Техника измерения

Под измерением понимается сравнение одноименной величины длины с длиной, угла с углом, площади с площадью и т. д.) с величи­ной, принимаемой за единицу. Единицы измерения регламентируют­ся Государственными общесоюзными стандартами (ГОСТ).

В современном машиностроении технические измерения являются одной из важнейших основ производства, ни одна технологическая операция не выполняется без измерений размеров. Детали машин и механизмов изготовляются в разных цехах, а иногда и на разных за­водах, а в процессе сборки эти детали должны сопрягаться одна с другой без дополнительной обработки, что требует высокой точности изготовления, которую без правильного и точного измерения осущест­вить невозможно.

Состояние производства измерительных средств характеризуется резким увеличением выпуска высокоточных (прецизионных) приборов и инструментов для автоматического контроля размеров. Выпускаются оригинальные конструкции пневматических, электрических и опти­ческих измерительных приборов, в том числе и контрольные автоматы.

В большинстве случаев в машиностроении требуемая точность изме­рений колеблется от 0,1 до 0,001 мм. В соответствии с этим разработаны и конструкции измерительных инструментов и приборов.

По методу измерения измерительные средства под­разделяются на следующие четыре основные группы:

инструменты с непосредственным отсчетом измеряемого размера, к ним относятся штриховые меры длины и штангенинструменты, имею­щие шкалы;

инструменты для измерения методом сравнения, называемые калиб­рами; их применяют для проверки диаметров валов и отверстий, шлицевых сопряжений и других поверхностей;

плоскопараллельные концевые меры, которые можно было бы от­нести к первой и второй группам измерительных инструментов, но ввиду того, что они имеют особо важное значение и широко применяют­ся, их выделяют в отдельную группу; измерительные приборы и аппараты, подразделяющиеся на меха­нические, оптико-механические, оптические, электрические, пнев­матические и жидкостные.

 Точность и погрешность измерения

Ни одно измерение не может быть проведено абсолютно точно. Между измеренным значением величины и ее действительным значением существует всегда некоторая разница, которая называется погрешностью измерения. Чем меньше погрешности измерения, тем, естественно, выше точность измерения.

Точность измерения характеризует ту ошибку, которая неизбежна при работе самым точным измерительным инструментом или прибором определенного вида. На точность измерения оказывают влияние свойства материала измерительного инструмента и конструкция его. Точность измерения может быть достигнута только при условии, если измерение производят по правилам.

Основными причинами, понижающими точность измерения, могут быть:

  • неудовлетворительное состояние инструмента: поврежденные гра­ни, загрязненность, неправильное положение нулевой отметки, неис­правность;
  • нагрев инструмента;
  • неточность установки инструмента или измеряемой детали отно­сительно инструмента;
  • разность температур, при которых производится измерение (нор­мальная температура, при которой следует производить измерения,, +20° С);
  • незнание измерительного инструмента или неумение пользоваться им, неправильный выбор инструмента для измерения.

Повышения точности измерения можно добиться повторным изме­рением с последующим определением среднего арифметического, по­лученного в результате нескольких измерений.

К инструментам с непосредственным от­счетом измеряемого размера относятся штриховые меры длины и штангенинструменты, имеющие шкалы, позволяющие непосредственно определять искомую величину, в миллиметрах и долях миллиметра.

Для грубых измерений применяются:

  • линейки измерительные металлические (ГОСТ 427-56) с пределами измерений до 1000 мм. Изготовляются с од­ной или двумя шкалами, с верхними пределами измерений 150, 300,. 500 и 1000 мм. Цена делений 0,5 мм и 1,0 мм;
  • метры складные металлические (ГОСТ 7259- 68), предназначенные для линейных измерений путем непосредствен­ного сравнения измеряемых размеров со шкалой мер. Метры изготов­ляются длиной 1000 мм (в развернутом виде) и состоят из 10 стальных упругих пластин-звеньев, шарнирно соединенных между собой. Точ­ность измерения до 1 мм;
  • рулетки измерительные металлические (ГОСТ 7502:-69) со штриховыми шкалами, предназначенные для из­мерения путем непосредственного сравнения определяемых расстоя­ний и размеров со шкалой рулеток. Рулетки изготовляются следующих типов: самосвертывающиеся кнопочные с длиной шкалы 1 и 2 м; желобчатые с длиной шкалы 1 и 2м; стальные простые с длиной шкалы 2, 5, 10, 20, 30, 50 м.

