Теоретические основы и методические указания к выполнению самостоятельной работы по курсу физические основы измерений

Подождите немного. Документ загружается.

6.6 Поверка рычажных микрометров (РМ) и рычажных скоб (РС)

При проверке взаимодействия частей устанавливают, что механизм

отсчетного устройства и подвижная пятка перемещаются плавно без

скачков и заеданий при отсутствии поворота вокруг оси; барабан и пятка

винта рычажного микрометра и винт переставной пятки рычажной скобы

перемещаются легко и плавно без осевого люфта; стрелка в нерабочем

состоянии микрометра и рычажной скобы находится слева за пределами

шкалы, а при арретировании выходит вправо за пределы шкалы; конец

стрелки РМ и РС перекрывает короткие штрихи шкалы не менее, чем на

0,3 и не более, чем на 0,8 их длины; микрометрический винт РМ и винт

переставной пятки надежно застопорены соответственно винтом и гайкой

колпачком.

Положение торца конической части барабана относительно

начального штриха шкалы стебля определяют при нулевой установке РМ,

когда начальный штрих виден полностью. Если торец барабана РМ не

доходит до штриха, то определяют смещение: у РМ с верхним диапазоном

измерения 50 мм и выше – подводом торца барабана к начальному штриху

стебля при удаленной установочной мере, а у РМ с диапазоном измерения

0 – 25 мм – к следующему штриху у стебля. Отсчет производят по шкале

барабана. Перекрытие штриха шкалы стебля торцом конической части

барабана допускается не более 0,07 мм.

Отклонения от плоскостности измерительных поверхностей

определяют интерференционным методом путем наложения на

измерительные поверхности подвижной пятки и микровинта МР или

подвижной и переставной пяток РС стеклянной пластинки класса 2 по

ГОСТ 2923 – 75. При этом добиваются появления минимального числа

полос (не более трех), регламентируемых ГОСТ 4381 – 80.

Отклонение от параллельности измерительных поверхностей МР

определяют интерференционным методом с помощью комплекта из

четырех плоскопараллельных пластин по ГОСТ 1121 – 75, размер которых

отличается на 1/4 оборота барабана микрометрического винта

(параллельность определяют в четырех положениях). Плоскопараллельные

стеклянные пластины зажимают между измерительными поверхностями

МР и подсчитывают сумму интерференционных полос, появляющихся на

поверхности подвижной пятки и на шпинделе микровинта; при этом

стрелка должна находиться в нулевом положении. Отклонение от

параллельности измерительных поверхностей СР определяют также

интерференционным методом с помощью плоскопараллельной стеклянной

пластины, накладываемой на измерительной поверхности. При этом

добиваются получения минимального числа полос независимо от их формы.

Основную погрешность отсчетного устройства и вариацию показаний

МР и СР определяют в нескольких отметках шкалы по плоскопараллельным

концевым мерам 4-го разряда по ГОСТ 9038 – 83 при вертикальном и

горизонтальном положениях отсчетного устройства. Поверка заключается в

следующем. Из набора концевых мер с определенной градацией выбирают

«начальную» меру с размером, от которого можно отсчитать отметки на

положительном и отрицательном участках шкалы. РМ и РС устанавливают

описанным ранее способом в нулевое положение по начальной мере. Затем для

каждой последующей меры производят отсчет по шкале, а погрешность

определяют как разность показаний отсчетного устройства и размеров

меры.

Размах показаний определяют десятикратным арретированием

подвижной пяты на нулевом делении шкалы и в точках ±30 мкм.

6.7 Пружинные и пружинно – оптические измерительные головки

Принцип действия пружинной измерительной головки основан на

использовании упругих свойств скрученной ленты-пружинки, изготовленной из

бронзовой ленты БР–ОЦ4–3 толщиной 4 – 8 мкм и шириной 80 – 18 мкм

(рис. 6.14 а, б).

Рисунок 6.14

Принцип действия

пружинных и

пружинно – оптических головок

Пружинный преобразователь (пружинка) 1 прикрепляется с

небольшим, натяжением концами к скобе 4. В средней части пружины

крепится легкая стрелка 3. При деформации левой стойки скобы в

направлении, указанном пунктиром, пружинка раскручивается, что

вызывает поворот среднего (незакрученного) участка ленты вместе со стрелкой

3 относительно шкалы 2. В реальных схемах растяжение пружинок

производится посредством промежуточных угольников, связанных с

измерительным стержнем.

Принцип действия пружинно-оптических измерительных головок

(оптикаторов) поясняется на рис. 6.14 б. Если вместо стрелки на средней

части пружинки закрепить зеркало 5 небольшого размера и на его

отражательную поверхность направить пучок параллельных лучей, то

отражаясь от вращающегося зеркала, луч света будет обегать шкалу 6.

Пружинные измерительные головки имеют широкий диапазон значении

цены делений, различные конструктивные решения преобразовательных

механизмов выпускаются четырех типов: 1 – головки пружинные

измерительные (микрокаторы); 2 – головки с пружинно-оптическим

преобразователем (оптикаторы); 3 – головки измерительные пружинные

малогабаритные (микаторы); 4 – головки измерительные пружинные

малогабаритные (миникаторы).

