Лабораторная работа №1

Техника измерений

Цель работы: Изучить методы измерения различных величин. Ознакомиться основными инструментами для измерений. Научаться пользоваться измерительными инструментами.

Оборудование, инструменты, приспособления. Штангенцирку­ли и микрометры, образцы для измерений (трехступенчатые ва­лики, втулки с глухими отвер­стиями). Угломеры для измерения наружных и внутренних углов, образцы для измерения.

Теоретическая часть

Измерение линейных величин

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

Ни одно измерение не может быть произведено абсолютно точ­но. Между измеренным значением величины и ее действительным значением существует всегда некоторая разница, которая назы­вается погрешностью измерения.

Точность измерения характеризует ту ошибку, которая неиз­бежна при работе самыми совершенными измерительными инстру­ментами. Повышения точности измерения можно добиться путем повторного измерения с последующим определением среднего ариф­метического значения, полученного в результате нескольких изме­рений.

К наиболее распространенным инструментам для измерения ли­нейных величин при обработке металлов относятся измерительные металлические линейки, штангенинструменты, микрометрические инструменты. Все эти инструменты являются шкальными (штрихо­выми), так как имеют шкалу с делениями.

Измерительные металлические линейки применяют для грубых измерений. Их изготовляют с верхними пределами измерения до 150; 300; 500; 1000 мм и ценой деления (т. е. расстояния между штрихами деления) 0,5 или 1 мм. Точность измерения 0,5 мм.

Штангенинструменты (рис. 1) применяют для более точных измерений. К ним относят штангенциркули, служащие для изме­рения наружных и внутренних диаметров, длин, толщин деталей и т. п. (рис. 1, а), штангенглубиномеры, предназначенные для из­мерения глубин глухих отверстий, измерения канавок, пазов, выступов (рис. 1, б); штангензубомеры с нониусом, применяемые для измерения толщины зубьев цилиндрических зубчатых колес (рис. 1, в); штангенрейсмусы, служащие для выполнения точной разметки и измерения высот от плоских поверхностей (рис. 1, г). Все указанные штангенинструменты основаны на применении нониусов, по которым отсчитываются дробные доли делений основ­ных шкал.

Рис. 1. Штангенинструменты:

а — штангенциркуль ШЦ-1 (1 — штанга; 2, 7 — губки; 3 — подвижная рамка;

4 — за­жим; 5 — шкала нониуса; 6 — линейка глубиномера);

б — штангенглубиномер; в — штангензубомер; г — штангенрейсмус.
Среди штангенинструментов наиболее широкое применение имеют штангенциркули. Они бывают трех типов: ШЦ-1 (с предела­ми измерений 0-125 мм и величиной отсчета 0,1 мм), ШЦ-11 (пре­делы измерений 0-200 и 0-320 мм, величина отсчета 0,05-0,1 мм), ШЦ-III (пределы измерений 0-500; 250-710; 320-1000; 500-1400; 800-2000 мм. Величина отсчета 0,1 мм).

Рассмотрим устройство штангенинструментов на примере ши­роко распространенного штангенциркуля ШЦ-1 (см. рис. 1, а). Он состоит из штанги 1, на которой нанесена шкала с миллиметро­выми делениями. Заодно со штангой выполнены неподвижные из­мерительные губки 2 и 7. По штанге перемещается подвижная рам­ка 3 с губками и жестко скрепленным с ней глубиномером 6. Рамка во время измерения закрепляется на штанге зажимом 4. Нижние губки 7 служат для измерения наружных размеров, а верхние 2 — внутренних.

На скошенной грани рамки 3 нанесена шкала 5 нониуса. Шка­ла нониуса длиной 19 мм разделена на 10 равных частей, и, следо­вательно, величина каждого деления нониуса равна 1,9 мм. Раз­ность между величинами двух делений штанги и одного деления нониуса составляет 0,1 мм.

При сомкнутых губках нулевой штрих нониуса совпадает с нулевым штрихом шкалы штанги, первый штрих нониуса отстает от второго штриха шкалы на 0,1 мм, второй штрих нониуса отста­ет от четвертого штриха шкалы уже на 0,2 мм, третий — от шесто­го на 0,3 мм и т. д. Если раздвинуть губки штангенциркуля на 0,1 мм, то первый штрих нониуса (не считая нулевого) совпадет со вторым штрихом штангенциркуля. Если раздвинуть губки на 0,2 мм, то совпадут второй и четвертый штрихи, на 0,3 мм — третий и шестой и т, д.

Таким образом, при измерении штангенциркулем целые милли­метры отсчитываются непосредственно по шкале штанги до нулево­го штриха нониуса, а дробные (в данном случае десятые) доли мил­лиметра — по шкале нониуса. При этом 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. При чтении показаний штангенциркуль держат прямо перед глазами.