Штангенинструменты

Штангенинструменты являются распространенными в машино­строении видами измерительного инструмента. Их применяют для из­мерения наружных и внутренних диаметров, длин, толщин, глубин и. т. д. Все штангенинструменты основаны на применении нониусов, по которым отсчитывают дробные доли делений основных шкал.

Штангенциркули применяются трех типов: ШЦ-I, ШЦ-II, и ШЦ-III (ГОСТ 166-63).

Штангенциркули изготовляются с пределами измерений 0-125 мм (ШЦ-I); 0-200 и 0-320 мм (ШЦ-II), 0-500; 250-710; 320-1000; 500-1400; 800-2000 (ШЦ-III) и с величиной отсчета 0,1 мм (ШЦ-I и ШЦ-Ш), 0,05-0,1 мм (ШЦ-II).

Штангенциркуль ШЦ-I применяется для измерения наружных, внутренних размеров и глубин с величиной отсчета по но­ниусу 0,1 мм. Штанген­циркуль (рис. 43) имеет штангу 1, на которой нанесена шкала с мил­лиметровыми делениями. На одном конце этой штанги имеются изме­рительные губки 2 и 7, а на другом конце ли­нейка 6 для измерения глубин. По штанге пере­мещается подвижная рамка 3 с губками.

Штангенциркуль ШЦ-I

Штангенциркуль ШЦ-I

Рамка в процессе измерения закрепляется на штанге зажимом 4. Нижние губки 7 служат для измерения наружных размеров, а верхние 2 -для внутренних размеров. На скошенной грани рамки 3 нанесе­на шкала 5, называемая нониусом. Нониус предназначен для опре­деления дробной величины цены деления штанги, т. е. для определения доли миллиметра. Шкала нониуса длиной 19 мм разделена на 10 рав­ных частей; следовательно, каждое деление нониуса равно 19 : 10 = 1,9 мм, т. е. оно короче расстоя­ния между каждыми двумя деле­ниями, нанесенными на шкалу штанги, на 0,1 мм (2,0 -1,9 = 0,1).

При сомкнутых губках начальное деление нониуса совпадает с нулевым штрихом шкалы штангенциркуля, а последний — 10-й штрих но­ниуса с 19-м штрихом шкалы.

Перед измерением при сомкнутых губках нулевые штрихи нониу­са и штанги должны совпадать. При отсутствии просвета между губ­ками для наружных измерений или при небольшом просвете (до 0,012 мм) должны совпадать нулевые штрихи нониуса и штанги.

При измерении деталь берут в левую руку, которая должна на­ходиться за губками и захватывать деталь недалеко от губок, (рис. 44, а). Правая рука должна поддерживать штангу, при этом большим пальцем этой руки перемещают рамку до соприкосновения с проверяемой поверхностью, не допуская перекоса губок и добиваясь нормального измерительного усилия.

Приемы измерения штангенциркулем

Приемы измерения штангенциркулем

Приемы измерения штангенциркулем

Рамку закрепляют зажимом большим и указательным пальцами пра­вой руки, поддерживая штангу остальными пальцами этой руки; левая рука при этом должна поддерживать нижнюю губку штанги (рис. 44, б). При чтении показаний штангенциркуль держат прямо перед глазами (рис. 45, а). Целое число миллиметров отсчитывается по шкале штанги слева направо нулевым штрихом нониуса- Дробная величина (количество десятых долей миллиметра) определяется умножением величины отсчета (0,1 мм) на порядковый номер штриха нониуса, не считая нулевого, совпадающего со штрихом штанги. Примеры отсчета показаны на рис. 45,6.

Чтение показаний штангенциркуля

Чтение показаний штангенциркуля

Чтение показаний штангенциркуля

Штангенциркуль ШЦ-II (рис. 46, а) с величиной отсче­та по нониусу 0,05 мм предназначен для наружных л внутренних изме­рений и разметки. Это инструмент высокой точности. Верхние губки штангенциркуля заострены и ис­пользуются для разметочных ра­бот.

Штангенциркуль ШЦ-II

Штангенциркуль ШЦ-II

Для создания необходимого уси­лия измерения и точной установки подвижной рамки относительно штанги штангенциркуль снабжен микрометрической подачей (винт и гайка).

Деления на штанге 4 нанесены через один миллиметр. Шкала но­ниуса 6 длиной 39 мм разделена на 20 равных частей. Следовательно, каждое деление нониуса равно 1,95 мм (39 : 20 = 1,95), т. е. короче расстояния между каждыми двумя делениями, нанесенными на шкале штанги, на 0,05 мм (2-1,95=0,05).

