСТ 2789-73 указывают в обозначении шероховатости после соответствующего символа, например: 0,4;
6,3;
0,63; 70; 0,032; 50. В примере 70 указана относительная опорная длина профиля =70% при уровне сечения профиля =50%. . Толщина линий знака должна быть приблизительно равна половине толщины сплошной основной линии.

Вид обработки поверхности указывают в обозначении шероховатости только в случаях, когда он является единственным, применимым для получения требуемого качества поверхности (рис.5).

Допускается применять упрощенное обозначение шероховатости поверхностей с разъяснением его в технических требованиях чертежа по примеру, указанному на рис.6.

2. Правила нанесения обозначений шероховатости
поверхностей на чертежах

Обозначения шероховатости поверхностей на изображении изделия располагают на линиях контура, выносных линиях (по возможности ближе к размерной линии) или на полках линий-выносок. Допускается при недостатке места располагать обозначение шероховатости на размерных линиях или на их продолжениях, на рамке допуска формы, а также разрывать выносную линию (рис.7).

Рис.7

Рис.8

Рис.9

Обозначения шероховатости поверхности, в которой знак имеет полку, располагают относительно основной надписи чертежа так, как показано на рис.8 и 9. При расположении поверхности в заштрихованной зоне обозначение наносят только на полке линии выноски.

При указании одинаковой шероховатости для всех поверхностей изделия обозначение шероховатости помещают в правом верхнем углу чертежа и на изображении не наносят (рис.10). Размеры и толщина линий знака в обозначении шероховатости, вынесенном в правый верхний угол чертежа, должны быть приблизительно в 1,5 раза больше, чем в обозначениях, нанесенных на изображении. а-в ), а для глобоидных червяков и сопряженных с ними колес – на линии расчетной окружности (рис.14,г ).

Обозначение шероховатости поверхности профиля резьбы наносят по общим правилам при изображении профиля (рис.15,а ), или условно на выносной линии для указания размера резьбы (рис.15, б - д ), на размерной линии или на ее продолжении (рис.15,е ).

Если шероховатость поверхностей, образующих контур, должна быть одинаковой, обозначение шероховатости наносят один раз в соответствии с рис.16. Диаметр вспомогательного знака - 4…5 мм. В обозначении одинаковой шероховатости поверхностей, плавно переходящих одна в другую, знак

Рис.16

Рис.17

Рис.18

При этом буквенное обозначение поверхности наносят на полке линии-выноски, проведенной от утолщенной штрихпунктирной линии, которой обводят поверхность на расстоянии 0,8…1,0 мм от линии контура (рис.18).

ИЗМЕРЕНИЕ И КОНТРОЛЬ ШЕРОХОВАТОСТИ ПОВЕРХНОСТИ

Аттестация шероховатости поверхности проводится по двум видам контроля: качественному и количественному.

Качественный контроль параметров шероховатости поверхности осуществляют путем сравнения с образцами или образцовыми деталями визуально или на ощупь. ГОСТ 9378-75 устанавливает образцы шероховатости, полученные механической обработкой, снятием позитивных отпечатков гальванопластикой или нанесением покрытий на пластмассовые отпечатки. Наборы или отдельные образцы имеют прямолинейные, дугообразные или перекрещивающиеся дугообразные расположения неровностей поверхности. На каждом образце указаны значение параметра
(в мкм) и вид обработки образца. Для повышения точности используют щупы и микроскопы сравнения.

Количественный контроль параметров шероховатости осуществляют бесконтактными и контактными средствами измерения.

Для количественной оценки шероховатости поверхности бесконтактным методом используются два способа - увеличение их с помощью оптической системы или использованием отражательных способностей обработанной поверхности.

Приборами, основанными на оценке поверхностных неровностей при увеличении их с помощью оптической системы, являются «приборы светового сечения». Приборами, основанными на отражательной способности, являются микроинтеферометры.

Принцип действия приборов светового сечения заключается в получении увеличенного изображения профиля измеряемой поверхности с помощью лучей, направленных наклонно к этой поверхности, и измерении высоты неровностей в получаемом изображении. Наиболее распространенным является двойной микроскоп типа МИС-11, который позволяет определять три параметра шероховатости с тем, что многие функциональные узлы у них совпадают. Эти приборы предназначены в основном для работы в лаборатории. Отечественная промышленность изготовляет несколько моделей приборов (201, 202, 252), основанных на индуктивном методе преобразования колебаний иглы в колебание напряжений.

Профилограф - прибор для записи величин неровностей поверхности в нормальном к ней сечении в виде профилограммы, обработкой которой определяются все параметры, характеризующие шероховатость и волнистость поверхности.

Профилометр - прибор для измерения поверхностных неровностей в нормальном к ней сечении и представлении результатов измерения на шкале прибора в виде значения одного из параметров» используемых для оценки этих неровностей. Большинство профилометров дают оценку поверхностных неровностей по параметру
и используются в качестве цеховых приборов. Оценка шероховатости по параметру
связана с трудностями обработки сигнала.

Рисунок профиля поверхностных неровностей с основными параметрами.

Оценка параметров шероховатости по заданному профилю.

Приборы для оценки шероховатости поверхности на деталях машин.

Пример обозначения шероховатости на чертеже детали.

Контрольные вопросы

Какие параметры используют для оценки шероховатости поверхности?

Чем и как контролируют шероховатость поверхности?

Какой параметр шероховатости измеряет прибор МИС-11?

Как обозначается шероховатость на чертежах?

Для чего на ответственных деталях машин добиваются малой шероховатости?

Литература

Марков Н.Н., Ганевский Г.М. Конструкция, расчет и эксплуатация контрольно-измерительных инструментов и приборов. –М.:Машиностроение, 1993.

Белкин И.М. Средства линейно-угловых измерений. Справочник. –М.:Машиностроение, 1987.

Васильев А.С. Основы метрологии и технические измерения. –М.:Машиностроение, 1980.

Транскрипт

1 МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ» А.С. Спиридонова, Н.М. Наталинова ПРАКТИКУМ ПО МЕТРОЛОГИИ, СТАНДАРТИЗАЦИИ И СЕРТИФИКАЦИИ Рекомендовано в качестве учебного пособия Редакционно-издательским советом Томского политехнического университета Издательство Томского политехнического университета 2014

2 УДК (076.5) ББК я73 С72 С72 Спиридонова А.С. Практикум по метрологии, стандартизации и сертификации: учебное пособие / А.С. Спиридонова, Н.М. Наталинова; Томский политехнический университет. Томск: Изд-во Томского политехнического университета, с. Пособие содержит шесть лабораторных работ и четыре практических занятия, которые включают в себя необходимые теоретические материалы и контрольные вопросы для подготовки к защите выполненных работ. Предназначено для студентов всех направлений для закрепления теоретических основ метрологии, методов измерений, порядка проведения измерений значений физических величин и правил обработки результатов измерений, оценивания неопределенности измерений, нормативноправовых основ метрологии, а также теоретических положений деятельности по стандартизации, принципов построения и правил пользования стандартами, комплексами стандартов и другой нормативной документацией. УДК (076.5) ББК я73 Рецензенты Кандидат технических наук, доцент ТГАСУ А.А. Алексеев Кандидат химических наук, доцент ТГУ Н.А. Гавриленко ФГАОУ ВО НИ ТПУ, 2014 Спиридонова А.С., Наталинова Н.М., 2014 Оформление. Издательство Томского политехнического университета, 2014