Схема микрокатора (рис. 6.15) состоит из измерительного стержня

4, пружинного угольника 13, пружинного преобразователя (пружинки) 12,

консольной пружины 8, устройства 7 натяжения пружинного

преобразователя, винтового механизма 6 перемещения конца пружинки

для установки стрелки 9 на нуль шкалы 10, демпфера 11, устройства

регулировки измерительного усилия 17, плоской пружинки 3 подвески

измерительного стержня, ограничителей хода 2, наконечника 1, пружины

5, создающей измерительное усилие.

Рисунок 6.15 Пружинная измерительная головка-микрокатор:

а – схема; б – конструкция

Работа пружинной головки заключается в следующем.

Измерительный стержень 4, подвешенный на плоской пружине 3 и

угольнике 13 при контакте сферического наконечника 1 и поверхностью

измеряемой детали перемещается вверх. При этом угольник 13

поворачивается и его верхний конец растягивает пружинку 12 в осевом

направлении, чем обеспечивается поворот средней части пружинки вместе

с укрепленной на ней стеклянной стрелкой 9 относительно шкалы 10, по

которой отсчитывается перемещение измерительного наконечника 1 в

микрометрах. Для уменьшения времени успокоения стрелки на пружинку

около указателя (стрелки) надет демпфер 11 в виде короткой трубки,

заполненной специальной жидкостью. Установка стрелки в нулевое

положение или целое число делений производится деформированием

кронштейна с закрепленной плоской пружиной 8 винтовым механизмом 6,

чем создается осевое растяжение пружинки. Винтовой механизм 6 имеет

ограничители предела регулировки (обычно не более шести делений).

Передаточное отношение регулируется смещением левого конца пружинки

для создания необходимого натяжения, а также последующим креплением

двух винтов устройства 7. Узлы микрокатера смонтированы в трубке 18

диаметром 28h7 и в верхнем пластмассовом корпусе 14. Трубка 18 и

корпус 14 скрепляются с основанием 16, на котором смонтированы все

основные элементы микрокатора. Микрокатор имеет передвижные

указатели поля допуска 15. Гайкой 19, расположенной в нижней части

микрокатора, измерительный стержень 4 поднимается к верхнему

ограничителю хода 2, чем обеспечивается предохранение от поломки

пружинного преобразователя и стрелки 9 при транспортировке. Имеется

устройство арретирования.

Микрокаторы, выпускаемые ЛИПО в соответствии с требованиями

ГОСТ 6933 – 72 типа ИГП, ИГПУ, ИГРП, имеют диапазоны измерения

8 – 600 мкм; цены делений 0,1; 0,2; 0,5; 1; 2 мкм; пределы допускаемой

погрешности на участке 30 делений и на всей шкале 0,1 – 0,3 и 0,15 – 5

мкм соответственно; размах показаний 0,03 – 2,5 мкм; измерительные

усилия 150 – 300 сН.

Пружинно-оптическая измерительная головка – оптикатор показана

на рис. 6.16. На зеркальце 1 размером 1,5x1,5x0,1 мм, приклеенное к

средней части пружинки, падает параллельный световой поток от лампы 6

через конденсатор 5, прямоугольную диафрагму 4 и объектив 3. По

середине диафрагмы натянута тонкая нить, изображение которой в виде

темного штриха на светлом фоне прямоугольника падает на зеркальце 1.

Далее отраженное от зеркальца изображение штриха и зайчика

проецируется на шкалу 2 и используется как указатель перемещения

измерительного стержня в микрометрах. Оптические узлы головки

монтируются в одном корпусе с осветителем. Указатели границ поля

допусков в оптикаторе выполнены в виде двух светофильтров: красного и

зеленого, которые окрашивают изображение диафрагмы при смещении с

границы настроечного размера. Благодаря разгрузке ленты (масса

зеркальца намного меньше массы стрелки микрокатора) удалось

значительно расширить диапазон измерений по шкале за счет

использования оптического рычага при одновременном уменьшении

приведенной погрешности измерения по шкале (отношения абсолютной

погрешности к диапазону измерения).

В широкопредельных оптикаторах 15505 в середине пружинной

ленты приклеен угольник из двух зеркал с расположением отражательных

поверхностей под углом 90°,

что увеличивает диапазон измерений в два раза, так как

изображение диафрагмы со штрихом последовательно отражается от двух

зеркал и проходит всю шкалу. Для удобства измерения одно из зеркал

окрашено в оранжевый цвет.

Рисунок 6.16 Пружинно-оптическая измерительная головка-оптикатор

В соответствии с ГОСТ 10593 – 74 выпускаются оптикаторы со

следующими техническими характеристиками: цена деления 0,1; 0,2; 0,5

мкм; диапазон измерений соответственно от 0,04 до 0,25 мм; предел

допускаемой погрешности оптикаторов на участке до 100 делений не

превышает 1/2 цены деления, а на всем диапазоне не более цены деления;

размах показаний 1/3 цены деления; измерительное усилие не более 150 ±

(30—50) сН.