Перед измерением необходимо убедиться в совпадении нулевого штриха нониуса с нулевым штрихом штанги.

Для грубых измерений рамку 3 перемещают по штанге до плот­ного прилегания губок 1 к поверхности измеряемой детали и после закрепления зажимом 2 производят отсчет. Для точной установки штангенциркуля и точных измерений пользуются микрометрической подачей.

На рис. 46, б показан пример определения доли миллиметра но­ниуса штангенциркуля с величиной отсчета 0,05 мм.

Дробная величина 0,35 мм получена в результате умножения ве­личины отсчета (0,05 мм) на порядковый номер штриха нониуса, т. е. седьмого (крестиком указан 7-й штрих нониуса), совпадающего со штрихом штанги, не считая нулевого деления: 0,05 мм X 7 = 0,35 мм. Для ускорения отсчета используют цифры нониуса 25, 50 и т. д.,. обозначающие сотые доли миллиметра.

На точность измерения большое влияние оказывает точность уста­новки губок штангенциркуля по отношению к измеряемой поверхности (отсутствие перекоса и нормальное усилие).

Штангенциркуль ШЦ-III (рис. 47, а) с величиной отсчета по нониусу 0,05 мм предназначен для наружных и внутрен­них измерений. Этот штангенциркуль применяется редко.

Штангенциркуль ШЦ-III

Штангенциркуль ШЦ-III

Штангенциркуль ШЦ-ІІІ состоит из подвижной рамки1, зажима 2 подвижной рамки, рамки микрометрической подачи 5, зажима рамки микрометрической подачи 4У штанги 5 с миллиметровыми делениями, гайки и винта микрометрической подачи 6> нониуса 7, подвижной из­мерительной губки 8 и неподвижной измерительной губки 9. Измерение и порядок отсчета выполняются так же, как и по штангенцир­кулю ШЦ-II (рис. 47, б).

Штангенциркули с величиной отсчета по но ни у су 0,02 мм промышленностью не выпускаются, но на про­изводстве еще используются.

Нониус в этом штангенциркуле имеет длину 49 мм (рис. 48, а), разделен на 50 частей. Одно деление нониуса составляет: 49 : 50 = 0,98 мм, что на 0,02 мм мень­ше миллиметра. Устройство но­ниуса этого штангенциркуля по­казано на рис. 48, а, а примеры отсчета — на рис. 48, б. При измерении штангенциркулями внутренних размеров к показа­ниям штангенциркуля добавля­ется толщина губок, указанная на них.

Нониус штангенциркуля с величиной отсчета 0,02мм, примеры отсчета

Нониус штангенциркуля с величиной отсчета 0,02мм, примеры отсчета

Штангенглубиномер (ГОСТ 162-64) служит для из­мерения высот, глубины глухих отверстий, канавок, пазов, выс­тупов. Штангенглубиномеры из­готовляются с пределами изме­рений 0-200; 0-320 (величина отсчета по нониусу 0,05 мм) и 0-500 мм (величина отсчета по нониусу 0,1 мм).

Штангенглубиномер

Штангенглубиномер

Штангенглубиномер (рис. 49, а) состоит из основания 9 с рамкой и нониусом 1, зажима рамки 2,штанги 5 с миллиметровыми делениями, микрометрической подачи (винт 6 и гайка 7) и зажима 3. Измеритель­ными поверхностями штангенглубиномера служит плоское основание и торец 10 штанги.

Перед измерением штангенглубиномером проверяют нулевое поло­жение инструмента. При соприкосновении измерительных поверхностей основания и штанги с плитой (рис. 49, в) или лекальной ли­нейкой (см. рис. 49, б) нулевые штрихи нониуса и штанги должны совпадать.

При измерении основание 9 (см. рис. 49, а) ставят на измеряемую поверхность (рис. 48, в) детали, от которой начинается измерение, и прижимают основание левой рукой к измеряемой поверхности, а пра­вой рукой штангу 5 передвигают до упора в другую поверхность, до которой измеряют расстояние. В этом положении движок 4 микромет­рической подачи стопорят зажимом 3. Затем вращают гайку 7, после чего рамку 8 стопорят зажимом 2.

Результат измерения отсчитывается так же, как и по штангенцир­кулю,- по основной шкале (целые миллиметры) и по нониусу 1 (дроб­ные доли миллиметра).

В некоторых случаях для измерения труднодоступных мест приме­няют штанги с изогнутым концом.