3 ВВЕДЕНИЕ Метрология и стандартизация являются инструментами обеспечения качества и безопасности продукции, работ и услуг важного аспекта многогранной деятельности. Качество и безопасность являются основными фактором реализации товара. Целью преподавания дисциплины «Метрология, стандартизация и сертификация» является изложение понятий, формирование у студентов знаний, умений и навыков в областях деятельности по стандартизации, метрологии и подтверждения соответствия для обеспечения эффективности производственной и других видов деятельности. В результате изучения дисциплины студент должен обладать следующими компетенциями: знать цели, принципы, сферы применения, объекты, субъекты, средства, методы, нормативно-правовую базу стандартизации, метрологии, деятельности по подтверждению соответствия; уметь применять техническое и метрологическое законодательство; работать с нормативными документами; распознавать формы подтверждения соответствия; различать международные и национальные единицы измерения; владеть опытом работы с действующими федеральными законами, нормативными и техническими документами, необходимыми для осуществления профессиональной деятельности. Работа соответствует требованиям государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования (ФГОС ВПО и стандартам ООП ТПУ) по дисциплине «Метрология, стандартизация и сертификация» для студентов всех специальностей. Данное пособие предназначено для закрепления теоретических основ метрологии, методов измерений, порядка проведения измерений значений физических величин и правил обработки результатов измерений, нормативно-правовых основ метрологии, также теоретических положений деятельности по стандартизации и сертификации, принципов построения и правил пользования стандартами, комплексами стандартов и другой нормативной документацией. 3

4 РАЗДЕЛ 1. МЕТРОЛОГИЯ ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 1 КЛАССИФИКАЦИЯ СРЕДСТВ ИЗМЕРЕНИЙ И НОРМИРУЕМЫЕ МЕТРОЛОГИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ 1.1. Основные понятия и определения В соответствии с РМГ средство измерений это техническое средство, предназначенное для измерений, имеющее нормированные метрологические характеристики, воспроизводящее и (или) хранящее единицу физической величины, размер которой принимают неизменным (в пределах установленной погрешности) в течение известного интервала времени. Средства измерений (СИ), используемые в различных областях науки и техники, чрезвычайно разнообразны. Однако для этого множества можно выделить некоторые общие признаки, присущие всем СИ независимо от области применения. Эти признаки положены в основу различных классификаций СИ, некоторые из них приведены далее. Классификация средств измерений По техническому назначению: Мера физической величины средство измерений, предназначенное для воспроизведения и (или) хранения физической величины одного или нескольких заданных размеров, значения которых выражены в установленных единицах и известны с необходимой точностью; Различают следующие разновидности мер: однозначная мера мера, воспроизводящая физическую величину одного размера (например, гиря 1 кг, конденсатор постоянной емкости); многозначная мера мера, воспроизводящая физическую величину разных размеров (например, штриховая мера длины, конденсатор переменной емкости); набор мер комплект мер разного размера одной и той же физической величины, предназначенных для применения на практике как в отдельности, так и в различных сочетаниях (например, набор концевых мер длины); магазин мер набор мер, конструктивно объединенных в единое устройство, в котором имеются приспособления для их соединения в различных комбинациях (например, магазин электрических сопротивлений). 4

5 Измерительный прибор средство измерений, предназначенное для получения значений измеряемой физической величины в установленном диапазоне. Измерительный прибор, как правило, содержит устройство для преобразования измеряемой величины в сигнал измерительной информации и его индексации в форме, наиболее доступной для восприятия. Во многих случаях устройство для индикации имеет шкалу со стрелкой или другим устройством, диаграмму с пером или цифровое табло, благодаря которым может быть произведен отсчет или регистрация значений физической величины. В зависимости от вида выходной величины различают аналоговые и цифровые измерительные приборы. аналоговый измерительный прибор это измерительный прибор, показания (или выходной сигнал) которого являются непрерывной функцией измеряемой величины (например, стрелочный вольтметр, стеклянный ртутный термометр). цифровой измерительный прибор это измерительный прибор, показания которого представлены в цифровой форме. В цифровом приборе происходит преобразование входного аналогового сигнала измерительной информации в цифровой код, и результат измерения отражается на цифровом табло. По форме представления выходной величины (по способу индикации значений измеряемой величины) измерительные приборы разделяют на показывающие и регистрирующие измерительные приборы. показывающий измерительный прибор измерительный прибор, допускающий только отсчитывание показаний значений измеряемой величины (микрометр, аналоговый или цифровой вольтметр). регистрирующий измерительный прибор измерительный прибор, в котором предусмотрена регистрация показаний. Регистрация значений измеряемой величины может осуществляться в аналоговой или цифровой форме, в виде диаграммы, путем печатания на бумажной или магнитной ленте (термограф или, например, измерительный прибор, сопряженный с компьютером, дисплеем и устройством для печатания показаний). По действию измерительные приборы разделяют на интегрирующие и суммирующие. Различают также приборы прямого действия и приборы сравнения Измерительный преобразователь техническое средство с нормативными метрологическими характеристиками, служащее для преобразования измеряемой величины в другую величину или измерительный сигнал, удобный для обработки, хранения, дальнейших преобразований, индикации или передачи. Полученные в результате преобразования величина 5

6 или измерительный сигнал, не доступны для непосредственного восприятия наблюдателем, они определяются через коэффициент преобразования. Измерительный преобразователь или входит в состав какого-либо измерительного прибора (измерительной установки, измерительной системы), или же применяется вместе с каким-либо средством измерений. По характеру преобразования различают аналоговые, цифроаналоговые, аналого-цифровые преобразователи. По месту в измерительной цепи различают первичные и промежуточные преобразователи. Выделяют также масштабные и передающие преобразователи. Примеры: термопара в термоэлектрическом термометре, измерительный трансформатор тока, электропневматический преобразователь. Измерительная установка совокупность функционально объединенных мер, измерительных приборов, измерительных преобразователей и других устройств, предназначенная для измерений одной или нескольких физических величин и расположенная в одном месте. Измерительную установку, применяемую для поверки, называют поверочной установкой. Измерительную установку, входящую в состав эталона, называют эталонной установкой. Некоторые большие измерительные установки называют измерительными машинами, предназначенными для точных измерений физических величин, характеризующих изделие. Примеры: установка для измерений удельного сопротивления электротехнических материалов, установка для испытаний магнитных материалов. Измерительная система совокупность функционально объединенных мер, измерительных приборов, измерительных преобразователей, ЭВМ и других технических средств, размещенных в разных точках контролируемого объекта и т. п. с целью измерений одной или нескольких физических величин, свойственных этому объекту, и выработки измерительных сигналов в разных целях. В зависимости от назначения измерительные системы разделяют на измерительные информационные, измерительные контролирующие, измерительные управляющие системы и др. Измерительную систему, перестраиваемую в зависимости от изменения измерительной задачи, называют гибкой измерительной системой (ГИС). Примеры: измерительная система теплоэлектростанции, позволяющая получать измерительную информацию о ряде физических величин в разных энергоблоках. Она может содержать сотни измерительных каналов; радионавигационная система для определения местоположения различных объектов, состоящая из ряда измерительно-вычислительных комплексов, разнесенных в пространстве на значительное расстояние друг от друга. 6

7 Измерительно-вычислительный комплекс функционально объединенная совокупность средств измерений, ЭВМ и вспомогательных устройств, предназначенная для выполнения в составе измерительной системы конкретной измерительной задачи. Компаратор средство сравнения, предназначенное для сличения мер однородных величин (рычажные весы, компаратор для сличения нормальных элементов). По метрологическому назначению все СИ подразделяются на эталоны, рабочие эталоны и рабочие СИ. Эталон единицы физической величины (эталон) средство измерений (или комплекс средств измерений), предназначенное для воспроизведения и (или) хранения единицы и передачи ее размера нижестоящим по поверочной схеме средствам измерений и утвержденное в качестве эталона в установленном порядке. Конструкция эталона, его свойства и способ воспроизведения единицы определяются природой данной физической величины и уровнем развития измерительной техники в данной области измерений. Эталон должен обладать, по крайней мере, тремя тесно связанными друг с другом существенными признаками неизменностью, воспроизводимостью и сличаемостью. Рабочий эталон эталон, предназначенный для передачи размера единицы рабочим средствам измерений. При необходимости рабочие эталоны подразделяют на разряды (1-й, 2-й,..., n-й). В этом случае передачу размера единицы осуществляют через цепочку соподчиненных по разрядам рабочих эталонов. При этом от последнего рабочего эталона в этой цепочке размер единицы передают рабочему средству измерений. Рабочее средство измерений средство измерений, предназначенное для измерений, не связанных с передачей размера единицы другим средствам измерений. По значимости измеряемой физической величины все СИ подразделяются на основные и вспомогательные средства измерений. Основные средства измерений СИ той физической величины, значение которой необходимо получить в соответствии с измерительной задачей. Вспомогательные средства измерений СИ той физической величины, влияние которой на основное средство измерений или объект измерений необходимо учитывать для получения результатов измерений требуемой точности (термометр для измерения температуры газа в процессе измерений объемного расхода этого газа). 7

