ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ УЛЬЯНОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ Методы измерений деталей и узлов летательных аппаратов и технологической оснастки Методические указания к выполнению лабораторных работ по дисциплине «Метрология и стандартизация» Составители Т. В. Корсакова Ф. Е. Ляшко Ульяновск 2007 УДК 621.81 ББК 34.42 М54 Рецензент профессор кафедры «Самолетостроение» УлГТУ, доктор технических наук Петр Михайлович Попов. Одобрено секцией методических пособий научно-методического совета университета. М54 Методы измерений деталей и узлов летательных аппаратов и технологической оснастки: методические указания к выполнению лабораторных работ по дисциплине «Метрология и стандартизация» / cост. Т. В. Корсакова, Ф. Е. Ляшко. – Ульяновск : УлГТУ, 2007. – 31 с. В методических указаниях приведен краткий теоретический материал, указан ход выполнения работ, заданы требования к их оформлению и указаны вопросы для защиты работ. Указания предназначены для выполнения лабораторных работ по дисциплине «Метрология и стандартизация» в части метрологии в соответствии с учебными планами инженерной подготовки специальности 16020165 для всех специализаций. Могут быть использованы для общемашиностроительных вузов. Работа подготовлена на кафедре «Самолетостроение». УДК 621.81 ББК 34.42 © Т. В. Корсакова, Ф.Е. Ляшко, составление, 2007 © Оформление. УлГТУ, 2007 2 ОГЛАВЛЕНИЕ ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 1. ПЛОСКОПАРАЛЛЕЛЬНЫЕ КОНЦЕВЫЕ МЕРЫ ДЛИНЫ…………………………….. 5 ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 2. УНИВЕРСАЛЬНЫЕ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ СРЕДСТВА ……………………………….. 12 ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 3. ИЗМЕРЕНИЕ КОНУСНЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ………………………….. 20 ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 4. ИЗМЕРЕНИЕ МЕТРИЧЕСКИХ РЕЗЬБ … 24 БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК, РЕКОМЕНДОВАННЫЙ ДЛЯ ПОДГОТОВКИ К ЗАЩИТЕ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ………………….. 31 Материал, предложенный в данном издании, изложен согласно программе по дисциплине по дисциплине «Метрология и стандартизация» и для проведения лабораторных работ по указанной дисциплине. 3 Задачей данной разработки является ознакомить студентов с наиболее широко используемыми инструментами и методами измерения различных поверхностей и научить их самостоятельно проводить измерения и, используя нормативную документацию, самостоятельно произвести необходимые расчеты. ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 1 Тема: ПЛОСКОПАРАЛЛЕЛЬНЫЕ КОНЦЕВЫЕ МЕРЫ ДЛИНЫ 4 1.1. Цель работы Изучение характеристик концевых мер длины. Приобретение навыков работы с концевыми мерами длины. 1.2. Содержание лабораторной работы Контроль калибра-скобы плоскопараллельными концевыми мерами длины. 1.3. Общие сведения Плоскопараллельными концевыми мерами длины называют меры длины с постоянными значениями размеров, которые находятся между двумя параллельными плоскостями у детали, имеющей форму прямоугольного параллелепипеда. Концевые меры предназначены для передачи размеров от эталона длины до изделия, для воспроизведения и хранения единиц длины. Применяются для установки, проверки и градуировки измерительных приборов и инструментов, для проверки и установки калибров, для измерения и разметки точных изделий, при различных лекальных, слесарных, сборочных и станочных работах. Измерительные (рабочие) поверхности концевых мер длины обладают способностью прочно сцепляться друг с другом при надвигании одной меры на другую. Эта способность, называемая притираемостью, позволяет составлять блоки из нескольких концевых мер разных размеров для получения требуемого размера. Притираемость мер объясняется их молекулярным притяжением, когда они покрыты тончайшей пленкой смазывающей жидкости (толщина не превышает 0,02 мкм). Концевые меры выпускаются наборами, которые могут состоять из 83 (набор №1), 38 (набор №2), 10 (набор №4) и так далее мер. По точности изготовления концевые меры длины делятся на 7 классов точности, обозначаемых 00; 0; 1; 2; 3; 4; 5 (класс 00 самый точный, то есть, концевые меры в этом классе имеют самый маленький допуск на изготовление по сравнению с мерами тех же номиналов в других классах). Первые пять классов точности (от 00 до 3) − это классы, допуск которых используется заводом, изготавливающим концевые меры. Допуск других двух классов (4 и 5) используется только при ремонте концевых мер длины с тем, чтобы по возможности дольше применять концевые меры на работах с невысокой точностью. С целью повышения точности концевых мер длины для случая использования их в качестве образцовых помимо классов точности установлены еще и разряды концевых мер. 5 Разряд концевой меры характеризуется пределом допускаемой погрешности измерения (аттестации) ее длины. У нас в стране установлено 5 разрядов с 1-го по 5-й (для первого разряда наименования погрешность аттестации). При измерении концевой меры длины с целью присвоения ей определенного разряда употребляют выражение «аттестация на разряд», потому что после такого измерения на набор концевых мер (в наборе могут быть меры только одного разряда) выдается аттестат, в котором указываются действительные отклонения каждой меры от нанесенного на ней номинального размера. Наиболее частым материалом, используемым для изготовления концевых мер, являются хромистые стали марок 20ХГ, ХГ, IIIX15 и Х. Твердость измерительных поверхностей стальных концевых мер должна быть не менее 62 HRCЭ. Шероховатость измерительных поверхностей концевых мер длины для того, чтобы обеспечить хорошую притираемость и износостойкость поверхностей, должна быть не более 0,063 мкм по критерию RZ. Концевые меры могут использоваться в виде отдельной концевой меры, в виде блока концевых мер, в том числе со специальными принадлежностями. Принадлежности выпускаются наборами, в которые входят: державки, боковички, лекальная линейка, основание. 