Пружинная малогабаритная измерительная головка – микатор (рис.

6.17) по схеме аналогичная микрокатору, но с уменьшенными

габаритными размерами и посадочным диаметром – 8h7. Размеры по

диаметру уменьшены за счет установки измерительного стержня 1 на

шариковых направляющих 2.

В отличие от микрокатора измерительный стержень связан с

угольником 4 нежестко, что обеспечивает свободный ход, значительно

превышающий диапазон измерений. Перемещение измерительного

стержня 1 вверх освобождает угольник 4, который под действием

собственных упругих сил поворачивается налево вокруг точки О и

растягивает прикрепленную к нему пружинку 7.

Рисунок 6.17 Пружинная малогабаритная измерительная головка-микатор

Растяжение пружинки вызывает поворот ее средней части с

укрепленной на ней стрелкой 6. Измерительное усилие создается винтовой

пружинкой 3, укрепленной одним концом на рычаге 5 измерительного

стержня, а другим – на корпусе прибора. По ГОСТ 14712 – 69 в ЛИПО

выпускаются микаторы со следующими техническими характеристиками:

цена деления 0,2; 0,5; 1 и 2 мкм; диапазон измерений по шкале 0,02 – 0,2

мм; предел допускаемой погрешности на участке до 30 и 60 делений

соответственно от 0,15 до 1 мкм и от 0,3 до 2 мкм; размах показаний

0,1 – 6 мкм; измерительное усилие 100 – 150 сН и его колебание не более

25 – 30 сН.

Пружинная малогабаритная головка – миникатор (рис. 6.18)

относится к головкам бокового действия. Ими измеряются размеры

деталей, расположенных в труднодоступных местах деталей сложной

конфигурации. Передаточный механизм выполнен в виде скрученной

ленты 6, прикрепленной одним концом к консольной пружине 7, а

другим – к угольнику 3. В середине ленты 6 прикреплена стрелка 5,

расположенная над шкалой 4. Рычаг 12, подвешенный на двух пружинках

3, имеет на одном конце измерительный наконечник 1, а на другом – винт

9 с иглой, которая упирается в угольник 8. При измерении рычаг 12

поворачивается на пружинных подвесках и иглой винта 9 поворачивает

угольник и изменяет натяжение пружины скрученной ленты 6, при этом

стрелка поворачивается на угол, пропорциональный углу поворота рычага

12. Передаточное отношение регулируется изменением вылета консольной

пружины 7. Рычаг 12 состоит из двух частей, соединенных шарниром 2.

Первая часть рычага 12 с винтом 9 выполнена в виде вилки, на которой

крепятся одни концы плоских пружин, а другие концы крепятся к корпусу.

Вторая часть рычага 12 со сменным измерительным наконечником 1

крепится на резьбе шарнирного соединения рычага. Для установки

измерительного наконечника в удобное угловое положение при измерении

отворачивают немного наконечник, поворачивают его на необходимый

угол, а потом завертывают до упора. Переключение направления

измерений производится плоской пружиной 11 и эксцентриковым

переключателем 10.

Рисунок 6.18 Пружинная малогабаритная измерительная головка-

миникатор

Миникаторы выпускаются ЛИПО со сменными измерительными

наконечниками в соответствии с ГОСТ 14711 – 69 со следующими

100

техническими характеристиками: диапазон измерения при коротком и

длинном наконечнике 0,08 и 0,16 мм; цена деления соответственно 1 и 2

мкм; предел допускаемой погрешности на участке 20 делений равен 0,5 и 1

мкм, на участке 40 делений – 1 и 2 мкм; размах показаний не более 0,3 и

0,6 мкм; измерительное усилие не более 10 и 20 сН соответственно.

Передаточное отношение пружинной ленты микрокаторов

составляет от 1 до 10°/мкм и выражается приближенной зависимостью:

)(2,13)(

45,0

⋅+

⋅⋅≈

где E и G – модуль упругости и модуль сдвига материала

пружинной ленты БрОЦ4-3 (E=115000 ГПа; G = 45000 ГПа);

а,b – толщина и ширина ленты, мм;

t – шаг спирали, мм.

Передаточное отношение микрокаторов и микаторов выражается

эмпирической зависимостью:

001,0

0175,0

где R – длина стрелки, мм;

= 3°/мкм – передаточное отношение скрученной ленты;

η – коэффициент, учитывающий упругую деформацию

рычажной системы;

δF – продольная жесткость скрученной ленты, сН/угл.град.;

l – свободная длина пружины, мм;

Е – модуль упругости материала ленты;

J – момент инерции поперечного сечения ленты, мм;

– передаточное отношение ленты.

Передаточное отношение оптикатора выражается упрощенной

формулой i = 2Q·R·l·/r,

где R – длина плеча от плоскости зеркала до шкалы;