8 Классификация СИ по техническому назначению является основной и представлена на рис Рис. 1.1 Метрологическая характеристика средства измерений (MX СИ): Характеристика одного из свойств средства измерений, влияющая на результат измерений и на его погрешность. Для каждого типа средств измерений устанавливают свои метрологические характеристики. Метрологические характеристики, устанавливаемые нормативно-техническими документами, называют нормируемыми метрологическими характеристиками, а определяемые экспериментально действительными метрологическими характеристиками. Номенклатура метрологических характеристик и способы их нормирования установлены ГОСТ . Все метрологические характеристики СИ можно разделить на две группы: характеристики, влияющие на результат измерений (определяющие область применения СИ); характеристики, влияющие на точность (качество) измерения. К основным метрологическим характеристикам, влияющим на результат измерений, относятся: диапазон измерений измерительных приборов; 8

9 значение однозначной или многозначной меры; функция преобразования измерительного преобразователя; цена деления шкалы измерительного прибора или многозначной меры; вид выходного кода, число разрядов кода, цена единицы наименьшего разряда кода средств измерений, предназначенных для выдачи результатов в цифровом коде. Диапазон измерений средства измерений (диапазон измерений) область значений величины, в пределах которой нормированы допускаемые пределы погрешности средства измерений (для преобразователей это диапазон преобразования). Значения величины, ограничивающие диапазон измерений снизу и сверху (слева и справа), называют соответственно нижним пределом измерений или верхним пределом измерений. Для мер пределы воспроизведения величин. Однозначные меры имеют номинальное и действительное значение воспроизводимой величины. Номинальное значение меры значение величины, приписанное мере или партии мер при изготовлении. Пример: резисторы с номинальным значением 1 Ом, гиря с номинальным значением 1 кг. Нередко номинальное значение указывают на мере. Действительное значение меры значение величины, приписанное мере на основании ее калибровки или поверки. Пример: в состав государственного эталона единицы массы входит платиноиридиевая гиря с номинальным значением массы 1 кг, тогда как действительное значение ее массы составляет 1, кг, полученное в результате сличений с международным эталоном килограмма, хранящимся в Международном Бюро Мер и Весов (МБМВ) (в данном случае это калибровка). Диапазон показаний средства измерений (диапазон показаний) область значений шкалы прибора, ограниченная начальным и конечным значениями шкалы. Диапазон измерений средства измерений (диапазон измерений) область значений величины, в пределах которой нормированы допускаемые пределы погрешности средства измерений. Значения величины, ограничивающие диапазон измерений снизу и сверху (слева и справа), называют соответственно нижним пределом измерений или верхним пределом измерений. Цена деления шкалы (цена деления) разность значения величин, соответствующих двум соседним отметкам шкалы средства измерений. К метрологическим характеристикам, определяющим точность измерения, относится погрешность средства измерений и класс точности СИ. 9

10 Погрешность средства измерений разность между показанием средства измерений (x) и истинным (действительным) значением (x d) измеряемой физической величины. x x x d. (1.1) В качестве x d выступает либо номинальное значение (например, меры), либо значение величины, измеренной более точным (не менее чем на порядок, т. е. в 10 раз) СИ. Чем меньше погрешность, тем точнее средство измерений. Погрешности СИ могут быть классифицированы по ряду признаков, в частности: по отношению к условиям измерения основные, дополнительные; по способу выражения (по способу нормирования МХ) абсолютные, относительные, приведенные. Основная погрешность средства измерений (основная погрешность) погрешность средства измерений, применяемого в нормальных условиях. Как правило, нормальными условиями эксплуатации являются: температура (293 5) К или (20 5) ºС; относительная влажность воздуха (65 15) % при 20 ºС; напряжение в сети 220 В 10 % с частотой 50 Гц 1 %; атмосферное давление от 97,4 до 104 кпа. Дополнительная погрешность средства измерений (дополнительная погрешность) составляющая погрешности средства измерения, возникающая дополнительно к основной погрешности вследствие отклонения какой-либо из влияющих величин от нормального ее значения или вследствие ее выхода за пределы нормальной области значений. При нормировании характеристик погрешностей средств измерений устанавливают пределы допускаемых погрешностей (положительный и отрицательный). Пределы допускаемых основной и дополнительной погрешностей выражаются в форме абсолютных, приведенных или относительных погрешностей в зависимости от характера изменения погрешностей в пределах диапазона измерений. Пределы допускаемой дополнительной погрешности можно выражать в форме, отличной от формы выражения пределов допускаемой основной погрешности. Абсолютная погрешность средства измерений (абсолютная по- x, выраженная в еди- грешность) погрешность средства измерений ницах измеряемой физической величины. Абсолютная погрешность определяется по формуле (1.1). 10

11 Пределы допускаемой основной абсолютной погрешности могут быть заданы в виде: a (1.2) или a bx, (1.3) где пределы допускаемой абсолютной погрешности, выраженной в единицах измеряемой величины на входе (выходе) или условно в делениях шкалы; x значение измеряемой величины на входе (выходе) средств измерений или число делений, отсчитанных по шкале; ab, положительные числа, не зависящие от x. Приведенная погрешность средства измерения (приведенная погрешность) относительная погрешность, выраженная отношением абсолютной погрешности средства измерений к условно принятому значению величины (нормирующему значению), постоянному во всем диапазоне измерений или в части диапазона. Приведенная погрешность средства измерений определяется по формуле: 100 %, (1.4) x N где пределы допускаемой приведенной основной погрешности, %; пределы допускаемой абсолютной основной погрешности, устанавливаемые по формуле (1.2); x N нормирующее значение, выраженное в тех же единицах, что и. Пределы допускаемой приведенной основной погрешности следует устанавливать в виде: p, (1.5) где p отвлеченное положительное число, выбираемое из ряда 1 10 n ; 1,5 10 n ; (1,6 10 n); 2 10 n ; 2,5 10 n ; (3 10 n); 4 10 n ; 5 10 n ; 6 10 n (n = 1, 0, 1, 2 и т. д.). Нормирующее значение x N принимается равным: конечному значению рабочей части шкалы (x k), если нулевая отметка находится на краю или вне рабочей части шкалы (равномерной или степенной); сумме конечных значений шкалы (без учета знака), если нулевая отметка внутри шкалы; модулю разности пределов измерений для СИ, шкала которых имеет условный нуль; длине шкалы или ее части, соответствующей диапазону измерений, если она существенно неравномерна. В этом случае абсолютную погрешность, как и длину шкалы, надо выражать в миллиметрах. 11