1.4. Составление блока плоскопараллельных концевых мер длины по классу 1. Определить размеры отдельных концевых мер, входящих в блок. Блок должен состоять из возможного меньшего количества мер (не более 4). Для осуществления этого, при определении размеров мер, входящих в блок, необходимо придерживаться следующего правила: размер первой концевой меры должен содержать последний или два последних знака размера блока, размер второй концевой меры – аналогично последние знаки остатка и так далее. Это правило может быть пояснено следующим примером. Требуется составить блок размером 28,785 мм. Размер блока ___________________28,785 мм Размер 1-й меры _________________1,005 мм Остаток ________________________27,78 мм Размер 2-й меры __________________1,280мм Остаток _________________________26,5 мм Размер 3-й меры _________________6,5 мм Остаток_________________________20 мм Размер 4-й меры _________________20 мм 2. Промыть концевые меры в спирте или авиационном бензине и тщательно протереть мягкой тканью. 3. Произвести притирку концевых мер. Для этого приложить измерительную поверхность одной концевой меры к другой не более чем на одну треть 6 длины и затем с легким нажимом надвигать вдоль длинного ребра до полного совмещения плоскостей. После этого таким же способом притереть остальные меры. 4. Записать в бланк отчета: основные данные набора концевых мер длины, номинальные размеры отдельных концевых мер и блока. 1.5. Точностные характеристики концевых мер длины Основными точностными характеристиками концевых мер длины являются ее срединная длина и отклонение от плоскопараллельности. Срединная длина концевой меры определяется длиной перпендикуляра, опущенного из середины одной из измерительных поверхностей на противоположную измерительную поверхность. Отклонение от плоскопараллельности меры называется большая по абсолютной величине положительная или отрицательная разность между длиной меры в любой точке и срединной ее длиной. Допустимые отклонения срединной длины и допустимые отклонения от плоскопараллельности концевых мер в зависимости от установленных классов точности не должны превышать величин, указанных в таблице 1.1. Применение концевых мер по разрядам, то есть с учетом поправок к их номинальным размерам, повышает точность измерений, а также расширяет возможность использования мер грубых классов или мер, бывших в эксплуатации и прошедших ремонт. Поскольку разряд характеризуется погрешностью измерений концевых мер, при применении их по разряду необходимо наличие аттестата, где указывается действительная величина концевой меры с точностью до десятых долей микрона и погрешности, с которой производились измерения. Для приведенного выше примера набора блока по аттестату находим действительные размеры концевых мер: 1-я мера имеет размер 2-я мера имеет размер 3-я мера имеет размер 4-я мера имеет размер − 1,00502 мм, − 1,28012 мм, − 6,5000 мм, − 20,0002 мм. Следовательно, размер блока по аттестату будет равен 28,78534 мм. При составлении блока из концевых мер по разряду на результаты измерений будут влиять предельные погрешности действительного значения срединной длины концевых мер, входящих в состав блока. Предельные погрешности действительного значения срединной длины концевых мер и отклонения от плоскостности и параллельности не должны превышать величин, установленных в таблице 1.2 для соответствующего разряда. Таблица 1.1 7 срединной длины от плоскостности и параллельности срединной длины от плоскостности и параллельности срединной длины 0,20 0,25 0,30 0,30 0,40 0,50 0,10 0,10 0,15 0,15 0,15 0,15 0,40 0,50 0,50 0,50 0,60 0,80 0,15 0,15 0,20 0,20 0,20 0,25 0,80 1,00 1,00 1,20 1,50 2,00 0,30 0,30 0,35 0,35 0,35 0,45 2,00 2,50 3,00 3,50 4,00 5,00 0,40 0,40 0,40 0,50 0,25 0,60 от плоскостности и параллельности от плоскостности и параллельности 0,07 0,07 0,08 0,08 0,08 0,10 5 срединной длины срединной длины 0,10 0,12 0,15 0,20 0,25 0,30 4 от плоскостности и параллельности от плоскостности и параллельности до 10 св.10 до 18 св.18 до 30 св.30 до 50 св.50 до 80 св.80 до120 Классы мер 2 3 допускаемые отклонения, мкм 1 срединной длины Номинальные размеры мер, мм 0 4,00 5,00 6,00 8,00 9,00 11,0 0,40 0,40 0,40 0,50 0,50 0,60 Таблица 1.2 Разряды мер отклонение от плоскопараллельности погрешности срединной длины отклонение от плоскопараллельности погрешности срединной длины отклонение от плоскопараллельности погрешности срединной длины отклонение от плоскопараллельности 5 погрешности срединной длины 3 4 погрешности и отклонения, мкм отклонение от плоскопараллельности до 10 св.10 до 18 св.18 до 30 св.30 до 50 св.50 до 80 св.80 до120 2 погрешности срединной длины Номинальные размеры мер, мм 1 0,05 0,06 0,06 0,07 0,08 0,10 0,07 0,07 0,08 0,08 0,08 0,10 0,07 0,08 0,09 0,10 0,12 0,15 0,10 0,10 0,15 0,15 0,15 0,15 0,10 0,12 0,15 0,20 0,25 0,30 0,20 0,25 0,30 0,30 0,40 0,50 0,20 0,20 0,25 0,25 0,25 0,30 0,40 0,50 0,50 0,50 0,60 0,80 0,40 0,50 0,50 0,50 0,60 0,80 0,40 0,40 0,40 0,50 0,50 0,60 1.6. Контроль калибра – скобы концевыми мерами длины 1. Выполнить на бланке отчета эскиз скобы с указанием маркировки. 