Штангенциркули более высокой точности отличаются от описан­ного градуировкой шкалы нониуса. Например, штангенциркуль с точностью измерений до 0,05 мм также имеет штангу с миллиметро­вой шкалой, а шкала нониуса длиной 39 мм разделена на 20 равных частей и следовательно, величина ее деления составляет 1,95 мм. В этом случае при установке на нуль первый штрих шкалы нониу­са отстает от второго штриха шкалы штанги на 0,05 мм, второй штрих нониуса отстает от четвертого штриха штанги на 2 X 0,05=0 1 мм и т. д. Очевидно, что если с соответствующим штрихом штанги совпадет, например, пятый штрих нониуса то избыток сверх целого числа миллиметров составит 5 X 0,05 = 0,25 мм. Прибавляя эту величину к целому числу миллиметров, согласно показаниям шкалы штанги до нулевого штриха нониуса находят искомый размер с точностью до 0,05 мм.

Микрометрические инструменты (рис. 2) позволяют произво­дить измерения с точностью до 0,01 мм, К ним относятся микро­метры служащие для измерения наружных размеров (рис. 2, а) микрометры резьбовые со вставками, применяемые для измерении среднего диаметра резьбы (рис. 2, б); микрометрические глубиномеры предназначенные для измерения глубины пазов, отверстии и высоты уступов (рис. 2, в); микрометрические нутромеры, при­меняемые при измерении внутренних размеров (рис. 2, г).

Рис. 2. Микрометрические инстру­менты:

а — микрометр (1 — скоба; 2 — пятка; 3 — микрометрический винт;

4 — стопор; 5 — стебель; 6 — барабан; 7 — трещотка; 8 — установочные меры);

б — микрометр резьбовой со вставками; в — микрометри­ческий глубиномер;

г — микрометриче­ский нутромер (1и 8 — измерительные наконечники; 2 — гайка;

3 — стебель; 4 — стопор; 5 — микрометрический винт; 6 — барабан; 7 — трещотка);

д — пример отсчета.
Принципиальное устройство всех указанных микрометрических инструментов основано на использовании одинакового измеритель­ного механизма — микрометрического винта.

Рассмотрим устройство наиболее распространенного микромет­рического инструмента-микрометра для измерения наружных размеров с точностью до 0,01 мм (см. рис. 2, а). Он состоит из скобы 1 с пяткой 2 и стебля 5, внутрь которого ввернут микромет­рический винт 3. Торцы пятки и микрометрического винта явля­ются измерительными поверхностями. Винт жестко скреплен с барабаном 6. На стебле нанесена шкала с полумиллиметровыми (верхняя часть шкалы) и миллиметровыми (нижняя часть) деления­ми. На конической части барабана также нанесена шкала, деля­щая окружность на 50 равных частей. Главной частью микрометра является точный микрометрический винт с шагом резьбы

0,5 мм. При повороте на один полный оборот он перемещается вдоль оси на

0,5 мм, за пол-оборота - на 0,25 мм, а за одну пятидесятую часть оборота— на 0,01 мм. Если коническая часть барабана микромет­ра разделена на 50 равных частей, то при повороте барабана на одно деление винт переместит­ся в продольном направлении на 0,01 мм, при повороте бара­бана на два деления—на 0,02 мм и т. д.

Так как излишний нажим винта на измеряемую деталь может вызвать неточность из­мерения, то для регулирования нажима микрометр имеет тре­щотку 7. Трещотка соединена с винтом так, что при увеличе­нии измерительного усилия свы­ше 9 Н она не вращает винт, а проворачивается с характерны­ми щелчками. Для фиксирова­ния полученного размера служит стопор 4.

Измерения штангенциркулем и микрометром

Пра­вила обращения со штангенинструментами: при измерении деталей нельзя сильно зажимать их, так как может возникнуть перекос движка и показания будут неверными; нельзя допускать ослабления посадки движка на штанге — это приводит к перекосу ножек и к ошибкам измерения;

категорически запрещается применять штангенинструменты для измерения обрабатываемых заготовок на работающем станке; необходимо регулярно проверять точность штангенинструмента; по окончании работы штангенинструменты необходимо тщатель­но протереть, смазать и уложить в футляры; во время хранения штан ген инструментов их измерительные по­верхности должны быть разъединены, а зажимы ослаблены.

При измерении наружного диаметра:

берут штангенциркуль в левую руку и ослабляют зажимной винт рамки;

разводят губки на размер, несколько больший диаметра изме­ряемой детали;

помещают деталь между губками и передвигают подвижную рамку до соприкосновения губок с поверхностью детали, закреп­ляют рамку зажимным винтом; вынимают деталь из промежутка между губками и считывают показания.