12 Относительная погрешность средства измерений (относительная погрешность) погрешность средства измерений, выраженная отношением абсолютной погрешности средства измерений к результату измерений или к действительному значению измеренной физической величины. Относительная погрешность средства измерений вычисляется по формуле: 100 %, (1.6) x где пределы допускаемой относительной основной погрешности, %; пределы допускаемой абсолютной погрешности, выраженной в единицах измеряемой величины на входе (выходе) или условно в делениях шкалы; x значение измеряемой величины на входе (выходе) средств измерений или число делений, отсчитанных по шкале. Если bx, то пределы допускаемой относительной основной погрешности устанавливают в виде: q, (1.7) где q отвлеченное положительное число, выбираемое из ряда, приве- a bx, то в виде: денного выше; или если x cd k 1, (1.8) x где x k больший (по модулю) из пределов измерений; cd, положительные числа, выбираемые из ряда, приведенного выше. В обоснованных случаях пределы допускаемой относительной основной погрешности определяют по более сложным формулам либо в виде графика или таблицы. Характеристики, введенные ГОСТ 8.009, наиболее полно описывают метрологические свойства СИ. Однако в настоящее время в эксплуатации находится достаточно большое количество СИ, метрологические характеристики которых нормированы несколько по-другому, а именно на основе классов точности. Класс точности средств измерений (класс точности) обобщенная характеристика данного типа средств измерения, как правило, отражающая уровень их точности, выражаемая пределами допускаемых основной и дополнительной погрешностей, а также другими характеристиками, влияющими на точность. Класс точности дает возможность судить о том, в каких пределах находится погрешность измерений этого класса. Это важно при выборе средств измерений в зависимости от заданной точности измерений. 12

13 Обозначение классов точности СИ присваивают в соответствии с ГОСТ . Правила построения и примеры обозначения классов точности в документации и на средствах измерений приведены в приложении Б. Обозначение класса точности наносят на циферблаты, щитки и корпуса СИ, приводят в нормативной документации на СИ. Номенклатура нормируемых метрологических характеристик СИ определяется назначением, условиями эксплуатации и многими другими факторами. Нормы на основные метрологические характеристики приводятся в стандартах, в технических условиях (ТУ) и эксплуатационной документации на СИ Цель работы ознакомление с технической документацией на СИ и определение по ней основных классификационных признаков и нормируемых метрологических характеристик применяемых средств измерений; приобретение навыков определения основных классификационных признаков, применяемых средств измерений и их нормируемых метрологических характеристик непосредственно по средствам измерений; закрепление теоретических знаний по разделу «Классификация средств измерений» изучаемой дисциплины «Метрология, стандартизация и сертификация» Используемое оборудование и приборы 1) осциллограф; 2) вольтметр цифровой; 3) вольтметр аналоговый; 4) генератор; 5) усилитель; 6) источник питания; 7) элемент нормальный термостатированный; 8) источник калиброванных напряжений программируемый Программа работы Определить классификационные признаки, указанные в табл. 1.2 из числа находящихся на рабочем месте средств измерений (СИ) Ознакомиться с технической документацией на СИ (руководство по эксплуатации, техническое описание с инструкцией по эксплуатации или паспорт). 13

14 Определить нормированные метрологические характеристики СИ непосредственно по средствам измерений и по технической документации на них и заполнить на каждое средство измерений табл Составить отчет о проделанной работе (пример оформления титульного листа см. в приложении А). Таблица 1.2 Классификационные признаки Средство измерения (указать тип СИ) По видам (по техническому назначению) По виду выходной величины По форме представления информации (только для измерительных приборов) По назначению По метрологическому назначению Нормированные метрологические характеристики 1.5. Контрольные вопросы 1. Назовите виды средств измерений. 2. По каким классификационным признакам подразделяются СИ. 3. Охарактеризовать каждый вид СИ. 4. На какие группы подразделяются метрологические характеристики СИ. 5. Что такое метрологические характеристики? 6. Что такое нормируемые и действительные метрологические характеристики и чем они отличаются от метрологических характеристик? 7. Назовите метрологические характеристики, определяющие: область применения СИ; качество измерения. 8. Назовите виды погрешностей. 9. Какая характеристика определяет точность СИ? 10. Какую функцию выполняют эталоны? 11. В чем различие в назначении рабочих СИ и рабочих эталонов? 1.6. Литература 1. РМГ ГСИ. Метрология. Основные термины и определения. Рекомендации по межгосударственной стандартизации. 2. ГОСТ ГСИ. Нормируемые метрологические характеристики средств измерений. 3. ГОСТ ГСИ. Классы точности средств измерений. 4. Сергеев А.Г., Терегеря В.В. Метрология, стандартизация и сертификация. М.: Издательство Юрайт: ИД Юрайт,

15 ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 2 КОСВЕННЫЕ ОДНОКРАТНЫЕ ИЗМЕРЕНИЯ 2.1. Основные понятия и определения Измерением называют совокупность операций по применению технического средства, хранящего единицу физической величины, обеспечивающих нахождение соотношения (в явном или неявном виде) измеряемой величины с ее единицей и получение значения этой величины. Измерения являются основным источником информации о соответствии продукции требованиям нормативной документации. Только достоверность и точность измерительной информации обеспечивают правильность принятия решений о качестве продукции, на всех уровнях производства при испытаниях изделий, в научных экспериментах и т. д. Измерения классифицируются: а) по числу наблюдений: однократное измерение измерение, выполняемое один раз. Недостатком этих измерений является возможность грубой ошибки промаха; многократное измерение измерение физической величины одного и того же размера, результат которого получен из нескольких следующих друг за другом измерений, т. е. состоящее из ряда однократных измерений. Обычно их число n 3. Многократные измерения проводят с целью уменьшения влияния случайных факторов на результат измерений; б) по характеру точности (по условиям измерения): равноточные измерения ряд измерений какой-либо величины, выполненных одинаковыми по точности СИ в одних и тех же условиях с одинаковой тщательностью; неравноточные измерения ряд измерений какой-либо величины, выполненных несколькими различающимися по точности СИ и (или) в разных условиях; в) по выражению результата измерения: абсолютное измерение измерение, основанное на прямых измерениях одной или нескольких основных величин и (или) использовании значений физических констант (например, измерение силы F m g основано на измерении основной величины массы m и использовании физической постоянной ускорения свободного падения g (в точке измерения массы); относительное измерение измерение отношения величины к одноименной величине, играющей роль единицы, или измерение изме- 15

16 нения величины по отношению к одноименной величине, принимаемой за исходную; г) по способу получения результата измерения: прямое измерение это измерение, при котором искомое значение физической величины получают непосредственно (например, измерение массы на весах, измерение длины детали микрометром); косвенное измерение это определение искомого значения физической величины на основании результатов прямых измерений других физических величин, функционально связанных с искомой величиной; совокупные измерения это проводимые одновременно измерения нескольких одноименных величин, при которых искомые значения величин определяют путем решения системы уравнений, получаемых при измерениях этих величин в различных сочетаниях (например, значение массы отдельных гирь набора определяют по известному значению массы одной из гирь и по результатам измерений (сравнений) масс различных сочетаний гирь); совместные измерения это проводимые одновременно измерения двух или нескольких неодноименных величин для определения зависимости между ними; д) по характеру изменения измеряемой физической величины: статическое измерение измерение физической величины, принимаемой в соответствии с конкретной измерительной задачей за неизменную на протяжении времени измерения. Они проводятся при практическом постоянстве измеряемой величины; динамическое измерение измерение изменяющейся по раз- меру физической величины; е) по метрологическому назначению используемых средств измерений: технические измерения измерения с помощью рабочих средств измерений; метрологические измерения измерения при помощи эталонных средств измерений с целью воспроизведения единиц физических величин для передачи их размера рабочим средствам измерений. Результаты измерений представляют собой приближенные оценки значений величин, найденные путем измерений, так как даже самые точные приборы не могут показать действительного значения измеряемой величины. Обязательно существует погрешность измерений, причинами которой могут быть различные факторы. Они зависят от метода измерения, от технических средств, с помощью которых проводятся измерения, и от восприятия наблюдателя, осуществляющего измерения. 16