2. Определить предельные размеры проходной и непроходной сторон скобы по формулам: 8 ПРmax = dmax – Z1 + (H1 /2), ПРmin = dmax – Z1 – (H1 /2), (1.1) HEmax = dmin + (H1 /2), HEmin = dmin – (H1 /2), (1.2) где dmax, dmin –предельные размеры вала, контролируемого данным калибром – скобой, находят по ГОСТ 25346 и ГОСТ 25348 (табл. 1.4). Значения Н1 и Z1 выбираются по ГОСТ 24853 (табл. 1.3). Таблица 1.3 Квалитет допуска изделия (вала) 6и7 8 9 и 10 11 и 12 13 и 14 Обозначение Z1 H1 Z1 H1 Z1 H1 Z1 H1 Z1 H1 св. 3 до 6 2 2,5 3 4 6 4 12 5 24 12 Интервалы размеров, мм св. 6 св. 10 св. 18 св. 30 до 10 до18 до 30 до 50 размеры, мкм 2 2,5 3 3,5 2,5 3 4 4 3 4 5 6 4 5 6 7 7 8 9 11 4 5 6 7 14 16 19 22 6 8 9 11 28 32 36 42 15 18 21 25 св. 50 до 80 4 5 8 8 13 8 25 18 48 30 3. Проверить проходную сторону скобы. Для этого необходимо набрать блок концевых мер с размером, равным наибольшему предельному размеру проходной стороны калибра-скобы. 4. Подсчет размеров отдельных концевых мер и их притирку производить, как указано выше. Ввести блок концевых мер между измерительными поверхностями скобы. Скобу при этом можно держать в руках или закрепить в стойку. Размер скобы должен быть равен размеру блока. При небольшом усилии ощущается плотность соприкосновения поверхностей скобы и блока (припасовка) и отсутствие качки. Если блок не входит в скобу или болтается, то действительный размер скобы не соответствует исполнительному. То есть скоба не годна к использованию в работе. Таблица 1.4 Интервалы размеров, мм Св. 3 до 6 Значения допусков (IT), мкм Квалитеты 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 2.5 4 5 8 12 18 30 48 75 120 180 300 9 - 6 - 10 - 10 - 18 - 18 - 30 - 30 - 50 - 50 - 80 - 80 - 120 - 120 - 180 - 180 - 250 - 250 - 315 - 315 - 400 - 400 - 500 2.5 3 4 4 5 6 8 10 12 13 15 4 5 6 7 8 10 12 14 16 18 20 6 8 9 11 13 15 18 20 23 25 27 9 11 13 16 19 22 25 29 32 36 40 15 18 21 25 30 35 40 46 52 57 63 22 27 33 39 46 54 63 72 81 89 97 36 43 52 62 74 87 100 115 130 140 155 58 70 84 100 120 140 160 185 210 230 250 90 110 130 160 190 220 250 290 320 360 400 150 180 210 250 300 350 400 460 520 570 630 220 270 330 390 460 540 630 720 810 890 970 360 430 520 620 740 870 1000 1150 1300 1400 1500 1.7. Содержание отчета 1. Тема лабораторной работы. 2. Цель лабораторной работы. 3. Эскиз калибра – скобы с указанием маркировки и исполнительных размеров сторон калибра. 4. Основные данные набора блоков концевых мер (таблица 1.5). 5. Заполненные таблицы 1.6 …1.7. 6. Выводы. Таблица 1.5 Данные о наборе плоскопараллельных концевых мер ЗаводКоличество Класс Набор № Разряд изготовитель мер в наборе точности Таблица 1.6 размер блока Размеры блока и отдельных концевых мер, мм по классу по разряду размеры концевых мер, размеры концевых размер блока входящих в блок мер, входящих в блок ПРmax ПРmin НЕmax НЕmin Таблица 1.7 Результаты проверки калибра – скобы Предельные размеры сторон скобы (по ГОСТ 24853), мм Действительный размер, мм размеры отдельных размер блока, мер блока, мм мм 10 Заключение о годности Р-ПР ПРmax Р-НЕ НЕmax ПРmin НЕmin 1.8. Контрольные вопросы к защите лабораторной работы 1. 2. 3. 4. 5. 6. Что понимается под плоскопараллельными концевыми мерами длины? Области применения концевых мер. Что такое притираемость концевых мер и чем она обеспечивается? Классы и разряды точности концевых мер. Точностные характеристики концевых мер. Материалы концевых мер. 11 ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 2 Тема: УНИВЕРСАЛЬНЫЕ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ СРЕДСТВА 2.1. Цель работы Изучение характеристик штангенинструмента и микрометрических инструментов, приобретение навыков работы с ними. 2.2. Содержание лабораторной работы Измерение ступенчатого вала с помощью штангенциркуля и микрометра. 2.3. Общие сведения По способу получения значений физической величины измерения могут быть прямыми и косвенными. При прямом измерении искомое значение величины находят непосредственно из опытных данных. Примерами прямых измерений могут служить следующие: измерение длины с помощью линейных мер или штангенциркулем, измерение температуры термометром. Прямые измерения составляют основу более сложных измерений − косвенных, совокупных и совместных. При косвенном измерении искомое значение величины находят на основании известной зависимости между этой величиной и величинами, которые можно непосредственно замерить. Например, длину окружности можно определить по известной зависимости, замерив с определенной точностью ее диаметр. Замер среднего диаметра резьбы методом «трех проволочек» или измерение углов (конусов) по зависимостям измеренных длин катетов