При измерении внутреннего диаметра: берут штангенциркуль в левую руку и ослабляют зажимной винт; устанавливают губки для измерения внутренних размеров на размер несколько меньший измеряемого диаметра;

вводят губки в отверстие и передвигают подвижную рамку до соприкосновения губок с поверхностью отверстия, закрепляют рамку зажимным винтом; вынимают губки из отверстия и прочитывают результат.

При измерении глубины отверстия (уступа): берут штангенциркуль в левую руку и ослабляют зажимной винт; упирают торец штанги в верхний край измеряемого отверстия и, перемещая подвижную рамку, вводят линейку глубиномера в от­верстие до упора, закрепляют рамку зажимным винтом;

вынимают глубиномер из отверстия и прочитывают результат.

Техника измерений микрометром заключается в следующем. Перед измерением проверяют нулевое положение микрометра. Вращением микрометрического винта за трещотку сводят измери­тельные поверхности до соприкосновения между собой или с уста­новочной мерой при пределах измерения не от нуля. Вращение прекращают после появления щелчков трещотки. Проверяют по­казания микрометра. Если нулевые штрихи на шкалах стебля и барабана не совпадают, то производят установку микрометра на нуль, для чего при сведенных измерительных плоскостях стопорят микрометрический винт, отворачивают колпачок (гайку), при­крепляющий барабан к микрометрическому винту, освобождают барабан от сцепления с винтом, поворачивают его до совпадения нулевого штриха с продольным штрихом стебля и снова закрепля­ют барабан.

При измерении микрометр берут левой рукой за скобу, а боль­шим и указательным пальцами правой руки вращают головку ба­рабана до тех пор, пока измерительные поверхности микрометра не будут охватывать измеряемую часть детали. Затем вращением винта трещоткой сводят измерительные поверхности до плотного соприкосновения-их с измеряемой деталью и появления щелчков трещотки. После этого читают показания микрометра. Целые мил­лиметры и полумиллиметры отсчитывают на шкале стебля, а деся­тые и сотые доли миллиметра — по шкале скоса барабана (рис.2, д).

Правила обращения с микрометрическими инструментами:

в процессе измерения барабан трещотки вращают плавно и не слишком быстро, так как резкая подача винта и сильный зажим измеряемой детали ведут к неправильным показаниям измерения и преждевременному износу винта;

при пользовании микрометрические инструменты кладут на су­хую, чистую поверхность;

нельзя измерять микрометрическими инструментами нагретые детали, так как показания при этом будут неточными;

не разрешается измерять микрометрами черные, грубо обрабо­танные и грязные поверхности деталей;

по окончании работы инструменты тщательно протирают, сма­зывают, стопоры ослабляют и несколько разводят измерительные поверхности;

хранят микрометрические инструменты в специальных футля­рах, в сухих помещениях при определенной постоянной темпера­туре.

Измерение дуговых величин

Для измерения угловых величин применяют угломеры. Они из­готавливаются следующих типов: УМ — для измерения наружных углов, УН — для измерения наружных и внутренних углов.

Угломер типа УМ с величиной отсчета по нониусу 2' (рис. 3, а) применяют для измерения наружных углов от 0 до 180°. Он имеет полукруглое основание (полудиск) 5 со шкалой, соеди­ненное со съемной линейкой 4 и подвижной линейкой 10, вращаю­щейся на оси 2 вместе с сектором 3. Точную установку подвижной линейки 10 осуществляют вращением гайки 7 при помощи микро­метрической подачи 6 и фиксируют стопором 9. На секторе закреплен нониус 8. Угол между крайними штрихами шкалы нониуса, равный 29°, разделен на 30 равных частей. Угол между соседними штрихами нониуса равен 60Х29 : 30 = 58', что на 2' меньше 1°. Поэтому шкала нониуса имеет цену деления 2'.

Рис. 64. Угломеры:

а — типа УМ (1 — угольник; 2 — ось; 3 — сектор; 4 — линейка съемная;

5 — основа­ние (полудиск) с градуированной шкалой; 6 — микро-метрическая подача;

7 — гайка; 8 — нониус; 9 — стопор; 10 — линейка подвижная); б — типа УН

(1 — угольник; 2 — державки; 3 — нониус; 4 — винт нониуса; 5 — стопор;

6 — основание; 7 — сек­тор; 8 — линейка основания, 9 — линейка съемная).
Угломер типа УН (рис. 3, б) имеет величину отсчета по но­ниусу 2' и 5'. Он является наиболее удобным для измерения на­ружных углов от 0 до 180° и внутренних углов от 40 до 180°.