17 Точность результата измерений это одна из характеристик качества измерения, отражающая близость к нулю погрешности результата измерения. Чем меньше погрешность измерения, тем больше его точность. Погрешность измерения x отклонение результата измерения x от истинного или действительного значения (x i или x d) измеряемой величины: xx x id. (2.1) Истинное значение физической величины значение физической величины, которое идеальным образом характеризует в качественном и количественном отношении соответствующую физическую величину. Оно не зависит от средств нашего познания и является абсолютной истиной. Оно может быть получено только в результате бесконечного процесса измерений с бесконечным совершенствованием методов и средств измерений. Действительное значение физической величины значение физической величины, полученное экспериментальным путем и настолько близкое к истинному значению, что в поставленной измерительной задаче может быть использовано вместо него. Погрешности измерения также могут быть классифицированы по ряду признаков, в частности: а) по способу числового выражения; б) по характеру проявления; в) по виду источника возникновения (причин возникновения). По способу числового выражения погрешность измерения может быть: Абсолютная погрешность измерения (x) представляет собой разность между измеренной величиной и действительным значением этой величины, т. е. x x x d. (2.2) Относительная погрешность измерения () представляет собой отношение абсолютной погрешности измерения к действительному значению измеряемой величины. Относительная погрешность может выражаться в относительных единицах (в долях) или в процентах: x или x 100 %. (2.3) x x Относительная погрешность показывает точность проведенного измерения. 17

18 В зависимости от характера проявления различают систематическую (с) и случайную (0) составляющие погрешности измерений, а также грубые погрешности (промахи). Систематическая погрешность измерения (с) это составляющая погрешности результата измерений, остающаяся постоянной или закономерно изменяющаяся при повторных измерениях одной и той же физической величины. Случайная погрешность измерения (0) составляющая погрешности результата измерений, изменяющаяся случайным образом (по знаку и значению) при повторных измерениях, проведенных с одинаковой тщательностью, одной и той же физической величины. Грубые погрешности (промахи) возникают из-за ошибочных действий оператора, неисправности СИ или резких изменений условий измерений (например, внезапное падение напряжения в сети электропитания). В зависимости от вида источника возникновения погрешности рассматриваются следующие составляющие общей погрешности измерений: Погрешности метода это погрешности, обусловленные несовершенством метода измерений, приемами использования средств измерения, некорректностью расчетных формул и округления результатов, проистекающие от ошибочности или недостаточной разработки принятой теории метода измерений в целом или от допущенных упрощений при проведении измерений. Инструментальные составляющие погрешности это погрешности, зависящие от погрешностей применяемых средств измерений. Исследование инструментальных погрешностей является предметом специальной дисциплины теории точности измерительных устройств. Субъективные составляющие погрешности это погрешности, обусловленные индивидуальными особенностями наблюдателя. Такого рода погрешности вызываются, например, запаздыванием или опережением при регистрации сигнала, неправильным отсчетом десятых долей деления шкалы, асимметрией, возникающей при установке штриха посередине между двумя рисками и т. д Приближенное оценивание погрешности Однократные измерения. Подавляющее большинство технических измерений являются однократными. Выполнение однократных измерений обосновывают следующими факторами : производственной необходимостью (разрушение образца, невозможность повторения измерения, экономическая целесообразность и т. д.); 18

19 возможностью пренебрежения случайными погрешностями; случайные погрешности существенны, но доверительная граница погрешности результата измерения не превышает допускаемой погрешности измерений. За результат однократного измерения принимают одноединственное значение отсчета показания прибора. Будучи по сути дела случайным, однократный отсчет х включает в себя инструментальную, методическую и личную составляющие погрешности измерения, в каждой из которой могут быть выделены систематические и случайные составляющие погрешности. Составляющими погрешности результата однократного измерения являются погрешности СИ, метода, оператора, а также погрешности, обусловленные изменением условий измерения. Погрешность результата однократного измерения чаще всего представлена систематическими и случайными погрешностями. Погрешность СИ определяют на основании их метрологических характеристик, которые должны быть указаны в нормативных и технических документах, и в соответствии с РД Погрешности метода и оператора должны быть определены при разработке и аттестации конкретной МВИ. Личные погрешности при однократных измерениях обычно предполагаются малыми и не учитываются. Косвенные измерения. При косвенных измерениях искомое значение величины находят расчетом на основе прямых измерений других физических величин, функционально связанных с искомой величиной известной зависимостью y f x1, x2,..., xn, (2.4) где x1, x2,..., x n подлежащие прямым измерениям аргументы функции y. Результатом косвенного измерения является оценка величины у, которую находят подстановкой в формулу (4) измеренных значений аргументов х i. Поскольку каждый из аргументов х i измеряется с некоторой погрешностью, то задача оценивания погрешности результата сводится к суммированию погрешностей измерения аргументов. Однако особенность косвенных измерений состоит в том, что вклад отдельных погрешностей измерения аргументов в погрешность результата зависит от вида функции (4). 19

20 Для оценки погрешностей существенным является разделение косвенных измерений на линейные и нелинейные косвенные измерения. При линейных косвенных измерениях уравнение измерений имеет вид: y n bi xi, (2.5) i1 где b i постоянные коэффициенты при аргументах х i. Результат линейного косвенного измерения вычисляют по формуле (2.5), подставляя в нее измеренные значения аргументов. Погрешности измерения аргументов х i могут быть заданы своими границами xi. При малом числе аргументов (меньше пяти) простая оценка погрешности результата y получается простым суммированием предельных погрешностей (без учета знака), т. е. подстановкой границ х 1, х 2, х n в выражение: y x1x2... xn. (2.6) Однако эта оценка является излишне завышенной, поскольку такое суммирование фактически означает, что погрешности измерения всех аргументов одновременно имеют максимальное значение и совпадают по знаку. Вероятность такого совпадения практически равна нулю. Для нахождения более реалистичной оценки переходят к статическому суммированию погрешности аргументов по формуле: n 2 2 i i, (2.7) i1 yk b x где k коэффициент, определяемый принятой доверительной вероятностью (при Р = 0,9 при k = 1,0; Р = 0,95 при k = 1,1; Р = 0,99 при k = 1,4). Нелинейные косвенные измерения любые другие функциональные зависимости, отличные от (2.5). При сложной функции (2.4) и, в особенности, если это функция нескольких аргументов, определение закона распределения погрешности результата связано со значительными математическими трудностями. Поэтому в основе приближенного оценивания погрешности нелинейных косвенных измерений лежит линеаризация функции (2.4) и дальнейшая обработка результатов, как при линейных измерениях. Запишем выражение для полного дифференциала функции у через частные производные по аргументам х i: y y y dy dx1 dx2... dxn. (2.8) x x x 1 2 n 20

21 По определению полный дифференциал функции это приращение функции, вызванное малыми приращениями ее аргументов. Учитывая, что погрешности измерения аргументов всегда являются малыми величинами по сравнению с номинальными значениями аргументов, можно заменить в формуле (2.8) дифференциалы аргументов dx n на погрешность измерений xn, а дифференциал функции dy на погрешность результата измерения y: y y y y x x... xn. (2.9) x x x Если проанализировать формулу (2.9), то можно получить простое правило оценивания погрешности результата нелинейного косвенного измерения . Погрешности в произведениях и частных. Если измеренные значения x1, x2,..., x n используются для вычисления y x... 1x2 xn или y 1, x2 то суммируются относительные погрешности y x1x2... xn, где y y. y 2.3. Погрешность записи (округления) числа Погрешность записи (округления) числа определяется как отношение половины единицы младшего разряда числа к значению числа. Например, для нормального ускорения падающих тел g = 9,81 м/с 2, единица младшего разряда равна 0,01, следовательно, погрешность записи числа 9,81 будет равна 0,01 5, = 0,05 %. 29, Цель работы n x освоение методов проведения однократных прямых и косвенных измерений; усвоение правил обработки, представления (записи) и интерпретации результатов проведенных измерений; приобретение практических навыков применения различных по точности средств измерений, а также анализа и сопоставления точности результатов косвенных измерений с точностью средств измерений, используемых при проведении прямых измерений; выявление возможных источников и причин методических погрешностей; 21