Штангензубомер с нониусом (ГОСТ 163-41) при­меняется для измерения толщины зубьев цилиндрических зубчатых колес. Штангензубомеры с отсчетом по нониусу 0,02 мм изготовляются двух видов: для измерения зубчатых колес с модуля­ми от 1 до 18 мм и для из­мерения зубчатых колес с модулями от 5 до 36 мм.

Штангензубомер (рис. 50) имеет две взаимно перпендикулярные штан­ги 3 и 9, по которым пере­мещаются две рамки с но­ниусами 5 и 10. Одна рам­ка 11 соединена с высотной линейкой 6 а другая — с губкой. Штанга 3 служит для установки заданной высоты, а штанга 9 — для измерения толщины зу­ба — длины хорды по этой высоте.

Штангензубомер

Штангензубомер

При измерении высот­ную линейку 6 устанав­ливают при помощи но­ниуса 5 на заданный размер, как глубиномер, т. е. таким образом, чтобы контакт измерительных губок с зубом контролируемого колеса был по делительной окружности, затем окончательно доводят при по­мощи микрометрической подачи 4 и фиксируют размер винтом 2. Штангу высотной линейки ставят на окружность выступов зуба, ко­торый надо измерить, затем сдвигают губки горизонтальной шкалы до соприкосновения с профильной поверхностью зуба и фиксируют вин­том 7, после чего по шкале нониуса 10 отсчитывают размер толщины зуба.

Показания на штангензубомере при измерении толщины зуба по хор­де читают так же, как по штангенциркулю.

Штангенрейсмасы (ГОСТ 164-64) предназначаются для измерения высот от плоских поверхностей и точной разметки; изготов­ляются с пределами измерений: 0-250,40-400 мм (величина отсчета по нониусу 0,05 мм); 60-630 мм (величина отсчета по нониусу 0,05 и 0,1 мм) и 100-1000, 600-1600 и 1500-2500 мм (величина отсчета по нониусу 0,1 мм).

Штангенрейсмас (рис. 51, а, б) состоит из основания 9, в котором жестко закреплена штанга 8 со шкалой; рамки 7 с нониусом 5 и сто­порным винтом 6 устройства для микрометрической подачи 4, вклю­чающего движок, винт, гайку и стопорный винт; сменных ножек 1 для разметки с острием и для измерения высоты, с двумя измерительными поверхностями (нижней плоской и верхней в виде острых ребер шири­ной не более 0,2 мм); стопорного винта 2 для закрепления нож­ки/и державки 3 на выступе рамки 7 для игл различной длины.

Штангенрейсмас

Штангенрейсмас

Перед использованием для проверки нулевого отсчета штангенрейсмас устанавливают на поверочную плиту и рамку опускают вниз до со­прикосновения измерительной поверхности ножки с плитой (рис. 52, а), при этом нулевой штрих нониуса должен совпадать с нулевым штрихом шкалы. Если штангенрейсмас имеет нижние пределы измерения выше 40 мм, то проверка производится установкой под ножку плоскопараллельных плиток (рис. 52, б). При отсутствии зазора между ножкой и плитой (или концевой мерой, равной нижнему пределу) нулевые штри­хи нониуса и штанги должны совпасть.

Проверка нулевого положения штангенрейсмаса

Проверка нулевого положения штангенрейсмаса

При измерении (см. рис. 51, а) левой рукой прижимают основание к плите и подводят ножку к проверяемой поверхности, затем правой рукой при помощи микрометрической подачи 4 доводят измерительную ножку до соприкосновения нижней части ножки с проверяемой поверх­ностью. При разметке (см. рис. 51, б) правой рукой устанавливают требуемый размер (высоту), слегка прижимают левой рукой основание к плите, перемещая штангенрейсмас относительно размечаемой дета­ли. Острием ножки наносят риски.

Показания штангенрейсмаса читаются так же, как и штангенцир­куля. При измерении высоты верхней измерительной плоскостью необ­ходимо к полученному размеру прибавить высоту ножек.

Правила обращения со штангенинструментами:

  • при измерении изделия не допускать сильного зажима: может воз­никнуть перекос движка, и показания будут неверными;
  • перед изме­рением зажим должен быть освобожден;
  • категорически запрещается применять штангенинструменты для измерения детали на работающем станке или пользоваться ими, как скобой;
  • не допускать ослабления посадки и качки движка на линейке — это приводит к перекосу ножек и к ошибкам измерения;
  • точность штангенинструмента надо регулярно проверять;
  • по окончании работы штангенинструменты должны быть тщательно протерты, смазаны и уложены в футляры;
  • при хранении в футляре измерительные поверхности штангенинструмента должны быть разъединены, а зажимы ослаблены.