Угломер имеет полукруглое основание 6, на котором закрепле­на линейка 8. Сектор 7 с нониусом 3 перемещается по основанию 6 и после установки закрепляется стопором 5. Микрометрическая подача нониуса осуществляется вращением винта 4.'К сектору 7 при помощи державок 2 крепится угольник 1, а к нему присоеди­няется съемная линейка 9.

Основная шкала угломера типа УН построена несколько иначе, чем у угломера УМ. Слева направо на шкале нанесены деления от 50 до 90°, затем от 0 до 50°. Ниже расположены цифры, по кото­рым производятся отсчеты от 140 до 230°, а еще ниже — от 230 до 320°.

Если на угломере установлены угольник и линейка, то им мож­но измерять углы от 0 до 50°. Если убрать угольник и закрепить на его месте линейку, то можно измерять углы от 50 до 140°. Если же убрать линейку и оставить только угольник, то можно измерять углы от 140 до 230°. При отсутствии линейки и угольника измеря­ются углы от 230 до 320°.

Измерение углов угломерами

Измерение наружных углов угломером типа УМ. Перед измерением проверяют нулевое положение но­ниуса угломера, для чего измерительные поверхности съемной и подвижной линеек накладывают друг на друга без просвета. Нуле­вые штрихи основания и нониуса должны при этом совпасть.

При измерении угломер накладывают на поверхность детали линейкой основания и, прижимая слегка правой рукой деталь к измерительной поверхности, постепенно перемещают подвижную линейку до полного соприкосновения без просвета с другой сторо­ной детали. Затем фиксируют это положение угломера стопором и читают показание.

Так как нониус угломера построен на таком же принципе, как и нониус штангенциркуля, то сохраняется и принцип отсчета по­казаний. Целое число градусов отсчитывают по шкале основания слева направо до нулевого штриха нониуса, а доли градуса в ми­нутах — по первому совпадающему штриху шкалы нониуса с со­ответствующим штрихом шкалы основания. Например, если ну­ левой штрих нониуса установился в промежутке между штрихами шкалы основания правее 32°, а одиннадцатый (не считая нулевого) штрих шкалы нониуса совпал со штрихом шкалы основания, то размер измеряемого угла будет равен 32° + 11 X 2' = 32°22'.

При измерении острых углов размер угла определяется непос­редственно по шкалам, как было указано ранее. При измерении тупых углов к размеру, прочитанному по шкалам, необходимо до­бавлять 90°. Например, измерение тупого угла угломером дало показание 28°36'. Это значит, что действительный угол составляет 28°36'+ 90° ==118°36',

Отсчет показаний при измерении угломером типа УН произво­дится также несколько иначе.

При измерении наружных углов от 0 до 50° показания читают по правой части шкалы;

от 50 до 90° показания читают по левой части шкалы;

от 90 до 140° к показаниям правой части шкалы прибавля­ют 90°;

от 140 до 180° к показаниям левой части шкалы прибавля­ют 90°.

При измерении внутренних углов от 180 до 130° показание правой части шкалы отнимают от 180°;

от 130 до 90° показание левой части шкалы отнимают от 180°;

от 90 до 40° показание правой части шкалы отнимают от 90°.

При пользовании угломерами необходимо соблюдать такие же правила, как и при измерении линейных величин штангенинструментами.

Задание

1. Ознакомиться с устройством и приемами измерения штангенциркулями. Обмерить втулку с глухим отверстием.

2. Ознакомиться с устройством и приемами измерения микромет­рами. Обмерить трехступенчатый валик.

3. Результаты измерений свести в таблицу, где указать номер образца, инструмент и результат измерения.

4. Ознакомиться с устройством и приемами измерения угломерными инструментами. Измерить углы на предложенных деталях. Результаты измерений свести в таблицу, где указать тип инструмента, номер образца и результаты измерения.

Вопросы:

1. Что называется измерением?

2. Чем характеризуется точность измерения?

3. Какие инструменты используют для измерения линейных ве­личин?

4. Где применяют штангенинструменты?

5. Расскажите об устройстве нониуса штангенциркуля.

6. Как производится измерение штангенциркулем наружных и внутренних размеров деталей, а также глубин глухих отверстий и уступов?

7. Какие правила надо соблюдать при обращении со штангенинструментами?

8. Где применяются микрометрические инструменты? На каком принципе они основаны?

9. Объясните устройство наиболее распространенного микро­метра.

10. Как производится установка микрометра на нуль?

11. Как производится измерение деталей с помощью микро­метра?

12. Какие правила надо соблюдать при обращении с микромет­рическими инструментами?

13. Какие инструменты применяют для измерения угловых вели­чин?

14. Как устроен угломер типа УМ?

15. На каком принципе построен нониус угломера?

16. Как производят измерения угломером типа УМ?

17. Как устроен угломер типа УН? Чем он отличается от угло­мера типа УМ?

18. Как производят измерения угломером.