22 закрепление теоретического материала по разделу «Метрология» изучаемой дисциплины «Метрология, стандартизация и сертификация» Используемое оборудование штангенциркуль (далее ШЦ); микрометр; линейка. При записи используемых средств измерений указать их нормируемые метрологические характеристики, используя средства измерений Программа работы Произвести однократные измерения диаметра и высоты цилиндра средствами измерений различной точности: штангенциркулем, микрометром и линейкой. Результаты измерений записать в табл В качестве цилиндра 1 выбрать цилиндр меньшей высоты. Результаты прямых измерений диаметра и высоты цилиндров записать в таблицу с той точностью, с какой позволяет измерить средство измерений. Таблица 2.1 Результаты измерений Измеряемый Цилиндр 1 (маленький) Цилиндр 2 (большой) параметр Диаметр d, мм Высота h, мм Объем V, мм Отн.погреш. V Абс. погреш. V, мм 3 микрометр ШЦ ШЦ линейка Определить объем цилиндра, используя соотношение: 2 V d h, мм 3, (2.10) 4 где = 3,14 числовой коэффициент; d диаметр цилиндра, мм; h высота цилиндра, мм Определить относительную погрешность измерений, выраженную в относительных единицах V V. (2.11) V 22

23 Для определения относительной погрешности измерений V необходимо формулу (2.11) преобразовать в удобную для расчета, используя формулу (2.9) (см. п. 2.2). В полученной формуле d, h погрешности средств измерений, используемых при измерениях. При косвенных измерениях физических величин очень часто используются табличные данные или иррациональные константы. В силу этого используемое при расчетах значение константы, округленное до некоторого знака, является приближенным числом, вносящим свою долю в погрешность измерений. Эта доля погрешности определяется как погрешность записи (округления) константы (см. п. 2.3) Определить погрешность вычисления объема по формуле V V, мм 3. (2.12) V Округлить погрешности измерений и записать результат измерений объемов цилиндров V V V мм 3. (2.13) Для того чтобы записать окончательный результат косвенных измерений, необходимо произвести округление погрешности измерений V в соответствии с МИ 1317 , согласовать числовые значения результата и погрешности измерений (см. п. 2.4) Изобразить на рисунках области, в которых находятся результаты измерений объемов, полученные разными средствами измерений для каждого из цилиндров. Пример приведен на рисунке 2.1. V 2 ΔV 2 V 2 V 1 ΔV 1 V 1 V 1 + ΔV 1 V 2 + ΔV 2 Рис Области результатов измерений объема цилиндра Первая точка (например, V 2) проставляется произвольно, ей присваивается значение объема цилиндра, погрешность измерения которого больше. Затем необходимо выбрать масштаб и проставить все остальные точки. На рисунке показать погрешность метода. 23

24 2.6.7 Оформить отчет и сделать вывод (пример оформления титульного листа см. в приложении А). В выводе оценить полученные результаты измерений, выявить возможные источники и причины методических погрешностей Контрольные вопросы 1. Назовите основные виды измерений. 2. По каким признакам классифицируются погрешности измерения? 3. Назовите и охарактеризуйте основные виды погрешностей измерений. 4. Как определить погрешность записи числа? 5. Как определить погрешность результата косвенного измерения? 2.8. Используемая литература 1. РМГ Рекомендации по межгосударственной стандартизации. ГСИ. Метрология. Основные термины и определения. 2. Р Рекомендации по метрологии. ГСИ. Измерения прямые однократные. Оценивание погрешностей и неопределенности результата измерений. М., Издательство стандартов, Борисов Ю.И., Сигов А.С., Нефедов В.И. Метрология, стандартизация и сертификация: учебник. М.: ФОРУМ: ИНФРА-М, МИ Методические указания. ГСИ. Результаты и характеристики погрешности измерений. Формы предоставления. Способы использования при испытаниях образцов продукции и контроле их параметров. 24

25 ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 3 ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ ПРЯМЫХ МНОГОКРАТНЫХ ИЗМЕРЕНИЙ 3.1. Введение Необходимость выполнения прямых многократных измерений устанавливают в конкретных методиках измерений. При статистической обработке группы результатов прямых многократных независимых измерений выполняют следующие операции: исключают известные систематические погрешности из результатов измерений; вычисляют оценку измеряемой величины; вычисляют среднее квадратическое отклонение результатов измерений; проверяют наличие грубых погрешностей и при необходимости исключают их; проверяют гипотезу о принадлежности результатов измерений нормальному распределению; вычисляют доверительные границы случайной погрешности (доверительную случайную погрешность) оценки измеряемой величины; вычисляют доверительные границы (границы) неисключенной си- стематической погрешности оценки измеряемой величины; вычисляют доверительные границы погрешности оценки измеряемой величины. Проверку гипотезы о том, что результаты измерений принадлежат нормальному распределению, проводят с уровнем значимости q от 10 % до 2 %. Конкретные значения уровней значимости должны быть указаны в конкретной методике измерений. Для определения доверительных границ погрешности оценки измеряемой величины доверительную вероятность P принимают равной 0, Основные понятия и определения В зависимости от характера проявления различают систематическую (C) и случайную (0) составляющие погрешности измерений, а также грубые погрешности (промахи). Грубые погрешности (промахи) возникают из-за ошибочных действий оператора, неисправности СИ или резких изменений условий измерений, например внезапное падение напряжения в сети электропитания. К ним тесно примыкают промахи погрешности, зависящие от 25

26 наблюдателя и связанные с неправильным обращением со средствами измерений. Систематическая погрешность измерения (систематическая погрешность C) это составляющая погрешности результата измерений, остающаяся постоянной или закономерно изменяющаяся при повторных измерениях одной и той же физической величины. Считается, что систематические погрешности могут быть обнаружены и исключены. Однако в реальных условиях полностью исключить систематическую составляющую погрешности измерения невозможно. Всегда остаются какие-то факторы, которые нужно учитывать, и которые будут составлять неисключенную систематическую погрешность. Неисключенная систематическая погрешность (НСП) составляющая погрешности результата измерений, обусловленная погрешностями вычисления и введения поправок на влияние систематических погрешностей или систематической погрешностью, поправка на действие которой не введена вследствие ее малости. Неисключенная систематическая погрешность характеризуется ее границами. Границы неисключенной систематической погрешности Θ при числе слагаемых N 3 вычисляют по формуле: N i, (3.1) i1 где граница i-й составляющей неисключенной систематической i погрешности. При числе неисключенных систематических погрешностей N 4 вычисление проводят по формуле k N 2 i, (3.2) i1 где k коэффициент зависимости отдельных неисключенных систематических погрешностей от выбранной доверительной вероятности Р при их равномерном распределении (при Р = 0,95, k = 1,1; при Р = 0,99, k = 1,4). Здесь Θ рассматривается как доверительная квазислучайная погрешность. Случайная погрешность измерения (0) составляющая погрешности результата измерений, изменяющаяся случайным образом (по знаку и значению) при повторных измерениях, проведенных с одинаковой тщательностью, одной и той же физической величины. 26