и гипотенуз прямоугольных треугольников. Косвенные измерения в ряде случаев позволяют получить более точные результаты, чем прямые измерения ввиду сложности последних. Например, погрешности прямых измерений углов угломерами на порядок ниже косвенных измерений углов с помощью синусных линеек. Измерения могут быть абсолютными и относительными. Абсолютное измерение основано на прямых измерениях одной и (или) нескольких величин и (или) использовании физических констант. При линейных и угловых абсолютных измерениях находят, как правило, одну величину, например, диаметр вала штангенциркулем. Относительное измерение – измерение отношения величины к одноименной величине, принятой за исходную или играющую роль единицы или эталона. Относительное измерение основано на сравнении измеряемой величины с известным значением меры (эталона). Искомую величину находят алгебраически суммированием размера меры (эталона) и показаний измерительного инструмента или измерительного прибора. Все методы измерений могут осуществляться контактным способом, при котором измерительные поверхности прибора или инструмента взаимодействуют с проверяемым изделием, или бесконтактным способом, при котором этого взаимодействия нет. 12 Штангенинструменты Штагнгенинструментами называют контактные средства измерения линейных размеров, основными частями которых является штанга со шкалой и нониус – вспомогательная шкала для уточнения отсчета показаний (вместо нониуса может использоваться специальное устройство). К штангенинструментам относятся перечисленные ниже инструменты: 1. Штангенциркули являются наиболее распространенными штагнгенинструментами. В большинстве случаев они применяются для замеров наружных и внутренних размеров деталей (изделий). Выпускаются четырех типов: ШЦ-I (рис. 2.1, а) – имеет губки для наружных 1 и внутренних 2 измерений, а также линейку глубиномера (6); ШЦ-IС – такой же, но со стрелочным отсчетным устройством вместо нониуса; ШЦТ-I – имеет губок для внутренних измерений, а измерительные поверхности губок для наружных измерений 1 оснащены пластинами из твердого сплава. Кроме этого инструмент оснащен микроподачей для плавного перемещения губок к поверхности измеряемой детали. Микроподача 7 представлена на рисунке 2.1, б; ШЦ-II (рис. 2.1, б) – в отличие от предыдущих конструкций не имеет линейки глубиномера, а губки 1 для наружных измерений имеют острые кромки для выполнения плоскостной разметки. Губки 2 имеют дополнительные поверхности для наружных и внутренних измерений. Инструмент также оснащен микроподачей; ШЦ-III – отличается от ШЦ-II тем, что имеет только губки для наружных и внутренних измерений (отсутствуют губки 1). 2. Щтангенглубиномеры (рис. 2.1, в) применяются для измерения глубины отверстий, пазов, уступов. Они имеют штангу 1 без губок и рамку 3 с основанием 2 и нониусом 4. Измерительными поверхностями являются торцы штанги и основания. Разновидностью являются инструменты, снабженные микроподачей, подобно штангенциркулю ШЦ-II (рис. 2.1, б). 3. Штангенрейсмасы (рис. 2.1, г) используют для измерения высот и плоскостной разметки изделий, установленных на плите. Штанга 7 установлена в массивном основании 8, нижняя плоскость которого является началом шкалы. Рамка 6 с нониусом 5 имеет кронштейн 1, на котором хомутом 3 крепятся мерительная 2 или разметочная 4 ножки. 4. Штангенциркули индикаторные (рис. 2.2, а). В штангу 1 инструмента вмонтирована зубчатая рейка. Зубчатое колесо индикатора 3, закрепленного на раме 2 с подвижной губкой, перемещается по зубчатой рейке. Поворот зубчатого колеса преобразуется в перемещение стрелки индикатора. По шкале, нанесенной на штанге, отсчитывают десятки миллиметров, по шкале индикатора – единицы, десятые и сотые доли миллиметра. 5. Штангенциркули с электронным цифровым устройством представлены на рисунке 2.2, б. 13 Рис. 2.1. Штангенинструмент 14 Рис. 2.2. Штангенинструмент со специальным отсчетным устройством Считывание результатов измерений Нониус − вспомогательная шкала с пределом измерений, равным цене деления основной шкалы. Нониусы имеют различную цену деления, которая определяет точность замера данным инструментом. Значение точности (цену деления) измерения маркируется на инструменте, например: 0,1; 0,5; 0,01 мм. Порядок отсчета показаний штангенциркуля следующий: - читают число целых миллиметров, для этого находят на шкале штанги штрих, ближайший слева к нулевому штриху нониуса и фиксируют его; - читают доли миллиметра, для чего на шкале нониуса находят штрих, ближайший к нулевому штриху нониуса, совпадающий со штрихом на штанге, и умножают его порядковый номер на цену деления нониуса; - подсчитывают полную величину показания инструмента, суммируя число целых миллиметров и его долей. 15 Считывание результатов измерения (С) приведено на рисунке 2.3. Для получения результата измерения (С) производят суммирование показаний шкалы штанги (А) и нониуса (В), таким образом результат измерения равен С = А + В. Рис. 2.3. Пример считывания результата замера Для штангенциркулей с индикатором (рис. 2.2, а) отсчет производят суммированием результатов показаний со шкалы штанги и индикатора. На штангенциркуле с электронным цифровым устройством (рис. 2.3, б) показания измерения высвечиваются на табло. При работе со штангенциркулем необходимо соблюдать следующее: 1. соблюдать осторожность, так как губки для измерения внешних и внутренних размеров имеют острые кромки; 2. не допускать царапин на измерительных поверхностях, это снижает точность измерений; 3. ЗАПРЕЩЕНО измерять вращающиеся детали. 