27 Для уменьшения случайной составляющей погрешности проводят многократные измерения. Случайная погрешность оценивается доверительным интервалом tp Sx, (3.3) где t P коэффициент Стьюдента для данного уровня доверительной вероятности Р д и объема выборки n (число измерений). Доверительные границы погрешности результата измерения границы интервала, внутри которого с заданной вероятностью находится искомое (истинное) значение погрешности результата измерений. Выборка ряд из х результатов измерений {х i }, i = 1,..., п (п > 20), из которых исключены известные систематические погрешности. Объем выборки определяется требованиями точности измерений и возможностью производить повторные измерения. Вариационный ряд выборка, упорядоченная по возрастанию. Гистограмма зависимость относительных частот попадания результатов измерения в интервалы группирования от их значений, представленная в графическом виде. Оценка закона распределения оценка соответствия экспериментального закона распределения теоретическому распределению. Проводится с помощью специальных статистических критериев. При п < 15 не проводится. Точечные оценки закона распределения оценки закона распределения, полученные в виде одного числа, например оценка дисперсии результатов измерений или оценка математического ожидания и т. д. Средняя квадратическая погрешность результатов единичных измерений в ряду измерений (средняя квадратическая погрешность результата измерений) оценка S рассеяния единичных результатов x измерений в ряду равноточных измерений одной и той же физической величины около среднего их значения, вычисляемая по формуле: 1 n S 2 x x 1 i x n, (3.4) i1 где i x результат i-го единичного измерения; x среднее арифметическое значение измеряемой величины из n единичных результатов. Примечание. На практике широко распространен термин среднее квадратическое отклонение (СКО). Под отклонением в соответствии с приведенной выше формулой понимают отклонение единичных результатов в ряду измерений от их среднего арифметического значения. В метрологии это отклонение называется погрешностью измерений. 27

28 Средняя квадратическая погрешность результата измерений среднего арифметического оценка S x случайной погрешности среднего арифметического значения результата измерений одной и той же величины в данном ряду измерений, вычисляемая по формуле 2 i S Sx 1 x x x n nn1, (3.5) где S x средняя квадратическая погрешность результатов единичных измерений, полученная из ряда равноточных измерений; n число единичных измерений в ряду Исключение грубых погрешностей Для исключения грубых погрешностей используют статистический критерий Граббса, который основан на предположении о том, что группа результатов измерений принадлежит нормальному распределению. Для этого вычисляют критерии Граббса G 1 и G 2, предполагая, что наибольший x max или наименьший x min результат измерений вызван грубыми погрешностями: xmax x x x G1, min S G. (3.6) x 2 Sx Сравнивают G 1 и G 2 с теоретическим значением G T критерия Граббса при выбранном уровне значимости q. Таблица критических значений критерия Граббса приведена в приложении В. Если G 1> G T, то x max исключают как маловероятное значение. Если G 2 > G T, то x min исключают как маловероятное значение. Далее вновь вычисляют среднее арифметическое и среднее квадратическое отклонения ряда результатов измерений и процедуру проверки наличия грубых погрешностей повторяют. Если G1 G T, то x max не считают промахом и его сохраняют в ряду результатов измерений. Если G 2 G T, то x min не считают промахом и его сохраняют в ряду результатов измерений Доверительные границы погрешности оценки измеряемой величины Доверительные границы погрешности оценки измеряемой величины находят путем построения композиции распределений случайных погрешностей и НСП, рассматриваемых как случайные величины. Границы погрешности оценки измеряемой величины (без учета знака) вычисляют по формуле 28

29 K S, (3.7) где K коэффициент, зависящий от соотношения случайной составляющей погрешности и НСП. Суммарное среднее квадратическое отклонение S оценки измеряемой величины вычисляют по формуле S S2 S2 x, (3.8) где S среднее квадратическое отклонение НСП, которое оценивают в зависимости от способа вычисления НСП по формуле S, (3.9) 3 где границы НСП, которые определяют по одной из формул (3.1), или P S, (3.10) k 3 где P доверительные границы НСП, которые определяют по одной из формул (3.2); k коэффициент, определяемый принятой доверительной вероятностью P, числом составляющих НСП и их соотношением между собой. Коэффициент K для подстановки в формулу (3.7) в зависимости от числа НСП определяют по эмпирическим формулам соответственно K, P K. (3.11) S S S x x S 3.5. Алгоритм обработки результатов наблюдений Обработку результатов наблюдений проводят в соответствии с ГОСТ «ГСИ. Измерения прямые с многократные. Методы обработки результатов измерений. Основные положения» Определение точечных оценок закона распределения x 1 n x i ; 1 n S 2 x x 1 i x n ; S Sx x. n n i Построение экспериментального закона распределения результатов многократных наблюдений а) в таблицу 3.2 записать вариационный ряд результатов многократных наблюдений x ; i i1 29

ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАНЯТИЕ 6 «Обработка результатов равноточных измерений, свободных от систематических погрешностей» Занятие посвящено решению задач по расчѐту погрешностей равноточных измерений Погрешности

Лекция 5 СРЕДСТВА ИЗМЕРЕНИЙ И И ПОГРЕШНОСТИ 5.1 Виды средств измерений Средство измерения (СИ) это техническое средство, предназначенное для измерений, имеющее нормированные метрологические характеристики,

Лекция 3 СРЕДСТВА ИЗМЕРЕНИЙ И ИХ ПОГРЕШНОСТИ 3.1 Виды средств измерений Средство измерения (СИ) это техническое средство, предназначенное для измерений, имеющее нормированные метрологические характеристики,

КОНТРОЛЬНОЕ ЗАДАНИЕ 1 ПОВЕРКА АМПЕРМЕНТРА И ВОЛЬТМЕТРА Амперметр магнитоэлектрической системы с пределом измерения по току I N 5.0 A и пределом сигнала измерительной информации y N 100 делений, имеет оцифрованные

Измерения физических величин Измерение физической величины совокупность операций по применению технического средства, хранящего единицу физической величины, обеспечивающих нахождение соотношения (в явном

МСИИК Основные понятия Физическая величина (ФВ) Истинное значение ФВ Действительное значение ФВ Единица ФВ основные единицы системы СИ, децибелл, испытание, контроль, средства измерений, классификация

Метрологические характеристики Метрологические характеристики (МХ) характеристики, которые позволяют определить пригодность СИ для измерений в известном диапазоне с известной точностью. Характеристики,

Лабораторная работа 1. Расчет погрешности измерения напряжения с помощью потенциометра и делителя напряжения. Теоретические сведения. Классификация погрешностей измерений Погрешность средств измерения

МИНИСТЕРСТВО ЗДРАВООХРАНЕНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ВОЛГОГРАДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ МЕДИЦИНСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ КАФЕДРА БИОТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ И ТЕХНОЛОГИИ ТЕСТОВЫЕ ЗАДАНИЯ ПО МЕТРОЛОГИИ УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ ПОСОБИЕ

ОСНОВЫ ТЕОРИИ ПОГРЕШНОСТЕЙ ФИЗИЧЕСКИХ ИЗМЕРЕНИЙ Введение Неотъемлемой частью экспериментальных исследований, в том числе и проводимых в физическом практикуме, являются измерения физических величин. Измерения

ПОГРЕШНОСТИ ИЗМЕРЕНИЙ. СИСТЕМАТИЧЕСКИЕ ПОГРЕШНОСТИ Измерение Измерение физической величины заключается в сопоставлении этой величины с однородной величиной, принятой за единицу. В законе РБ Об обеспечении

«Погрешности измерений, испытаний и контроля. Основные характеристики измерительных приборов» Цель: 1. Формировать знания студентов по теме, добиться понимания вопросов, обеспечивать усвоение и закрепление

Контрольные задания по метрологии 1. При измерении активного сопротивления резистора были произведены десять равноточных измерений, результаты которых приведены в таблице. Оцените абсолютную и относительную

ПОГРЕШНОСТИ ИЗМЕРЕНИЙ Погрешность результата измерения (сокращенно погрешность измерений) представляется отклонением результата измерения от истинного значения величины Основные источники погрешности результата

ИЗМЕРЕНИЕ ФИЗИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН. ВИДЫ И МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЙ. Измерения и их виды Физическая величина как объект измерения Физическая величина это свойство общее в качественном отношении многим физическим объектам

1 Обработка результатов эксперимента Определения Измерение нахождение значения физической величины опытным путём с помощью специально для этого предназначенных технических средств Измерение состоит из

Теория погрешностей При анализе измерений следует четко разграничивать два понятия: истинные значения физических величин и их эмпирические проявления - результаты измерений. Истинные значения физических

Лекция 3 ПОГРЕШНОСТИ ИЗМЕРЕНИЙ. СИСТЕМАТИЧЕСКИЕ ПОГРЕШНОСТИ 3.1 Постулаты метрологии. Классификация погрешностей Качество средств и результатов измерений принято характеризовать, указывая их погрешности.

ИЗМЕРЕНИЕ ФИЗИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН Измерение процесс определения количественного значения физической величины опытным путём с помощью специальных технических средств (приборов) и, выражении этого значения в

1 ВАРИАНТ 1 (Выбор предусматривает обоснование правильного ответа) 1) При определении твердости материала используется шкала 2) Упорядоченная совокупность значений физической величины, принятая по соглашению

1 Метрология - это... ТЕСТОВЫЕ ЗАДАНИЯ а) теория передачи размеров единиц физических величин; б) теория исходных средств измерений (эталонов); в) наука об измерениях, методах и средствах обеспечения их

ГОСТ Р 8.736-2011 Государственная система обеспечения единства измерений. Измерения прямые многократные. Методы обработки результатов измерений. Основные положения НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Лекция 4 МЕТРОЛОГИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ СИ 4.1 Метрологические характеристики СИ и их нормирование Метрологические характеристики (MX) - такие характеристики СИ, которые позволяют судить об их пригодности

Цифровые лаборатории «Архимед» - мощная мобильная измерительная лаборатория для проведения естественнонаучных экспериментов. Множество датчиков, измерительный интерфейс, преобразующий непрерывные сигналы

ЛЕКЦИЯ 4 Метрологические характеристики средств измерений Все средства измерений, независимо от их конкретного исполнения, обладают рядом общих свойств, необходимых для выполнения ими их функционального

Измерение физических величин ГН Андреев В основе точных естественных наук лежат измерения При измерениях значения величин выражаются в виде чисел, которые указывают во сколько раз измеренная величина больше

Метрология, стандартизация и сертификация Глава 1 Метрология 1 Объект и предмет метрологии Метрология (от греч. «metron» мера, «logos» учение) это наука об измерениях, методах и средствах обеспечения единства

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ КАЗАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АРХИТЕКТУРНО- СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА ПО ФИЗИКЕ «ИЗМЕРЕНИЕ ПЛОТНОСТИ ТЕЛА ПРАВИЛЬНОЙ ГЕОМЕТРИЧЕСКОЙ

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «САМАРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АЭРОКОСМИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Министерство образования и науки Российской Федерации федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Российский экономический университет имени Г.В. Плеханова» ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ

Лекция 9 СОЗДАНИЕ НЕСТАНДАРТИЗОВАННЫХ СРЕДСТВ ИЗМЕРЕНИЙ 9. Метрологические работы, связанные с созданием и применением НСИ Экспериментальная деятельность непременно связана с созданием новых и расширением

I. Измерение физических величин. Краткая теория погрешностей измерения прямые измерения, которые представляют собой косвенные измерения, которые представляют собой сравнение значения физической вычисление

Работа 3 Стандартная обработка результатов прямых измерений с многократными наблюдениями 1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ Ознакомление с методикой выполнения прямых измерений с многократными наблюдениями. Получение в этом

Погрешность измерения Материал из Википедии свободной энциклопедии Погрешность измерения оценка отклонения величины измеренного значения величины от её истинного значения. Погрешность измерения является

УТВЕРЖДЕНА приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от «27» декабря 2018 г. 2768 ГОСУДАРСТВЕННАЯ ПОВЕРОЧНАЯ СХЕМА ДЛЯ СРЕДСТВ ИЗМЕРЕНИЙ КОЭФФИЦИЕНТОВ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ СИЛЫ

1 ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ ПО ПРОВЕДЕНИЮ ВСТУПИТЕЛЬНЫХ ИСПЫТАНИЙ ПО ПРИЕМУ В МАГИСТРАТУРУ НА НАПРАВЛЕНИЕ 27.04.01 «Стандартизация и метрология» 3 1.1 Настоящая Программа, составленная в соответствии с федеральнымм

Министерство образования Республики Беларусь БЕЛОРУССКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ Е.В. Журавкевич ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ ИЗМЕРЕНИЙ В ФИЗИЧЕСКОМ ПРАКТИКУМЕ Методические указания к лабораторным

Федеральное агентство железнодорожного транспорта Уральский государственный университет путей сообщения Л. С. Горелова Т. А. Антропова Погрешности измерений Обработка многократных измерений Екатеринбург

Министерство сельского хозяйства Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Самарская государственная сельскохозяйственная

Лекция 2 Классификация измерений. Измерение физических величин. Виды и методы измерений 2.1 Измерение Измерение физических величин заключается в сопоставлении какой-либо величины с однородной величиной,

Работа 1. Определение линейных размеров и объемов тел. Обработка результатов измерений Оборудование: штангенциркуль, микрометр, исследуемые тела. Введение Погрешности любого измерения складываются из ошибок,

Нижегородский Государственный Технический университет имени Р.Е. Алексеева Кафедра ФТОС Статистическая обработка результатов измерений в лабораторном практикуме Попов Е.А., Успенская Г.И. Нижний Новгород

Приложение ОЦЕНКА ПОГРЕШНОСТЕЙ ОПЫТОВ ПРИ ОБРАБОТКЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ИЗМЕРЕНИЙ Основные понятия. Все экспериментальные исследования, проводимые в лаборатории сопротивления материалов, сопровождаются измерением

УДК 373.167.1:3 ББК 22.3я72 К28 К28 Касьянов, В. А. Физика. 10 класс. Базовый и углублённый уровни: тетрадь для лабораторных работ / В. А. Касьянов, В. А. Коровин. 3-е изд., стереотип. М. : Дро фа, 2017.

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «УФИМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АВИАЦИОННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ

Лабораторная работа 1.01 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПЛОТНОСТИ ТВЕРДОГО ТЕЛА Е.В. Козис, Е.В. Жданова Цель работы: изучение методики проведения простейших физических измерений, а также основных методов оценки погрешностей

НЕОБХОДИМЫЕ СВЕДЕНИЯ ПО МАТЕМАТИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ИЗМЕРЕНИЙ В лабораторном практикуме вы постоянно будете иметь дело с измерениями физических величин. Необходимо уметь правильно обрабатывать

Раздел 1 МЕХАНИКА Работа 1.1 Измерение времени соударения шаров. Статистический метод оценки случайных погрешностей Оборудование: штатив, шары, электронный счетчик-секундомер. Введение Измерить физическую

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Мордовский государственный университет им.

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Оренбургский государственный университет Л.Н. ТРЕТЬЯК ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ

Аннотация к рабочей программе дисциплины «Метрология, стандартизация и сертификация в инфокоммуникациях» Рабочая программа предназначена для преподавания дисциплины «Метрология, стандартизация и сертификация

ЗАДАЧА 1 (Шифр 04) ПОВЕРКА ТЕХНЧЕСКХ ПРБОРОВ ОСНОВЫ МЕТРОЛОГ Технический амперметр магнитоэлектрической системы с номинальным током 5 числом номинальных делений 100 имеет оцифрованные деления от нуля до

МОСКОВСКИЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ (ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ) И.Н.ЖЕЛБАКОВ, В.Ю.КОНЧАЛОВСКИЙ, Ю.С.СОЛОДОВ МЕТРОЛОГИЯ, СТАНДАРТИЗАЦИЯ, СЕРТИФИКАЦИЯ Учебно-методический комплекс Москва 004 ПРЕДИСЛОВИЕ Данный

Определение плотности деревянного бруска. Цель работы: познакомиться с теорией погрешностей, научиться производить простейшие измерения, находить погрешности измерений, обрабатывать и анализировать полученные

ЛЕКЦИЯ 3 Виды, методы и средства измерений Измерение физической величины совокупность операций по применению технического средства, хранящего единицу физической величины, заключающихся в сравнении (в явном