4. не прикладывать больших усилий при измерении деталей, так как большое измерительное усилие приводит к измерительной ошибке, вследствие позиционного отклонения измерительных губок; 5. Если штангенциркуль транспортировался или хранился при температуре, отличной от температуры эксплуатации, то перед выполнением измерений нужно выдержать его в течение 4 часов при разрешенной для эксплуатации температуре. В таблице 2.1 приведены схемы правильного и неправильного выполнения измерений. 16 Таблица 2.1 Микрометрические инструменты Микрометрическим инструментом называют средство для измерения наружных линейных размеров, основанием которого является скоба 1, а преобразующим устройством служит винтовая пара, состоящая из микрометрического винта 3 и микрометрической гайки, укрепленной внутри стебля 5 (или просто – микро пара). В скобу 1 запрессованы пятка 2 и стебель 5. Измеряемую деталь охватывают торцевыми измерительными поверхностями микровинта 3 и пятки 2. Барабан 6 присоединен к микровинту 3 корпуса трещотки 7. Чтобы приблизить микровинт 3 к пятке 2, вращают трещотку 8 по часовой стрелке (от себя), а для обратного движения микровинта (от пятки) барабан вращают против часовой стрелки (на себя). Закрепляют микровинт в требуемом положении стопором 4. Для ограничения измерительного усилия микровинт снабжен трещоткой. При плотном соприкосновении измерительных поверхностей микровинта с поверхностью измеряемой детали трещотка начинает проворачиваться с легким треском. Сразу же после первого проворота трещотки вращение микровинта следует прекратить. Результат измерения суммируется по шкалам стебля 5 и шкале барабана 6. Следует помнить, что цена деления шкалы стебля равна 0,5 мм, а барабана – 0,01 мм. Шаг резьбы микропары равен 0,5 мм. 17 На барабане нанесено 50 делений. Если повернуть барабан на одно деление его шкалы, то торец микровинта переместится относительно пятки на 0,01 мм (0,5 : 50 = 0,01). Рис. 2.4. Микромеры гладкие Показания по шкалам отсчитываются в следующем порядке: - по шкале стебля 5 читают отметку около нижнего штриха стебля, ближайшего к торцу скоса барабана 6, учитывая, что каждый нижний штрих показывает значение целых значений миллиметра, а каждый верхний – 0,5 мм (на рис. 2.4, б это значение 12, 00 мм); - по шкале барабана читают отметку около штриха, ближайшего к продольному штриху стебля (на рис. 2.4, б это значение 0,45 мм); - складывают оба значения, и получают показание микрометра (12,00 мм + 0,45 мм = 12,45 мм). Для удобства и ускорения отсчета показаний выпускаются микрометры с цифровой индикацией (рис. 2.4, в). Диапазоны измерений микрометров 0 … 25 мм (рис. 2.4, а) 25 … 50 мм (рис. 2.4, в), … , 500 … 600 мм. Выпускаются микромеры специального назначения. Например, для замеров толщин стенок труб (пятка 2 имеет сферическую форму), для замеров среднего диаметра резьбы (пятка 2 и поверхность микровинта 3 имеют специальные поверхности, позволяющие «войти» во впадину и «охватить» выступ витка резьбовой наружной поверхности) и так далее. 18 2.4. Порядок выполнения работы 1. Выполнить эскиз детали (вала) по указанию преподавателя, соблюдая все требования единой системы конструкторской документации, не проставляя размеры числами, а обозначая их буквами. 2. С помощью штангенциркуля и микрометра замерить все размеры, обозначенные буквами. Результаты замеров занести в таблицу 2.2. 3. Сделать выводы. Параметр 1 Таблица 2.2 Результат измерения, мм штангенциркулем микрометром среднее арифмесреднее арифме2 3 1 2 3 тическое тическое А Б В Г Д 2.5. Содержание отчета 1. Тема лабораторной работы. 2. Цель лабораторной работы. 3. Эскиз детали. 4. Заполненная таблица 2.2. 5. Выводы. 2.6. Контрольные вопросы к защите лабораторной работы 1. Дать определения понятиям: допуск, поле допуска, верхнее и нижнее отклонение, номинальный размер, действительный размер, исполнительный размер, посадка, система отверстия и система вала. 2. Какие виды посадок вы знаете? 3. Чем характеризуются системы посадок? 4. Области применения систем отверстия и вала. 5. Варианты простановки размеров на чертежах. 6. Что такое нониус, его характеристика и принцип работы? 7. Конструкция штангенциркуля. 8. Виды и назначение штангенинструмента, особенности отсчета замеров. 9. Микрометрический инструмент. Особенности конструкции и отсчета замеренных значений. 10. Методы и виды измерений, их особенности. 11.Что такое цена деления шкалы? 12 Что понимают под погрешностью измерения, из чего она складывается? 19 ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 3 Тема: ИЗМЕРЕНИЕ КОНУСНЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ 3.1. Цель работы Изучение методов измерения конусных поверхностей. 3.2. Содержание лабораторной работы Измерение конусности наружной и внутренней поверхностей. 3.3. Общие сведения Углы изделий измеряют тремя основными методами: - методом сравнения с жестким контрольным инструментом – угловыми мерами, угольниками, конусными калибрами, и шаблонами; - абсолютным гониометрическим методом, основанным на использовании приборов с угломерной шкалой; - косвенным тригонометрическим методом, который заключается в определении линейных размеров, связанных с измеряемым углом тригонометрической функцией. К универсальным средствам измерения углов относятся нониусные, оптические и индикаторные угломеры. Углы наклона плоскостей изделий измеряют уровнями. Косвенные измерения углов конусов можно выполнять универсальными средствами измерений с помощью калиброванных роликов и шариков. 3.4. Нахождение значения конусности внутренней поверхности Для измерений конусов используют синусную или тангенциальную схему в зависимости от того, какие стороны треугольника, образующие угол, будут измерены. При синусной схеме (рис. 3.1) в конусное отверстие сначала опускают меньший шарик, замеряют расстояние Н, затем опускают больший шарик и замеряют расстояние h. Величину l определяют так: l = H – h. (3.1) Значение угла α вычисляют по формуле: sin α = (D – d) / ( 2 · l – D – d). (3.2) Значение конусности можно определить по известной зависимости: С = 2 tg (α /2). 20 (3.3) 3.4.1. Порядок выполнения работы 1. 2. 3. 4. Выполнить эскиз замера (рис. 3.1). Замерить параметры d, D, h, H при помощи штангенциркуля (глубиномера). Заполнить данные замеренных величин в таблицу 3.1. Произвести расчеты средних арифметических значений указанных выше параметров. 5. По средним значениям произвести расчеты по формуле (3.1). 6. Вычислить значение sin (α) по формуле (3.2). 7. Определить угол α / 2. 9. По формуле (3.3) определить значение конусности С. 10. Определить относительную погрешность полученного значения конусности по формуле (3.4). ∆C = ± sin 2α ⎡ ∆D + ∆d ∆l ⎤ + . l ⎥⎦ 2 ⎢⎣ D − d (3.4) Рис. 3.1. Синусная схема косвенного измерения внутреннего конуса Таблица 3.1 Значение, мм замеры Параметр 1 2 d D h H l 21 3 среднее арифметическое 3.5. Нахождение значения конусности наружной поверхности Для определения конусности наружной поверхности воспользуемся «методом двух роликов», представленным на схеме (рис. 3.2). Диаметры роликов должны быть равновеликими. Значение конусности определяется по зависимости (3.5). С = 2tg (α /2). tg (α ) = (M – m) / 2 · L. (3.5) (3.6) Значение относительной погрешности произведенных измерений определяются по формуле (3.7): ∆C = ± sin 2α ⎡ ∆M + ∆m ∆L ⎤ , + 2 ⎢⎣ M − m L ⎥⎦ (3.7) где ∆С – значение относительной погрешности; α − угол конусности, град.; М и м – средние арифметические значения размеров, мм (рис.3.2); ∆М, ∆m, ∆L, − значение «разлета» соответствующих размеров, то есть разница между наибольшим и наименьшим значениями, мм. Рис. 3.2. Тангенциальная схема косвенных измерений углов 3.5.1. Порядок выполнения работы 1. 2. 3. 4. Выполнить эскиз замера (рис. 3.2). Замерить параметры m, М, L при помощи штангенциркуля. Заполнить данные замеренных величин в таблицу 3.2. Произвести расчеты средних арифметических значений указанных выше параметров. 22 5. Определить значение угла конусности по средним арифметическим значениям параметров, входящих в формулу (3.6). 6. Определить угол α. 7. Вычислить значение конусности по формуле (3.5). 8. Определить относительную погрешность полученного значения конусности по формуле (3.7). Таблица 3.2 Значения, мм Параметр 1 замеренные 2 3 среднее арифметическое значение М m 3.6. Содержание отчета 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. Тема лабораторной работы. Цель лабораторной работы. Эскиз замеров (рис. 3.1). Расчеты по подразделу 3.4. Заполненная таблица 3.1. Эскиз замеров (рис. 3.2). Расчеты по подразделу 3.5. Заполненная таблица 3.2. Выводы. 3.7. Контрольные вопросы к защите лабораторной работы 1. 2. 3. 4. 5. Виды измерений. Методы измерений. Понятия: конусность, уклон. Обозначения конусности и уклонов на чертежах. Методы измерения углов. 23 ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 4 Тема: ИЗМЕРЕНИЕ МЕТРИЧЕСКИХ РЕЗЬБ 4.1. Цель работы Изучение методов и средств измерения среднего диаметра резьбы и приобретение навыков работы с ними. 4.2. Содержание лабораторной работы Измерение среднего диаметра резьбы методом «трех проволочек» и с помощью резьбового микрометра. 4.3. Общие сведения Стандартами установлены для резьбовых деталей величины допусков на средний, наружный и внутренний диаметры. На средний диаметр назначается комплексный допуск, включающий в себя допуск на собственно средний диаметр и диаметральные компенсации отклонений шага и половины угла профиля. Таким образом, ошибки среднего диаметра, шага и половин угла профиля для резьбовых деталей (болтов, гаек, шпилек и др.) ограничиваются комплексно допуском на средний диаметр. В соответствии с этим цилиндрические резьбовые детали и контролируют, как правило, комплексным методом. Комплексный метод контроля деталей осуществляется при помощи резьбовых калибров и контрольных приспособлений. При наиболее жестких требованиях к точности изготовления резьбовых деталей применяют дифференцированный метод. Этот метод основан на измерении каждого элемента отдельно. Заключение о годности делают также по каждому элементу отдельно. Основными методами определения среднего диаметра являются измерение его резьбовым микрометром, имеющим специальные вставки, и расчетный метод, который носит название метода «трех проволочек». 4.4. Нахождение среднего диаметра резьбы По обозначению резьбы на чертеже детали определяют наружный диаметр и шаг резьбы, степень ее точности. Средний диаметр резьбы и его отклонения находят по следующим зависимостям: 1. Рассчитывают номинальный размер среднего диаметра резьбы по соотношению d2 = d – 0,6495 · P, (4.1) где Р – шаг резьбы, мм; d – наружный диаметр резьбы, мм. 24 2. Определяют основные отклонения по формулам: es(h) = 0; es(d) = – (80 + 11P); es(е) = – (50 + 11P); es(f) = – (30 + 11P); es(g) = – (15 + 11P); (4.2) где es – верхние отклонения резьб, мкм; h, d, l, f, g – основные отклонения резьб. 3. Рассчитывают допуск (в микрометрах) на изготовление среднего диаметра Тd2 резьбы 6-й степени точности по формуле: Td2(6) = 90 · P 0,4 ·d 0,1 . (4.3) Допуски остальных степеней точности определяются умножением допуска 6-й степени точности на коэффициенты, приведенные в таблице 4.1. Таблица 4.1 Степень точности Коэффициент 3 4 5 7 8 9 10 0,50 0,63 0,80 1,25 1,60 2,00 2,50 Определяют второе предельное отклонение среднего диаметра резьбы: ei = es – Td2, (4.4) где ei – нижнее отклонение для среднего диаметра резьбы, мкм. 4. Подсчитывают предельные размеры для среднего диаметра резьбы: d2max = d2 + es, d2min = d2 + ei. (4.5) 4.5. Измерение среднего диаметра резьбы методом «трех проволочек» 4.5.1. Общие сведения Метод «трех проволочек», являющийся косвенным методом измерения, один из наиболее распространенных и точных методов измерения среднего диаметра резьбы. Измерение этим методом базируется на определении среднего диаметра резьбы как диаметра воображаемого цилиндра, поверхность которого пересекает витки резьбы так, что толщина витка в сечении, проходящем через ось резьбы, равна ширине впадины. 25 Метод заключается в следующем: во впадины резьбы закладываются три калиброванные проволочки равного диаметра dn и при помощи какого-либо контактного мерительного инструмента (например, гладкого или рычажного микрометра) измеряется размер М (рис. 4.1) так, как измеряют обычный линейный размер. Рис. 4.1. Метод «трех проволочек» Размер среднего диаметра резьбы d2 связан с размером М следующей зависимостью: 1 S ⋅ ctgα / 2 d2 = М − dn ( 1 − )+ (4.6) sin α / 2 2 Так как для метрической резьбы α = 60º, то d2 = М − 3 dn + 0,866 · S, (4.7) где S − шаг резьбы, мм; α− угол профиля резьбы, град. Для того чтобы устранить влияние погрешностей угла на результат измерений, следует выбирать проволочки такого диаметра, чтобы точки касания их с профилем совпадали с серединой грани профиля. Диаметр таких проволочек, то есть проволочек так называемого «наивыгоднейшего» диаметра, подсчитывается по формуле: 26 dn = S . 2 ⋅ cos α / 2 (4.8) Для метрической резьбы S . (4.9) 1,732 Проволочки изготавливают комплектом из 3-х штук в виде гладких стандартных цилиндров. Для метрической резьбы выпускаются проволочки номинальных диаметров от 0,101 до 3,464 мм. Предельные отклонения диаметров проволочек не должны превышать ± 0,5 мкм, при этом допускаемые отклонения формы не должны превышать допуски на диаметр. Проволочки изготавливают двух классов точности: 0 и 1. Размеры проволочек обычно проверяют на оптиметрах. Отклонение их формы проверяют на кругломерах. dn = 4.5.2. Подготовка к работе 1. Выполнить эскиз замера методом «трех проволочек» (рис. 4.1). 2. Заполнить данные измеряемой резьбы (таблица 4.2). 3. Вычислить размер проволочек «наивыгоднейшего» диаметра по формуле 4.9 и подобрать комплект ближайшего большего диаметра. 4. Записать данные о проволочках и применяемом микрометре в таблицу 4.3. 5. Закрепить микрометр (штангенциркуль) в стойке так, чтобы линия измерения была расположена вертикально. 6. Произвести установку микрометра (штангенциркуля) на «ноль». 4.5.3. Выполнение работы 1. Вложить две проволочки в соседние впадины резьбы и прижать их к пятке микрометра. 2. Вращая микрометрический винт, подвести измерительную поверхность микрометра почти вплотную к изделию и ввести сверху во впадину резьбы, расположенную против первых двух проволочек, третью проволочку. Вращением микрометрического винта привести измерительную поверхность микрометра в соприкосновение с поверхностью третьей проволочки. Проволочки должны касаться поверхности впадин ре6зьбы своими измерительными поверхностями. Отсчет по микрометру (см. размер М на рис. 4.1) занести в таблицу 4.4. 3. Все измерения произвести 3 раза. Вычислить среднее значение. 4. Подсчитать по формулам 4.6 и 4.7 значения среднего диаметра резьбы и вписать их в таблицу 4.4. 5. Дать заключение о годности среднего диаметра резьбы путем сопоставления его исполнительного и действительного размеров. 27 Таблица 4.2 Данные измеряемой резьбы Вид измеряемого изделия Обозначение резьбы по чертежу Номинальные размеры средний диаметр (d2), мм элементов резьбы шаг (S), мм угол профиля (α), град. верхнее, es Отклонения для d2, нижнее, ei мкм Наибольший предельный размер (d2max), мм Наименьший предельный размер (d2min), мм Таблица 4.3 Основные данные измерительных средств, мм Гладкий микрометр пределы цена делеизмерения, ния, мм мм Диаметры проволочек, мм Резьбовой микрометр пределы цена делеизмерения, ния, мм мм Таблица 4.4 Результаты измерения методом трех проволочек, мм Исполнительный размер d2 Результаты измерения 1 2 3 Ср. Действительный размер d2 Заключение о годности 4.6. Контроль среднего диаметра резьбы резьбовым микрометром 4.6.1. Общие сведения Резьбовой микрометр представляет собой обычный микрометр, в микрометрическом винте и пятке которого имеются отверстия для специальных резьбовых вставок (конической и призматической, см. рис. 4.2). При измерении среднего диаметра резьбы коническая вставка вводится во впадину резьбы, а призматическая охватывает противоположные стороны витка. 28 Резьбовой микрометр может применяться для измерения среднего диаметра резьбовых изделий, кроме калибров, так как погрешности измерения могут достигать больших величин: до ± 0,1…0,15 мм. Резьбовые микрометры выпускаются с пределами измерения 0-25, 25-50, 50-75 и так далее до 600 мм. Цена деления шкалы барабана 0,01 мм. Рис. 4.2. Измерение резьбовой поверхности с помощью микрометра 4.6.2. Подготовка к работе 1. Ознакомиться с устройством и работой резьбового микрометра. 2. Выполнить эскиз замера (рис. 4.2). 3. Подобрать вставки, соответствующие шагу резьбы. Коническую вставку вставить в отверстие микрометрического винта, а призматическую – в отверстие пятки. 4. Установить микрометр на ноль, закрепив его в стойке. 4.6.3. Выполнение работы 1. Установить вращением микровинта такое расстояние между измерительными вставками, при котором измеряемое изделие будет проходить с небольшим натягом. При этом витки резьбы должны проходить через впадину призматической вставки и охватывать коническую вставку. Ось микровинта и ось измеряемого изделия должны быть перпендикулярны. 2. Отсчет по микрометру записать в таблицу 4.5. 3. Замеры повторить 3 раза. 4. Посчитать среднее значение 3-х замеров и занести его в таблицу 4.5 как действительный размер d2. 5. Дать заключение о годности. 29 Таблица 4.5 Результаты замера резьбовым микрометром, мм Исполнительный размер d2 Отсчеты Действительный по микрометру размер d2 1 2 3 Заключение о годности 4.7. Содержание отчета 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. Тема лабораторной работы. Цель лабораторной работы. Эскиз замеров (рис. 4.1). Расчеты по подразделам 4.4, 4.5. Заполненные таблицы 4.2…4.4. Эскиз замеров (рис. 4.2). Заполненная таблица 4.5. Выводы. 4.8. Контрольные вопросы к защите лабораторной работы 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. Виды резьб. Элементы резьб. Допуски и посадки на метрические резьбы. Обозначения метрических резьб и резьбовых соединений на чертежах. Комплексный и дифференциальный методы измерения резьбы. Измерение среднего диаметра резьбы методом «трех проволочек». Измерение среднего диаметра резьбы резьбовым микрометром. 30 БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК, РЕКОМЕНДОВАННЫЙ ДЛЯ ПОДГОТОВКИ К ЗАЩИТЕ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ 1111111. Белкин, И. М. Допуски и посадки (Основные нормы взаимозаменяемости) : учебное пособие для студентов машиностроительных специальностей высших технических заведений / И. М. Белкин. − М. : Машиностроение, 1992. − 528 с. 2. Васильев, А. С. Основы метрологии и технические измерения : учебное пособие. – 2-е изд., перераб. и доп. / А. С. Васильев. − М. : Машиностроение, 1999. − 240 с. 3. Ганевский, Г. М. Допуски, посадки и технические измерения в машиностроении: учебное пособие. – 2-е изд., перераб. и доп. / Г. М. Ганевский, И. И. Гольдин. − М. : Высшая школа, 1993. − 288 с. 4. Метрологическое обеспечение, взаимозаменяемость, стандартизация : учебное пособие для машиностроительных вузов. – 2-е изд., перераб. и доп. / К. И. Гусев, Р. В. Медведева, Е. П. Мышелов, Е. А.Яковлев. − М. : Машиностроение, 2002. − 384 с. 5. Лифиц, И. М. Стандартизация, метология и сертификация : учебник. – 2-е изд., перераб. и доп. / И. М. Лифиц. − М. : Юрайт-Издат, 2003. − 318 с. 6. Никифоров, А. Д. Взаимозаменяемость, стандартизация и технические измерения : учебное пособие для машиностроительных вузов / А. Д. Никифоров. − М. : Высшая школа, 2000. − 512 с. 7. Основы взаимозаменяемости : методические указания по выполнению практических работ / сост. Т. В. Корсакова, М. В. Постнова. − Ульяновск : УлГТУ, 2003. − 55 с. 8. Палей, М. А. Допуски и посадки : справочник в 2 ч. – 7-е изд., перераб., доп. / М. А. Палей, А. Б. Романов, В. А. Брагинский. − Л. : Политехника, 2000. – Т. 1. − 576 с.; 2001. − Т. 2. − 469 с. 9. Сергеев, А. Г. Метрология : учебное пособие для вузов / А. Г. Сергеев, В. В. Крохин. − М. : Логос, 2001. − 408 с. 10. Якушев, А. И. Взаимозаменяемость, стандартизация и технические измерения : Учебник для вузов. − 6-е изд., перераб. и доп. / А. И. Якушев, Л. Н. Воронцов, Н. М. Федотов. − М. : Машиностроение, 1997. − 352 с. 31 Учебное издание МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЙ ДЕТАЛЕЙ И УЗЛОВ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ОСНАСТКИ Методические указания к выполнению лабораторных работ по дисциплине «Метрология и стандартизация» Составители: КОРСАКОВА Татьяна Викторовна ЛЯШКО Федор Евгеньевич Редактор О. А. Семёнова Подписано в печать 15.10.2007. Формат 60×84/16. Усл. печ. л. 1,86. Тираж 300 экз. Заказ Ульяновский государственный технический университет 432027, г. Ульяновск, ул. Сев. Венец, д. 32. Типография УлГТУ, 432027, г. Ульяновск, ул. Сев. Венец, д. 32. 32
